Vaihde ja hammaspyörä. Gear

Vääntömomenttien suhde voidaan määrittää ottamalla huomioon voima, jolla yhden pyörän hammas vaikuttaa toisen pyörän hampaan. Oletetaan, että kahden hampaan kosketus on kahden pyörän akselien akselit yhdistävän linjan kohdassa. Yleensä voimalla on sekä säteittäisiä että tangentiaalisia komponentteja. Radiaalinen komponentti voidaan heittää pois: se painaa vain akselin sivua eikä edistä pyörimistä. Sen aiheuttaa tangenttikomponentti. Vääntömomentti on sama kuin tangentiaalikomponentin ja säteen tulo. Näin ollen näemme, että isompi pyörä kokee enemmän vääntömomenttia ja pienempi kokee vähemmän. Vääntömomenttien suhde on yhtä suuri kuin säteiden suhde. Se on kuin nopeuksien suhde, juuri päinvastoin. Enemmän vääntömomenttia vastaa pienempää nopeutta ja päinvastoin. Se, että momenttien suhde on kääntäen verrannollinen nopeuksien suhteeseen, voidaan myös päätellä laista energiansäästö. Tässä olemme jättäneet huomioimatta kitkan vaikutuksen momenttisuhteisiin. Nopeussuhde määräytyykin hampaiden lukumäärän tai koon suhteen, mutta kitka tekee vääntömomenttisuhteesta pienempiä kuin nopeussuhteen käänteisluku.

Yllä olevassa keskustelussa mainitsimme "säde" Hammaspyörä. Koska pyörä ei itse asiassa ole ympyrä, vaan epätasainen ympyrä, sillä ei ole sädettä. Voidaan kuitenkin ajatella, että kytketyssä pyöräparissa jokaisella niistä on tehollinen säde, jota kutsutaan nousuympyrän säteeksi, ja se on tällaisten sileiden pyörien säde, joiden säteet antavat saman nopeuksien suhteen. joita nämä pyörät antavat. Jakoympyrän säde voidaan ajatella eräänlaisena vaihteiston "keskimääräisenä" säteenä, jonnekin harjanteiden ympyrän ja kourujen ympyrän välissä. Jos tarvitset abstraktia, löydät paljon materiaalia eri aiheista sivustolta "http://mir-prekrasen.net".

Kun tarkastellaan jakoympyrän sädettä, se tosiasia, että yhden pyörän hampaan kosketuspiste toisen pyörän hampaan kanssa muutoksia hänen asema vuorovaikutuksensa aikana; myös voiman suunta muuttuu. Tästä johtuen nopeuksien (ja momenttien) suhde ei yleensä ole vakio, jos tarkastellaan tilannetta yksityiskohtaisesti kosketuksissa olevan hammasparin koko keston ajan. Kappaleen alussa kuvatut nopeuksien ja vääntömomenttien suhteet ovat oikeita vain ensimmäisessä approksimaatiossa pitkän aikavälin keskiarvoina; niiden arvot hampaiden yksittäisissä asennoissa voivat olla erilaisia.

Itse asiassa voit valita sellaisia ​​hampaiden muotoja, jotka antaisivat todella jatkuva asenne nopeuksilla, sekä lyhyessä ajassa että pitkään. Vaihteella hyvä laatu Tämä tehdään yleensä, koska tärinä aiheuttaa ei-toivottua tärinää ja lisää hampaiden rasitusta, mikä voi saada ne katkeamaan suuressa kuormituksessa suurella nopeudella. Nopeuksien tasainen suhde on tarpeen mittalaitteiden, kiinteiden ja rannekellojen tarkkuuden kannalta. Evoluutiohammasprofiili on yksi niistä, jotka tarjoavat vakionopeuksien suhteen, ja se on nykyään yleisin. Tietty nopeussuhde, joka johtuu hampaiden olemassaolosta, antaa vaihteille etulyöntiaseman muihin käyttötarkoituksiin (kuten kitka- ja kiilahihnoihin) verrattuna tarkkuusmekanismeissa, kuten kelloissa, jotka perustuvat tarkkaan nopeussuhteeseen.

