Ruota dentata I parametri principali disegno

Nessun buon meccanismo può essere costruito senza dettagli come una ruota dentata (o, in caso contrario, una ruota dentata). La corretta comprensione di come gli ingranaggi influenzano parametri come la coppia e la velocità di rotazione è molto importante. Di seguito apprenderete le nozioni di base sugli ingranaggi e su come usarli correttamente.

Vantaggio meccanico: coppia rispetto alla velocità di rotazione

ingranaggi lavorare sul principio del vantaggio meccanico. Ciò significa che utilizzando ingranaggi di diversi diametri è possibile modificare la velocità di rotazione dell'albero di uscita e la coppia sviluppata dal motore di azionamento.

Qualsiasi motore elettrico ha una certa velocità di rotazione e una coppia corrispondente alla sua potenza. Ma, sfortunatamente, per molti meccanismi, i motori asincroni offerti sul mercato e adatti al costo di solito non hanno il rapporto desiderato tra velocità e coppia (le eccezioni sono servoazionamenti e motoriduttori con coppia elevata). Ad esempio, vuoi davvero che le ruote del tuo robot di pulizia ruotino a una velocità di 3000 giri / min a bassa coppia? No, certo, quindi spesso è preferibile la seconda velocità.

Equazione dell'ingranaggio

Scambia alta velocità di ingresso per una maggiore coppia in uscita. Questo scambio avviene su un'equazione molto semplice, che può essere scritta come:

Momento di _input * Velocità di _ingresso = Momento di _uscita * Velocità di _uscita

La velocità di ingresso può essere trovata semplicemente osservando la piastra del motore. Il momento di ingresso può essere facilmente identificato da questa velocità e potenza meccanica dalla stessa piastra. Quindi sostituire semplicemente la velocità di uscita o la coppia richiesta nella parte destra dell'equazione.

Ad esempio, supponi il tuo motore asincrono al momento sull'albero di uscita 0,5 N ∙ m ha una velocità di 50 giri / s, ma si desidera solo 5 giri / sec. Allora la tua equazione sarà simile a questa:

0,5 N ∙ m * 50 giri / s = momento di _uscita * 5 giri / sec.

La coppia in uscita sarà di 5 N ∙ m.

Supponiamo ora che con lo stesso motore occorra 5 N ∙ m, ma è richiesta una velocità minima di 10 giri al secondo. Come faresti a sapere se il tuo motore è capace di questo con un ingranaggio (cioè, un motoriduttore)? Torna di nuovo alla nostra equazione

0,5 N ∙ m * 50 giri / min = 5 N ∙ m * Velocità di _uscita ,

Velocità di _uscita = 5 giri / sec.

Quindi, con una semplice equazione, hai determinato che con un indicatore del momento di _uscita = 5 N ∙ m, la tua trasmissione non è in grado di fornire una velocità di uscita di 10 giri / s. Ti sei appena risparmiato un sacco di soldi, dal momento che non l'hai speso per un meccanismo che non ti saresti mai guadagnato.

Rapporto di trasmissione ingranaggio

Abbiamo annotato le equazioni, ma come scambiamo meccanicamente coppia e velocità? Per questo abbiamo bisogno di due marce (a volte più) di diametri diversi per avere un rapporto di trasmissione specifico. In ogni coppia di ingranaggi, una ruota dentata più grande si muoverà più lentamente di una più piccola, ma trasferirà più coppia all'albero di uscita. Quindi, maggiore è la differenza (o rapporto di trasmissione) tra le due ruote, maggiore è la differenza nelle loro velocità e coppie trasmesse.

Il rapporto di trasmissione mostra quante volte una marcia cambia velocità e coppia. Per lui, ancora una volta, c'è un'equazione molto semplice.

