Hur växeln fungerar
Växlar används i ett brett spektrum av mekaniska anordningar. De utför ett antal viktiga jobb, men viktigast av allt, de ger växelreduktion för motoriserad utrustning. Detta är nyckeln eftersom vanligtvis små motorer som snurrar mycket snabbt kan ge tillräckligt med kraft för enheten, men inte tillräckligt med vridmoment. Till exempel är växelreduktionen för en elektrisk skruvmejsel mycket stor eftersom det kräver mycket vridmoment för att vrida skruven, men motorn ger mycket lite vridmoment vid hög hastighet. Genom att minska växeln kan utgångshastigheten minskas samtidigt som vridmomentet ökar.
En annan sak som en växel gör är att justera rotationsriktningen. I en differential mellan bakhjulen på en bil överförs till exempel kraft genom en axel som löper längs bilens mitt, och differentialen måste rotera kraften 90 grader för att applicera den på hjulen.
Det finns många invecklingar med olika typer av växlar. I den här artikeln kommer vi att lära oss exakt hur tänderna på växlarna fungerar, och vi kommer att diskutera de olika typerna av växlar som du hittar i olika mekaniska prylar.
På vilken växel som helst bestäms förhållandet av avståndet från mitten av växeln till kontaktpunkten. Till exempel, i en anordning med två växlar, om den ena är dubbelt så stor som den andra, är förhållandet 2:1.
En av de mest primitiva typerna av växlar vi kan se är ett hjul med en träspik som sticker ut.
Problemet med dessa växlar är att när de roterar ändras avståndet från mitten av varje växel till kontaktpunkten. Detta innebär att utväxlingen ändras när växlarna vrider, vilket innebär att utgångshastigheten också kommer att ändras. Om du använder växlar som detta i en bil är det omöjligt att hålla en konstant hastighet - du påskyndar ständigt och saktar ner.
Många moderna växlar använder speciella tandformer som kallas involuter. Profilen har den mycket viktiga egenskapen att upprätthålla ett konstant hastighetsförhållande mellan de två växlarna. Precis som spikhjulet ovan rör sig kontaktpunkten; Men formen på de invecklade tänderna kompenserar för denna rörelse. Mer information finns i det här avsnittet.
Låt oss nu titta på några olika typer av växlar.
Spur växlar är den vanligaste typen av redskap. De har raka tänder och är monterade på parallella axlar. Ibland används många spårväxlar samtidigt för att producera mycket stor växelreduktion.
Spur-växlar används i många av de enheter som finns överallt på HowStuffWorks, såsom elektriska skruvmejslar, dansande monster, svängande sprinklers, upplindade väckarklockor, tvättmaskiner och torktumlare. Men du hittar inte många i din bil.
Det beror på att sporrväxlar kan vara mycket högljudda. Varje gång en växeltand engagerar sig med en tand på en annan växel kommer dessa tänder att kollidera, och denna kollision kommer att ge ljud. Det ökar också belastningen på kugghjulständerna.
De flesta växlar i bilar är spiralformade för att minska buller och tryck i dem.
Tänderna på ett spiralformiga redskap är i vinkel mot växelns yta. När två tänder på ett spiralformigt växelsystem går i ingrepp börjar kontakten i ena änden av tanden och expanderar gradvis när växeln roterar tills de två tänderna är helt inkopplade.
Detta progressiva ingrepp gör att spiralformade växlar kan köras smidigare och tystare än sporväxlar. Därför använder nästan alla bilöverföringar spiralformade växlar.
På grund av tandvinklarna på spiralformade växlar genererar de tryckbelastningar på växlarna när de är inkopplade. Utrustning som använder spiralformade växlar har lager som kan stödja denna tryckbelastning.
En av de intressanta sakerna med spiralformade växlar är att om kugghjulständerna är vinklade korrekt kan de monteras på den vertikala axeln för att justera rotationsvinkeln till 90 grader.
Avfasningsväxlar är användbara när det är nödvändigt att ändra axelns rotationsriktning. De är vanligtvis monterade på axlar 90 grader från varandra, men kan också utformas för att fungera i andra vinklar.
Tänderna på avfasningsväxlar kan vara raka, spiralformade eller hypoida. Spur avfasningsväxeltänder har faktiskt samma problem som sporrväxeltänder - när varje tand maskas träffar den motsvarande tand samtidigt.
Precis som sporrväxlar är lösningen på detta problem att böja kugghjulständerna. Dessa spiralformade tänder engagerar sig precis som spiralformade tänder: kontakten börjar i ena änden av växeln och sträcker sig gradvis till hela tanden.
I spår- och spiralfasväxlar måste axlarna vara vinkelräta mot varandra, men de måste också vara i samma plan. Om du förlänger de två axlarna ur växeln kommer de att korsa varandra. Hypoidväxlar kan å andra sidan koppla in axlar i olika plan.
Denna funktion används i många fordonsdifferentialer. Differentialens växelring och ingångshjul är hypoid. Detta gör att ingångsdången kan monteras under ringaxeln. Eftersom bilens drivaxel är ansluten till ingångsdygghjulen sänker detta också drivaxeln. Det betyder att drivaxeln inte når för mycket in i bilens kupén, vilket frigör mer utrymme för människor och last.
Kuggstången och kuggstången används för att omvandla rotation till linjär rörelse. Styrsystemet i många bilar är ett bra exempel. Ratten vrider växlarna som kopplar in racket. När växeln vrider skjuter den racket åt höger eller vänster, beroende på hur du vrider hjulet.
Vissa vågar använder också ett kuggstång för att vrida en ratt som visar din vikt.
Planetväxlar och utväxlingar
Varje planetväxelsats har tre huvudkomponenter:
Solutrustningen
Planetväxlar och planetväxlar
Ring växel
Var och en av dessa tre komponenter kan vara ingång, utgång eller kan stå stilla. Vilken del som väljs för att spela vilken roll bestämmer växelförhållandet för växelsatsen. Låt oss titta på enskilda planetväxlar.
En av planetväxelsatserna i vår växellåda har en 72 tandring och ett 30 tand solhjul. Vi kan få många olika utväxlingsförhållanden från denna växelsats.
Dessutom låser två av de tre komponenterna tillsammans hela enheten med en 1: 1-växelreduktion. Observera att den första utväxlingen som anges ovan är en retardation - utgångshastigheten är långsammare än ingångshastigheten. Den andra är overdrive - utgången är snabbare än ingången. Och sedan slutligen går det ner igen, men utgången går i motsatt riktning. Det finns flera andra förhållanden för denna planetväxelsats, men det här är de förhållanden som är förknippade med våra automatiska växellådor. Du kan prova dessa i animationen nedan:
Således kan denna uppsättning växlar producera alla dessa olika utväxlingsförhållanden utan att koppla in eller koppla bort några andra växlar. Genom att använda två sådana växelsatser i följd kan vi få de fyra framåt- och en backväxlar som krävs för överföring. Vi kommer att sätta ihop de två uppsättningarna växlar i nästa avsnitt.
