Zupčanici su praktički svugdje. U automobilima su, i u mjenjaču i u brisačima vjetrobrana. Oni su u biciklima, u kuhinjskom priboru kao što je tuk za jaja, pa čak i u satovima - ili su barem nekada bili. Zupčanik je u osnovi skup nazubljenih kotača spojenih zajedno za povećanje ili smanjenje brzine vrtnje pogonskog vratila motora.
Količina koju sustav zupčanika može promijeniti brzinu vrtnje ovisna je o relativnim veličinama zupčanika, a poznata je kao prijenosni omjer. Pokazalo se da je formula prijenosnog omjera prilično jednostavna. U osnovi računate broj zuba na pogonskom kotaču i dijelite ga s brojem zuba na vozačkom kotaču, koji je pričvršćen na motor. To je jednostavan izračun, čak i kada se sustav zupčanika sastoji od nekoliko međukotača koji se nazivaju praznim hodima.
Lakše je izračunati omjer brzina nego što mislite
Kada spojite dva zupčanika, njihove relativne veličine određuju koliko će se brzo okretati. Ako je pogonski kotač manji od pogonskog kotača, vrtjet će se češće od većeg. Ako je pogonski kotač veći, pogonski će se kotač okretati brže.
Usporedbom radijusa kotača možete izračunati količinu ubrzanja i usporavanja koju stvara jednostavan sustav zupčanika, ali postoji lakši način. Budući da se zubi oba zupčanika blokiraju, oni moraju biti jednake veličine na oba kotača, tako da možete jednostavno usporediti broj zuba na dva kotača. Zapravo se tako izračunava prijenosni omjer. Brojiš broj zuba i na vozačkom i na pogonskom kotaču i izražavaš te brojeve kao omjer ili razlomak.
Primjerice, ako vozački kotač ima 20 zuba, a pogonski kotač 40, izračunajte prijenosni omjer kao 40/20, što pojednostavljuje na 2/1 ili 2: 1. (Broj zuba na pogonskom kotaču uvijek ide na vrh razlomka ili prvi u omjeru). To vam govori da za svako okretanje pogođenog kotača vozački kotač napravi dvije rotacije. Slično, omjer 1/2 govori vam da se pogonski kotač okreće dva puta za svako okretanje vozačkog kotača - drugim riječima, pogonski se kotač vrti brže od osovine motora.
Kako primijeniti jednadžbu omjera brzina na složene sustave
Mnogi sustavi zupčanika uključuju jedan ili više praznih kotača koji su često tu da osiguraju da se pogonski kotač i pogonski kotač okreću u istom smjeru ili da promijene ravninu rotacije. Možete primijeniti formulu omjera prijenosa na svaki par kotača u sustavu zupčanika da biste postigli konačni omjer prijenosa za sustav, ali to ne morate učiniti. Ako to učinite, ustanovit ćete da je umnožak svih prijenosnih omjera jednak omjeru između vozačkog i pogonskog kotača.
Drugim riječima, jedini su bitni vozački i pogonski kotač. Bez obzira koliko u sustavu ima praznih hoda, konačni omjer prijenosa je omjer između vozačkog i pogonskog kotača. To vrijedi za sve vrste zupčanika, uključujući cilindrične zupčanike, konusne zupčanike i pužne prijenosnike.
Korištenje prijenosnog omjera za izračunavanje brzine
Ako znate brzinu vrtnje pogonskog kotača, koja se obično mjeri u okretajima u minuti (o / min), prijenosni omjer govori vam brzinu pogođenog kotača. Na primjer, razmotrite sustav s prijenosnim omjerom 3: 1, što znači da se vozački kotač okreće tri puta brže od pogonskog kotača. Ako je brzina pogonskog kotača 300 o / min, brzina pogonskog kotača je 100 o / min.
Općenito, možete izračunati brzinu vrtnje pomoću sljedeće jednadžbe omjera prijenosa:
S1 • T1 = S2 • T2, gdje
S1 je brzina pogonskog kotača i T1 je broj zuba na tom kotaču.
S2 i T2 su brzina i broj zuba pogođenog kotača.
Ako dizajnirate sustav zupčanika, naći ćete zgodnu tablicu omjera prijenosa. Broj okretaja motora možete pronaći u specifikacijama i pomoću tablice dizajnirati sustav zupčanika koji će proizvesti bilo koju brzinu vrtnje pogonskog kotača koji želite.