Vedete ingranaggi in quasi tutto ciò che ha parti rotanti. I motori e le trasmissioni delle auto contengono molti ingranaggi. Se mai aprissi un videoregistratore e guardassi dentro, vedrai che è pieno di ingranaggi. Esasperare, gli orologi a pendolo e a pendolo contengono molti ingranaggi, soprattutto se hanno campane o campanelli. Probabilmente hai un misuratore di potenza sul lato della tua casa, e se ha una copertura trasparente puoi vedere che contiene 10 o 15 marce. Gli ingranaggi sono ovunque dove ci sono motori e motori che producono movimento rotatorio.
In questa edizione di Come funzionano le cose , imparerai a conoscere i rapporti di trasmissione e i treni di ingranaggi in modo da capire cosa stanno facendo tutti questi diversi ingranaggi. Potresti anche voler leggere Come funzionano gli ingranaggi per saperne di più sui diversi tipi di ingranaggi e sui loro usi oppure puoi saperne di più sui rapporti di trasmissione visitando la nostra tabella dei rapporti di trasmissione.
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Gli ingranaggi sono generalmente utilizzati per uno dei quattro diversi motivi:
Puoi vedere gli effetti 1, 2 e 3 nella figura sopra. In questa figura, si vede che i due ingranaggi ruotano in direzioni opposte, che l'ingranaggio più piccolo gira due volte più velocemente dell'ingranaggio più grande, e che il asse di rotazione dell'ingranaggio più piccolo è a destra dell'asse di rotazione dell'ingranaggio più grande.
Il fatto che un ingranaggio giri due volte più velocemente dell'altro è dovuto al rapporto tra gli ingranaggi -- il Rapporto di cambio . In questa figura, il diametro dell'ingranaggio a sinistra è il doppio di quello dell'ingranaggio a destra. Il rapporto di trasmissione è quindi 2:1 (pronunciato "due a uno"). Se guardi la figura, puoi vedere il rapporto:ogni volta che l'ingranaggio più grande gira una volta, l'ingranaggio più piccolo gira due volte. Se entrambi gli ingranaggi avessero lo stesso diametro, ruoterebbero alla stessa velocità ma in direzioni opposte.
Comprendere il concetto di rapporto di trasmissione è facile se si comprende il concetto di circonferenza di un cerchio. Tieni presente che la circonferenza di un cerchio è uguale al diametro del cerchio moltiplicato per Pi (Pi è uguale a 3,14159...). Perciò, se hai un cerchio o un ingranaggio con un diametro di 1 pollice, la circonferenza di quel cerchio è 3,14159 pollici.
La figura seguente mostra come la circonferenza di un cerchio con un diametro di 1,27 pollici è uguale a una distanza lineare di 4 pollici:
Diciamo che hai un altro cerchio il cui diametro è 0,635 pollici (1,27 pollici / 2), e lo fai rotolare nello stesso modo di questa figura. lo scoprirai, perché il suo diametro è la metà del cerchio nella figura, deve completare due rotazioni complete per coprire la stessa linea da 4 pollici. Questo spiega perché due ingranaggi, uno grande la metà dell'altro, hanno un rapporto di trasmissione di 2:1. L'ingranaggio più piccolo deve girare due volte per coprire la stessa distanza percorsa quando l'ingranaggio più grande gira una volta.
La maggior parte degli ingranaggi che vedi nella vita reale hanno i denti . I denti hanno tre vantaggi:
Per creare rapporti di trasmissione grandi, gli ingranaggi sono spesso collegati tra loro in treni di ingranaggi , come mostrato qui:
L'ingranaggio destro (viola) del treno è in realtà realizzato in due parti, come mostrato sopra. Un ingranaggio piccolo e un ingranaggio più grande sono collegati insieme, uno sopra l'altro. I treni di ingranaggi sono spesso costituiti da più ingranaggi nel treno, come mostrato nelle due figure successive.
Nel caso sopra, l'ingranaggio viola gira ad una velocità doppia rispetto all'ingranaggio blu. L'ingranaggio verde gira al doppio della velocità dell'ingranaggio viola. L'ingranaggio rosso gira a una velocità doppia rispetto all'ingranaggio verde. Il treno di ingranaggi mostrato di seguito ha un rapporto di trasmissione più elevato:
In questo treno, gli ingranaggi più piccoli sono un quinto delle dimensioni degli ingranaggi più grandi. Ciò significa che se colleghi l'ingranaggio viola a un motore che gira a 100 giri al minuto (rpm), l'ingranaggio verde girerà a una velocità di 500 giri/min e l'ingranaggio rosso ruoterà a una velocità di 2, 500 giri al minuto. Nello stesso modo, potresti allegare un 2, Motore da 500 giri/min sull'ingranaggio rosso per ottenere 100 giri/min sull'ingranaggio viola. Se riesci a vedere all'interno del tuo misuratore di potenza ed è del vecchio stile con cinque quadranti meccanici, vedrai che i cinque quadranti sono collegati tra loro tramite un treno di ingranaggi come questo, con gli ingranaggi aventi un rapporto di 10:1. Poiché i quadranti sono direttamente collegati tra loro, girano in direzioni opposte (vedrai che i numeri sono invertiti sui quadranti uno accanto all'altro).
