Kako orodje deluje
Zobniki se uporabljajo v številnih mehanskih napravah. Opravljajo številna pomembna dela, najpomembnejše pa je, da zagotavljajo redukcijo prestav za motorizirano opremo. To je ključnega pomena, ker običajno majhni motorji, ki se vrtijo zelo hitro, lahko zagotovijo dovolj moči za napravo, vendar ne dovolj navora. Na primer, redukcija prestav električnega izvijača je zelo velika, ker zahteva veliko navora za vrtenje vijaka, vendar motor proizvaja zelo malo navora pri visoki hitrosti. Z zmanjšanjem prestave lahko zmanjšate izhodno hitrost in hkrati povečate navor.
Druga stvar, ki jo naredi zobnik, je prilagoditev smeri vrtenja. V diferencialu med zadnjimi kolesi avtomobila se na primer moč prenaša skozi gred, ki poteka vzdolž središča avtomobila, diferencial pa mora moč obrniti za 90 stopinj, da jo prenese na kolesa.
Z različnimi vrstami orodij je veliko zapletenosti. V tem članku bomo natančno izvedeli, kako delujejo zobje na zobnikih, in razpravljali o različnih vrstah zobnikov, ki jih najdete v različnih mehanskih pripomočkih.
Pri kateri koli prestavi je razmerje določeno z razdaljo od središča prestave do točke dotika. Na primer, pri napravi z dvema zobnikoma, če je eden dvakrat večji od premera drugega, je razmerje 2:1.
Ena najbolj primitivnih vrst zobnikov, ki jih lahko vidimo, je kolo z leseno konico, ki štrli ven.
Težava s temi zobniki je, da se med vrtenjem spremeni razdalja od središča vsakega zobnika do kontaktne točke. To pomeni, da se prestavno razmerje spreminja z vrtenjem zobnikov, kar pomeni, da se bo spremenila tudi izhodna hitrost. Če v avtomobilu uporabljate takšne prestave, je nemogoče vzdrževati konstantno hitrost -- nenehno pospešujete in upočasnjujete.
Mnogi sodobni zobniki uporabljajo posebne oblike zob, imenovane evolventne. Profil ima zelo pomembno lastnost, da ohranja konstantno razmerje hitrosti med obema zobnikoma. Tako kot žebljično kolesce zgoraj se kontaktna točka premika; Toda oblika evolventnih zob kompenzira to gibanje. Za več informacij si oglejte ta razdelek.
Zdaj pa si poglejmo nekaj različnih vrst zobnikov.
Čelni zobniki so najpogostejša vrsta zobnikov. Imajo ravne zobe in so nameščeni na vzporednih oseh. Včasih se hkrati uporablja več čelnih zobnikov za zelo veliko redukcijo prestav.
Čelni zobniki se uporabljajo v številnih napravah, ki jih najdete povsod na HowStuffWorks, kot so električni izvijači, plešoče pošasti, nihajoče brizgalne naprave, budilke na navijanje, pralni in sušilni stroji. Toda v svojem avtomobilu jih ne boste našli veliko.
To je zato, ker so čelni zobniki lahko zelo glasni. Vsakič, ko se zob zobnika ujame z zobom na drugem zobniku, bosta ta zoba trčila in to trčenje bo povzročilo hrup. Poveča tudi obremenitev zob zobnikov.
Večina zobnikov v avtomobilih je spiralnih, da se zmanjša hrup in pritisk v njih.
Zobje na vijačnem zobniku so pod kotom glede na površino zobnika. Ko se dva zoba na vijačnem zobniškem sistemu zaskočita, se stik začne na enem koncu zoba in se postopoma širi, ko se zobnik vrti, dokler se oba zoba popolnoma ne zaskočita.
Ta postopni vklop omogoča, da spiralni zobniki tečejo bolj gladko in tiho kot čelni zobniki. Zato skoraj vsi avtomobilski menjalniki uporabljajo spiralne zobnike.
