Vaihteita on käytännössä kaikkialla. Ne ovat autoissa, sekä vaihteistossa että tuulilasinpyyhkimissä. He ovat polkupyörissä, sellaisissa keittiövälineissä kuin munanpelaaja ja jopa kelloissa - tai ainakin ne olivat ennen. Vaihde on pohjimmiltaan sarja hammaspyöriä, jotka on kytketty toisiinsa moottorin käyttöakselin pyörimisnopeuden lisäämiseksi tai vähentämiseksi.
Määrä, jonka vaihdejärjestelmä voi muuttaa pyörimisnopeutta, riippuu hammaspyörien suhteellisista koista, ja sitä kutsutaan välityssuhteeksi. Vaihteistokaava osoittautuu melko yksinkertaiseksi. Lasket periaatteessa vetävän pyörän hampaiden määrän ja jaat sen moottoriin kiinnitetyn kuljettajan pyörän hampaiden määrällä. Se on suoraviivainen laskelma, vaikka vaihteisto koostuu useista välipyöristä, joita kutsutaan tyhjäkäynniksi.
Vaihteiden laskeminen on helpompaa kuin luulet
Kun pariliität kaksi hammaspyörää, niiden suhteelliset koot määrittävät, kuinka nopeasti kukin pyörii. Jos kuljettajan pyörä on pienempi kuin ajettu pyörä, se pyörii useammin kuin isompi. Jos kuljettajan pyörä on suurempi, käytettävä pyörä pyörii nopeammin.
Voit laskea yksinkertaisen vaihteiston tuottaman nopeuden ja nopeuden määrän vertaamalla pyörien säteitä, mutta on helpompi tapa. Koska molempien hammaspyörien hampaat lukkiutuvat toisiinsa, niiden on oltava samankokoiset molemmissa pyörissä, joten voit yksinkertaisesti verrata kahden pyörän hampaiden määrää. Näin lasket välityssuhteen. Lasket sekä hammaspyörän että vetävän pyörän hampaiden määrän ja ilmaiset nämä luvut suhteena tai murto-osana.
Esimerkiksi, jos kuljettajapyörässä on 20 hammasta ja käytetyssä pyörässä 40, laske välityssuhde 40/20, joka yksinkertaistuu arvoon 2/1 tai 2: 1. (Vetävän pyörän hampaiden määrä menee aina murto-osan päälle tai ensin suhde.) Tämä kertoo sinulle, että kuljettajapyörä tekee kahta pyörivää pyörää joka pyörähdystä kohti. Vastaavasti suhde 1/2 kertoo, että vetävä pyörä pyörii kahdesti kuljettajan pyörän jokaista kierrosta kohti - toisin sanoen käytettävä pyörä pyörii nopeammin kuin moottorin akseli.
Kuinka soveltaa vaihteen yhtälöä monimutkaisiin järjestelmiin
Monissa vaihteistoissa on yksi tai useampi välipyörä, jotka ovat usein varmistamassa, että kuljettaja ja pyörät pyörivät samaan suuntaan tai muuttavat kiertotasoa. Voit soveltaa välityssuhde-kaavaa jokaiselle vaihdepyörän parille peräkkäin saadaksesi järjestelmän lopullisen välityssuhteen, mutta sinun ei tarvitse tehdä sitä. Jos teet niin, huomaat, että kaikkien välityssuhteiden tulo on sama kuin kuljettajan ja käytetyn pyörän suhde.
Toisin sanoen kuljettajapyörä ja vetävä pyörä ovat vain kaksi asiaa. Riippumatta siitä, kuinka monta tyhjäkäyntiä järjestelmässä on, lopullinen välityssuhde on kuljettajan ja käytetyn pyörän suhde. Tämä pätee kaikentyyppisiin vaihteisiin, mukaan lukien kannattimet, kartiohammaspyörät ja mato-vaihteet.
Nopeuden laskeminen välityssuhteen avulla
Jos tiedät kuljettajan pyörän pyörimisnopeuden, joka mitataan yleensä kierroksina minuutissa (rpm), välityssuhde kertoo käytetyn pyörän nopeuden. Tarkastellaan esimerkiksi järjestelmää, jonka välityssuhde on 3: 1, mikä tarkoittaa, että kuljettajan pyörä pyörii kolme kertaa niin nopeasti kuin vetävä pyörä. Jos kuljettajan pyörän nopeus on 300 rpm, käytetyn pyörän nopeus on 100 rpm.
Yleensä voit laskea pyörimisnopeuden seuraavalla välityssuhteella:
S1 • T1 = S2 • T2, missä
S1 on kuljettajan pyörän ja T: n nopeus1 on pyörän hampaiden lukumäärä.
S2 ja T2 ovat vetävän pyörän nopeus ja hampaiden määrä.
Jos suunnittelet vaihteistojärjestelmää, löydät kätevän välityssuhdekaavion. Löydät moottorin kierrosnopeuden teknisistä tiedoista ja suunnittele taulukon avulla vaihteisto, joka tuottaa haluamasi pyörimisnopeuden käytetyssä pyörässä.