Angrenaj

Roată sau pinion [1] , angrenaj [2]  - partea principală a trenului de angrenaj sub formă de disc cu dinți pe o suprafață cilindrică sau conică care se îmbină cu dinții altui angrenaj.

De obicei, termenii angrenaj , angrenaj , angrenaj sunt sinonimi, dar unii autori numesc angrenajul transmisiei , iar angrenajul condus - roata [2] . Originea cuvântului „unelte” nu este cunoscută cu siguranță, deși există sugestii de legătură cu numărul „șase”. Cu toate acestea, L. V. Kurkina derivă termenul din cuvântul „pol” (în sensul de „ axă ”) [3] .

Angrenajele sunt de obicei folosite în perechi cu un număr diferit de dinți pentru a converti cuplul și viteza arborilor de intrare și de ieșire . Roata căreia i se furnizează cuplul din exterior se numește antrenare , iar roata din care este îndepărtat momentul este condusă . Dacă diametrul roții motoare este mai mic , atunci cuplul roții conduse crește datorită scăderii proporționale a vitezei de rotație și invers . În conformitate cu raportul de transmisie , o creștere a cuplului va determina o scădere proporțională a vitezei unghiulare de rotație a angrenajului condus, iar produsul lor - puterea mecanică  - va rămâne neschimbat. Această relație este valabilă doar pentru cazul ideal, care nu ia în considerare pierderile prin frecare și alte efecte tipice dispozitivelor reale.

Istorie

Ideea unei transmisii mecanice în sine se întoarce la ideea unei porți . Conform principiului funcționării sale, angrenajul este o pârghie fără sfârșit, în care rolul celei de-a doua, conducătoare, a fost jucat de o persoană, un animal, apă etc. Bărbatul a observat rapid că având o pârghie mai lungă pe guler, se depune mai puțin efort. Când și cine a venit primul cu ideea de a conecta cele două porți împreună nu se știe cu siguranță. Dar, cel mai probabil, această invenție a apărut relativ simultan în mai multe regiuni deodată, deoarece era rezonabilă din punct de vedere logic.

Folosind un sistem de două roți , de diametre diferite, este posibil nu numai transmiterea, ci și transformarea mișcării. Dacă este condusă o roată mai mare, atunci la ieșire vom pierde viteza, dar cuplul acestei transmisii va crește. Acest echipament este la îndemână acolo unde trebuie să „întăriți mișcarea”, cum ar fi atunci când ridicați greutăți. Dar aderența dintre roțile dințate cu o jantă netedă nu este suficient de rigidă, roțile alunecă. Prin urmare, în loc de roți netede, au început să fie folosite angrenaje.

În Egiptul Antic , dispozitivele alimentate cu tauri erau deja folosite pentru irigarea terenului, constând dintr-un angrenaj din lemn și o roată cu un număr mare de găleți.

În locul dinților s-au folosit inițial degete cilindrice sau dreptunghiulare din lemn, care au fost instalate de-a lungul marginii jantelor de lemn.

Realizat în secolul I î.Hr. Mecanismul Antikythera a constat din zeci de roți dințate metalice [4] .

Roți dințate cilindrice

Profilul dinților roților are de obicei o formă laterală evolventă . Cu toate acestea, există roți dințate cu o formă circulară a profilului dintelui ( angrenajul Novikov cu una și două linii de angrenare) și cu unul cicloidal . În plus, în mecanismele cu clichet sunt utilizate roți dințate cu un profil asimetric al dintelui .

Parametrii angrenajului involut:

În scopul standardizării, ușurinței fabricării și înlocuirii angrenajelor în inginerie mecanică, se adoptă anumite valori ale modulului roții dințate m , care sunt o serie de numere din care se poate alege: 0,05 ; 0,06 ; 0,08 ; 0,1 ; 0,12 ; 0,15 ; 0,2 ; 0,25 ; 0,3 ; 0,4 ; 0,5 ; 0,6 ; 0,8 ; 1 ; 1,25 ; 1,5 ; 2 ; 2,5 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 8 ; 10 ; 12 ; 16 ; 25 ; 32 ; 40 ; 50 ; 60 ; 80 ; 100 . [5]

Roțile dințate pot fi fabricate cu decalaj diferit al cremalierei de tăiere: fără decalaj (decalaj zero sau „dinți zero”) , cu decalaj pozitiv (deplasare către material în creștere) , cu decalaj negativ (deplasare către material descrescător) .

