Sådan fungerer gearforhold

Du ser gear i stort set alt, der har roterende dele. Bilmotorer og gearkasser indeholder masser af gear. Hvis du nogensinde åbner en videobåndoptager og kigger indenfor, du vil se, at den er fuld af gear. Afvikling, bedstefar og pendulure indeholder masser af gear, især hvis de har klokker eller klokker. Du har sandsynligvis en effektmåler på siden af ​​dit hus, og hvis det har et gennemsigtigt dæksel, kan du se, at det indeholder 10 eller 15 gear. Gear er overalt, hvor der er motorer og motorer, der producerer rotationsbevægelser.

I denne udgave af HowStuffWorks , du vil lære om gearforhold og geartog, så du forstår, hvad alle disse forskellige gear gør. Du vil måske også læse How Gears Work for at finde ud af mere om forskellige former for gear og deres anvendelse, eller du kan lære mere om gearforhold ved at besøge vores gearforholdsdiagram.

Indhold

1. At sætte gear på arbejde
2. Forstå begrebet gearforhold
3. Gear Tog
4. Andre anvendelser til gear
5. Et eksempel

At sætte gear på arbejde

Gear bruges generelt af en af ​​fire forskellige årsager:

1. For at vende rotationsretningen
2. For at øge eller reducere rotationshastigheden
3. At flytte rotationsbevægelse til en anden akse
4. For at holde rotationen af ​​to akser synkroniseret

Du kan se effekter 1, 2 og 3 i figuren ovenfor. I denne figur, du kan se, at de to gear roterer i modsatte retninger, at det mindre gear snurrer dobbelt så hurtigt som det større gear, og at rotationsakse af det mindre gear er til højre for rotationsaksen for det større gear.

Det faktum, at det ene gear snurrer dobbelt så hurtigt som det andet, er på grund af forholdet mellem gearene - gearforhold . I denne figur, det diameter gearet til venstre er det dobbelte af gearet til højre. Udvekslingsforholdet er derfor 2:1 (udtales "to til en"). Hvis du ser figuren, du kan se forholdet:Hver gang det større gear går rundt en gang, det mindre gear går rundt to gange. Hvis begge gear havde samme diameter, de ville rotere med samme hastighed, men i modsatte retninger.

Forstå begrebet gearforhold

Det er let at forstå begrebet gearforhold, hvis du forstår konceptet med omkreds af en cirkel. Husk, at omkredsen af ​​en cirkel er lig med cirkelens diameter ganget med Pi (Pi er lig med 3.14159 ...). Derfor, hvis du har en cirkel eller et gear med en diameter på 1 tommer, omkredsen af ​​den cirkel er 3,14159 tommer.

Den følgende figur viser, hvordan omkredsen af ​​en cirkel med en diameter på 1,27 tommer er lig med en lineær afstand på 4 tommer:

Lad os sige, at du har en anden cirkel, hvis diameter er 0,635 tommer (1,27 tommer / 2), og du ruller det på samme måde som i denne figur. Det finder du ud af, fordi dens diameter er halvdelen af ​​cirklen i figuren, den skal gennemføre to fulde rotationer for at dække den samme 4-tommer linje. Dette forklarer, hvorfor to gear, den ene halvt så stor som den anden, har et gearforhold på 2:1. Det mindre gear skal dreje to gange for at dække den samme tilbagelagte afstand, når det større gear snurrer en gang.

De fleste gear, du ser i det virkelige liv, har tænder . Tænderne har tre fordele:

• De forhindrer glidning mellem gearene. Derfor, aksler forbundet med gear synkroniseres altid nøjagtigt med hinanden.
• De gør det muligt at bestemme nøjagtige gearforhold. Du tæller bare antallet af tænder i de to gear og deler. Så hvis et gear har 60 tænder og et andet har 20, gearforholdet, når disse to gear er forbundet med hinanden, er 3:1.
• De gør det sådan, at små ufuldkommenheder i den faktiske diameter og omkreds af to gear ikke betyder noget. Udvekslingsforholdet styres af antallet af tænder, selvom diametrene er lidt væk.

