Typer gear

1. Indledning

Mange typer gear er en kritisk del af utallige mekaniske systemer, findes overalt fra biler til industrimaskiner og endda dagligdags forbrugerelektronik.

De virker ved at overføre rotationskraft mellem maskinkomponenter, giver præcis kontrol over bevægelse, hastighed, og drejningsmoment.

Gear er afgørende for maskinernes jævne og effektive drift, med forskellige geartyper egnet til forskellige applikationer.

2. Hvad er et Gear?

Et tandhjul er en tandet mekanisk komponent, der går i indgreb med en anden tandet del, ofte et andet gear, at overføre moment og bevægelse. Gear kan øge drejningsmomentet ved at ofre hastigheden, eller de kan øge hastigheden på bekostning af drejningsmomentet.

Gearets effektivitet og funktionalitet afhænger af deres form, størrelse, materiale, og hvordan de interagerer med hinanden.

3. Forskellige parametre for gear

At forstå parametrene for gear er afgørende for at designe effektive og pålidelige gearsystemer. Disse parametre påvirker, hvordan gear griber ind, hvor meget belastning de kan klare, og deres overordnede ydeevne i forskellige applikationer. Her er en oversigt over de vigtigste parametre:

1. Antal tænder

Antallet af tænder på et gear er en grundlæggende parameter, der påvirker dets gearforhold og ydeevne. Det bestemmer gearets evne til at gå i indgreb med et andet gear og påvirker hastigheden og drejningsmomentet.

• Gearforhold: Forholdet mellem antallet af tænder på to indgribende gear bestemmer forholdet mellem hastighed og drejningsmoment.
  For eksempel, et gear med 20 tænder i indgreb med et gear med 40 tænder har et udvekslingsforhold på 1:2, hvilket betyder, at det større gear vil dreje med halvdelen af ​​hastigheden af ​​det mindre gear, men med dobbelt drejningsmoment.

2. Hele Dybden

Hele dybden refererer til den samlede dybde af en tandhjulstand, som omfatter både tilføjelsen og dedendummet. Det er afgørende for at sikre korrekt indgreb med tilstødende gear.

• Tillæg: Højden af ​​geartanden over stigningscirklen.
• At blive givet: Tandens dybde under stigningscirklen.

Hele dybden er afgørende for at bestemme gearets styrke og den plads, der kræves for at tandhjulets tænder kan gribe ind uden forstyrrelser.

3. Pitch cirkel

Stigcirklen er en imaginær cirkel, der ruller uden at glide på stigningscirklen på et parringshjul. Det er afgørende at sikre, hvordan gear interagerer og griber ind i hinanden.

• Pitch Diameter: Diameteren af ​​stigningscirklen. Den bruges til at beregne udvekslingsforholdet og til at sikre, at gearene griber korrekt ind.

4. Rodcirkel

Rodcirklen er den cirkel, der passerer gennem bunden af ​​tandhjulets riller. Det bestemmer gearets mindste diameter og er vigtigt for at forstå gearets styrke og holdbarhed.

• Roddiameter: Diameteren af ​​cirklen, der forbinder tændernes baser.

5. Udenfor cirkel

Den ydre cirkel, eller udvendig diameter, er den cirkel, der går gennem spidserne af tandhjulets tænder. Det er vigtigt for at bestemme gearets samlede størrelse og frigang.

• Udvendig diameter: Diameteren målt fra spidsen af ​​en tand til spidsen af ​​den modsatte tand.

6. Pitch Diameter

Stigningsdiameter er diameteren af ​​stigningscirklen og er en kritisk parameter for at beregne gearforholdet og sikre korrekt indgreb mellem gearene.

• Formel: Pitch Diameter = Antal tænder / Diametral stigning (for kejserlige enheder) eller Pitch Diameter = (Antal tænder * modul) (for metriske enheder).

7. Cirkulær tonehøjde

Cirkulær stigning er afstanden mellem tilsvarende punkter på tilstødende tænder, målt langs stigningscirklen. Det er vigtigt at sikre korrekt gearindgreb og justering.