Tapauksissa, joissa liikkeen lähde ja sen vastaanotin ovat lähellä toisiaan, vaihteilla on myös etu muihin käyttöihin verrattuna, koska tarvittavia osia on vähän; Huono puoli on, että vaihteita on enemmän tuotannossa olevat tiet ja voitelun tarve lisää käyttökustannuksia. Vaihteisto ei ole vahvistin tai servomekanismi. Energian säilymislaki sanoo, että lähtövaihteen tai akselin tuottaman energian määrä ei koskaan ylitä tulovaihteeseen syötettyä energiaa välityssuhteesta riippumatta. Työ on yhtä suuri kuin voiman ja kuljetun matkan tulo, joten pienen vaihteen täytyy kattaa enemmän matkaa prosessissa ja toimia suuremmalla vääntö- tai vääntömomentilla kuin jos vaihteet olisivat samankokoisia.

Myös tehon menetys johtuu kitkasta. Käyttämällä korkealaatuisia, hyvin voideltuja teollisuusvaihteita, jotka on valmistettu markkinoiden vaatimusten mukaan, voidaan saavuttaa jopa kaksi prosenttia tai vähemmän energiahäviöitä. Hammaspyörät ovat yksinkertaisin ja ilmeisesti yleisin vaihdetyyppi. Niiden perusmuoto on sylinteri tai kiekko (kiekko on vain lyhyt sylinteri). hampaat ulkonevat säteittäisesti, ja nämä "suoraan leikatut pyörät" muodostavat hampaan pinnat ovat yhdensuuntaiset pyörimisakselin kanssa.

Nämä hammaspyörät ovat kunnolla kiinni vain, kun ne on asennettu samansuuntaisille akseleille. Kierrehammaspyörät ovat parannus hammaspyöriin verrattuna. Hampaiden generatrix eivät ole yhdensuuntaiset pyörimisakselin kanssa, vaan ne sijaitsevat kulmassa. Koska pyörä on pyöreä, kulman poikkeama saa hampaan muotoon kierteen osan. Kulmassa oleva hammas tarttuu asteittain, toisin kuin suora hammas. Tämä johtaa siihen, että kierrevaihteet toimivat tasaisemmin ja hiljaisemmin kuin hammaspyörät. Kierrevaihteet mahdollistavat ei-rinnakkaisakselien käytön. Kierrehammaspari pyörät voidaan kytkeä kahdella tavalla akselien suuntaamiseksi: joko summalla tai pyörien hampaiden kulmien erolla.

Näitä kokoonpanoja kutsutaan myös rinnakkaiksi ja ristikkäiksi. Rinnakkais on perinteisempää. Sen avulla lukitun hammasparin kierteiset linjat koskettavat yhteistä tangenttia, ja hampaiden välinen kosketus kulkee (yleisessä tapauksessa) käyrää pitkin niiden pituuden tietyssä osassa. Ristiristikonfiguraatiossa kierteet eivät kosketa tangentiaalisesti, ja kosketus tapahtuu hampaiden pintojen välisessä kohdassa. Pienen kosketuspinnan vuoksi ristikkäisiä hammaspyöriä voidaan käyttää vain kevyille kuormille.

Melko usein kierrehammaspyörät tulevat pareittain, jolloin yhden pyörän kierteen kulma on vastakkainen toisen pyörän kulman kanssa; niitä voidaan kutsua pyöriksi, joiden oikea- ja vasenkierteiset kulmat ovat yhtä suuret. Jos tällainen pari lukittuu rinnakkain, nämä kaksi ovat yhtä suuret, mutta vastakkaiset kulmat antavat nollan: akselien välinen kulma on nolla, mikä tarkoittaa, että akselit ovat yhdensuuntaisia. Jos pari lukittuu toisiinsa "ristikkäin", akselien välinen kulma on kaksinkertainen niiden kierteisten linjojen kulmaan.

On huomattava, että "rinnakkais" kierrehammaspyörät eivät tarvitse yhdensuuntaisia ​​akseleita - tämä tapahtuu vain, jos niiden kierrelinjojen kulmat ovat absoluuttisesti samat, mutta etumerkillä vastakkaiset. Tämä viittaa hampaiden yhdensuuntaisuuteen (kvasirinnakkaisuuteen), ei akselien asentoon. Kuten alussa todettiin, kierrevaihteet toimivat tasaisemmin kuin hammaspyörät. Kun hammaspyörät ovat yhdensuuntaiset, jokainen hammaspari koskettaa ensin yhdessä pisteessä hammaspyörän toisella puolella; liikkuva kosketuskäyrä hampaan pinnalla kasvaa vähitellen. Jossain vaiheessa koko hampaan leveydelle asti. Lopuksi se pienenee, kunnes hampaat menettävät kosketuksen yhdessä kohdassa pyörän vastakkaisella puolella. Siten voima jakautuu tasaisesti.