Gear Tog

For at oprette store gearforhold, gear er ofte forbundet sammen i gear tog , som vist her:

Det højre (lilla) gear i toget er faktisk lavet i to dele, som vist ovenfor. Et lille gear og et større gear er forbundet med hinanden, den ene oven på den anden. Geartog består ofte af flere gear i toget, som vist i de næste to figurer.

I ovenstående tilfælde, det lilla gear drejer med en hastighed det dobbelte af det blå gear. Det grønne gear drejer med det dobbelte af det lilla gear. Det røde gear drejer dobbelt så hurtigt som det grønne gear. Gearet vist nedenfor har et højere gearforhold:

I dette tog, de mindre gear er en femtedel af størrelsen på de større gear. Det betyder, at hvis du forbinder det lilla gear til en motor, der roterer med 100 omdrejninger i minuttet (omdr./min.), det grønne gear vil dreje med en hastighed på 500 o / min, og det røde gear vil dreje med en hastighed på 2, 500 omdr./min. På samme måde, du kan vedhæfte en 2, 500 o / min motor til det røde gear for at få 100 rpm på det lilla gear. Hvis du kan se inde i din effektmåler, og den er af ældre stil med fem mekaniske urskiver, du vil se, at de fem urskiver er forbundet til hinanden via et geartog som dette, med gearene i et forhold på 10:1. Fordi urskiverne er direkte forbundet med hinanden, de drejer i modsatte retninger (du vil se, at tallene er vendt på skiver ved siden af ​​hinanden).

Andre anvendelser til gear

Der er tre ormgear synlige i dette kilometertæller. Se Sådan fungerer kilometertællere for mere information.

Hvis du vil oprette et højt gearforhold, intet slår orm gear . I et ormegear, en gevindskåret aksel griber tænderne på et gear. Hver gang akslen drejer en omdrejning, gearet bevæger en tand fremad. Hvis gearet har 40 tænder, du har et 40:1 gearforhold i en meget lille pakke. Her er et eksempel fra en vinduesvisker.

Et mekanisk kilometertæller er et andet sted, der bruger mange ormhjul:

Planetgear

Der er mange andre måder at bruge gear på. Et specialiseret geartog kaldes a planetgear . Planetgear løser følgende problem. Lad os sige, at du vil have et gearforhold på 6:1, hvor indgangen drejer i samme retning som output. En måde at skabe dette forhold på er med følgende tre-gears tog:

I dette tog, det blå gear har seks gange diameteren af ​​det gule gear (hvilket giver et forhold på 6:1). Størrelsen på det røde gear er ikke vigtig, fordi det bare er der for at vende rotationsretningen, så de blå og gule gear drejer samme vej. Imidlertid, forestil dig, at du vil have, at udgangsgearets akse skal være den samme som inputgearets. Et almindeligt sted, hvor denne akse er nødvendig, er i en elektrisk skruetrækker. I det tilfælde, du kan bruge et planetgear system, som vist her:

I dette gearsystem, det gule gear ( sol ) aktiverer alle tre røde gear ( planeter ) samtidigt. Alle tre er fastgjort til en tallerken ( planetbærer ), og de engagerer sig i inde af det blå gear ( ring ) i stedet for ydersiden. Fordi der er tre røde gear i stedet for et, dette geartog er ekstremt robust. Udgangsakslen er fastgjort til det blå ringgear, og planetbæreren holdes stille - dette giver det samme 6:1 gearforhold. Du kan se et billede af et totrins planetgear på den elektriske skruetrækker side, og et tretrins planetgearsystem på sprinklersiden. Du finder også planetgear i automatgear.

En anden interessant ting ved planetgear er, at de kan producere forskellige gearforhold afhængigt af hvilket gear du bruger som input, hvilket gear du bruger som output, og hvilken du holder stille. For eksempel, hvis input er soludstyret, og vi holder ringgearet stationært og fastgør udgangsakslen til planetbæreren, vi får et andet gearforhold. I dette tilfælde, planetbæreren og planeterne kredser om solhjulet, så i stedet for at soludstyret skal snurre seks gange for at planetbæreren kan klare det en gang, den skal dreje syv gange. Dette skyldes, at planetbæreren cirkulerede solhjulet en gang i samme retning, som det drejede, trække en omdrejning fra soludstyret. Så i dette tilfælde, får vi en 7:1 reduktion.

