Typer gir

1. Introduksjon

Mange typer gir er en kritisk del av utallige mekaniske systemer, finnes overalt fra biler til industrimaskiner og til og med hverdagslig forbrukerelektronikk.

De fungerer ved å overføre rotasjonskraft mellom maskinkomponenter, gir nøyaktig kontroll over bevegelse, fart, og dreiemoment.

Gir er avgjørende for maskinens jevne og effektive drift, med ulike girtyper egnet for ulike bruksområder.

2. Hva er et Gear?

Et tannhjul er en tannet mekanisk komponent som griper inn i en annen tannet del, ofte et annet gir, å overføre dreiemoment og bevegelse. Gir kan øke dreiemomentet ved å ofre hastighet, eller de kan øke hastigheten på bekostning av dreiemoment.

Effektiviteten og funksjonaliteten til girene avhenger av deres form, størrelse, materiale, og hvordan de samhandler med hverandre.

3. Ulike parametere for gir

Å forstå parametrene til gir er avgjørende for å designe effektive og pålitelige girsystemer. Disse parameterne påvirker hvordan girene griper inn, hvor mye belastning de tåler, og deres generelle ytelse i ulike applikasjoner. Her er en oversikt over nøkkelparametrene:

1. Antall tenner

Antall tenner på et gir er en grunnleggende parameter som påvirker girforholdet og ytelsen. Det bestemmer girets evne til å gripe inn i et annet gir og påvirker hastigheten og dreiemomentet.

• Girforhold: Forholdet mellom antall tenner på to inngripende gir bestemmer hastigheten og dreiemomentforholdet.
  For eksempel, et gir med 20 tenner i inngrep med et tannhjul med 40 tenner har et girforhold på 1:2, Det betyr at det større giret vil snu med halvparten av hastigheten til det mindre giret, men med dobbelt dreiemoment.

2. Hele dybden

Hele dybden refererer til den totale dybden til en tannhjul, som inkluderer både tillegget og dedendumet. Det er avgjørende for å sikre riktig inngrep med tilstøtende gir.

• Tillegg: Høyden på tannhjulet over stigningssirkelen.
• Skal gis: Dybden av tannen under stigningssirkelen.

Hele dybden er avgjørende for å bestemme girets styrke og plassen som kreves for at tannhjulstennene kan gripe inn uten forstyrrelser.

3. Pitch Circle

Stigningssirkelen er en tenkt sirkel som ruller uten å skli på stigningssirkelen til et parringsgir. Det er avgjørende å sikre hvordan tannhjul samhandler og griper inn i hverandre.

• Pitch Diameter: Diameteren til stigningssirkelen. Den brukes til å beregne utvekslingsforholdet og for å sikre at girene griper riktig inn.

4. Rotsirkel

Rotsirkelen er sirkelen som går gjennom bunnen av tannhjulets riller. Den bestemmer minimumsdiameteren på giret og er viktig for å forstå girets styrke og holdbarhet.

• Rotdiameter: Diameteren til sirkelen som forbinder tennene.

5. Utenfor sirkel

Den ytre sirkelen, eller ytre diameter, er sirkelen som går gjennom tuppene på tannhjulstennene. Det er viktig for å bestemme girets totale størrelse og klaring.

• Utvendig diameter: Diameteren målt fra tuppen av en tann til tuppen av motsatt tann.

6. Pitch Diameter

Stigningsdiameter er diameteren til stigningssirkelen og er en kritisk parameter for å beregne girforholdet og sikre riktig inngrep mellom girene.

• Formel: Pitch Diameter = Antall tenner / Diametral stigning (for keiserlige enheter) eller Pitch Diameter = (Antall tenner * Modul) (for metriske enheter).

7. Sirkulær tonehøyde

Sirkulær stigning er avstanden mellom tilsvarende punkter på tilstøtende tenner, målt langs stigningssirkelen. Det er viktig å sikre riktig inngrep og justering av giret.

• Formel: Sirkulær stigning = π * Pitch Diameter / Antall tenner.

8. Modul

Modulen er et mål på størrelsen på tennene, definert som forholdet mellom stigningsdiameteren og antall tenner. Den brukes i det metriske systemet for å standardisere girstørrelser.

• Formel: Modul = Pitch Diameter / Antall tenner.

9. Diametral stigning

Diametral stigning er antall tenner per tomme av stigningsdiameteren. Den brukes i det keiserlige systemet for å standardisere girstørrelser og er det motsatte av modulen.

• Formel: Diametral stigning = antall tenner / Pitch Diameter.

10. Sirkulær tykkelse

Sirkulær tykkelse er tykkelsen på en tanntann målt langs stigningssirkelen. Det påvirker girets styrke og effektiviteten til kraftoverføringen.

• Formel: Sirkulær tykkelse = Sirkulær stigning / 2.

