Sådan fungerer gearforhold

Du ser gear i næsten alt det, der har roterende dele. For eksempel indeholder bilmotorer og transmissioner masser af gear. Hvis du nogensinde åbner en videobåndoptager og kigger indeni, vil du se, at den er fuld af gear. Afvikling, bedstefar og pendulur indeholder masser af gear, især hvis de har klokker eller klokkeslæt. Du har sandsynligvis en strømmåler på siden af ​​dit hus, og hvis den har et gennemskineligt dæksel, kan du se, at det indeholder 10 eller 15 gear. Gear er overalt, hvor der er motorer og motorer, der producerer roterende bevægelse. I denne udgave af Sådan fungerer ting, du lærer om gear, gearforhold og geartog, så du kan forstå, hvad alle de forskellige gear, du ser, laver.

Gear bruges generelt af en af ​​fire forskellige grunde:

1. For at vende rotationsretningen
2. For at øge eller mindske rotationshastigheden
3. Sådan flyttes rotationsbevægelse til en anden akse
4. For at holde rotationen af ​​to akser synkroniseret

Du kan se effekter 1, 2 og 3 i figuren ovenfor. I denne figur kan du se, at de to gear drejer i modsatte retninger, at det mindre gear roterer dobbelt så hurtigt som det større gear, og at rotationsakse af det mindre gear er til højre for rotationsaksen for det større gear. Det faktum, at det ene gear roterer dobbelt så hurtigt, som det andet, er resultatet af forhold mellem gearene eller gearforhold (Se vores gearforholdstabel for mere info). I dette figur er gearet til venstre dobbelt dobbelt så stort som gearet til højre. Gearforholdet er derfor 2: 1 (udtales "to til en"). Hvis du ser figuren, kan du se forholdet: Hver gang det større gear går rundt en gang, går det mindre gear rundt to gange. Du kan se, at hvis begge gear havde samme diameter, ville de rotere med samme hastighed, men i modsatte retninger.

Det er let at forstå begrebet gearforhold, hvis du forstår begrebet omkreds af en cirkel. Husk, at omkredsen af ​​en cirkel er lig med diameteren af ​​cirklen ganget med Pi (Pi er lig med 3.14159 ...). Derfor, hvis du har en cirkel eller et gear med en diameter på en tomme, vil omkredsen af ​​denne cirkel være 3,14159 inches. Den følgende figur viser, hvordan omkredsen af ​​en cirkel med en diameter på 1,27 tommer er lig med en lineær afstand på 4 tommer: Lad os sige, at du havde en anden cirkel, hvis diameter var 1,27 inches / 2 = 0,635 inches, og du rullede den i på samme måde som i dette tal. Du ville opdage, at fordi dens diameter er halvdelen af ​​cirklens i figuren, skal den fuldføre to fulde rotationer for at dække den samme 4 tommer linje. Dette forklarer, hvorfor to gear, den ene halvdel så store som den anden, har et gearforhold på 2: 1. Det mindre gear skal dreje to gange for at dække den samme afstand, der er dækket, når det større gear roterer en gang.

De fleste gear, som du ser i det virkelige liv, har tænder. Tænderne har tre fordele:

1. De forhindrer glidning mellem gearene - derfor er synkroniserede aksler altid synkroniseret nøjagtigt med hinanden.
2. De gør det muligt at bestemme nøjagtige gearforhold - du tæller bare antallet af tænder i de to gear og deler. Så hvis det ene gear har 60 tænder og det andet har 20, er gearforholdet, når disse to gear er forbundet til hinanden, 3: 1.
3. De gør det således, at små ufuldkommenheder i den faktiske diameter og omkreds af to gear ikke betyder noget. Gearforholdet styres af antallet af tænder, selvom diametrene er lidt slukket.

For at skabe store gearforhold er gear ofte forbundet sammen i geartog, som vist her:

Det højre (lilla) gear i toget er faktisk fremstillet i to dele, som vist. Et lille gear og et større gear er forbundet sammen, det ene oven på det andet. Geartog består ofte af flere gear i toget, som vist i de følgende to figurer:

I tilfældet ovenfor drejer det lilla gear med en hastighed, der er dobbelt så stort som det blå gear. Det grønne gear drejer to gange så hurtigt som det lilla gear. Det røde gear drejer to gange så hurtigt som det grønne. Gearet vist nedenfor har et højere gearforhold:

I dette tog er de mindre gear en femtedel af størrelsen på de større gear. Det betyder, at hvis du tilslutter det lilla gear til en motor, der drejer ved 100 o / min (omdrejninger før minut), vil det grønne gear dreje med en hastighed på 500 o / min, og det røde gear vende med en hastighed på 2.500 o / min. På samme måde kan du tilslutte en 2.500 o / min-motor til det røde gear for at få 100 o / min på det lilla gear. Hvis du kan se inden i din effektmåler, og den er af ældre stil med fem mekaniske urskiver, vil du se, at de fem skiver er forbundet til hinanden gennem et geartog som dette, med gearene i forholdet 10: 1. Da urskiverne er direkte forbundet med hinanden, drejer de i modsatte retninger (du vil se, at numrene vendes på skive ved siden af ​​hinanden). For mere information om gearforhold, kan du besøge vores gearkortskema.

Der er mange andre måder at bruge gear på. For eksempel kan du bruge koniske gear til at bøje rotationsaksen i et geartog med 90 grader. Det mest almindelige sted at finde koniske tandhjul som dette er forskellen i en baghjulstrækket bil. En differentiel bøjer rotationen af ​​motoren 90 grader for at køre baghjulene:

Et andet specialiseret geartræ kaldes a planetarisk gear. Planetgear løser følgende problem. Lad os sige, at du ønsker et gearforhold på 6: 1. En måde at skabe dette forhold på er med følgende tre-gearstog:

I dette tog har det røde gear tre gange diameteren på det gule gear, og det blå gear har to gange diameteren på det røde gear (hvilket giver et forhold på 6: 1). Forestil dig dog, at du ønsker, at udgangsgearets akse skal være den samme som for gearet. Et almindeligt sted at have brug for denne samme aksefunktion er i en elektrisk skruetrækker. I dette tilfælde kan du bruge et planetarisk gearsystem, som vist her:

I dette gearsystem kobler det gule gear alle tre røde gear samtidig. De er alle tre fastgjort til en plade, og de griber ind i inde af det blå gear i stedet for det udvendige. Fordi der er tre røde gear i stedet for et, er dette geartog ekstremt robust. Ouput-akslen tages fra pladen, og det blå gear holdes stille. Du kan se et billede af et to-trins planetgearsystem på siden med den elektriske skruetrækker.

Til sidst forestil dig følgende situation: Du har to røde gear, som du vil holde synkroniseret, men de er et stykke fra hinanden. Du kan placere et stort gear mellem dem, hvis du vil have dem til at have de samme rotationsretninger:

Eller du kan bruge to gear i samme størrelse, hvis du ønsker, at de skal have modsat rotationsretning:

I begge disse tilfælde vil de ekstra gear dog sandsynligvis være tunge, og du er nødt til at oprette aksler til dem. I disse tilfælde er den fælles løsning at bruge enten en kæde eller a tandbælte, som vist her:

Fordelene ved kæder og bælter er let vægt, evnen til at adskille de to gear med en vis afstand og muligheden for at forbinde mange gear sammen på den samme kæde eller bælte. For eksempel i en bilmotor kan det samme tandrem binde i krumtapakslen, to knastaksler og generatoren. Hvis du skulle bruge gear i stedet for bæltet, ville det være meget sværere! For mere information om gearforhold, kan du besøge vores gearkortskema.