Du kan omarrangere tingene igen, og denne gang holder soludstyret stationært, tag output fra planetbæreren og tilslut input til ringhjulet. Dette ville give dig en 1,17:1 gearreduktion. En automatgear bruger planetgear til at skabe de forskellige gearforhold, ved hjælp af koblinger og bremsebånd til at holde forskellige dele af gearet stationært og ændre input og output.

Et eksempel

Forestil dig følgende situation:Du har to røde gear, som du vil beholde synkroniseret, men de er et stykke fra hinanden. Du kan placere et stort gear mellem dem, hvis du vil have, at de har samme rotationsretning:

Eller du kan bruge to lige store gear, hvis du vil have dem til at have modsatte rotationsretninger:

Imidlertid, i begge disse tilfælde er de ekstra gear sandsynligvis tunge, og du skal oprette aksler til dem. I disse tilfælde, den almindelige løsning er at bruge enten a kæde eller a tandbælte , som vist her:

Fordelene ved kæder og seler er lette, evnen til at adskille de to gear med en vis afstand, og evnen til at forbinde mange gear sammen på den samme kæde eller bælte. For eksempel, i en bilmotor, det samme tandrem kan komme i indgreb med krumtapakslen, to knastaksler og generatoren. Hvis du skulle bruge tandhjul i stedet for bæltet, det ville være meget sværere.

For mere information om gear og deres applikationer, tjek linkene på den næste side!

Oprindeligt udgivet:20. nov. 2000

Ofte stillede spørgsmål om gearforhold

Hvordan beregnes gearforholdet?

Udvekslingsforholdet beregnes ved at dividere udgangsakslens vinkel- eller rotationshastighed med indgangsakslens vinkelhastighed. Det kan også beregnes ved at dividere det samlede drivhjuls tænder med det samlede drivgears tænder.

Er det bedre at have et højere eller lavere gearforhold?

Et højere gearforhold er godt, når du har brug for mere acceleration for at krydse dit køretøj, der henviser til, at et lavere gearforhold giver mere drejningsmoment for at få køretøjet til at bevæge sig fra en hvilestilling.

Hvad er et godt gearforhold til bugsering?

Hvis du trækker et let køretøj, et 3,73 gearforhold kan være et passende nummer. Imidlertid, til tung bugsering, gerne 5, 000 pund eller mere, du skal bruge et gearforhold på 4,10.

Giver større gear mere drejningsmoment?

Moment er målet for vridningskraft, beregnet som produktet af omkredskraft ganget med gearets radius. Det betyder, at større gear vil have mere drejningsmoment end mindre gear på grund af gearens større radius.

Hvad er formålet med gearforholdet?

Det primære formål med gearforholdet er at reducere drejningsmomentet ved at øge hastigheden, og omvendt. Din bil bevæger sig ikke ved højere gearforhold, fordi, i den indledende fase, du har brug for mere drejningsmoment end strøm. På den anden side, lavere gearforhold er ikke praktisk, når du er på motorvejen, fordi, på det tidspunkt, du kræver mere hastighed end moment. Dermed, gearforholdet kan forstås som handlen mellem drejningsmoment og hastighed.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Gear Ratio Chart
• Sådan fungerer gear
• Sådan fungerer pendulure
• Sådan fungerer bilmotorer
• Sådan fungerer cykler
• Sådan fungerer oscillerende sprinklere
• Sådan fungerer differentialer
• Sådan fungerer manuelle transmissioner
• Inde i en elektrisk skruetrækker
• Inde i en badevægt

Flere store links

• Gears:En introduktion
• Nogle noter om et urdesign
• Bilens gearforholdsberegner
• Gears:Epicyklisk togeksempel
• Differentialgear til biler