• Formel: Cirkulær pitch = π * Pitch Diameter / Antal tænder.

8. modul

Modulet er et mål for tændernes størrelse, defineret som forholdet mellem stigningsdiameteren og antallet af tænder. Det bruges i det metriske system til at standardisere gearstørrelser.

• Formel: Modul = Pitch Diameter / Antal tænder.

9. Diametral stigning

Diametral stigning er antallet af tænder pr. tomme af stigningsdiameteren. Det bruges i det imperiale system til at standardisere gearstørrelser og er det omvendte af modulet.

• Formel: Diametral stigning = Antal tænder / Pitch Diameter.

10. Cirkulær tykkelse

Cirkulær tykkelse er tykkelsen af ​​en tandhjulstand målt langs stigningscirklen. Det påvirker gearets styrke og effektiviteten af ​​kraftoverførsel.

• Formel: Cirkulær tykkelse = Cirkulær stigning / 2.

4. Hvordan fungerer gear?

Gear er mekaniske enheder, typisk cirkulær, med tænder på deres kanter, der bruges til at overføre rotationskraft og drejningsmoment i maskiner.

Fungerer i par, gearene går i indgreb med deres tænder for at forhindre glidning. I cirkulære gear, rotationshastigheden og drejningsmomentet forbliver konstant, mens ikke-cirkulære gear skaber variable hastigheds- og momentforhold.

For at opretholde ensartet hastighed og drejningsmoment, præcis udformning af gearprofilen er afgørende. Når det mindre gear, eller tandhjul, driver systemet, det reducerer hastigheden og øger drejningsmomentet.

Omvendt, hvis tandhjulet er på den drevne aksel, hastigheden stiger, mens drejningsmomentet falder.

Aksler, der holder gearene, skal være anbragt korrekt og kan arrangeres parallelt, ikke-parallel, krydsende, eller ikke-skærende konfigurationer. Disse aksler fungerer som håndtag til at overføre rotation og energi mellem gearene.

Nøgleresultater af gearsystemer omfatter:

• Øg hastigheden: I et gearpar, hvor man har 40 tænder og den anden 20, det mindre gear roterer dobbelt så hurtigt for at opretholde synkroniseringen, hvilket resulterer i højere hastighed, men reduceret drejningsmoment.
• Forøg kraft: Et mindre gear med færre tænder reducerer hastigheden, men øger kraften, kræver mere drejningsmoment for at rotere.
• Skift retning: Når to gear går i indgreb, de roterer i modsatte retninger. Specialiserede gear bruges til at ændre rotationsretning eller vinkler effektivt.

5. Hvad er designet af gear?

Industrielle applikationer bruger en række forskellige gear, hver designet til specifikke formål. De vigtigste egenskaber, der varierer mellem disse gear omfatter:

• Gear form
• Tanddesign og konfiguration
• Gear akser konfiguration

Gear form

Gear kan være cylindriske (spore, spiralformet) eller konisk (affasning) baseret på deres ansøgning. Formen påvirker, hvor godt gearene griber ind, mængden af ​​kraft, de kan håndtere, og hvor meget støj de genererer.

Spurgear, for eksempel, er høje ved høje hastigheder, mens spiralformede gear giver en mere støjsvag og jævn ydelse på grund af de vinklede tænder.

Tanddesign og konfiguration

Gear kan have forskellige tandprofiler, hver egnet til specifikke opgaver. Lige tænder (cylindriske tandhjul) fungerer godt for simple, lavhastighedsapplikationer, mens spiralformede eller spiralformede tænder (spiralformet, vinkelgear) sikre jævnere indgreb og større effektivitet ved højere hastigheder.