Kantapyörän tapauksessa tilanne on toinen. Kun hammaspari yhtyy, välittömästi linja syntyy kosketus koko hampaan pituudelta. Tämä aiheuttaa iskukuormitusta ja melua. Hammaspyörät tuottavat tyypillisen "surullisen ulvonnan" suurilla nopeuksilla eivätkä pysty välittämään samoja suuria vääntömomentteja kuin kierrehammaspyörät, koska niiden hampaat ottavat iskukuorman. Hammaspyörästöjä käytetään alhaisilla nopeuksilla ja kun melua voidaan vaimentaa (ja kierrevaihteita tarvitaan, kun tarvitaan suuria nopeuksia, tehoa tai melunvaimennusta). Nopeutta pidetään suurena, kun jakoympyrän nopeus (pituusnopeus) ylittää 5000 jalkaa minuutissa.

Kierrehammaspyörien haittapuolena on pyörän akselin suuntainen paine, joka on tasapainotettava asentamalla kulmakosketuslaakeri, sekä lisääntynyt liukukitka kytkeytyvien hampaiden välillä, minkä vuoksi ne usein turvautuvat erityisiä lisäaineita voiteluaineen sisään. kaksoiskierteinen André Citroënin keksimät pyörät (kutsutaan myös chevron-pyöriksi) ratkaisevat aksiaalivoiman ongelman, joka esiintyy yksittäisissä kierrevaihteissa järjestämällä hampaat "V"-muotoon. Jokainen pyörä sisään kalanruotovarusteita voidaan pitää kahdena vakiona, mutta peilatuna ja yhdistettynä kierrehammaspyörään. Tämä eliminoi aksiaalivoiman, koska pyörän kumpikin puolisko kokee sen vastakkaiseen suuntaan.

Riippuen siitä, kuinka vastakkaiseen suuntaan suuntautuvat hampaat yhtyvät nuolipyörän keskellä, asetus voi olla sellainen, että hampaan yläosa yhtyy toisen päälle, tai porrastettu asetus, jossa hampaan yläosa yhtyy hampaan onteloon. toinen. Vanhalla valmistusmenetelmällä chevron-pyörät siinä oli keskiura, joka erotti kaksi vastakkain suunnattua hammasriviä. Tämä oli tarpeen, jotta parranajokone pääsi irti. Kartiomaiset pyörät ovat olennaisesti kartiomaisia, vaikka pyörä ei todellisuudessa ulotu sitä määrittävän kartion yläosaan. Kun kaksi kartiomaista pyörää on kytkettynä, niiden kartioiden kärjet ovat yhdessä pisteessä ja akselien akselit leikkaavat siinä. Akseleiden välinen kulma voi olla mikä tahansa paitsi nolla ja 180 astetta. Kartiohampaita, joissa on yhtä suuri määrä hampaita ja joissa akselien akselien välinen kulma on suora, kutsutaan jiirihampaiksi.

Kartiohammaspyörän hampaat voivat olla suoraan leikattuja, kuten hammaspyörissä. sylinterimäiset pyörät, tai niillä on eri muoto. "Spiraali" kartiohammaspyörät ovat hampaat, jotka ovat kaarevat pituussuunnassa ja myös kulmassa, samanlainen kuin kierrehammaspyörän hampaat verrattuna hammaspyörään. "Kierre" kartiohammaspyörät niillä on samat edut ja haitat kuin kierrehammaspyörillä hammaspyöriin verrattuna. Kannen viiste vaihteita käytetään useimmiten vain nopeuksilla alle 5 metriä sekunnissa (1000 jalkaa minuutissa) tai pienille pyörille - 1000 rpm. Kruunupyörä on viistopyörän erityinen muoto, jonka hampaat on asetettu suorassa kulmassa päähän nähden, ja ne muistuttavat asennossaan kruunun hampaita. Kruunupyörä voi osua tarkasti vain toiseen viistopyörään, vaikka niitä voi joskus nähdä myös kannuspyörillä.