Ci sono tre ingranaggi a vite senza fine visibili in questo contachilometri. Vedere Come funzionano i contachilometri? per maggiori informazioni. Se vuoi creare un rapporto di trasmissione elevato, niente batte il ingranaggio a vite senza fine . In un ingranaggio a vite senza fine, un albero filettato impegna i denti su un ingranaggio. Ogni volta che l'albero fa un giro, l'ingranaggio avanza di un dente. Se l'ingranaggio ha 40 denti, hai un rapporto di trasmissione 40:1 in un pacchetto molto piccolo. Ecco un esempio di un tergicristallo.
Un contachilometri meccanico è un altro luogo che utilizza molti ingranaggi a vite senza fine:
Esistono molti altri modi per utilizzare gli ingranaggi. Un treno di ingranaggi specializzato è chiamato a ingranaggio planetario . Gli ingranaggi planetari risolvono il seguente problema. Supponiamo che tu voglia un rapporto di trasmissione di 6:1 con l'ingresso che gira nella stessa direzione dell'uscita. Un modo per creare quel rapporto è con il seguente treno a tre marce:
In questo treno, l'ingranaggio blu ha sei volte il diametro dell'ingranaggio giallo (con un rapporto 6:1). La dimensione dell'ingranaggio rosso non è importante perché serve solo per invertire il senso di rotazione in modo che gli ingranaggi blu e giallo ruotino allo stesso modo. Però, immagina di volere che l'asse dell'ingranaggio di uscita sia lo stesso di quello dell'ingranaggio di ingresso. Un luogo comune in cui è necessaria questa capacità dello stesso asse è in un avvitatore elettrico. In quel caso, puoi usare un sistema di ingranaggi planetari, come mostrato qui:
In questo sistema di ingranaggi, l'ingranaggio giallo (il sole ) innesta tutte e tre le marce rosse (la pianeti ) contemporaneamente. Tutti e tre sono attaccati a un piatto (il portatore di pianeti ), e si impegnano dentro dell'ingranaggio blu (il squillo ) al posto dell'esterno. Perché ci sono tre ingranaggi rossi invece di uno, questo treno di ingranaggi è estremamente robusto. L'albero di uscita è fissato alla corona dentata blu, e il portasatelliti è tenuto fermo -- questo dà lo stesso rapporto di trasmissione 6:1. Puoi vedere un'immagine di un sistema di ingranaggi planetari a due stadi nella pagina dell'avvitatore elettrico, e un sistema di ingranaggi planetari a tre stadi della pagina degli irrigatori. Trovi anche sistemi di ingranaggi planetari all'interno delle trasmissioni automatiche.
Un'altra cosa interessante dei riduttori epicicloidali è che possono produrre diversi rapporti di trasmissione a seconda dell'ingranaggio che usi come input, quale attrezzatura usi come output, e quale tieni fermo. Ad esempio, se l'input è l'ingranaggio solare, e teniamo ferma la corona dentata e fissiamo l'albero di uscita al portasatelliti, otteniamo un rapporto di trasmissione diverso. In questo caso, il portatore di pianeti e i pianeti orbitano attorno all'ingranaggio solare, quindi invece che l'ingranaggio solare debba girare sei volte perché il portapianeti possa girare una volta, deve girare sette volte. Questo perché il portasatelliti ha fatto un giro intorno all'ingranaggio solare una volta nella stessa direzione in cui stava ruotando, sottraendo un giro dall'ingranaggio solare. Quindi in questo caso, otteniamo una riduzione di 7:1.
Potresti riorganizzare le cose di nuovo, e questa volta tieni fermo l'ingranaggio solare, prendere l'uscita dal portasatelliti e agganciare l'ingresso alla corona dentata. Questo ti darebbe una riduzione dell'ingranaggio di 1,17:1. Una trasmissione automatica utilizza ingranaggi planetari per creare i diversi rapporti di trasmissione, utilizzando frizioni e fasce freno per tenere ferme diverse parti del cambio e modificare gli ingressi e le uscite.
Immagina la seguente situazione:hai due ingranaggi rossi che vuoi mantenere sincronizzati, ma sono a una certa distanza. Puoi inserire un grande ingranaggio tra di loro se vuoi che abbiano lo stesso senso di rotazione:
Oppure puoi usare due ingranaggi di uguali dimensioni se vuoi che abbiano sensi di rotazione opposti:
Però, in entrambi questi casi è probabile che gli ingranaggi extra siano pesanti e che sia necessario creare degli assi per loro. In questi casi, la soluzione comune è usare a catena o un cinghia dentata , come mostrato qui:
I vantaggi di catene e cinghie sono il peso leggero, la capacità di separare i due ingranaggi di una certa distanza, e la possibilità di collegare più ingranaggi insieme sulla stessa catena o cinghia. Per esempio, nel motore di un'auto, la stessa cinghia dentata potrebbe impegnare l'albero motore, due alberi a camme e l'alternatore. Se dovessi usare gli ingranaggi al posto della cinghia, sarebbe molto più difficile.
Per maggiori informazioni sugli ingranaggi e sulle loro applicazioni, controlla i link nella pagina successiva!
Pubblicato originariamente:20 novembre 2000
