Gear

Tandhjul eller tandhjul [1] , gear [2]  - hoveddelen af ​​tandhjulet i form af en skive med tænder på en cylindrisk eller konisk overflade, der går i indgreb med tænderne på et andet gear.

Normalt er begreberne gear , gear , gear synonyme, men nogle forfattere kalder drivgear gear , og det drevne gear - hjulet [2] . Oprindelsen af ​​ordet "gear" er ikke kendt med sikkerhed, selvom der er forslag om en sammenhæng med tallet "seks". Men L. V. Kurkina stammer udtrykket fra ordet "pol" (i betydningen " akse ") [3] .

Gear bruges normalt i par med forskelligt antal tænder for at konvertere drejningsmomentet og hastigheden af ​​indgangs- og udgangsaksler . Det hjul, som momentet tilføres udefra, kaldes kørsel , og det hjul, som momentet fjernes fra, er drevet . Hvis diameteren af ​​det drivende hjul er mindre , øges det drevne hjuls drejningsmoment på grund af et proportionalt fald i omdrejningshastigheden og omvendt . I overensstemmelse med gearforholdet vil en stigning i drejningsmomentet forårsage et proportionalt fald i det drevne gears rotationsvinkelhastighed , og deres produkt - mekanisk kraft  - forbliver uændret. Dette forhold er kun gyldigt for det ideelle tilfælde, som ikke tager højde for friktionstab og andre effekter, der er typiske for rigtige enheder.

Historie

Selve ideen om en mekanisk transmission går tilbage til ideen om en port . I henhold til princippet om dets drift er gearet en endeløs håndtag, hvor rollen som det andet, førende gear blev spillet af en person, et dyr, vand osv. Manden bemærkede hurtigt, at med et længere håndtag på kraven, bliver der brugt mindre kræfter. Hvornår og hvem der først fik ideen til at forbinde de to porte sammen vides ikke med sikkerhed. Men højst sandsynligt opstod denne opfindelse relativt samtidigt i flere regioner på én gang, da den var logisk rimelig.

Ved at bruge et system med to hjulomdrejninger med forskellige diametre er det muligt ikke kun at transmittere, men også at transformere bevægelsen. Hvis et større hjul drives, vil vi ved udgangen miste hastigheden, men drejningsmomentet på denne transmission vil stige. Dette gear er praktisk, hvor du skal "styrke bevægelsen", såsom når du løfter vægte. Men grebet mellem tandhjulene med en glat fælg er ikke stift nok, hjulene glider. Derfor begyndte man i stedet for glatte hjul at bruge gear.

I det gamle Egypten blev tyredrevne enheder allerede brugt til vanding af jord, bestående af et trægear og et hjul med et stort antal spande.

I stedet for tænder blev der oprindeligt brugt cylindriske eller rektangulære træfingre, som blev installeret langs kanten af ​​træfælge.

Fremstillet i det 1. århundrede f.Kr. Antikythera-mekanismen bestod af snesevis af metalgear [4] .

Cylindriske tandhjul

Profilen af ​​hjulenes tænder har normalt en evolvent lateral form . Der er dog tandhjul med en cirkulær form af tandprofilen ( Novikov gear med en og to indgrebslinjer) og med en cykloidal . Derudover bruges gear med asymmetrisk tandprofil i skraldemekanismer .

Involut gear parametre:

Med henblik på standardisering, nem fremstilling og udskiftning af gear i maskinteknik, er visse værdier​ af tandhjulsmodulet m vedtaget , som er en række tal at vælge imellem: 0,05 ; 0,06 ; 0,08 ; 0,1 ; 0,12 ; 0,15 ; 0,2 ; 0,25 ; 0,3 ; 0,4 ; 0,5 ; 0,6 ; 0,8 ; 1 ; 1,25 ; 1,5 ; 2 ; 2,5 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 8 ; 10 ; 12 ; 16 ; 25 ; 32 ; 40 ; 50 ; 60 ; 80 ; 100 . [5]

Gear kan fremstilles med forskellig forskydning af skærestangen: uden forskydning (nul gear eller "nul tænder") , med positiv forskydning (forskydning mod stigende materiale) , med negativ forskydning (forskydning mod faldende materiale) .