Înălțimea capului dintelui - h aP și înălțimea tijei dintelui - h fP  - în cazul unei angrenaje zero corespund modulului m astfel: h aP = m; h fP ​​​​= 1,25 m , adică:

De aici obținem că înălțimea dintelui h (nu este indicată în figură):

În general, din figură reiese clar că diametrul cercului vârfurilor d a este mai mare decât diametrul cercului jgheaburilor d f de două ori înălțimea dintelui h . Pe baza tuturor acestor lucruri, dacă doriți să determinați practic modulul m al angrenajului, fără a avea datele necesare pentru calcule (cu excepția numărului de dinți z ), atunci trebuie să măsurați cu precizie diametrul exterior d a și să împărțiți rezultatul. cu numărul de dinți z plus 2:

Linia longitudinală a dintelui

Roțile dințate cilindrice sunt clasificate în funcție de forma liniei longitudinale a dintelui în:

Roți drepte

Dinții sunt amplasați în planuri radiale, iar linia de contact a dinților ambelor roți dințate este paralelă cu axa de rotație. În acest caz, axele ambelor angrenaje trebuie să fie, de asemenea, strict paralele. Roțile dințate drepte au cel mai mic cost, munca lor are cea mai mare eficiență, dar, în același timp, cuplul limitator transmis al unor astfel de roți dințate este mai mic decât cel al angrenajelor elicoidale și chevron. De asemenea, au zgomot crescut în timpul funcționării.

Roți elicoidale

Dinții sunt așezați în unghi față de axa de rotație, iar în formă formează parte dintr-o spirală. Angajarea unor astfel de roți este mai lină decât cea a angrenajelor drepte și cu mai puțin zgomot. Este mărită și zona de contact, ceea ce, cu aceleași dimensiuni cu roți dințate drepte, vă permite să transmiteți mai mult cuplu. În timpul funcționării unei perechi de angrenaje elicoidale, apare o forță axială mecanică, îndreptată de-a lungul axei de rotație a fiecărei roți și care tinde să împingă ambele roți în direcții opuse față de planul de contact, ceea ce necesită în mod necesar utilizarea rulmenților axiali . Suprafața crescută de frecare a dinților elicoidal provoacă pierderi suplimentare de putere pentru încălzire. În general, angrenajele elicoidale sunt utilizate în aplicații care necesită transmisie de cuplu mare la viteze mari sau au restricții severe de zgomot.

Roți Chevron

Invenția profilului dintelui chevron este adesea atribuită lui Andre Citroen , dar de fapt el a cumpărat doar un brevet pentru o schemă mai avansată, care a fost inventată de un mecanic polonez autodidact [6] . Dinții unor astfel de roți sunt realizați sub forma literei „V” (sau se obțin prin îmbinarea a două roți elicoidale cu dinți opuși). Roțile Chevron rezolvă problema forței axiale. Forțele axiale ale ambelor jumătăți ale unei astfel de roți sunt compensate reciproc, astfel încât nu este necesară instalarea arborilor pe rulmenți axiali. În acest caz, transmisia este auto-aliniată pe direcția axială, motiv pentru care la cutiile de viteze cu roți chevron unul dintre arbori este montat pe suporturi flotante (de regulă, pe rulmenți cu role cilindrice scurte).

Roți cu dinți circulari (roți cu dinți Novikov)

Transmisia bazată pe roți cu dinți circulari ( transmisia lui Novikov ) are o performanță de condus chiar mai mare decât angrenajele elicoidale - o capacitate mare de sarcină de cuplare, netezime ridicată și liniște de funcționare. Cu toate acestea, ele sunt limitate în utilizare prin reducerea, în aceleași condiții, eficiență și durată de viață, astfel de roți sunt vizibil mai dificil de fabricat. Linia dintelui lor este un cerc cu raza, selectat pentru anumite cerințe. Contactul suprafețelor dinților are loc într-un punct de pe linia de angrenare, situat paralel cu axele roților.

Roți dințate cu angrenaj extern și interior

  • O pereche de roți dințate cu angrenaj EXTERN.
    Raport de transmisie - 3 (42/14).
    Roțile se rotesc în sens opus.

  • O pereche de roți dințate cu angrenaj INTERN.
    Raport de transmisie - 3 (42/14).
    Roțile se rotesc în aceeași direcție.

Roți de sector

O roată sectorială este parte a unei roți cilindrice convenționale cu orice tip de dinți. Astfel de roți sunt utilizate în cazurile în care nu este necesară rotirea legăturii pentru o rotație completă și, prin urmare, este posibil să economisiți dimensiunile acesteia.