Konfiguration af gearakser

• Parallel: I parallelle konfigurationer, akslerne er justeret i samme plan, og de drivende og drevne gear roterer i modsatte retninger. Denne opsætning tilbyder typisk høj effektivitet i bevægelsesoverførsel. Eksempler omfatter spiralformede gear og tandstangssystemer.
• Skærende: Til krydsende konfigurationer, akslerne krydser i et punkt inden for samme plan, giver høj transmissionseffektivitet svarende til parallelle opsætninger. Koniske gear er et godt eksempel på denne type.
• Ikke-parallel og ikke-krydsende: I konfigurationer, hvor aksler hverken er parallelle eller krydsende, hvilket betyder, at de hverken er justeret eller på samme plan, transmissionseffektiviteten har en tendens til at være lavere. Snekkegear eksemplificerer denne kategori.

6. Hvilke materialer bruges i Gears?

Materialet, der bruges til at fremstille gear, påvirker deres ydeevne betydeligt, holdbarhed, og egnethed til specifikke applikationer. Forskellige materialer giver forskellige grader af styrke, slidstyrke, og korrosionsbestandighed.

Nedenfor er nogle af de mest brugte materialer i gearproduktion:

Valset stål

Valset stål bruges almindeligvis til tandhjul på grund af dets høje styrke og sejhed. Den er fremstillet af varm- eller koldvalsning af stål gennem en række ruller, forfiner dens struktur og forbedrer dens mekaniske egenskaber.

Gear lavet af valset stål bruges ofte i tunge applikationer, såsom automotive transmissioner og industrimaskiner, hvor holdbarhed og slagfasthed er afgørende.

Koldvalset stål

Koldvalset stål gennemgår en proces, hvor stålet afkøles efter valsning, hvilket forbedrer dens styrke og overfladefinish. Denne proces giver bedre dimensionsnøjagtighed og en glattere finish end varmvalset stål.

Koldvalsede stålgear bruges ofte i præcisionsudstyr, der kræver snævre tolerancer, såsom ure og fine instrumenter, samt automotive og industrielle applikationer.

Værktøjsstållegeringer

Værktøjsstållegeringer er kendt for deres hårdhed, slidstyrke, og evne til at modstå høje temperaturer. De er ideelle til fremstilling af gear, der er udsat for ekstreme belastninger og stød.

Disse legeringer indeholder typisk høje niveauer af kulstof, Krom, og andre grundstoffer som vanadium eller wolfram, som øger deres styrke og holdbarhed. Værktøjsstålgear bruges i applikationer som skærende værktøjer og industrimaskiner.

Jernlegeringer

Jern legeringer, herunder støbejern og duktilt jern, bruges i vid udstrækning til fremstilling af gear. Støbejernsgear giver god slidstyrke, Vibrationsdæmpning, og bearbejdelighed, gør dem velegnede til store, lavhastighedsgear, der bruges i applikationer som transportsystemer og tunge maskiner.

Duktilt jern giver bedre sejhed end støbejern, giver en balance mellem styrke og stødmodstand.

Rustfrit stål

Rustfrit stål foretrækkes til gear, der kræver høj korrosionsbestandighed og holdbarhed. Den indeholder krom, som danner et beskyttende oxidlag på overfladen, forebygger rust og korrosion.

Gear i rustfrit stål bruges ofte i fødevareforarbejdningsudstyr, Marine applikationer, og miljøer, hvor der er fugt eller kemikalier til stede.

Kobberlegeringer

Kobberlegeringer, såsom messing og bronze, bruges i gear med lav friktion, Korrosionsmodstand, og let bearbejdning er afgørende.

Disse gear findes typisk i applikationer, der kræver mere støjsvag drift og mindre slid, såsom snekkegear, Lejer, og bøsninger.

Kobberlegeringer er også værdsat for deres elektriske ledningsevne, gør dem velegnede til nogle specialiserede elektriske enheder.

Aluminiumslegeringer

Aluminiumslegeringer er lette og korrosionsbestandige, hvilket gør dem velegnede til gear, der bruges i lav belastning, højhastighedsapplikationer.

Gear lavet af aluminium findes almindeligvis i rumfart, Robotik, og bilindustrier, hvor vægtreduktion er en prioritet.