Højden af ​​tandhovedet - h aP og højden af ​​tandskaftet - h fP  - i tilfælde af et nul gear svarer til modulet m som følger: h aP = m; h fP ​​= 1,25 m , dvs.:

Herfra får vi, at højden af ​​tanden h (ikke angivet på figuren):

Generelt fremgår det tydeligt af figuren, at diameteren af ​​cirklen af ​​toppene d a er større end diameteren af ​​cirklen af ​​trugene d f med to gange højden af ​​tanden h . Baseret på alt dette, hvis du praktisk talt vil bestemme gearets modul m uden at have de nødvendige data til beregninger (bortset fra antallet af tænder z ), skal du nøjagtigt måle dens ydre diameter d a og dividere resultatet med antallet af tænder z plus 2:

Tandens længdelinje

Cylindriske tandhjul klassificeres i henhold til formen af ​​den langsgående tandlinje i:

Spurhjul

Tænderne er placeret i radiale planer, og kontaktlinjen for tænderne på begge tandhjul er parallel med rotationsaksen. I dette tilfælde skal begge gears akser også være strengt parallelle. Spurgear har de laveste omkostninger, deres arbejde har den højeste effektivitet, men på samme tid er det begrænsende overførte drejningsmoment for sådanne gear lavere end for spiral- og chevrongear. De har også øget støj under drift.

Heliske hjul

Tænderne er placeret i en vinkel i forhold til rotationsaksen, og formmæssigt udgør de en del af en helix. Indgrebet af sådanne hjul er jævnere end for cylindriske tandhjul og med mindre støj. Kontaktområdet øges også, hvilket med samme dimensioner med cylindriske tandhjul giver dig mulighed for at overføre mere drejningsmoment. Under driften af ​​et skrueformet gearpar opstår der en mekanisk aksial kraft, der er rettet langs rotationsaksen for hvert hjul og har tendens til at skubbe begge hjul i modsatte retninger fra kontaktplanet, hvilket nødvendigvis kræver brug af tryklejer . Det øgede friktionsområde af de spiralformede tænder forårsager yderligere effekttab til opvarmning. Generelt bruges skrueformede gear i applikationer, der kræver høj drejningsmomenttransmission ved høje hastigheder eller har alvorlige støjbegrænsninger.

Chevron hjul

Opfindelsen af ​​chevron-tandprofilen tilskrives ofte Andre Citroen , men faktisk købte han kun patent på et mere avanceret skema, som blev opfundet af en selvlært polsk mekaniker [6] . Tænderne på sådanne hjul er lavet i form af bogstavet "V" (eller de opnås ved at forbinde to spiralformede hjul med modsatte tænder). Chevron-hjul løser problemet med aksial kraft. De aksiale kræfter af begge halvdele af et sådant hjul kompenseres gensidigt, så det er ikke nødvendigt at installere akslerne på tryklejer. I dette tilfælde er transmissionen selvjusterende i aksial retning, hvorfor en af ​​akslerne i gearkasser med chevronhjul er monteret på flydende understøtninger (som regel på lejer med korte cylindriske ruller).

Hjul med cirkulære tænder (hjul med Novikov-tænder)

Transmissionen baseret på hjul med cirkulære tænder ( Novikovs transmission ) har endnu højere køreegenskaber end spiralformede gear - en høj indgrebsbelastningskapacitet, høj glathed og støjsvag drift. Imidlertid er de begrænset i brug af reduceret, under samme forhold, effektivitet og levetid, sådanne hjul er mærkbart vanskeligere at fremstille. Deres tandlinje er en cirkel med radius, valgt til visse krav. Kontakten mellem tændernes overflader sker på et punkt på indgrebslinjen, placeret parallelt med hjulakserne.

Gearhjul med udvendig og indvendig gearing

  • Et par tandhjul med EKSTERN gearing.
    Gearforhold - 3 (42/14).
    Hjulene roterer i den modsatte retning.

  • Et par tandhjul med INTERN gearing.
    Gearforhold - 3 (42/14).
    Hjulene roterer i samme retning.