4. Hvordan gear fungerer?

Gir er mekaniske enheter, typisk sirkulær, med tenner på kantene som brukes til å overføre rotasjonskraft og dreiemoment i maskiner.

Fungerer i par, tannhjul kobler inn tennene for å forhindre glidning. I sirkulære gir, rotasjonshastigheten og dreiemomentet forblir konstant, mens ikke-sirkulære gir skaper variabel hastighet og dreiemomentforhold.

For å opprettholde jevn hastighet og dreiemoment, presis utforming av girprofilen er avgjørende. Når det mindre giret, eller tannhjul, driver systemet, det reduserer hastigheten og øker dreiemomentet.

Motsatt, hvis tannhjulet er på den drevne akselen, hastigheten øker mens dreiemomentet reduseres.

Aksler som holder tannhjulene må ha riktig avstand og kan arrangeres parallelt, ikke-parallell, kryssende, eller ikke-kryssende konfigurasjoner. Disse akslingene fungerer som spaker for å overføre rotasjon og energi mellom girene.

Nøkkelresultater av girsystemer inkluderer:

• Øk hastigheten: I et girpar hvor man har 40 tenner og den andre 20, det mindre giret roterer dobbelt så raskt for å opprettholde synkronisering, som resulterer i høyere hastighet, men redusert dreiemoment.
• Øk kraften: Et mindre gir med færre tenner reduserer hastigheten, men øker kraften, requiring more torque to rotate.
• Change Direction: When two gears mesh, they rotate in opposite directions. Specialized gears are used to change rotational direction or angles efficiently.

5. Hva er utformingen av Gears?

Industrial applications use a variety of gears, each designed for specific purposes. The main characteristics that vary among these gears include:

• Gear shape
• Tooth design and configuration
• Gear axes configuration

Gear Form

Gears can be cylindrical (spur, spiralformet) or conical (bevel) based on their application. Shape influences how well gears mesh, the amount of force they can handle, and how much noise they generate.

Spur gears, for eksempel, are loud at high speeds, while helical gears offer quieter and smoother performance due to the angled teeth.

Tanndesign og konfigurasjon

Gears can have different tooth profiles, each suited for specific tasks. Straight teeth (spur gears) work well for simple, lavhastighetsapplikasjoner, while helical or spiral teeth (spiralformet, bevel gears) ensure smoother engagement and greater efficiency at higher speeds.

Konfigurasjon av girakser

• Parallel: In parallel configurations, the shafts are aligned on the same plane, and the driving and driven gears rotate in opposite directions. This setup typically offers high efficiency in motion transfer. Examples include helical gears and rack-and-pinion systems.
• Intersecting: For intersecting configurations, the shafts cross at a point within the same plane, providing high transmission efficiency similar to parallel setups. Bevel gears are a prime example of this type.
• Non-Parallel and Non-Intersecting: In configurations where shafts are neither parallel nor intersecting, meaning they are neither aligned nor on the same plane, the transmission efficiency tends to be lower. Worm gears exemplify this category.

6. Hvilke materialer brukes i Gears?

Materialet som brukes til å produsere gir påvirker ytelsen deres betydelig, varighet, og egnethet for spesifikke bruksområder. Ulike materialer gir varierende grad av styrke, Bruk motstand, og korrosjonsmotstand.

Nedenfor er noen av de mest brukte materialene i utstyrsproduksjon:

Valset stål

Valset stål brukes ofte til tannhjul på grunn av sin høye styrke og seighet. Den er produsert av varm- eller kaldvalsing av stål gjennom en serie valser, foredler strukturen og forbedrer dens mekaniske egenskaper.

Tannhjul laget av valset stål brukes ofte i tunge applikasjoner, som biltransmisjoner og industrimaskiner, hvor holdbarhet og slagfasthet er avgjørende.

Kaldvalset stål

Kaldvalset stål gjennomgår en prosess hvor stålet avkjøles etter valsing, som forbedrer styrken og overflatefinishen. Denne prosessen gir bedre dimensjonsnøyaktighet og en jevnere finish enn varmvalset stål.

Kaldvalsede stålgir brukes ofte i presisjonsutstyr som krever stramme toleranser, som klokker og fine instrumenter, så vel som bil- og industriapplikasjoner.

Verktøy stållegeringer

Verktøystållegeringer er kjent for sin hardhet, Bruk motstand, og evne til å tåle høye temperaturer. De er ideelle for å lage gir som er utsatt for ekstreme belastninger og støt.

Disse legeringene inneholder vanligvis høye nivåer av karbon, krom, og andre elementer som vanadium eller wolfram, som forbedrer deres styrke og holdbarhet. Verktøystålgir brukes i applikasjoner som skjæreverktøy og industrimaskiner.