Selvom det ikke er så stærkt som stål, aluminiumslegeringer kan behandles eller coates for at øge deres styrke og slidstyrke.

Gear af plast

Plastgear er lette, Korrosionsbestandig, og tilbyde glat, stille drift.

Almindeligvis lavet af materialer som nylon, acetal, eller polycarbonat, plastgear bruges ofte i applikationer, der kræver lav støj og lav friktion, såsom printere, husholdningsapparater, og små maskiner.

Selvom de ikke kan klare så meget belastning som metalgear, plastgear er ideelle til laveffekt, omkostningseffektive løsninger.

7. Typer gear

Gear er klassificeret efter deres tandform, akselkonfiguration, og specifikt formål. At forstå de forskellige typer gear er afgørende for at vælge det passende gear for at sikre effektiv kraftoverførsel i mekaniske design.

Baseret på tandform

1. Spurgear

• • Eksterne sporgear: Den mest almindelige type gear, med lige tænder, der er parallelle med gearets akse. Disse gear bruges til at overføre kraft mellem parallelle aksler og er kendt for deres effektivitet og enkelhed.
  • Indvendige sporgear: Svarende til udvendige cylindriske tandhjul, tænderne skæres på indersiden af ​​en tandkrans. De bruges i applikationer, hvor pladsbesparelse er nødvendig, såsom planetgearsystemer.

2. Helical Gears

• • Enkelt spiralformet: Disse tandhjul har vinklede tænder, som giver en mere jævn og støjsvag drift end cylindriske tandhjul. Vinklen på tænderne giver mulighed for gradvis indgreb, reduktion af støj og stress under drift.
  • Dobbelt spiralformet: Også kendt som sildebensgear, disse har to sæt modstående spiralformede tænder. Designet ophæver aksialtryk, hvilket gør dem velegnede til tunge maskiner med høj belastning.
  • Skrue Gear: Svarende til spiralformede tandhjul, de bruges i applikationer, hvor der er behov for ikke-parallelle aksler. De er designet til at overføre drejningsmoment mellem to ikke-krydsende aksler.

3. Keglegear

• • Lige gear: Koniske tandhjul med lige tænder bruges til at overføre bevægelse mellem krydsende aksler, typisk i en vinkel på 90 grader. De er effektive, men kan være støjende under belastning.
  • Spiral gear: Disse har buede tænder, som tilbyder mere jævn drift og højere belastningskapacitet end lige vinkelgear. De er ideelle til højhastighedsapplikationer.
  • Geringsgear: En type vinkelgear, hvor gearforholdet er 1:1, almindeligvis brugt i applikationer, der kræver samme hastighed, men en ændring i retning.
  • Hypoid gear: Disse gear har forskudte akser, giver mulighed for højere drejningsmoment og mere støjsvag drift. De findes almindeligvis i automotive differentialer.
  • Nul gear: En hybrid mellem lige og spiral vinkelgear, tilbyder et kompromis mellem problemfri drift og let fremstilling.
  • Krone vinkelgear: Et konisk tandhjul, hvor tænderne er vinkelret på gearfladen, tilbyder unikke vinkelkonfigurationer.

4. Sildebensgear
   Sildebensgear har et "V"-formet tandmønster og er kendt for deres evne til at håndtere tunge belastninger uden at producere væsentligt aksialtryk. Disse gear bruges ofte i store industrielle maskiner og skibe.

1. 4. Tandstangsgear
      Et lineært gearsystem, hvor tandhjulet (cirkulært gear) går i indgreb med et lineært tandhjul (stativ) at konvertere rotationsbevægelse til lineær bevægelse, er meget brugt i styresystemer og jernbaner.

4. Snekkegear
   Snekkegear består af en snekke (skruelignende gear) og et ormehjul. De giver høj drejningsmomentreduktion i kompakte rum og bruges i transportsystemer og elevatorer.