Zaradi kotov zob na vijačnih zobnikih ustvarjajo potisne obremenitve na zobnike, ko so vklopljeni. Oprema, ki uporablja vijačne zobnike, ima ležaje, ki lahko podpirajo to potisno obremenitev.
Ena od zanimivih stvari o vijačnih zobnikih je, da če so zobje zobnikov pod pravilnim kotom, jih je mogoče namestiti na navpično os, da prilagodijo kot vrtenja na 90 stopinj.
Stožčasti zobniki so uporabni, ko je treba spremeniti smer vrtenja gredi. Običajno so nameščeni na gredi za 90 stopinj narazen, lahko pa so zasnovani tudi za delo pod drugimi koti.
Zobje na stožčastih zobnikih so lahko ravni, spiralni ali hipoidni. Zobje čelnega stožčastega zobnika imajo dejansko enako težavo kot zobje čelnega zobnika -- ko se vsak zob zaskoči, istočasno zadene ustrezni zob.
Tako kot pri čelnih zobnikih je rešitev tega problema upogibanje zob zobnikov. Ti spiralni zobje se ujamejo tako kot spiralni zobje: stik se začne na enem koncu zobnika in se postopoma razširi na celoten zob.
Pri čelnih in spiralnih stožčastih zobnikih morata biti gredi med seboj pravokotni, ležati pa morata tudi v isti ravnini. Če obe gredi podaljšate iz zobnika, se bosta sekali. Po drugi strani pa lahko hipoidni zobniki vklapljajo gredi v različnih ravninah.
Ta funkcija se uporablja v številnih avtomobilskih diferencialih. Zobniški obroč in vhodni zobnik diferenciala sta hipoidna. To omogoča, da je vhodni zobnik nameščen pod osjo obroča. Ker je pogonska gred avtomobila povezana z vhodnim zobnikom, to tudi zniža pogonsko gred. To pomeni, da pogonska gred ne posega preveč v potniški prostor avtomobila, kar sprosti več prostora za ljudi in tovor.
Zobna letev in zobnik se uporabljata za pretvorbo vrtenja v linearno gibanje. Dober primer je krmilni sistem v mnogih avtomobilih. Volan obrača prestave, ki vklapljajo zobno letev. Ko se zobnik vrti, premakne letev v desno ali levo, odvisno od tega, kako obračate kolo.
Nekatere tehtnice uporabljajo tudi zobato letev za obračanje številčnice, ki prikazuje vašo težo.
Planetarni menjalniki in prestavna razmerja
Vsako planetno gonilo ima tri glavne komponente:
Sončna oprema
Planetarni zobniki in planetne zobniške letve
Obročasto orodje
Vsaka od teh treh komponent je lahko vhodna, izhodna ali mirujoča. Kateri del je izbran za katero vlogo, določa prestavno razmerje zobniškega sklopa. Poglejmo posamezne planetne sklope.
Eden od sklopov planetnih zobnikov v našem menjalniku ima obroček z 72 zobmi in sončno kolo s 30 zobmi. S tem kompletom zobnikov lahko pridobimo veliko različnih prestavnih razmerij.
Poleg tega zaklepanje katerih koli dveh od treh komponent skupaj zaklene celotno napravo pri zmanjšanju prestave 1:1. Upoštevajte, da je prvo zgoraj navedeno prestavno razmerje pojemek -- izhodna hitrost je počasnejša od vhodne. Drugi je overdrive -- izhod je hitrejši od vhoda. In potem končno gre spet navzdol, vendar gre izhod v nasprotno smer. Obstaja več drugih razmerij za to planetno prestavo, vendar so to razmerja, povezana z našimi avtomatskimi menjalniki. Te lahko preizkusite v spodnji animaciji:
Tako lahko ta niz zobnikov ustvari vsa ta različna prestavna razmerja brez vklapljanja ali izklapljanja drugih prestav. Z zaporedno uporabo dveh takšnih prestavnih sklopov lahko pridobimo štiri prestave naprej in eno vzvratno, potrebne za prenos. Dva kompleta zobnikov bomo sestavili v naslednjem razdelku.