Jernlegeringer

Jernlegeringer, inkludert støpejern og seigjern, er mye brukt i produksjon av gir. Støpejernsgir gir god slitestyrke, Vibrasjonsdemping, og maskinbarhet, gjør dem egnet for store, lavhastighetsgir som brukes i applikasjoner som transportbåndsystemer og tungt maskineri.

Duktilt jern gir bedre seighet enn støpejern, gir en balanse mellom styrke og støtmotstand.

Rustfritt stål

Rustfritt stål er foretrukket for gir som krever høy korrosjonsmotstand og holdbarhet. Den inneholder krom, som danner et beskyttende oksidlag på overflaten, hindre rust og korrosjon.

Tannhjul i rustfritt stål brukes ofte i matforedlingsutstyr, Marine applikasjoner, og miljøer der fuktighet eller kjemikalier er tilstede.

Kobberlegeringer

Kobberlegeringer, som messing og bronse, brukes i gir med lav friksjon, Korrosjonsmotstand, og enkel maskinering er avgjørende.

Disse girene finnes vanligvis i applikasjoner som krever roligere drift og mindre slitasje, slik som snekkegir, lagre, og gjennomføringer.

Kobberlegeringer er også verdsatt for deres elektriske ledningsevne, gjør dem egnet for noen spesialiserte elektriske enheter.

Aluminiumslegeringer

Aluminiumslegeringer er lette og korrosjonsbestandige, gjør dem egnet for gir som brukes i lav belastning, høyhastighetsapplikasjoner.

Gir laget av aluminium finnes ofte i romfart, Robotikk, og bilindustrien, hvor vektreduksjon er en prioritet.

Selv om den ikke er like sterk som stål, aluminiumslegeringer kan behandles eller belegges for å forbedre deres styrke og slitestyrke.

Gear i plast

Plastgir er lette, Korrosjonsbestandig, og tilbyr glatt, stille drift.

Vanligvis laget av materialer som nylon, acetal, eller polykarbonat, plastgir brukes ofte i applikasjoner som krever lav støy og lav friksjon, som skrivere, husholdningsapparater, og små maskiner.

Selv om de ikke kan håndtere like mye belastning som metallgir, plastgir er ideelle for laveffekt, kostnadseffektive løsninger.

7. Typer gir

Tannhjul er klassifisert i henhold til tannformen, akselkonfigurasjon, og spesifikt formål. Å forstå de ulike typene gir er avgjørende for å velge riktig gir for å sikre effektiv kraftoverføring i mekaniske design.

Basert på tannform

1. Spur Gears

• • Eksterne sporgir: Den vanligste typen utstyr, med rette tenner som er parallelle med tannhjulets akse. Disse girene brukes til å overføre kraft mellom parallelle aksler og er kjent for sin effektivitet og enkelhet.
  • Interne sporgir: Ligner på utvendige cylindriske tannhjul, tennene er kuttet på den indre overflaten av en girring. De brukes i applikasjoner hvor plassbesparelse er nødvendig, slik som planetgirsystemer.

2. Helical Gears

• • Enkel spiralformet: Disse tannhjulene har vinklede tenner, som gir jevnere og roligere drift enn cylindriske tannhjul. Vinkelen på tennene tillater gradvis inngrep, redusere støy og stress under drift.
  • Dobbel spiralformet: Også kjent som fiskebensgir, disse har to sett med motsatte spiralformede tenner. Designet kansellerer aksialtrykk, gjør dem egnet for tunge maskiner med høy belastning.
  • Skru gir: Ligner på spiralformede tannhjul, de brukes i applikasjoner der ikke-parallelle aksler er nødvendig. De er designet for å overføre dreiemoment mellom to ikke-kryssende aksler.

3. Fasede gir

• • Rette gir: Koniske tannhjul med rette tenner brukes til å overføre bevegelse mellom kryssende aksler, vanligvis i en 90-graders vinkel. De er effektive, men kan være støyende under belastning.
  • Spiralgir: Disse har buede tenner, som gir jevnere drift og høyere lastekapasitet enn rette vinkelgir. De er ideelle for høyhastighetsapplikasjoner.
  • Gjæringsgir: En type vinkelgir der girforholdet er 1:1, ofte brukt i applikasjoner som krever lik hastighet, men en endring i retning.
  • Hypoid gir: Disse girene har forskjøvede akser, gir høyere dreiemomentoverføring og roligere drift. De finnes ofte i bildifferensialer.
  • Null gir: En hybrid mellom rette og spiralformede vinkelgir, tilbyr et kompromiss mellom jevn drift og enkel produksjon.
  • Crown Bevel Gears: Et konisk tannhjul hvor tennene er vinkelrett på tannhjulsflaten, tilbyr unike vinkelkonfigurasjoner.