Roți dințate conice

În multe mașini, implementarea mișcărilor necesare ale mecanismului este asociată cu necesitatea de a transfera rotația de la un arbore la altul, cu condiția ca axele acestor arbori să se intersecteze. În astfel de cazuri, se utilizează un angrenaj conic. Există tipuri de angrenaje conice care diferă prin forma liniilor dentare: cu dinți drepti, tangențiali, circulari și curbați. Angrenajele conice cu un dinte circular, de exemplu, sunt utilizate în transmisiile finale ale cutiei de viteze ale automobilelor.

  • Roți conice în tracțiunea porții barajului

  • Treapta principală într-o mașină cu tracțiune spate

Cremaliera (kremaliera)

Angrenajul cu cremalieră și pinion ( kremalera ) este utilizat în cazurile în care este necesar să se transforme mișcarea de rotație în translație și invers. Este alcătuit dintr-o roată dințată convențională și o bară dințată (cremală). Funcționarea unui astfel de mecanism este prezentată în figură.

Crema de viteze este o parte a unei roți cu o rază infinită a cercului de pas. Prin urmare, cercul despărțitor, precum și cercurile de vârfuri și jgheaburi, se transformă în linii drepte paralele. Profilul șinei evolvente capătă și o formă rectilinie. Această proprietate a evolventei s-a dovedit a fi cea mai valoroasă în fabricarea angrenajelor.

Cremallera și pinionul este, de asemenea, utilizat în căile ferate cu cremalieră și pinion .

Roțile coroanei

O roată de coroană este un tip special de roată, ai cărui dinți se află pe suprafața laterală. O astfel de roată, de regulă, se îmbină cu un pinten convențional sau cu un tambur de tije (roată lanternă), ca într-un ceas turn. Roțile dințate cu pinwheel sunt printre cele mai vechi și mai simple de fabricat, dar se caracterizează prin pierderi foarte mari la frecare.

  • Echipament pentru lanternă

  • roată inelară

Altele

Tamburi dinți pentru echipamente cinematografice - concepute pentru a muta cu precizie filmul pentru perforare . Spre deosebire de angrenajele convenționale care se îmbină cu alte roți sau profiluri de angrenaj, tamburele de viteză ale echipamentelor cinematografice au un pas al dintelui selectat în funcție de pasul de perforare. Majoritatea acestor tamburi au un profil de dinte involvent, fabricat folosind aceleași tehnologii ca și în alte roți dințate.

Realizarea angrenajelor

Metoda de rulare

În prezent, este cel mai avansat tehnologic și, prin urmare, cel mai comun mod de fabricare a angrenajelor. La fabricarea angrenajelor se pot folosi unelte precum pieptene, tăietor melcat și tăietor.

Metoda pieptenelor

O unealtă de tăiere în formă de cremalieră se numește pieptene de viteză. Pe o parte a pieptenului, o margine ascuțită este ascuțită de-a lungul conturului dinților săi. Piesa de prelucrat a roții moletate face o mișcare de rotație în jurul axei. Pieptene efectuează mișcări complexe constând dintr-o mișcare de translație perpendiculară pe axa roții și o mișcare alternativă (nu este prezentată în animație) paralelă cu axa roții pentru a îndepărta așchiile pe toată lățimea jantei sale. Mișcarea relativă a pieptenului și a piesei de prelucrat poate fi diferită, de exemplu, piesa de prelucrat poate efectua o mișcare complexă de rulare intermitentă, în concordanță cu mișcarea de tăiere a pieptenului. Piesa de prelucrat și unealta se mișcă una față de cealaltă pe mașină, ca și cum profilul dinților tăiați este cuplat cu conturul original de producție al pieptenului.

Metoda de laminare folosind un tăietor cu vierme

Pe lângă pieptene, ca unealtă de tăiere se folosește un tăietor cu vierme. În acest caz, apare un angrenaj melcat între piesa de prelucrat și dispozitiv de tăiere .

Metoda de spargere folosind un tăietor

Roțile dințate sunt, de asemenea, ciocănite pe mașinile de modelat roți dințate folosind tăietori speciale. Cutterul de modelare a angrenajului este o roată dințată echipată cu muchii tăietoare. Deoarece este de obicei imposibil să tăiați întregul strat de metal dintr-o dată, prelucrarea se realizează în mai multe etape. În timpul prelucrării, unealta efectuează o mișcare alternativă în raport cu piesa de prelucrat. După fiecare cursă dublă, piesa de prelucrat și unealta se rotesc în jurul axelor lor cu un pas. Astfel, unealta și piesa de prelucrat, așa cum ar fi, „se înfundă” una pe cealaltă. După ce piesa de prelucrat a făcut o revoluție completă, tăietorul face o mișcare de avans spre piesa de prelucrat. Acest proces continuă până când tot stratul de metal necesar este îndepărtat.

