Fysica

Machineontwerp 101: overbrengingsverhoudingen

Machineontwerp 101: overbrengingsverhoudingen

Overbrengingsverhoudingen zijn een kernwetenschap achter bijna elke machine in het moderne tijdperk. Ze kunnen kracht en efficiëntie maximaliseren en zijn gebaseerd op eenvoudige wiskunde. Dus, hoe werken ze?

Als je elke dag met overbrengingsverhoudingen werkt, is deze post waarschijnlijk niets voor jou. Maar als u uw begrip van dit essentiële element van machineontwerp wilt verbeteren, blijf dan lezen.

Overbrengingsverhoudingen zijn eenvoudig, zolang u een deel van de wiskunde achter cirkels begrijpt. Ik zal je de wiskunde van de basisschool besparen, maar het is belangrijk om te weten dat de omtrek van een cirkel gerelateerd is aan de diameter van een cirkel. Deze wiskunde is belangrijk bij het ontwerp van de overbrengingsverhouding.

De basisprincipes van overbrengingsverhoudingen en ontwerp van overbrengingsverhoudingen

Om de overbrengingsverhoudingen te begrijpen, is het het gemakkelijkst als we beginnen met het verwijderen van de tanden van de tandwielen. Stel je twee cirkels voor die tegen elkaar rollen en ervan uitgaan dat ze niet wegglijden, net als natuurkunde 1. Geef cirkel één een diameter van 2,54 duim. Door dit met pi te vermenigvuldigen, hebben we een omtrek van 8 inchof, met andere woorden, een volledige rotatie van de cirkel zal resulteren in 8 inch van verplaatsing.

Geef cirkel twee een diameter van 0,3175 inch, wat ons een omtrek geeft van 1 inch. Als deze twee cirkels samen rollen, hebben ze een overbrengingsverhouding van 8: 1, sinds cirkel één heeft een omtrek8 keer zo groot als cirkel twee. Een overbrengingsverhouding van 8: 1 betekent die cirkel twee roteert 8 keer voor elke keer dat cirkel één keer draait. Val nog niet bij mij in slaap; we zullen steeds complexer worden.

Tandwielen zijn geen cirkels omdat ze, zoals u weet, tanden hebben. Tandwielen moeten tanden hebben omdat er in de echte wereld geen oneindige wrijving is tussen twee rollende cirkels. Tanden maken het ook heel gemakkelijk om exacte overbrengingsverhoudingen te bereiken.

In plaats van te maken te hebben met de diameters van tandwielen, kunt u het aantal tanden van een tandwiel gebruiken om zeer nauwkeurige overbrengingen te bereiken. Overbrengingsverhoudingen zijn nooit zomaar willekeurige waarden, ze zijn sterk afhankelijk van het benodigde koppel en vermogen, maar ook van de tandwiel- en materiaalsterkte. Als u bijvoorbeeld een overbrengingsverhouding nodig heeft van 3.57:1, zou het mogelijk zijn om te ontwerpen twee compatibele versnellingen, een met 75 tanden en een ander met 21.

GERELATEERD: DEZE GEARED TURBOFAN IS 15 PROCENT EFFICIËNTER DAN ANDERE VLIEGTUIGMOTOREN

Een ander groot aspect dat speelt bij het gebruik van tanden in tandwielen zijn fabricagetoleranties. Meest tandwielen kunnen met vrij ruime toleranties worden gebouwd, en we weten dat hoe strakker een tolerantie wordt, hoe duurder het is om te vervaardigen. Tanden maken het mogelijk dat tandwielen met ingestelde diameters enigszins variabel zijn, wat betekent dat de fabricage goedkoper is. In wezen worden tanden een buffer die onvolkomenheden bij de productie van tandwielen mogelijk maakt.

Berekenen van overbrengingsverhoudingen in machineontwerp

Hoewel de basisoverbrengingsverhouding vrij eenvoudig te begrijpen is, kan deze ook veel gecompliceerder worden. Bij het ontwerpen van machines zijn vaak grote tandwieloverbrengingen, tandwieltreinen genoemd, nodig. Deze bestaan ​​uit vele tandwielen, die vaak achter elkaar worden gestapeld of gelegd. Tandwieloverbrengingen zijn nodig om robuustere overbrengingsverhoudingen te bereiken en om de draairichting te beïnvloeden. Sinds twee verbonden tandwielen zullen in tegengestelde richtingen draaien, tandwieltreinen zijn vaak nodig om het vermogen door specifieke verhoudingen te vertalen zonder de rotatie te beïnvloeden.

Gebruik bijvoorbeeld een drie versnellingen,met een overbrengingsverhouding van 1:5, zou een 2500% verhoging van de rotatiesnelheid, terwijl de output in dezelfde richting blijft als de input. Om een ​​concreter voorbeeld te geven, een motor die van toepassing was 100 tpm naar het begin van deze tandwieloverbrenging zou output 2500 tpm aan de andere kant in dezelfde richting. U kunt ook omkeren waar de stroom wordt toegepast en een stap omlaag zetten 2500 tpm motor naar een output van 100 tpm. Met deze wijzigingen kunt u zowel het koppel als de snelheid aanpassen.

GERELATEERD: FUTURISTISCHE RUSSISCHE KINDERUITRUSTING ONTVANGT KERNBESTENDIGE UPGRADE

Complexere combinaties van versnellingen en overbrengingsverhoudingen leveren een aantal interessante machineontwerpen op. Theoretisch zijn overbrengingsverhoudingen eenvoudig, maar als ingenieur kunt u betrokken raken bij complexe tandwielontwerpen die net een beetje overweldigend lijken. Net als bij andere technische vaardigheden, kost het tijd om vaardigheden in het ontwerpen van overbrengingsverhoudingen volledig te ontwikkelen.

Overbrengingen - praktische toepassingen van overbrengingsverhoudingen

Overbrengingen zijn enkele van de beste voorbeelden van de praktische toepassingen van overbrengingsverhoudingen. Iedereen die in een auto of ander gemotoriseerd voertuig heeft gereden, heeft op de een of andere manier geprofiteerd van transmissies. En elke transmissie is in wezen slechts een stel versnellingen en overbrengingsverhoudingen die dicht bij elkaar zijn gepakt. Bekijk de ongelooflijk nuttige video van Learn Engineering hieronder voor meer informatie over hoe handmatige transmissies werken.

Het is belangrijk op te merken dat, hoewel handmatige transmissies uit de gratie raken bij autofabrikanten, omdat ze niet gemakkelijk te integreren zijn in hybride of elektrische voertuigen, ze bijna identiek werken aan hoe automatische transmissies werken, voor zover het de versnelling betreft. Het belangrijkste verschil zit hem in de manier waarop de versnellingen worden geschakeld.

GERELATEERD: VIJF TRENDS DIE DE AUTOMOBIELINDUSTRIE IN 2020 VORMEN

Handmatige transmissies vereisen actie van de gebruiker (het verplaatsen van de versnellingspook en koppeling) om te schakelen, terwijl automatische transmissies input van de boordcomputer van de auto gebruiken of, in zeer vroege modellen, mechanische input van de snelheid van de auto of de motor van de auto.


Bekijk de video: Casternaloop - Cornelis schetst (September 2021).