Sektorhjul

Et sektorhjul er en del af et konventionelt cylindrisk hjul med enhver form for tænder. Sådanne hjul bruges i tilfælde, hvor drejning af forbindelsen for en hel omgang ikke er påkrævet, og derfor er det muligt at spare på dets dimensioner.

Koniske gear

I mange maskiner er implementeringen af ​​de nødvendige bevægelser af mekanismen forbundet med behovet for at overføre rotation fra en aksel til en anden, forudsat at disse aksers akser skærer hinanden. I sådanne tilfælde anvendes et konisk gear. Der er typer af koniske tandhjul, der adskiller sig i formen af ​​tandlinjerne: med lige, tangentielle, cirkulære og buede tænder. Koniske tandhjul med en cirkulær tand bruges for eksempel i bilslutdrev i en gearkasse.

  • Koniske hjul i dæmningsporten

  • Hovedgear i en baghjulstrukket bil

Tandstang (kremaliera)

Tandstangsgear ( kremalera ) bruges i tilfælde, hvor det er nødvendigt at konvertere rotationsbevægelse til translationel og omvendt. Den består af et konventionelt cylindrisk tandhjul og en tandstang (stativ). Funktionen af ​​en sådan mekanisme er vist i figuren.

Tandstangen er en del af et hjul med en uendelig cirkelradius. Derfor bliver delecirklen, såvel som cirklerne af toppe og trug, til parallelle lige linjer. Den evolvente skinneprofil får også en retlinet form. Denne egenskab ved involut viste sig at være den mest værdifulde i fremstillingen af ​​gear.

Tandstang bruges også i tandstangsjernbaner .

Kronehjul

Et kronhjul er en speciel type hjul, hvis tænder er placeret på sidefladen. Et sådant hjul forbindes som regel med en konventionel spore eller med en tromle af stænger (lanternehjul), som i et tårnur. Pinwheel gear er blandt de tidligste og enkleste at fremstille, men er kendetegnet ved meget høje friktionstab.

  • Lanterne gear

  • ring gear

Andre

Tandet tromler af biografudstyr - designet til nøjagtigt at flytte filmen til perforering . I modsætning til konventionelle gear, der går i indgreb med andre hjul eller gearprofiler, har geartromlerne i filmudstyr en tandstigning valgt i overensstemmelse med perforeringsstigningen. De fleste af disse tromler har en evolvent tandprofil, fremstillet ved hjælp af de samme teknologier som i andre tandhjul.

Fremstilling af gear

Rullemetode

I øjeblikket er det den mest teknologisk avancerede, og derfor den mest almindelige måde at fremstille gear på. Ved fremstilling af tandhjul kan værktøj som en kam, snekkeskærer og fræser bruges.

Kam metode

Et skæreværktøj formet som en tandstang kaldes en tandhjulskam. På den ene side af kammen er en skærkant skærpet langs tandkonturen. Arbejdsstykket på det riflede hjul foretager en rotationsbevægelse omkring aksen. Kammen udfører komplekse bevægelser bestående af en translationsbevægelse vinkelret på hjulaksen og en frem- og tilbagegående bevægelse (ikke vist i animationen) parallelt med hjulaksen for at fjerne spåner i hele bredden af ​​dens fælge. Den relative bevægelse af kammen og emnet kan være forskellig, for eksempel kan emnet udføre en intermitterende kompleks rullende bevægelse, i overensstemmelse med kammens skærende bevægelse. Emnet og værktøjet bevæger sig i forhold til hinanden på maskinen, som om profilen af ​​de tænder, der skæres, går i indgreb med kammens oprindelige producerende kontur.

Rullemetode ved hjælp af en ormeklipper

Udover kammen bruges en ormeskærer som skæreværktøj. I dette tilfælde opstår der et snekkegear mellem emnet og fræseren .