Hypoidihammaspyörät muistuttavat kartiomaisia ​​kartiohammaspyöriä, paitsi että akselien akselit ovat poikkileikkauksen sijaan. Työpinnat näyttävät olevan kartiomaisia, mutta akselin siirtymän kompensoimiseksi ne kuvaavat itse asiassa hyperboloideja pyörimisen aikana. Hypoidipyörät on lähes aina suunniteltu toimimaan kohtisuorien akselien kanssa. Riippuen siitä, millä tavalla akseli on siirretty suhteessa hampaan suuntaan, hypoidihammaspyörän hampaiden välinen kosketus voi olla jopa tasaisempaa ja asteittaisempaa kuin kierre kartiomainen. Lisäksi on mahdollista suunnitella hammaspyörä, jossa on vähemmän hampaita kuin kierrekartiohammaspyörä, ja sen seurauksena välityssuhteet 60:1 ja sitä suuremmat ovat täysin toteutettavissa yhdellä hypoidihammaspyöräparilla.

Mato näyttää ruuvilta. Sen voidaan katsoa johtuvan kierrevaihteista, mutta kierrekulma on yleensä melko suuri (noin 90 astetta) ja sen runko on melko pidennetty aksiaalisuunnassa; ja juuri nämä ominaisuudet antavat sille kierteiset ominaisuudet. Mato toimii yleensä tavallisen näköisenä levyn muotoinen hampaisto pyörä, jota kutsutaan "vaihteeksi", "pyöräksi", "kierukkavaihteeksi" tai "kierukkapyöräksi". Madon ja matopyörän yhdistelmän pääominaisuus on mahdollisuus saada suuri välityssuhde erittäin pienellä määrällä osia pienessä työtilassa. Käytännössä kierukkavaihteet on rajoitettu 10:1:een, kun taas kierukkavaihteet voivat vaihdella välillä 10:1 - 100:1 ja joskus 500:1. Välillä matopyörä ja mato, jälkimmäisen kierteen suuresta kulmasta johtuen havaitaan merkittävää kitkaa, joka johtaa hävikkiin, ja lähetysteho on yleensä alle 90% ja joskus alle 50%.

Ero kierukka- ja kierukkapyörän välillä näkyy selvästi, kun vähintään yhtä hammasta voidaan pitää täysillä kierroksilla helix. Tässä tapauksessa se on mato, muuten se on kierteinen pyörä. Matolla voi olla useita ja jopa yksi hammas. Jos hammasta pidetään useita täysiä kierroksia pitkin kierrettä, niin käy ilmi, että matolla on useampi kuin yksi hammas, mutta se on sama hammas, venytettynä madon pituudelle. Madot jaetaan yksisäikeisiin ja monisäikeisiin. Madon ja pyörän yhdistelmässä mato saa pyörän aina liikkeelle. Mutta jos yrität saada madon liikkeelle, tämä ei välttämättä toimi. Tätä yllä kuvattua ominaisuutta kutsutaan itselukitukseksi. Itselukittumisesta voi olla hyötyä myös esimerkiksi silloin, kun halutaan säätää mekanismin asentoa kiertämällä matoa ja mekanismi piti sen. Kielisoittimien virityspyörät toimivat samalla tavalla. reika se lovettu tanko tai tanko, jota voidaan pitää hammaspyöräsektorina, jolla on äärettömän suuri kaarevuussäde.

Vääntömomentti voidaan muuntaa lineaariseksi voimaksi kytkemällä hammastankoon ja hammaspyörään: hammastanko pyörii, kun hammastanko liikkuu suorassa linjassa. Samanlaista mekanismia käytetään autoissa muuttamaan ohjauspyörän pyöriminen kiertokankien liikkeeksi oikealle ja vasemmalle. Reiksillä on myös tärkeä rooli geometriassa. vaihteisto, jossa esimerkiksi vaihdettavan hammastanko- ja hammaspyöräsarjan hampaan muoto voidaan määrittää tarkasti ääretön säde, sekä ulostulohammasmuotoja tietynsäteisille pyörille. Kuten artikkelin alussa mainittiin, vakionopeussuhteen saavuttaminen riippuu hampaan profiilista. Yhdessä toimivien hammaspyörien kitka ja kuluminen riippuvat myös hampaiden profiilista.

