Proiectarea mașinilor 101: Rapoartele de angrenare

Rațiile de angrenare reprezintă o știință de bază în spatele aproape tuturor mașinilor din epoca modernă. Ele pot maximiza puterea și eficiența și se bazează pe o matematică simplă. Așadar, cum funcționează ele?

Dacă lucrați cu rapoarte de transmisie în fiecare zi, probabil că acest articol nu este pentru dumneavoastră. Dar, dacă doriți să vă îmbunătățiți înțelegerea acestui element esențial al proiectării mașinilor, continuați să citiți.

Rațiile de transmisie sunt simple atâta timp cât înțelegeți o parte din matematica din spatele cercurilor. Vă voi scuti de matematica de școală primară, dar este important să știți că circumferința unui cerc este legată de diametrul unui cerc. Această matematică este importantă în proiectarea rapoartelor de transmisie.

Bazele rapoartelor de transmisie și proiectarea rapoartelor de transmisie

Pentru a începe să înțelegem rapoartele de transmisie, cel mai simplu este să începem prin a îndepărta dinții de pe angrenaje. Imaginați-vă două cercuri care se rostogolesc unul împotriva celuilalt și presupunând că nu există alunecare, exact ca la Fizică 1 din facultate. Dați cercului unu un diametru de 2,54 inci. Înmulțind acest lucru cu pi, obținem o circumferință de 8 inci sau, cu alte cuvinte, o rotație completă a cercului unu va avea ca rezultat o deplasare de 8 inci.

Dați cercului doi un diametru de 0,3175 inci, ceea ce ne dă o circumferință de 1 inci. Dacă aceste două cercuri se rotesc împreună, ele vor avea un raport de transmitere de 8:1, deoarece cercul unu are o circumferință de 8 ori mai mare decât cercul doi. Un raport de transmitere de 8:1 înseamnă că cercul doi se rotește de 8 ori pentru fiecare dată când cercul unu se rotește o dată. Nu adormiți încă; vom deveni din ce în ce mai complecși.

Rândurile nu sunt cercuri pentru că, după cum știți, au dinți. Angrenajele trebuie să aibă dinți pentru că, în lumea reală, nu există o frecare infinită între două cercuri care se rotesc. Dinții fac, de asemenea, ca raporturile exacte ale angrenajelor să fie foarte ușor de realizat.

În loc să aveți de-a face cu diametrele angrenajelor, puteți folosi numărul de dinți de pe un angrenaj pentru a obține rapoarte foarte precise. Rapoartele de transmisie nu sunt niciodată doar valori arbitrare, ele depind foarte mult de cuplul necesar și de puterea de ieșire, precum și de rezistența angrenajului și a materialului. De exemplu, dacă aveți nevoie de un raport de transmitere de 3,57:1, ar fi posibil să proiectați două angrenaje compatibile, unul cu 75 de dinți și altul cu 21.

RELATE: ACEST TURBOFAN cu angrenaje este cu 15 procente mai eficient decât alte motoare de avion

Un alt aspect important care intervine în utilizarea dinților în angrenaje este reprezentat de toleranțele de fabricație. Majoritatea angrenajelor pot fi construite cu toleranțe destul de largi și știm că, cu cât o toleranță este mai strânsă, cu atât este mai costisitoare fabricarea ei. Dinții permit ca fabricarea angrenajelor cu diametre stabilite să fie oarecum variante, ceea ce înseamnă că fabricarea este mai ieftină. În esență, dinții devin un tampon care permite imperfecțiunile în fabricarea angrenajelor.

Calcularea rapoartelor de transmisie în proiectarea mașinilor

În timp ce raportul de transmisie de bază este destul de simplu de înțeles, acesta poate deveni, de asemenea, mult mai complicat. În proiectarea mașinilor sunt adesea necesare intervale mari de angrenaje, numite trenuri de angrenaje. Acestea constau din mai multe angrenaje, care sunt adesea stivuite sau așezate în succesiune. Trenurile de angrenaje sunt necesare pentru a obține rapoarte de angrenaje mai robuste, precum și pentru a afecta direcția de rotație. Deoarece două angrenaje conectate se vor roti în direcții opuse, trenurile de angrenaje sunt adesea necesare pentru a transpune puterea prin rapoarte specifice fără a afecta rotația.

De exemplu, utilizarea unui tren de angrenaje cu trei roți dințate, cu un raport de angrenare de 1:5, ar produce o creștere de 2500% a vitezei de rotație, menținând în același timp ieșirea în aceeași direcție ca și intrarea. Pentru a da un exemplu mai concret, un motor care ar aplica 100 RPM la capătul de început al acestui tren de angrenaje ar produce 2500 RPM la celălalt capăt, în aceeași direcție. Puteți, de asemenea, să inversați locul unde este aplicată puterea și să reduceți un motor de 2500 RPM la o ieșire de 100 RPM. Aceste modificări vă permit să reglați atât cuplul, cât și viteza.

RELATĂ: GEARA INFANTERIEI RUSE FUTURISTE primește o modernizare cu rezistență nucleară

Combinațiile mai complexe de angrenaje și rapoarte de angrenaje dau naștere unor modele de mașini interesante. Teoretic, rapoartele de angrenaje sunt simple, dar, în calitate de inginer, este posibil să vă aflați implicat în proiecte complexe de angrenaje care par puțin copleșitoare. Ca și în cazul altor abilități inginerești, este nevoie de timp pentru a dezvolta pe deplin abilitățile de proiectare a rapoartelor de transmisie.

Transmisii – aplicații practice ale rapoartelor de transmisie

Transmisii sunt unele dintre cele mai bune exemple de aplicații practice ale rapoartelor de transmisie. Oricine a călătorit într-o mașină sau într-un alt vehicul motorizat a beneficiat de transmisii sub o formă sau alta. Și fiecare transmisie este, în esență, doar o grămadă de angrenaje și rapoarte de transmisie strânse laolaltă. Aruncați o privire la videoclipul incredibil de util de la Learn Engineering de mai jos pentru a afla mai multe despre cum funcționează transmisiile manuale.

Este important să rețineți că, deși transmisiile manuale sunt în scădere în favoarea producătorilor de automobile, deoarece nu sunt ușor de încorporat în vehiculele hibride sau electrice, acestea funcționează aproape identic cu modul în care funcționează transmisiile automate, în ceea ce privește angrenajele. Principala diferență constă în modul în care sunt schimbate treptele de viteză.

RELATĂ: CINCI TENDINȚE CARE SCHIMBĂ INDUSTRIA AUTOMOBILISTICĂ ÎN 2020

Transmisiile manuale vor implica acțiunea utilizatorului (mișcarea schimbătorului de viteze și a ambreiajului) pentru a schimba vitezele, în timp ce transmisiile automate vor folosi date de la computerul de bord al mașinii sau, în cazul modelelor foarte timpurii, date mecanice, fie de la viteza mașinii, fie de la motorul acesteia.

.