Indbrudsmetoden ved hjælp af en skærer

Gear er også hamret på gear formemaskiner ved hjælp af specielle fræsere. Gear shaping cutter er et tandhjul udstyret med skærekanter. Da det normalt er umuligt at afskære hele metallaget på én gang, udføres behandlingen i flere trin. Under bearbejdningen udfører værktøjet en frem- og tilbagegående bevægelse i forhold til emnet. Efter hvert dobbeltslag roterer emnet og værktøjet om deres akser et trin. Således "løber" værktøjet og emnet så at sige ind i hinanden. Efter at emnet har foretaget en fuldstændig omdrejning, foretager fræseren en fremføringsbevægelse mod emnet. Denne proces fortsætter, indtil alt det nødvendige metallag er fjernet.

Kopieringsmetode (Opdelingsmetode)

En skive eller fingerskærer skærer et hulrum i tandhjulet. Værktøjets skærkant har formen af ​​dette hulrum. Efter skæring af et hulrum roteres emnet i et vinkeltrin ved hjælp af en opdelingsanordning, skæreoperationen gentages.

Metoden blev brugt i begyndelsen af ​​det 20. århundrede . Ulempen ved metoden er dens lave nøjagtighed: hjulets trug fremstillet ved denne metode er meget forskellige fra hinanden.

Varmt og koldt rullende

Processen er baseret på den sekventielle deformation af et lag opvarmet til en plastisk tilstand af en vis dybde af emnet af et tandhjulsrullende værktøj. Dette kombinerer induktionsopvarmning af emnets overfladelag til en vis dybde, plastisk deformation af emnets opvarmede lag for at danne tænder og indføring af de dannede tænder for at opnå en given form og nøjagtighed.

Fremstilling af koniske hjul

Fremstillingsteknologien af ​​vinkelgear er tæt forbundet med geometrien af ​​flankerne og tandprofilerne. Fremgangsmåden til at kopiere den formede profil af et værktøj til dannelse af en profil på et keglehjul kan ikke anvendes, da dimensionerne af hulrummet i keglehjulet ændrer sig, når det nærmer sig toppen af ​​keglen. I denne henseende kan værktøjer såsom en modulær skiveskærer, en fingerskærer, en formet slibeskive kun bruges til grovskæring af hulrum eller til dannelse af hjulhulrum, der ikke er højere end den ottende grad af nøjagtighed.

Til skæring af mere nøjagtige koniske hjul anvendes metoden til at køre i maskinindgreb af det emne, der skæres, med et imaginært producerende hjul. Produktionshjulets sideflader er dannet på grund af bevægelsen af ​​værktøjets skærekanter under hovedskæringsbevægelsen, hvilket sikrer skæringen af ​​kvoten . Lige blade værktøjer er de mest populære. Med en retlinet hovedbevægelse danner et retlinet blad en flad producerende overflade. En sådan overflade kan ikke danne en evolvent konisk overflade med sfæriske evolvente profiler. De resulterende konjugerede koniske overflader, som adskiller sig fra involutte overflader, kaldes kvasi-involutte.

Modellering

  • Modellering (fortsat 1m35s) anden version

  • Computermodel af et geartog (se nanoteknologi )

Fejl i geardesign

Tandklipning

I henhold til egenskaberne for evolvent gearing berører den lige del af den oprindelige genererende kontur af tandstangen og den evolvente del af tandprofilen på det skårne hjul kun på linjen med maskingear. Uden for denne linje skærer den oprindelige genererende kontur hjultandens evolvente profil, hvilket fører til underskæring af tanden ved bunden, og hulrummet mellem tænderne på det afskårne hjul er bredere. Underskæring reducerer den evolvente del af tandprofilen (hvilket fører til en reduktion i varigheden af ​​indgreb af hvert par tænder i det konstruerede gear) og svækker tanden i dens farlige sektion. Derfor er klipning ikke tilladt. For at forhindre underskæring pålægges hjuldesignet geometriske begrænsninger, hvorfra det mindste antal tænder bestemmes, hvor de ikke vil blive underskåret. For et standardværktøj er dette tal 17. Underskæring kan også undgås ved at bruge en anden gearfremstillingsmetode end indbrudsmetoden. Men i dette tilfælde skal betingelserne for det mindste antal tænder overholdes, ellers vil hulrummene mellem tænderne på det mindre hjul vise sig at være så tætte, at tænderne på det større hjul på det fremstillede gear ikke vil have nok plads til deres bevægelse, og gearet vil sætte sig fast.