Hammasprofiileja, jotka antavat tasaisen nopeussuhteen, on hyvin monia, ja monissa tapauksissa mielivaltaisen hampaan muodon valinnalla on mahdollista kehittää vastinpyörälle hammasprofiili siten, että saadaan vakionopeussuhde. Vaikka meidän aikanamme kahta profiilia, joilla on vakio nopeussuhde, käytetään pääasiassa kaikkialla. Nämä ovat sykloideja ja kehittyviä. Sykloidiprofiili oli yleisempää 1800-luvun ensimmäisen vuosikymmenen loppuun asti; Siitä lähtien se on merkittävästi syrjäytynyt involuutilla, erityisesti kinemaattisten käyttöketjujen rakentamisessa.

Sykloidi on jollain tavalla mielenkiintoisempi ja "joustavampi" muoto; vaikka evoluutiolla on kaksi etua: se on helpompi valmistaa ja mahdollistaa vaihteiden keskipisteiden siirtämisen tietyissä rajoissa menettämättä nopeussuhteen pysyvyyttä. Sykloidinen sahalaitainen pyörät toimivat kunnolla vain, jos keskipisteiden välinen etäisyys on täsmälleen oikea. Niitä käytetään edelleen mekaanisissa kelloissa. Vaihteiden valmistukseen käytetään erilaisia ​​ei-rautametalliseoksia, valurautaa, jauhemateriaaleja ja jopa muovia. Terästä käytetään kuitenkin useimmiten sen korkean ominaislujuuden ja alhaisten kustannusten vuoksi.

Hyvin usein kokeneiden mekaanikkojen jokapäiväisessä elämässä kuulet lauseita aiheesta erilaisia ​​osia: niiden ominaisuudet, ominaisuudet, hinnat ja suorituskyky. Yksi näistä osista on vaihde. Mihin tämä yksityiskohta on tarkoitettu? Mikä se on ja millä periaatteella se toimii? Selvitetään se.

Vaihteiden kuvaus ja tyypit

Hammaspyörä on hampainen pyörä (levy) (toisin sanoen hammaspyörä (GK)), joka on kiinnitetty pyörivään akseliin. Se voi olla joko kartiomainen tai sylinterimäinen.
Hammaspyörät on jaettu (hammaslinjasta riippuen) seuraaviin tyyppeihin:

Spurs. Nämä ovat eniten käytettyjä kaikentyyppisiä hammaspyöriä, joissa hampaat sijaitsevat radiaalisissa tasoissa.

Viistetty (kierteinen) käytetään sähkö- ja bensiinityökaluissa (pistosahat, rautasahat ...). Näissä osissa hampaat sijaitsevat kulmassa pyörivään akseliin nähden.

mato (spiraali) käytetään auton ohjaamiseen.

Ruuvilla on sylinterin muotoinen, hampaat sijaitsevat ruuvin linjaa pitkin. Käytetään akseleilla, jotka sijaitsevat kohtisuorassa toisiinsa nähden.

Pyöreillä hampailla, joilla on ympyrän sädeviiva, jonka vuoksi voimansiirtokosketus tapahtuu vain yhdessä kohdassa (kytkentälinjalla), joka sijaitsee yhdensuuntaisesti hammaspyörän akselien kanssa.

Sisäisellä vaihteistolla, jossa "hampaat" leikataan sisään. Niitä käytetään säiliötornin käytössä, planeettamekanismeissa, pumpuissa ...

Sektorivaihteet ovat osa erityyppistä vaihdetta, mikä säästää merkittävästi mittoja. Sitä käytetään sellaisissa vaihteissa, joissa vaihdetta ei tarvita.

Näitä osia on monia muita tyyppejä, joista jokainen voi suorittaa tietyn toiminnon.

Laajuus ja toimintaperiaate

Vaihteistoa pidetään yhtenä tärkeimmistä vaihteistomekanismeissa käytetyistä osista, sekä monimutkaisista että yksinkertaisista. Niitä käytetään koneenrakennuksessa, elintarvike- ja kaivosteollisuudessa, laivanrakennuksessa, nostureissa, vaihdelaatikoissa, vinsseissä, säiliöissä, porauslaitteissa…

Vaihteita käytetään pareittain ja ne toimivat hampaiden avulla kiinnittyen naapureihin, minkä ansiosta hammaspyörän päätehtävä suoritetaan - pyörivien liikkeiden välittäminen akselien välillä.

