Ako funguje prevodovka
Ozubené kolesá sa používajú v širokej škále mechanických zariadení. Vykonávajú množstvo dôležitých úloh, ale čo je najdôležitejšie, poskytujú prevodovku pre motorizované zariadenia. To je kľúčové, pretože zvyčajne malé motory, ktoré sa otáčajú veľmi rýchlo, môžu poskytnúť dostatok energie pre zariadenie, ale nie dostatočný krútiaci moment. Napríklad redukcia prevodu elektrického skrutkovača je veľmi veľká, pretože vyžaduje veľký krútiaci moment na otáčanie skrutky, ale motor vytvára veľmi malý krútiaci moment pri vysokej rýchlosti. Znížením prevodového stupňa je možné znížiť výstupnú rýchlosť a zároveň zvýšiť krútiaci moment.
Ďalšia vec, ktorú ozubené koleso robí, je nastavenie smeru otáčania. Napríklad v diferenciáli medzi zadnými kolesami auta sa sila prenáša cez hriadeľ, ktorý vedie pozdĺž stredu auta, a diferenciál musí otočiť silu o 90 stupňov, aby ju aplikoval na kolesá.
Existuje veľa zložitostí s rôznymi typmi ozubených kolies. V tomto článku sa dozvieme, ako presne fungujú zuby na prevodoch a rozoberieme si rôzne typy ozubených kolies, ktoré nájdete v rôznych mechanických vychytávkach.
Na akomkoľvek prevodovom stupni je pomer určený vzdialenosťou od stredu prevodu k bodu kontaktu. Napríklad v zariadení s dvoma prevodmi, ak je jeden dvojnásobkom priemeru druhého, je pomer 2:1.
Jedným z najprimitívnejších typov ozubených kolies, ktoré môžeme vidieť, je koleso, z ktorého trčí drevený hrot.
Problém týchto ozubených kolies je v tom, že ako sa otáčajú, mení sa vzdialenosť od stredu každého ozubeného kolieska k bodu kontaktu. To znamená, že prevodový pomer sa mení pri otáčaní ozubených kolies, čo znamená, že sa budú meniť aj výstupné otáčky. Ak v aute používate takéto prevody, nie je možné udržiavať konštantnú rýchlosť --, ktorú neustále zrýchľujete a spomaľujete.
Mnoho moderných ozubených kolies používa špeciálne tvary zubov nazývané evolventy. Profil má veľmi dôležitú vlastnosť udržiavať konštantný pomer otáčok medzi dvoma prevodmi. Rovnako ako koleso klinca vyššie, kontaktný bod sa pohybuje; Ale tvar evolventných zubov kompenzuje tento pohyb. Viac informácií nájdete v tejto časti.
Teraz sa pozrime na rôzne typy ozubených kolies.
Čelné ozubené kolesá sú najbežnejším typom ozubených kolies. Majú priame zuby a sú namontované na rovnobežných osiach. Niekedy sa súčasne používa veľa čelných ozubených kolies na výrobu veľmi veľkých prevodových stupňov.
Čelné ozubené kolesá sa používajú v mnohých zariadeniach, ktoré nájdete všade v spoločnosti HowStuffWorks, ako sú elektrické skrutkovače, tancujúce príšery, výkyvné postrekovače, naťahovacie budíky, práčky a sušičky. Veľa ich ale v aute nenájdete.
Je to preto, že čelné ozubené kolesá môžu byť veľmi hlasné. Zakaždým, keď zub ozubeného kolesa zapadne do zuba iného ozubeného kolesa, tieto zuby sa zrazia a táto zrážka spôsobí hluk. Zvyšuje tiež namáhanie zubov ozubeného kolesa.
Väčšina prevodov v autách je špirálová, aby sa znížil hluk a tlak v nich.
Zuby na špirálovom ozubenom kole sú v uhle k povrchu ozubeného kolesa. Keď sa dva zuby na špirálovom ozubenom systéme zapoja, kontakt začína na jednom konci zuba a postupne sa rozširuje, keď sa ozubené koleso otáča, až kým tieto dva zuby úplne nezapadnú.
Toto progresívne zapojenie umožňuje, aby špirálové ozubené kolesá fungovali hladšie a tichšie ako čelné ozubené kolesá. Preto takmer všetky automobilové prevodovky používajú špirálové prevody.
