Koła zębate są praktycznie wszędzie. Są w samochodach, zarówno w skrzyni biegów, jak iw wycieraczkach przedniej szyby. Są w rowerach, w takich przyborach kuchennych jak trzepaczka do jajek, a nawet w zegarkach – a przynajmniej kiedyś były. Przekładnia to w zasadzie zestaw kół zębatych połączonych ze sobą w celu zwiększenia lub zmniejszenia prędkości obrotowej wału napędowego silnika.
Wielkość, o jaką system przekładni może zmienić prędkość obrotową, jest funkcją względnych rozmiarów kół zębatych i jest znana jako przełożenie przekładni. Wzór na przełożenie okazuje się dość prosty. Zasadniczo liczysz liczbę zębów na kole napędzanym i dzielisz przez liczbę zębów na kole napędowym, które jest przymocowane do silnika. To prosta kalkulacja, nawet jeśli system przekładni składa się z kilku pośrednich kół zwanych luźnymi.
Łatwiej jest obliczyć przełożenie niż myślisz
Kiedy połączysz dwa koła zębate, ich względne rozmiary określają, jak szybko każde z nich będzie się obracać. Jeśli koło kierowcy jest mniejsze niż koło napędzane, będzie się kręcić częściej niż większe. Jeśli koło kierowcy jest większe, napędzane koło obraca się szybciej.
Porównując promienie kół, można obliczyć tempo przyspieszania i zwalniania, które generuje prosty system przekładni, ale jest prostszy sposób. Ponieważ zęby obu kół zębatych zazębiają się, muszą być tego samego rozmiaru na obu kołach, więc można po prostu porównać liczbę zębów na dwóch kołach. W ten sposób oblicza się przełożenie skrzyni biegów. Liczysz liczbę zębów zarówno na kole napędowym, jak i na kole napędzanym i wyrażasz te liczby jako stosunek lub ułamek.
Na przykład, jeśli koło napędowe ma 20 zębów, a koło napędzane ma 40, oblicz przełożenie jako 40/20, co upraszcza do 2/1, czyli 2:1. (Liczba zębów na napędzanym kole zawsze jest większa od frakcji lub pierwsza w stosunku). Oznacza to, że na każdy obrót koła napędzanego koło napędowe wykonuje dwa obroty. Podobnie stosunek 1/2 mówi, że napędzane koło obraca się dwa razy na każdy obrót koła napędowego – innymi słowy, napędzane koło obraca się szybciej niż wał silnika.
Jak zastosować równanie przełożenia przekładni do złożonych systemów
Wiele systemów kół zębatych zawiera jedno lub więcej kół napinających, które często służą do zapewnienia, że koło napędowe i napędzane obracają się w tym samym kierunku lub do zmiany płaszczyzny obrotu. Możesz zastosować wzór przełożenia przełożenia kolejno do każdej pary kół w systemie przekładni, aby uzyskać ostateczne przełożenie dla systemu, ale nie musisz tego robić. Jeśli to zrobisz, przekonasz się, że iloczyn wszystkich przełożeń jest taki sam, jak stosunek między kołem napędowym a napędzanym.
Innymi słowy, koło kierowcy i koło napędzane to jedyne dwa, które mają znaczenie. Bez względu na to, ile kół napinających jest w systemie, końcowe przełożenie to stosunek między kołem napędowym a napędzanym. Dotyczy to wszystkich typów kół zębatych, w tym kół zębatych czołowych, kół zębatych stożkowych i przekładni ślimakowych.
Używanie przełożenia do obliczania prędkości
Jeśli znasz prędkość obrotową koła napędowego, która jest zwykle mierzona w obrotach na minutę (rpm), przełożenie określa prędkość napędzanego koła. Rozważmy na przykład system o przełożeniu 3:1, co oznacza, że koło kierowcy obraca się trzy razy szybciej niż koło napędzane. Jeśli prędkość koła napędowego wynosi 300 obr/min, prędkość koła napędzanego wynosi 100 obr/min.
Ogólnie rzecz biorąc, prędkość obrotową można obliczyć za pomocą następującego równania przełożenia:
S1 • T1 = S2 • T2, gdzie
S1 to prędkość koła kierowcy i T1 to liczba zębów na tym kole.
S2 oraz T2 to prędkość i liczba zębów napędzanego koła.
Jeśli projektujesz system przekładni, przydatny będzie wykres przełożenia przekładni. Możesz znaleźć prędkość obrotową silnika w specyfikacjach i skorzystać z wykresu, aby zaprojektować system przekładni, który będzie wytwarzał żądaną prędkość obrotową napędzanego koła.