Metoda copierii (Metoda împărțirii)

Un disc sau un tăietor cu degete taie o cavitate a roții dințate. Muchia tăietoare a sculei are forma acestei cavități. După tăierea unei cavități, piesa de prelucrat este rotită cu un pas unghiular folosind un dispozitiv de divizare, operația de tăiere se repetă.

Metoda a fost folosită la începutul secolului al XX-lea . Dezavantajul metodei este precizia sa scăzută: jgheaburile roții realizate prin această metodă sunt foarte diferite unele de altele.

Laminare la cald și la rece

Procesul se bazează pe deformarea secvențială a unui strat încălzit până la o stare plastică de o anumită adâncime a piesei de prelucrat de către o unealtă de rulare dintate. Aceasta combină încălzirea prin inducție a stratului de suprafață al piesei de prelucrat la o anumită adâncime, deformarea plastică a stratului încălzit al piesei de prelucrat pentru a forma dinții și rularea în dinții formați pentru a obține o formă și o precizie dată.

Fabricarea roților conice

Tehnologia de fabricație a angrenajelor conice este strâns legată de geometria flancurilor și a profilelor dinților. Metoda de copiere a profilului de formă a unei scule pentru formarea unui profil pe o roată conică nu poate fi utilizată, deoarece dimensiunile cavității roții conice se modifică pe măsură ce se apropie de partea superioară a conului. În acest sens, unelte precum un tăietor cu disc modular, un tăietor cu degete, o roată de șlefuit în formă pot fi utilizate numai pentru tăierea grosieră a cavităților sau pentru formarea cavităților roții nu mai mari de gradul opt de precizie.

Pentru tăierea roților conice mai precise, se folosește metoda de rulare în cuplarea mașinii a piesei de prelucrat tăiată cu o roată de producție imaginară. Suprafețele laterale ale roții producătoare sunt formate datorită mișcării muchiilor de tăiere ale sculei în timpul mișcării principale de tăiere, ceea ce asigură tăierea adaosului . Uneltele cu lamă dreaptă sunt cele mai populare. Cu o mișcare principală rectilinie, o lamă rectilinie formează o suprafață generatoare plană. O astfel de suprafață nu poate forma o suprafață conică evolventă cu profile evolvente sferice. Suprafețele conjugate rezultate, care diferă de suprafețele evolvente, se numesc cvasi-involute.

Modelare

  • Modelare (continuare 1m35s) altă versiune

  • Modelul computerizat al unui tren de viteze (vezi nanotehnologie )

Greșeli în designul echipamentelor

Tăierea dinților

În funcție de proprietățile angrenajului în evolventă, partea dreaptă a conturului generator inițial al cremalierei de viteză și partea evolventă a profilului dinților roții tăiate se ating doar pe linia angrenajului mașinii. În afara acestei linii, conturul generator inițial intersectează profilul evolvent al dintelui roții, ceea ce duce la subtaierea dintelui la bază, iar cavitatea dintre dinții roții tăiate este mai largă. Detașarea reduce partea evolventă a profilului dintelui (ceea ce duce la o reducere a duratei de angrenare a fiecărei perechi de dinți a angrenajului proiectat) și slăbește dintele în secțiunea sa periculoasă. Prin urmare, tăierea nu este permisă. Pentru a preveni decuparea, se impun restricții geometrice asupra designului roții, din care se determină numărul minim de dinți la care nu vor fi subdecupați. Pentru o unealtă standard, acest număr este 17. Detașarea poate fi evitată și prin utilizarea unei alte metode de fabricare a angrenajului decât metoda de spargere. Cu toate acestea, în acest caz, trebuie respectate condițiile pentru numărul minim de dinți, altfel cavitățile dintre dinții roții mai mici se vor dovedi a fi atât de strânse încât dinții roții mai mari a angrenajului fabricat nu vor avea suficienți. spațiu pentru mișcarea lor și angrenajul se va bloca.