   

Særlige typer gear

1. Indvendige gear
   Indvendige gear har tænder skåret på indersiden af ​​en cirkulær ring. De er ofte parret med udvendige cylindriske tandhjul i planetgearsystemer for at opnå høj drejningsmoment og pladseffektivitet.
2. Differentiale gear
   Anvendes primært i bilsystemer, differentialgear tillader hjul at rotere med forskellige hastigheder, samtidig med at drejningsmomentfordelingen opretholdes, afgørende for glatte kurver.
3. Planetgear
   Planethjul består af et centralt solgear, planet gear, og en ydre ring (indvendigt gear). Dette design tilbyder høj momenttæthed og er meget udbredt i automatiske transmissioner og industrielt udstyr.

   

4. Tandhjul
   Tandhjul bruges i kædetræk, med tænder designet til at gå i indgreb med en kæde eller bælte. De er almindeligt forekommende i cykler, motorcykler, og transportørsystemer.
5. Spline Gears
   Disse gear har riller eller tænder langs deres længde og bruges i mekaniske koblinger, giver mulighed for drejningsmomentoverførsel og tillader samtidig en vis bevægelse langs aksen.
6. Nylon gear
   Nylongear er lette og korrosionsbestandige, tilbyder glat, stille drift. De er almindeligt anvendt i små, lavstrømsapplikationer som printere og husholdningsapparater.

   

7. Rear-End Gear
   Findes i automotive differentialer, bagende gear håndterer høj drejningsmoment transmission og er afgørende for at sikre korrekt hjulhastighed under køretøjets sving.
8. Små gear
   Små gear bruges i applikationer, hvor kompakt størrelse og præcis bevægelseskontrol er påkrævet, såsom i ure, instrumenter, og små maskiner.

8. Overvejelser i Gear Design

Flere faktorer påvirker geardesignet, sikre, at det valgte gear lever op til ydeevnen, koste, og holdbarhedskrav:

• Budget: Højtydende materialer, såsom rustfrit stål og værktøjsstål, er dyrere end basismetaller som støbejern.
• Pladsbegrænsninger: Kompakte applikationer bruger ofte planetgear, som tilbyder høj drejningsmoment transmission i et lille fodaftryk.
• Transmissionsbehov: Højhastighedsapplikationer kan favorisere spiralformede eller koniske gear for jævn ydelse, mens der er lav hastighed, opgaver med højt drejningsmoment bruger ofte snekke- eller cylindriske tandhjul.
• Servicebetingelser: Barske miljøer, som dem, der involverer fugt eller kemikalier, kan kræve korrosionsbestandige materialer såsom rustfrit stål eller nylon.

9. Anvendelser af Gears

Gear bruges i adskillige industrier til at kontrollere hastigheden, drejningsmoment, og bevægelsesretningen. Nøgleapplikationer inkluderer:

• Automotive styresystemer: Stang og tandhjul konverterer rotationsbevægelse til lineær bevægelse, giver præcis kontrol over styringen.
• Gearkasser: Findes i biler, industrielt maskineri, og vindmøller, gearkasser justerer hastighed og drejningsmoment.
• Rumfart: Gear bruges i flyvekontrolsystemer og motorer for glat, effektiv kraftoverførsel.
• Landbrugsmaskiner: Traktorer og mejetærskere bruger gear til at styre motorkraften og drive redskaber.

Et diagram for hver type gearapplikation

Typer af gear	Gear navne	Typiske produkter
Spur	Spur gear	Ure Tog Fly Vaskemaskiner Kraftværker
Helical	Enkelt skrueformet gear Dobbelt spiralformet gear Sildebensudstyr Skrue gear	Automotive Ure Vandingssystemer Husholdningsværktøj
Fasning	Lige vinkelgear Spiral konisk gear Geringsgear Skrueformet vinkelgear Hypoid gear Nul gear Krone gear	Pumper Tog Fly Kraftværker
Orm	Snekkeudstyr	Elevatorer Automotive
Rack gear	Tandstang og tandstang	Vejevægt Tog