چگونه یک گیربکس جهانی گشتاور و سرعت را برای مطابقت با نیازهای مختلف تنظیم می کند

در دنیای ماشین آلات ، از ماشین لباسشویی فروتنانه گرفته تا درایوهای نقاله قدرتمند در یک کارخانه ، یک اسب کار همه جا وجود دارد: جعبه دنده جهانی بشر عملکرد اصلی آن فریبنده ساده و در عین حال اساسی مهم است - به عنوان واسطه بین منبع تغذیه (مانند موتور الکتریکی) و یک بار ، اطمینان حاصل می کند که موتور در حالی که کار به طور مؤثر انجام می شود ، به طور کارآمد کار می کند.

تجارت اساسی: درک گشتاور و سرعت

قبل از غواصی به خود گیربکس ، باید رابطه غیرقابل تغییر بین گشتاور و سرعت چرخش را درک کرد. به زبان ساده:

سرعت (RPM): تعداد چرخش هایی که شافت خروجی در هر دقیقه ایجاد می کند. سرعت بالا یعنی چیزی سریع می چرخد.

گشتاور: نیروی پیچشی که باعث چرخش می شود. از آن به عنوان "عضله" یا "قدرت کشیدن" فکر کنید. گشتاور بالا برای شروع یک بار سنگین در حال حرکت ، بلند کردن وزن یا خرد کردن یک ماده مورد نیاز است.

این رابطه توسط قانون حفاظت از انرژی بشر انرژی (یا انرژی ، که با گذشت زمان انرژی است) نمی تواند ایجاد یا نابود شود ، فقط تبدیل می شود. در یک سیستم کاملاً کارآمد:

قدرت در ≈ برق

از آنجا که قدرت مکانیکی به صورت محاسبه می شود گشتاور (τ) × سرعت چرخش (ω) ، معادله می شود:

.

این اصل اصلی را نشان می دهد: برای یک قدرت ورودی ثابت ، گشتاور و سرعت به طور معکوس متناسب هستند. شما نمی توانید هر دو را همزمان از یک منبع تغذیه ثابت افزایش دهید. جعبه دنده ابزاری است که به شما امکان می دهد تعادل بین آنها را انتخاب کنید.

برای افزایش گشتاور: شما باید سرعت خروجی را کاهش دهید.

برای افزایش سرعت: شما باید گشتاور خروجی را کاهش دهید.

یک گیربکس جهانی در اصل یک "مبدل با سرعت گشتاور" است که به یک موتور اجازه می دهد تا در حالی که نیروی کم مسافتی و کم سرعت مورد نیاز بار را فراهم می کند ، در RPM بهینه و کارآمد کار کند.

اجزای اصلی: چگونه چرخ دنده ها مزیت مکانیکی ایجاد می کنند

جعبه دنده به این تبدیل از طریق سیستم چرخ دنده دست می یابد. سه مؤلفه اصلی درگیر عبارتند از:

شافت ورودی: به طور مستقیم به موتور متصل شده و با سرعت و گشتاور موتور قدرت دریافت می کنید.

چرخ دنده هایی با اندازه های مختلف: اینها قلب سیستم است. چرخ دنده ها چرخ های دندانه دار هستند که برای انتقال قدرت و حرکت به هم مشبک می شوند.

شافت خروجی: متصل به بار (به عنوان مثال ، یک چرخ ، میکسر ، کمربند نقاله) ، سرعت و گشتاور اصلاح شده را تحویل می دهد.

مزیت مکانیکی از تفاوت تعداد دندان های چرخ دنده های مشی ناشی می شود. این تفاوت به عنوان معروف است نسبت دنده .

جادوی نسبت دنده

نسبت دنده محاسبه اساسی است که رفتار گیربکس را دیکته می کند. تعریف شده است:

نسبت دنده = Number of Teeth on Driven Gear / Number of Teeth on Driving Gear

همچنین می توان با استفاده از سرعت ورودی و خروجی محاسبه کرد:

نسبت دنده = Input Speed (RPM) / Output Speed (RPM)

بیایید دو سناریوی اصلی را بررسی کنیم:

سناریو 1: کاهش سرعت برای ضرب گشتاور (رایج ترین مورد)

این اتفاقی می افتد که یک دنده کوچک (دنده "رانندگی" یا "ورودی") دنده بزرگتر (دنده "رانده شده" یا "خروجی") را هدایت کند.

عمل: دنده ورودی کوچک به سرعت اما با گشتاور نسبتاً کم می چرخد. برای هر چرخش کامل که ایجاد می کند ، فقط دنده بزرگتر را به یک بخش از نوبت تبدیل می کند.

نتیجه: سرعت خروجی است کاهش یافته بشر با این حال ، از آنجا که دنده بزرگتر دندان های بیشتری دارد ، این نیرو بر روی شعاع بیشتر توزیع می شود و در نتیجه قابل توجه است افزایش گشتاور خروجی .

قیاس دنیای واقعی: در کمترین دنده خود به یک دوچرخه فکر کنید. شما بارها (سرعت ورودی بالا) پدال می کنید تا چرخ عقب فقط چند بار چرخانده شود (سرعت خروجی کم). این به شما امکان می دهد گشتاور عظیم را روی پدال ها بمالید تا از یک تپه شیب دار صعود کنید.

سناریو 2: افزایش سرعت برای کاهش گشتاور

این برعکس است ، جایی که یک دنده بزرگ دنده کوچکتر را هدایت می کند.