Pentru a reduce dimensiunile generale ale angrenajelor, roțile trebuie proiectate cu un număr mic de dinți. Prin urmare, atunci când numărul de dinți este mai mic de 17, astfel încât să nu se producă subtaiere, roțile trebuie realizate cu un decalaj al sculei - o creștere a distanței dintre unealtă și piesa de prelucrat ( roți dințate corectate ).

Ascutirea dintelui

Pe măsură ce decalajul sculei crește, grosimea dintelui va scădea. Acest lucru duce la ascuțirea dinților. Pericolul ascuțirii este deosebit de mare pentru roțile cu un număr mic de dinți (mai puțin de 17). Pentru a preveni ciobirea vârfului unui dinte ascuțit, deplasarea sculei este limitată de sus.

  • Ascutirea dintilor

  • Tăierea dinților

Alte utilizări

În natură

Uneltele sunt folosite la larvele de insecte din genul Issus pentru a sincroniza mișcarea picioarelor în momentul săriturii. [7] [8]

În simbolism

Roata dințată (sau angrenajul) este utilizată pe scară largă în heraldica internațională, teritorială și tribală. Această emblemă a apărut în epoca producției de mașini în a doua jumătate a secolului al XIX-lea - începutul secolului al XX-lea. Cel mai adesea, roata dințată reprezintă industria, progresul tehnic și științific, industrializarea, modernizarea.

Vezi și

Link -uri

Note

  1. ↑ Gear // Dicționar enciclopedic al lui Brockhaus și Efron  : în 86 de volume (82 de volume și 4 suplimentare). - Sankt Petersburg. , 1890-1907.
  2. ↑ 1 2 V. A. Tatarinov. Istoria terminologiei interne. Liceul din Moscova, 1994. S. 213.
  3. ↑ L. V. Kurkina. Note etimologice // Etimologie 1974 . M. , „Știință”. 1976. S. 46.
  4. ↑ Istoria cutiei de viteze: din cele mai vechi timpuri până în zilele noastre . Preluat la 11 iunie 2020. Arhivat din original la 11 iunie 2020.
  5. ↑ GOST 9563-60, 1960 , p. 2.
  6. ↑ 7 inovații ale lui Andre Citroen care au schimbat afacerea auto . Consultat la 10 iunie 2014. Arhivat din original pe 11 iunie 2014.
  7. ↑ Iulia Smirnova. Cel mai vechi „unelte” găsit pe picioarele insectelor  // Știință și viață. — 2013.
  8. ↑ The First Gear Discovered in Nature Arhivat 13 septembrie 2013 la Wayback Machine // Popular Mechanics

Literatură

  • GOST 16530-83. Transmisii cu viteze. Termeni generali, definiții și denumiri.
  • GOST 9563-60. Roți dințate. Module.
  • Gears // Dicționar enciclopedic al lui Brockhaus și Efron  : în 86 de volume (82 de volume și 4 suplimentare). - Sankt Petersburg. , 1890-1907.
  • Carte de referință tehnică generală / Ed. Skorokhodova E. A .. - M . : Mashinostroyeniye, 1982. - S. 416.
  • Gulia N. V., Klokov V. G., Yurkov S. A. Piese de mașini. - M . : Centrul de Editură „Academia”, 2004. - S. 416. - ISBN 5-7695-1384-5 .
  • Bogdanov V.N., Malezhik I.F., Verkhola A.P. et al. Ghid de referință pentru desen. - M . : Mashinostroenie, 1989. - S. 438-480. — 864 p. — ISBN 5-217-00403-7 .
  • Anuryev V.I. Manualul proiectantului-constructor de mașini: în 3 volume  / ed. I. N. Zhestkovoy. - Ed. a 8-a, revizuită. si suplimentare - M .  : Mashinostroenie, 2001. - T. 2. - 912 p. - BBK 34,42ya2. - UDC  621.001.66 (035) . — ISBN 5-217-02964-1 .
  • Frolov K. V., Popov S. A., Musatov A. K., Timofeev G. A., Nikonorov V. A. Teoria mecanismelor și mecanicii mașinilor / Kolesnikov K. S. — Ediția a patra, corectată și completată. - M . : Editura MSTU im. N. E. Bauman , 2002. - V. 5. - S. 452-453, 456-459, 463-466, 497-498. — 664 p. — (Mecanica la Universitatea Tehnică). - 3000 de exemplare.  — ISBN 5-7038-1766-8 .
  • Leonova L. M., Chigrik N. N., Tataurova V. P. Gears. Elemente de calcul și proiectare: Orientări . - Omsk: Editura OmGTU , 2005. - 45 p.  (link indisponibil)