Kvôli zubovým uhlom na špirálových ozubených kolesách vytvárajú pri zaradení axiálne zaťaženie na ozubené kolesá. Zariadenia, ktoré používajú špirálové prevody, majú ložiská, ktoré dokážu niesť toto náporové zaťaženie.
Jednou zo zaujímavých vecí na špirálových prevodoch je, že ak sú zuby ozubeného kolesa správne naklonené, môžu byť namontované na vertikálnu os, aby sa nastavil uhol otáčania na 90 stupňov.
Kužeľové prevody sú užitočné, keď je potrebné zmeniť smer otáčania hriadeľa. Zvyčajne sú namontované na hriadeli 90 stupňov od seba, ale môžu byť navrhnuté aj na prácu v iných uhloch.
Zuby na kužeľových kolesách môžu byť priame, špirálové alebo hypoidné. Zuby čelného kužeľového kolesa majú v skutočnosti rovnaký problém ako zuby čelného kolesa --, keď každý zub zaberá, narazia na zodpovedajúci zub súčasne.
Rovnako ako čelné ozubené kolesá, riešením tohto problému je ohýbanie zubov ozubených kolies. Tieto špirálové zuby zaberajú rovnako ako špirálové zuby: kontakt začína na jednom konci ozubeného kolesa a postupne sa rozširuje na celý zub.
V čelných a špirálových kužeľových prevodoch musia byť hriadele navzájom kolmé, ale musia byť tiež v rovnakej rovine. Ak vysuniete dva hriadele z ozubeného kolesa, budú sa pretínať. Hypoidné prevody na druhej strane môžu zaberať hriadele v rôznych rovinách.
Táto vlastnosť sa používa v mnohých automobilových diferenciáloch. Ozubený krúžok a vstupný pastorok diferenciálu sú hypoidné. To umožňuje montáž vstupného pastorka pod os prstenca. Keďže hnací hriadeľ automobilu je spojený so vstupným pastorkom, znižuje sa tým aj hnací hriadeľ. To znamená, že hnací hriadeľ príliš nezasahuje do priestoru pre cestujúcich v aute, čím uvoľňuje viac miesta pre ľudí a náklad.
Ozubené kolesá a ozubené kolesá
Hrebeň a pastorok sa používajú na premenu rotácie na lineárny pohyb. Dobrým príkladom je systém riadenia v mnohých autách. Volant otáča prevody, ktoré zaberajú hrebeň. Pri otáčaní ozubeného kolesa posúva hrebeň doprava alebo doľava, v závislosti od toho, ako otáčate koleso.
Niektoré váhy tiež používajú hrebeň a pastorok na otáčanie číselníka, ktorý zobrazuje vašu hmotnosť.
Planetary Gearsets & Gear Ratios
Každá planétová prevodovka má tri hlavné komponenty:
Slnečná výstroj
Planétové prevody a planétové ozubené hrebene
Kruhový prevod
Každá z týchto troch zložiek môže byť vstupná, výstupná alebo môže stáť. Ktorá časť je vybraná, aby zohrávala akú úlohu, určuje prevodový pomer prevodovky. Pozrime sa na jednotlivé súpravy planétových prevodov.
Jedna z planétových prevodoviek v našej prevodovke má 72 zubový krúžok a 30 zubové centrálne koleso. Z tejto súpravy prevodov môžeme získať veľa rôznych prevodových pomerov.
Uzamknutie ľubovoľných dvoch z troch komponentov navyše uzamkne celé zariadenie pri redukcii prevodu 1:1. Všimnite si, že prvý prevodový pomer uvedený vyššie je spomalenie -- výstupná rýchlosť je nižšia ako vstupná rýchlosť. Druhým je overdrive -- výstup je rýchlejší ako vstup. A potom to nakoniec opäť klesne, ale výstup ide opačným smerom. Pre túto planétovú súpravu existuje niekoľko ďalších prevodových stupňov, ale toto sú pomery spojené s našimi automatickými prevodovkami. Môžete si to vyskúšať v animácii nižšie:
Táto sada ozubených kolies teda môže produkovať všetky tieto rôzne prevodové pomery bez zapojenia alebo vyradenia akýchkoľvek iných prevodov. Použitím dvoch takýchto prevodových sád za sebou môžeme získať štyri prevody vpred a jeden vzad, ktoré sú potrebné pre prevodovku. Dve sady ozubených kolies spojíme v ďalšej časti.
