Inngangur að gírskiptingum og gírhlutföllum
Gírskiptingar flytja snúningshreyfingu og vægi á milli öxla með því að láta tennur tveggja eða fleiri gírhjóla grípa hver í aðra. Í einfaldri gírskiptingu er aðeins eitt gírtengi á hverjum öxli, en í samsettri gírskiptingu deila tvö gírhjól sama öxli. Þetta gerir kleift að ná fram mjög háum eða lágum gírhlutföllum á lágmarks rými.
Gírhlutfallið ákvarðar hvernig snúningshraði og vægi breytast á milli inntaksöxuls og úttaksöxuls. Þegar reiknað er út gírhlutfall er notast við niðurfærsluhlutfall, sem skilgreint er sem tannafjöldi drifins hjóls deilt með tannafjölda drifhjóls. Ef hlutfallið er stærra en 1 er um hraðaminnkun (e. hraðaminnkun) að ræða, þar sem úttakshraðinn minnkar en vægið eykst. Ef hlutfallið er minna en 1 er um hraðaaukningu (e. hraðaaukning) að ræða, þar sem úttakshraðinn eykst á kostnað vægisins. Ef hlutfallið er nákvæmlega 1 er það beint hlutfall (e. beint hlutfall).
Útreikningur á gírhlutfalli og snúningsátt
Samband tannafjölda og rúmfræði réttskorinna gírhjóla fylgir tæknihandbók KHK Gear. Fyrir hvert einstakt gírþrep k er hlutfall þrepsins reiknað með formúlunni:
iₖ = z driven,ₖ ÷ z driver,ₖ
Þar sem z_driven er tannafjöldi drifins hjóls og z_driver er tannafjöldi drifhjóls. Heildargírhlutfallið fyrir allt að sex gírþrep er margfeldi allra einstakra þrepa:
i = Π iₖ
Snúningsátt úttaksins ræðst af fjölda gírtengja í keðjunni. Hvert ytra gírtengi snýr snúningsáttinni við. Því gildir að:
- Sléttur fjöldi gírþrepa gefur sömu snúningsátt og á inntaki.
- Oddatölufjöldi gírþrepa gefur öfuga snúningsátt miðað við inntak.
Hlutverk millihjóla
Eitt millihjól (e. idler gear) sem staðsett er á milli drifhjóls og drifins hjóls breytir snúningsáttinni og öxulbilinu, en tannafjöldi þess hefur engin áhrif á stærð heildarhlutfallsins þar sem gildi þess fellur út við útreikninginn. Því á ekki að skrá millihjól sem sérstakt lækkunarþrep í reiknivélina, nema það deili öxli með öðru gírhjóli og myndir raunverulegt samsett þrep.
Nýtni gírskiptingar og afltap
Við raunverulegar aðstæður verður alltaf afltap í gírskiptingum vegna núnings milli tanna, olíukvörfunar og taps í legum. Nýtni er skilgreind sem úttaksöxulafl deilt með inntaksöxulafli samkvæmt tæknilegum gögnum RoyMech. Heildarnýtni gírskiptingarinnar er margfeldi nýtni hvers einstaks þreps:
η = Π ηₖ
Nýtnitap hefur áhrif á vægi og afl en breytir aldrei hreyfifræðilegum snúningshraða öxlanna. Úttakshraðinn fylgir alltaf hlutfalli tannafjöldans:
n out = n in ÷ i
Áætlað úttaksvægi minnkar hins vegar í samræmi við nýtnitapið:
T out = T in × i × η
Aflöxullinn fylgir formúlunni:
P = 2πnT ÷ 60
Þar sem P er afl í vöttum (W), n er snúningshraði í rpm og T er vægi í N·m. Áætlað úttaksafl er því inntaksafl margfaldað með heildarnýtni gírskiptingarinnar.
Hönnunar- og þjónustustuðlar
Við hönnun gírkassa er nauðsynlegt að taka tillit til vinnsluaðstæðna vélarinnar, svo sem höggálags, ræsivægis og daglegrar notkunar. Boston Gear valhandbókin gefur út leiðbeiningar um notkun þjónustustuðla til að ákvarða lágmarks hönnunarvægi:
T rated = T load × K service
Þessi stuðull (Kₛervice) er valinn út frá vinnsluferli vélarinnar og leiðbeiningum framleiðanda. Hann er notaður til að reikna út lágmarks hönnunarvægi út frá raunverulegu vinnuálagi á úttaki. Áætlað vægisþol sýnir svo hlutfallið á milli áætlaðs úttaksvægis og tilskilins hönnunarvægis.