Supponiamo che il rapporto di trasmissione sia 3/1. Ciò significa che aumenti di tre volte la tua coppia, e triplichi la velocità.

esempio:

Momento di _ingresso = 1,5 N ∙ m, velocità di _ingresso = 100 giri / s,

Rapporto = 2/3

_Output Moment = _Input Moment * 2/3 = 1 N m,

Velocità di _uscita = Velocità di _ingresso * 3/2 = 150 giri / s.

Quindi, all'uscita della trasmissione, il momento è aumentato di una volta e mezza e la velocità è diminuita allo stesso modo.

Raggiungere un certo rapporto di trasmissione

Se si desidera ottenere un valore semplice, ad esempio 2 a 1, è necessario utilizzare due ingranaggi, uno dei quali è due volte più grande dell'altro. Questo non è altro che il rapporto tra i loro diametri. Se il diametro della ruota dentata è 3 volte più grande di quello degli altri ingranaggi con esso, si otterrà un rapporto di trasmissione di 3/1 (o 1/3).

Per un modo molto più accurato di calcolare il rapporto di trasmissione, calcola il rapporto tra i denti sugli ingranaggi. Se uno di loro ha 28 denti e l'altro 13, si otterrà un rapporto di trasmissione di 28/13 = 2,15 o 13/28 = 0,46. Contare i denti ti darà sempre il valore più preciso.

Efficienza dell'ingranaggio

Sfortunatamente, nella trasmissione ad ingranaggi si hanno determinate perdite di energia. Ciò è dovuto a ovvi motivi, come l'attrito, il disallineamento degli angoli di pressione, la lubrificazione, i giochi (distanza tra i denti accoppiati delle due ruote), nonché i momenti angolari, ecc. Diversi tipi di ingranaggi, diversi tipi di ingranaggi, materiali diversi e usura degli ingranaggi, - tutto ciò influenzerà l'efficienza della trasmissione. Le loro combinazioni possibili daranno un elenco troppo grande, quindi il valore esatto dell'efficienza di trasferimento che si utilizza può essere trovato nella documentazione per esso.

Supponi di utilizzare due ingranaggi cilindrici. La normale efficienza di tale trasmissione è circa ~ 90%. Moltiplicare questo numero in base alla velocità di uscita e alla coppia di uscita per ottenere i valori di uscita effettivi della trasmissione.

Se (dall'esempio precedente):

Rapporto = 2/3

_Output Moment = _Input Moment * 2/3 = 1 N m,

Velocità di _uscita = velocità di _ingresso * 3/2 = 150 giri / s,

allora:

True _Output Moment = 1 N ∙ m * 0.9 = 0.9 N ∙ m,

True _Output Speed ​​= 150 giri / sec * 0.9 = 135 giri / sec.

Senso di rotazione degli ingranaggi

Sviluppando qualsiasi attrezzatura, è necessario capire come cambia la direzione di rotazione dell'albero di uscita. Due ingranaggi accoppiati ruotano sempre in direzioni opposte. Ciò significa che se uno ruota in senso orario, l'altro ruoterà sempre contro di esso. Questo è abbastanza ovvio. Ma cosa succede se hai una marcia, diciamo, di sei ingranaggi interbloccati? La regola qui è la seguente: gli alberi di entrata e di uscita per ingranaggi con un numero dispari di ingranaggi ruotano sempre in una direzione e, per un numero pari di ingranaggi, nella direzione opposta.

Ingranaggio e parametri

Contiene una corona con denti, un disco e un mozzo. Ci sono tre dei suoi parametri più importanti: modulo, diametro del cerchio del passo e numero di denti. Qual è il cerchio del passo ha una ruota dentata? Di seguito viene mostrato un disegno di una ruota cilindrica con i tipici denti evolventi. Il cerchio del tono è mostrato con linee tratteggiate. È consuetudine determinare il passo circonferenziale dei denti p (passo della dentatura), cioè la parte della sua lunghezza per un dente, e il modulo ingranaggio m è la parte del diametro del cerchio del passo d per ciascun dente. Per calcolarlo, usa semplicemente la formula seguente:

m = d / z = p / 3.14, mm.