For at reducere de overordnede dimensioner af gearene, bør hjulene designes med et lille antal tænder. Derfor, når antallet af tænder er mindre end 17, så der ikke opstår underskæring, skal hjulene udføres med en værktøjsforskydning - en forøgelse af afstanden mellem værktøjet og emnet ( korrigerede tandhjul).

Slibning af tanden

Når værktøjsforskydningen øges, vil tandtykkelsen falde. Dette fører til slibning af tænderne. Faren for slibning er især stor for hjul med et lille antal tænder (mindre end 17). For at forhindre skår i spidsen af ​​en spids tand er værktøjets forskydning begrænset ovenfra.

  • Tandslibning

  • Klipning af tænder

Andre anvendelser

I naturen

Gear bruges i larver af insekter af slægten Issus for at synkronisere bevægelsen af ​​benene på tidspunktet for springet. [7] [8]

I symbolisme

Tandhjulet (eller gearet) er meget udbredt i international, territorial og stammeheraldik. Dette emblem dukkede op i maskinproduktionens æra i anden halvdel af det 19. - tidlige 20. århundrede. Oftest repræsenterer tandhjulet industri, tekniske og videnskabelige fremskridt, industrialisering, modernisering.

Se også

Links

Noter

  1. ↑ Gear // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.
  2. ↑ 1 2 V. A. Tatarinov. Historien om indenlandsk terminologi. Moskva Lyceum, 1994. S. 213.
  3. ↑ L. V. Kurkina. Etymologiske noter // Etymologi 1974 . M. , "Videnskab". 1976. S. 46.
  4. ↑ Gearkassens historie: fra oldtiden til i dag . Hentet 11. juni 2020. Arkiveret fra originalen 11. juni 2020.
  5. ↑ GOST 9563-60, 1960 , s. 2.
  6. ↑ 7 innovationer af Andre Citroen, der ændrede bilindustrien . Hentet 10. juni 2014. Arkiveret fra originalen 11. juni 2014.
  7. ↑ Julia Smirnova. Det ældste "gear" fundet på insekters ben  // Science and Life. - 2013.
  8. ↑ Det første gear opdaget i naturen Arkiveret 13. september 2013 på Wayback Machine // Popular Mechanics

Litteratur

  • GOST 16530-83. Gear transmissioner. Generelle udtryk, definitioner og betegnelser.
  • GOST 9563-60. Gearhjul. Moduler.
  • Gears // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.
  • Generel teknisk opslagsbog / Ed. Skorokhodova E. A .. - M . : Mashinostroyeniye, 1982. - S. 416.
  • Gulia N. V., Klokov V. G., Yurkov S. A. Maskindele. - M . : Publishing Center "Academy", 2004. - S. 416. - ISBN 5-7695-1384-5 .
  • Bogdanov V.N., Malezhik I.F., Verkhola A.P. et al. Referenceguide til tegning. - M . : Mashinostroenie, 1989. - S. 438-480. — 864 s. — ISBN 5-217-00403-7 .
  • Anuryev V.I. Håndbog for designer-maskinbyggeren: i 3 bind  / udg. I. N. Zhestkovoy. - 8. udg., revideret. og yderligere - M .  : Mashinostroenie, 2001. - T. 2. - 912 s. - BBK 34,42ya2. - UDC  621.001.66 (035) . — ISBN 5-217-02964-1 .
  • Frolov K. V., Popov S. A., Musatov A. K., Timofeev G. A., Nikonorov V. A. Teori om mekanismer og mekanik af maskiner / Kolesnikov K. S. - Fjerde udgave, rettet og suppleret. - M . : Forlag af MSTU im. N. E. Bauman , 2002. - V. 5. - S. 452-453, 456-459, 463-466, 497-498. — 664 s. — (Mekanik ved det tekniske universitet). - 3000 eksemplarer.  — ISBN 5-7038-1766-8 .
  • Leonova L. M., Chigrik N. N., Tataurova V. P. Gears. Elementer i beregning og design: Retningslinjer . - Omsk: OmGTU Publishing House , 2005. - 45 s.  (utilgængeligt link)