عمل: دنده ورودی بزرگ به آرامی می چرخد. برای هر چرخش کامل ، چرخ دنده های کوچکتر را از طریق چرخش های متعدد فشار می دهد.

نتیجه: سرعت خروجی است افزایش یافته ، اما گشتاور خروجی است کاهش یافته .

قیاس دنیای واقعی: این مانند دوچرخه در بالاترین دنده خود است. یک سکته مغزی پدال (سرعت ورودی کم) باعث می شود چرخ های عقب بارها و بارها (سرعت خروجی بالا) ، مناسب برای سفرهای مسطح و پر سرعت که در آن به گشتاور کمتری نیاز دارد ، باشد.

انواع جعبه دنده های جهانی و مکانیسم های تنظیم آنها

اصطلاح "جهانی" به معنای سازگاری است. طرح های جعبه دنده های مختلف به این سازگاری به روش های مختلف متناسب با برنامه های مختلف دست می یابند.

1. گیربکس با نسبت پله (انتقال دستی)

چگونه کار می کند: این نوع شامل چندین مجموعه چرخ دنده با نسبت های ثابت و از پیش تعیین شده است. اپراتور (یا یک سیستم خودکار) از نظر جسمی بین این مجموعه ها تغییر می کند.

تنظیم برای بار: برای تحمل بار در حال تغییر ، یک دنده متفاوت را انتخاب می کنید. شروع یک وسیله نقلیه سنگین به دنده 1 نیاز دارد (نسبت بالا ، گشتاور بالا ، سرعت کم). پس از حرکت ، هر بار که یک گشتاور بالقوه را برای سرعت بالاتر معامله می کنید ، به 2 ، سپس 3 و غیره تغییر می دهید. این موتور را در باند قدرت کارآمد خود نگه می دارد.

2. انتقال مداوم متغیر (CVT)

چگونه کار می کند: به جای چرخ دنده های ثابت ، یک CVT از کمربند یا زنجیره ای بین دو قرقره قطر متغیر استفاده می کند. با تغییر بار ، عرض قرقره به صورت پویا تنظیم می شود و "نسبت دنده" مؤثر را یکپارچه تغییر می دهد.

تنظیم برای بار: این سیستم تعداد نامتناهی از نسبت ها را در یک محدوده خاص فراهم می کند. به طور مداوم و به طور خودکار کارآمدترین نسبت را برای مطابقت با قدرت موتور با تقاضای بار ، چه برای شتاب سریع (نسبت پایین) یا کروز با سوخت (نسبت بالا) پیدا می کند.

3. سیستم های دنده سیاره ای

چگونه کار می کند: این سیستم جمع و جور و قوی از یک چرخ دنده مرکزی "خورشید" ، چندین چرخ دنده "سیاره" که در یک "حامل سیاره" قرار دارند ، و یک دنده "حلقه" بیرونی قرار دارد. با قفل ، رانندگی یا نگه داشتن اعضای مختلف این سیستم ، نسبت های مختلف دنده (از جمله معکوس و خنثی) حاصل می شود.

تنظیم برای بار: این سیستم در انتقال خودکار ، میکسرهای صنعتی و وینچ استفاده می شود ، این سیستم می تواند از نظر هیدرولیکی یا الکتریکی کنترل شود تا بین حالت های عملیاتی جابجا شود و ترکیب مناسبی از گشتاور و سرعت را برای کار فوری فراهم کند.

جمع کردن همه اینها: یک برنامه کاربردی

در نظر گرفتن a مخلوط کن .

موتور: یک موتور الکتریکی استاندارد که با سرعت بالا (به عنوان مثال ، 1750 دور در دقیقه) اما با گشتاور نسبتاً کم می چرخد.

بار: طبل پر از بتن مرطوب بسیار سنگین است و بار اینرسی بالایی را برای حرکت نشان می دهد. باید در حدود 30 دور در دقیقه به آرامی بچرخد ، اما با گشتاور بسیار بالایی برای خفه کردن مخلوط متراکم.

گیربکس جهانی این شکاف را پل می کند. از نسبت دنده بالا استفاده می کند (به عنوان مثال ، 58 ≈ 1750 /30: 1). این موتور با سرعت بالایی طراحی شده خود را با خوشحالی می چرخاند و برق را به جعبه دنده منتقل می کند. در داخل ، یک سری کاهش دنده به طرز چشمگیری سرعت خروجی را به 30 دور در دقیقه ایمن و مؤثر کاهش می دهد. بسیار مهم ، طبق اصل حفاظت از برق ، این کاهش 58 برابر سرعت منجر به تقریبی 58 برابر می شود افزایش در گشتاور (منهای تلفات کارایی جزئی). این گشتاور ضرب شده همان چیزی است که "عضله" عظیم مورد نیاز برای مخلوط کردن بتن را فراهم می کند.

پایان

گیربکس جهانی منبع قدرت نیست بلکه یک مترجم استادانه از آن است. این به قوانین اساسی فیزیک احترام می گذارد ، و یک ویژگی دیگر را برای دیگری تجارت می کند تا از منبع تغذیه و بار کاملاً مطابقت داشته باشد. با درک رابطه معکوس بین گشتاور و سرعت و نقش محوری نسبت دنده ، می توان قدردانی کرد که چگونه این دستگاه مبتکرانه یک موتور واحد و کارآمد را قادر می سازد تا طیف گسترده ای از کارها را انجام دهد - از دقت ظریف یک دستگاه پزشکی تا نیروی وحشیانه ماشین آلات صنعتی. این شهادت به قدرت ماندگار اصول مکانیکی ساده است که با مهندسی درخشان اعمال می شود. $ $