Ad esempio, una ruota dentata con 22 denti e un diametro di 44 mm ha un modulo di m = 2 mm. Gli ingranaggi accoppiati devono avere entrambi un modulo. I loro valori sono standardizzati e, proprio al cerchio del passo, il modulo della ruota data prende il suo valore standard.

L'altezza della testa del dente di una ruota è inferiore all'altezza della gamba del dente del secondo che si impegna con esso, formando così un gioco radiale c .

Garantire un gioco laterale δ tra due denti ad incastro, la somma di essi spessori presi meno del loro passo circonferenziale p . radiale e lato sono previste lacune per creare le condizioni necessarie per la lubrificazione, il normale funzionamento della trasmissione con le inevitabili inesattezze di fabbricazione e assemblaggio, l'aumento termico delle dimensioni della trasmissione, ecc.

Calcolo del cambio

Viene sempre condotto come parte del calcolo di un particolare treno di ingranaggi. I dati iniziali sono solitamente potenza (o coppia), velocità angolari (o velocità di un albero e rapporto di trasmissione), condizioni di lavoro (natura del carico) e durata del cambio.

Un'ulteriore procedura riguarda un ingranaggio cilindrico chiuso.

1. Determinazione del rapporto di trasmissione u .

2. La scelta dei materiali delle ruote in base alle condizioni di lavoro, allo scopo del trattamento termico e ai valori di durezza delle superfici di lavoro dei denti.

3. Calcolo dei denti della trasmissione per la piegatura.

4. Calcolo dei denti della trasmissione sulla forza di contatto (resistenza delle superfici di contatto dei denti).

5. Determinazione della spaziatura assiale a _W dalla condizione di forza del contatto e arrotondamento del suo valore allo standard.

6. Impostare il modulo dalla relazione m = (0,01 - 0,02) x a _W e arrotondarne il valore a quello standard più vicino. In questo caso, nelle trasmissioni di potenza, è desiderabile avere m ≥ 1,5 - 2 mm.

7. Determinazione del numero totale di denti dell'ingranaggio, numero di denti dell'ingranaggio e ruota.

8. Selezione dei fattori di forma dei denti per ingranaggi e ruote.

9. Controllare la resistenza dei denti per le sollecitazioni di flessione.

10. Esecuzione del calcolo geometrico del trasferimento.

11. Determinazione della velocità periferica della ruota e nomina di un appropriato ingranaggio di precisione.

Il calcolo della marcia nella composizione della marcia aperta è leggermente diverso da quanto sopra, ma in pratica la sequenza è la stessa.

Come viene indicata la produzione di ingranaggi di precisione?

Nella produzione di uno qualsiasi dei loro tipi hanno un numero di errori, tra i quali ce ne sono quattro principali:

• errore cinematico associato principalmente al battito radiale delle ruote dentate;
• l'errore di levigatezza di lavoro causato da deviazioni di un passo e un profilo di denti;
• l'errore di contatto dei denti nella trasmissione, che caratterizza la completezza dell'adattamento delle loro superfici in impegno;
• gioco laterale tra superfici dentarie non funzionanti.

Per controllare i primi tre errori, gli standard impostano gli indicatori speciali - i gradi di precisione da 1 a 12 e l'accuratezza della produzione aumenta con l'indice decrescente. Per controllare il quarto errore di produzione, ci sono due indicatori:

• tipo di ingranaggi di accoppiamento - indicato con le lettere A, B, C, D, E, H;
• Tolleranza spazio laterale - indicata dalle lettere x, y, z, a, b, c, d, e, h.

Per entrambi gli indicatori della distanza laterale, i simboli sono riportati in ordine discendente delle dimensioni e della tolleranza.