4. Fiskebein Gears
   Fiskebeingir har et "V"-formet tannmønster og er kjent for sin evne til å håndtere tunge belastninger uten å produsere betydelig aksialtrykk. Disse girene brukes ofte i store industrielle maskiner og skip.

1. 4. Tannstang og tannhjul
      Et lineært girsystem hvor tannhjulet (sirkulært gir) griper inn med et lineært tannhjul (stativ) å konvertere rotasjonsbevegelse til lineær bevegelse, er mye brukt i styresystemer og jernbaner.

4. Snekkegir
   Snekkegir består av en snekke (skruelignende utstyr) og et ormehjul. De gir høy dreiemomentreduksjon i kompakte rom og brukes i transportsystemer og heiser.

   

Spesielle typer gir

1. Interne gir
   Innvendige tannhjul har tenner kuttet på innsiden av en sirkulær ring. De er ofte sammenkoblet med ytre cylindriske tannhjul i planetgirsystemer for å oppnå høyt dreiemoment og plasseffektivitet.
2. Differensialgir
   Brukes primært i bilsystemer, differensialgir lar hjulene rotere med forskjellige hastigheter samtidig som dreiemomentfordelingen opprettholdes, avgjørende for jevn svinging.
3. Planetgir
   Planetgir består av et sentralt solhjul, planetgir, og en ytre ring (innvendig utstyr). Denne designen tilbyr høy dreiemomenttetthet og er mye brukt i automatiske girkasser og industrielt utstyr.

   

4. Tannhjul
   Tannhjul brukes i kjededrift, med tenner designet for å gripe inn i et kjede eller belte. De er ofte funnet i sykler, motorsykler, og transportbåndsystemer.
5. Spline Gears
   Disse girene har spor eller tenner langs lengden og brukes i mekaniske koplinger, tillater dreiemomentoverføring samtidig som det tillater en viss bevegelse langs aksen.
6. Nylon gir
   Nylongir er lette og korrosjonsbestandige, tilbyr glatt, stille drift. De er ofte brukt i små, lavstrømsapplikasjoner som skrivere og husholdningsapparater.

   

7. Bakre gir
   Finnes i bildifferensialer, bakre gir håndterer overføring med høyt dreiemoment og er avgjørende for å sikre riktig hjulhastighet under kjøretøysvinger.
8. Små tannhjul
   Små gir brukes i applikasjoner der kompakt størrelse og presis bevegelseskontroll er nødvendig, som i klokker, instrumenter, og små maskiner.

8. Betraktninger i Gear Design

Flere faktorer påvirker utstyrets design, sikre at det valgte utstyret møter ytelsen, koste, og krav til holdbarhet:

• Budsjett: Materialer med høy ytelse, som rustfritt stål og verktøystål, er dyrere enn grunnleggende metaller som støpejern.
• Plassbegrensninger: Kompakte applikasjoner bruker ofte planetgir, som tilbyr høy dreiemomentoverføring i et lite fotavtrykk.
• Overføringsbehov: Høyhastighetsapplikasjoner kan favorisere spiral- eller skrågir for jevn ytelse, mens lav hastighet, Oppgaver med høyt dreiemoment bruker ofte snekke- eller cylindriske tannhjul.
• Serviceforhold: tøffe miljøer, som de som involverer fuktighet eller kjemikalier, kan kreve korrosjonsbestandige materialer som rustfritt stål eller nylon.

9. Anvendelser av Gears

Gir brukes i en rekke bransjer for å kontrollere hastigheten, dreiemoment, og bevegelsesretningen. Nøkkelapplikasjoner inkluderer:

• Automotive styresystemer: Tannstang og tannhjul konverterer rotasjonsbevegelse til lineær bevegelse, gir nøyaktig kontroll over styringen.
• Girkasser: Finnes i biler, Industrielle maskiner, og vindturbiner, girkasser justerer hastighet og dreiemoment.
• Luftfart: Gir brukes i flykontrollsystemer og motorer for jevn, effektiv kraftoverføring.
• Landbruksmaskiner: Traktorer og skurtreskere bruker gir for å styre motorkraft og drive redskaper.

Et diagram for hver type utstyrsapplikasjon

Typer utstyr	Navn på utstyr	Typiske produkter
Spur	Spur gear	Klokker Tog Fly Vaskemaskiner Kraftverk
Spiralformet	Enkelt spiralformet gir Dobbelt spiralformet gir Fiskebeinsutstyr Skrue gir	Bil Klokker Vanningssystemer Husholdningsverktøy
Skråkant	Rett vinkelgir Spiral vinkelgir Gjæringsutstyr Spiralformet vinkelgir Hypoid utstyr Null gir Kroneutstyr	Pumper Tog Fly Kraftverk
Mark	Snekkeutstyr	Heiser Bil
Rack Gear	Tannstang	Veievekt Tog