Konstrukce strojů 101: Převodové poměry

Převodové poměry jsou základem téměř každého moderního stroje. Dokážou maximalizovat výkon a účinnost a jsou založeny na jednoduché matematice. Jak tedy fungují?

Pokud s převodovými poměry pracujete každý den, tento příspěvek pravděpodobně není určen pro vás. Pokud však chcete zlepšit své znalosti tohoto zásadního prvku konstrukce strojů, čtěte dál.

Převodové poměry jsou jednoduché, pokud rozumíte některým matematickým úvahám o kruzích. Ušetřím vás matematiky základní školy, ale je důležité vědět, že obvod kruhu souvisí s průměrem kruhu. Tato matematika je důležitá při konstrukci převodových poměrů.

Základy převodových poměrů a konstrukce převodových poměrů

Chceme-li začít chápat převodové poměry, bude nejjednodušší, když začneme odstraněním zubů z ozubených kol. Představte si dva kruhy valící se proti sobě a předpokládejte, že nedochází k žádnému prokluzu, stejně jako ve vysokoškolské fyzice 1. Dejte kružnici jedna průměr 2,54 palce. Vynásobíme-li to číslem pí, vyjde nám obvod 8 palců, nebo jinými slovy, jedna plná otáčka kružnice jedna způsobí posunutí o 8 palců.

Přiřaďte kružnici dvě průměr 0,3175 palce, čímž získáme obvod 1 palec. Pokud se tyto dvě kružnice budou otáčet společně, budou mít převodový poměr 8:1, protože kružnice jedna má obvod 8krát větší než kružnice dvě. Převodový poměr 8:1 znamená, že se kružnice dvě otočí 8krát za každou dobu, kdy se kružnice jedna otočí jednou. Ještě na mě neusínejte, budeme to mít čím dál složitější.

Převody nejsou kruhy, protože, jak víte, mají zuby. Ozubená kola musí mít zuby, protože v reálném světě neexistuje nekonečné tření mezi dvěma valícími se kruhy. Díky zubům je také velmi snadné dosáhnout přesných převodových poměrů.

Namísto toho, abyste se museli zabývat průměry ozubených kol, můžete k dosažení velmi přesných převodových poměrů použít počet zubů na ozubeném kole. Převodové poměry nejsou nikdy jen libovolné hodnoty, jsou velmi závislé na potřebném točivém momentu a výkonu a také na pevnosti ozubených kol a materiálu. Pokud například potřebujete převodový poměr 3,57:1, bylo by možné navrhnout dvě kompatibilní ozubená kola, jedno se 75 zuby a druhé s 21.

RELEVANTNÍ:

Dalším důležitým aspektem, který hraje roli při použití zubů v ozubených kolech, jsou výrobní tolerance. Většinu ozubených kol lze vyrobit s poměrně širokými tolerancemi a víme, že čím je tolerance těsnější, tím je výroba dražší. Zuby umožňují vyrábět ozubená kola s nastavenými průměry v určité variantě, což znamená, že výroba je levnější. Zuby se v podstatě stávají nárazníkem, který umožňuje nedokonalosti při výrobě ozubených kol.

Výpočet převodových poměrů při konstrukci strojů

Přestože je základní převodový poměr poměr poměrně jednoduchý na pochopení, může být také mnohem složitější. Při konstrukci strojů jsou často nutná velká rozpětí ozubených kol, která se nazývají převodové soustavy. Ta se skládají z mnoha ozubených kol, která jsou často poskládána nebo položena za sebou. Ozubená soukolí jsou nezbytná k dosažení robustnějších převodových poměrů a také k ovlivnění směru otáčení. Vzhledem k tomu, že dvě spojená ozubená kola se budou otáčet v opačných směrech, jsou převodové soustavy často potřebné k převodu výkonu prostřednictvím specifických převodových poměrů bez ovlivnění otáčení.

Příklad při použití třípřevodového soukolí s převodovým poměrem 1:5 by se dosáhlo zvýšení rychlosti otáčení o 2500 %, přičemž výstup by zůstal ve stejném směru jako vstup. Abychom uvedli konkrétnější příklad, motor, který by na počáteční konec této převodové soustavy přiváděl 100 otáček za minutu, by na druhém konci dával 2500 otáček za minutu ve stejném směru. Můžete také obrátit směr přiváděného výkonu a snížit otáčky motoru s 2500 otáčkami za minutu na výstup 100 otáček za minutu. Tyto změny umožňují nastavit jak točivý moment, tak rychlost.

RELEVANTNÍ:

FUTURISTICKÁ RUSKÁ INFANTRICKÁ PŘEVODOVKA ZÍSKALA JADERNOU ODOLNOSTNÍ ÚPRAVU

Složitější kombinace převodů a převodových poměrů přinášejí zajímavé konstrukce strojů. Teoreticky jsou převodové poměry jednoduché, ale jako inženýr se můžete setkat s tím, že se budete zabývat složitými návrhy převodů, které se vám budou zdát poněkud zdrcující. Stejně jako u jiných inženýrských dovedností, i u konstrukce převodových poměrů je potřeba čas, abyste si plně osvojili své dovednosti.

Převodovky – praktické využití převodových poměrů

Převodovky jsou jedním z nejlepších příkladů praktického využití převodových poměrů. Každý, kdo jezdil v autě nebo jiném motorovém vozidle, využil v nějaké podobě převody. A každá převodovka je v podstatě jen hromada převodových stupňů a převodových poměrů poskládaných těsně vedle sebe. Podívejte se na neuvěřitelně užitečné video od společnosti Learn Engineering níže a dozvíte se více o tom, jak manuální převodovky fungují.

Je důležité si uvědomit, že ačkoli manuální převodovky upadají u výrobců automobilů v nemilost, protože je není snadné začlenit do hybridních nebo elektrických vozidel, fungují, co se týče převodů, téměř identicky jako automatické převodovky. Hlavní rozdíl je ve způsobu řazení.

RELEVANTNÍ:

Ruční převodovky budou k řazení vyžadovat zásah uživatele (pohyb řadicí páky a spojky), zatímco automatické převodovky budou využívat vstupy z palubního počítače vozu nebo, u velmi raných modelů, mechanické vstupy buď od rychlosti vozu, nebo od motoru vozu.

Ruční převodovky budou využívat vstupy z palubního počítače vozu nebo, u velmi raných modelů, mechanické vstupy buď od rychlosti vozu, nebo od motoru vozu.