Jokaisella vaihteella on oma hammasmäärä. Hammaspyörän hampaiden lukumäärän ero on välttämätön, jotta voidaan muuntaa akselin kierrosten lukumäärää ja vääntömomenttia, eli KM:n siirtämistä tai vaihtamista johtavasta vaihteeseen. Etuvaihde on se, jolle vääntömomentti syötetään ulkopuolelta, ja käytettävä on se, jolla se poistetaan.

Samaan aikaan, kun käyttöosan halkaisija on pienempi kuin käytettävän osan halkaisija, KM kasvaa suhteessa pyörimisnopeuden laskuun ja päinvastoin (käyttöosan halkaisija on pienempi kuin johtava yksi), päinvastoin. Lisäksi sinun on tiedettävä, että vaihteiston tasaisuus riippuu hammaspyörän hampaiden määrästä (enemmän hampaita - tasainen käynti ja päinvastoin).

Vaihteen kuluminen (hampaiden halkeilu) edellyttää sen vaihtoa, koska osaa ei voi korjata.

Hammaspyörä tai hammaspyörä on tärkein osa, jota käytetään hammaspyörämekanismeissa ja joka suorittaa päätehtävän - se välittää pyörimisliikkeet akselien välillä tarttumalla viereisen hammaspyörän hampaisiin. Hammaspyörä näyttää kiekolta, jossa on kartiomainen tai sylinterimäinen pinta, jossa hampaat sijaitsevat yhtä etäisyydellä. Vaihteistossa hammaspyörää kutsutaan pieneksi vaihteeksi, jossa on pieni määrä hampaita, ja suurta hammaspyörää kutsutaan vaihteeksi. Käytettäessä hammaspyöräparia, jossa on sama määrä hampaita, johtavaa kutsutaan vaihteeksi ja käytettävää vaihteeksi. Mutta useimmiten kaikkia vaihteita, sekä pieniä että suuria, kutsutaan vaihteiksi (vaihteiksi).

Yleisesti käytettyjä hammaspyöriä pareittain, joissa on eri hammasluku, tämä hammaspyörämekanismi mahdollistaa akselien kierrosten määrän ja vääntömomentin muuntamisen. Suhde- tämä on akselien kierroslukujen suhde minuutissa, joka määräytyy hammaspyörien halkaisijoiden suhteen tai hampaiden lukumäärän suhteen. Muuten, pyörien hampaiden määrä vaikuttaa vaihteiston tasaisuuteen, mitä suurempi niiden lukumäärä, sitä tasaisempi vaihteisto. Vetovaihde on se, jonka pyöriminen välittyy ulkopuolelta, ja vetopyörä on vaihde, josta vääntömomentti poistetaan. Jos vetopyörän halkaisija on suurempi, vetopyörän vääntömomentti pienenee pyörimisnopeuden suhteellisessa kasvussa ja päinvastoin.

Keksintö Gear

Vaihteen keksijä ei ole tiedossa, hammaspyörien historiassa mainitaan Ktesibius, hän käytti muinaista hammaspyörää vesikellossaan 200-luvulla eKr. ja mainitsee myös Arkhimedesen hammaspyörien käytön 3. vuosisadalla eaa. esseessään. On todisteita siitä, että roomalaiset käyttivät alussa vaihteita uusi aikakausi. Leonardo da Vincin teoksissa joidenkin mekanismien piirustuksissa on hammaspyöriä, joiden hampaan muoto on lähellä modernia.

Vaihteistosovellukset

Vaihteita käytetään erilaisissa, monimutkaisissa ja yksinkertaisissa mekanismeissa koneenrakennuksessa, laivanrakennuksessa, elintarvike- ja kaivosteollisuudessa sekä: porauslautoissa, rautatievaunuissa, nostureissa, autojen tasauspyörästöissä, vaihdelaatikoissa, säiliöissä, vinsseissä, hammaspyörähydraulikoneissa - pumput, kellot ja muut mekanismit.