Convenzionalmente, la precisione degli ingranaggi è indicata in due modi. Se il grado di precisione nei primi tre errori è lo stesso, viene inserito un indicatore numerico comune del grado di precisione, seguito dalle lettere che indicano il tipo di interfaccia e la tolleranza per l'altezza laterale. Ad esempio:

8-Ac GOST 1643 - 81.

Se la precisione nei primi tre errori è diversa, nella designazione vengono inseriti tre indicatori numerici in sequenza. Ad esempio:

5-4-3-Sa GOST 1643 - 81.

Tipi di ingranaggi

Qualsiasi ruota dentata, indipendentemente dal suo tipo, è realizzata e funziona secondo gli stessi principi sopra descritti. Tuttavia, i loro diversi tipi ti permettono di eseguire diversi compiti. Ad esempio, alcuni tipi di ingranaggi hanno un'alta efficienza o un elevato rapporto di trasmissione o lavorano con assi non paralleli di rotazione degli ingranaggi. I seguenti sono i principali tipi comuni. Questa non è una lista completa. È anche possibile una combinazione dei seguenti tipi.

Nota: viene fornita solo l'efficienza tipica dell'ingranaggio. A causa di molti altri possibili fattori, i valori di efficienza forniti dovrebbero essere utilizzati solo come valori di riferimento. Spesso i produttori danno l'efficienza prevista nei passaporti per i loro programmi. Ricorda che l'usura e la lubrificazione influenzano significativamente anche l'efficienza degli ingranaggi.

Ruote cilindriche cilindriche (efficienza ~ 90%)

L'ingranaggio cilindrico ha denti posizionati su una superficie cilindrica. I trasferimenti con essi sono i tipi più comunemente usati per la loro semplicità e la massima efficienza tra tutti gli altri. Il rapporto di trasmissione per una coppia u ≤ 12,5. Non è raccomandato per carichi molto elevati, poiché i denti rettilinei della ruota dentata si rompono abbastanza facilmente.

Ingranaggi elicoidali cilindrici (efficienza ~ 80%)

Funzionano allo stesso modo dello sperone cilindrico per trasferire un momento tra alberi paralleli, ma una tale trasmissione si impegna più agevolmente. Di conseguenza, creano meno rumore durante il funzionamento e hanno dimensioni più ridotte. Hanno una grande capacità di carico. Sfortunatamente, a causa della complessa forma dei denti, di solito sono più costosi.

Ruote cilindriche chevron

Sono una variazione delle specie precedenti. Qual è la differenza della ruota dentata. Un disegno di esso è mostrato sotto. Si può vedere che i denti con inclinazione destra e sinistra sono disposti lungo la larghezza della sua corona, in modo tale che i denti compositi di una ruota dentata assomiglino alla forma dei "galloni". Queste ruote hanno tutti i vantaggi del loro aspetto elicoidale, oltre all'assenza di carichi assiali. Sono in grado di centrarsi e non necessitano di costosi cuscinetti angolari a contatto per la percezione dei carichi assiali.

Ingranaggi conici (efficienza ~ 70%)

I denti di queste ruote, che si trovano sulle superfici coniche, si comportano in modo rettilineo, obliquo, circolare (arcuato). Questi ingranaggi vengono utilizzati per trasferire il momento tra gli alberi che si intersecano a diversi angoli. Sfortunatamente, la loro efficienza è piuttosto bassa, quindi il loro uso dovrebbe essere evitato se possibile.

Ingranaggi a vite senza fine (Efficienza ~ 70%)

Questa è una trasmissione con un verme su un albero e una ruota elicoidale sul secondo, perpendicolare al primo, albero. Hanno un rapporto di trasmissione molto alto. I calcoli tengono conto del fatto che il worm (a senso unico) ha un solo dente (giro). Un altro vantaggio della ruota a vite è che ha una sola direzione di rotazione. Ciò significa che solo il motore di azionamento può ruotare una tale marcia, mentre gravità o altre forze di terze parti non causeranno alcuno spin. Questo è utile, ad esempio, per bloccare il carico in altezza.