Takmarkanir á hreyfifræðilegum áætlunum
Þessi reikniaðferð gefur hreyfifræðilega og aflfræðilega áætlun fyrir ytri gíra með fastan öxul. Hún hermir ekki eftir plánetu-, innri-, snigils-, reim- eða keðjudrifum.
Tannafjöldi og einfaldir aflútreikningar einir og sér duga ekki til að fullhanna eða votta gírkassa. Sannreyna þarf fjölda annarra þátta samkvæmt viðeigandi stöðlum og gögnum framleiðanda, þar á meðal:
- Einingu (module) eða deiliþvermál (diametral pitch)
- Þrýstihorn, prófílshliðrun og undirskurð
- Tannbreidd og efnisval
- Tannbeygju, snertispennu og þreytulíf
- Bakslag, stífleika gírhúss, öxla, fleyga og legur
- Smurningu, hitastig og höggálag
Þjónustustuðullinn breytir aðeins tilskildu hönnunarvægi við bráðabirgðaval; hann sannar ekki að ofangreindar vélrænar athuganir hafi verið framkvæmdar eða staðfestar.
Notkun reiknivélarinnar og villumeldingar
Reiknivélin styður útreikninga á einu til sex gírþrepum. Notandi slær inn gildi fyrir hvert þrep og getur bætt við eða fjarlægt þrep eftir þörfum.
Leyfileg inntaksgildi og takmarkanir:
- Tannafjöldi drifhjóls og Tannafjöldi drifins hjóls: Heiltala á bilinu 1 til 100.000.
- Nýtni gírtengis: Prósentugildi sem verður að vera stærra en 0% og að hámarki 100%.
- Inntakshraði, Inntaksvægi og Vinnuálag á úttaki: Valfrjáls gildi sem verða að vera stærri en núll ef þau eru slegin inn.
- Hönnunar- / þjónustustuðull: Valfrjálst gildi á bilinu 1 til 10.
Villumeldingar í viðmóti:
Ef slegið er inn ógilt gildi eða farið út fyrir leyfileg mörk mun reiknivélin sýna viðeigandi villumeldingu:
- Ef slegið er inn gildi sem er ekki tala: „
‹where›: „‹token›“ er ekki tala.“ - Ef tannafjöldi er utan marka: „Þrep
‹stage›,‹field›: sláðu inn heilan tannafjölda frá 1 til 100,000.“ - Ef nýtni er utan marka: „Þrep
‹stage›: nýtni gírtengis verður að vera meiri en 0% og að hámarki 100%.“ - Ef valfrjálst gildi er núll eða neikvætt: „
‹field›verður að vera stærra en núll þegar það er slegið inn.“ - Ef þjónustustuðull er utan marka: „Hönnunar- / þjónustustuðullinn verður að vera á milli 1 og 10.“
- Ef fjöldi gírþrepa er brotinn: „Notaðu á milli eitt og sex gírþrep.“
- Ef útreikningur fer yfir stærðarmörk: „Gildi eða milliniðurstaða fer yfir leyfilegt talnasvið.“
Öryggi og gagnavinnsluhættir
Öll gildi fyrir gíra, hraða, vægi og álag eru reiknuð á þessu tæki og þeim er ekki hlaðið upp.
Algengar spurningar
Hvernig snýr gírhlutfallið?
Þessi síða notar niðurfærsluhlutfall: tannafjöldi drifins hjóls deilt með tannafjölda drifhjóls, sem er einnig inntakshraði deilt með úttakshraða. 20 tanna drifhjól sem snýr 60 tanna gírhjóli gefur hlutfallið 3:1: úttakið snýst einn hring fyrir hverja þrjá hringi inntaksins. Gildi undir 1 tákna hraðaaukningu. Sumir vörulistar gefa út andhverfuna sem hraðahlutfall, þannig að þessi síða sýnir hlutfall úttaks-/inntakshraða sérstaklega til að eyða þeirri óvissu.
Breytir millihjól heildarhlutfallinu?
Eitt millihjól á milli drifhjóls og drifins hjóls breytir snúningsátt og öxulbili, verkun þess fellur út úr útreikningi á heildarhlutfallinu. Ekki bæta því við sem aukalegu lækkunarþrepi hér nema það deili öxli með öðru gírhjóli og myndir raunverulegt samsett þrep.
Af hverju breytir nýtni væginu en ekki reiknuðum snúningshraða (rpm)?
Gírar sem falla rétt saman halda hreyfifræðilegu hraðahlutfalli svo lengi sem tennurnar grípa saman, jafnvel þótt núningur, olíukvörfun og legur eyði afli. Tapað afl birtist því sem minna tiltækt úttaksvægi við sama hraða og tannafjöldi segir til um. Sláðu inn mælda nýtni eða nýtni samkvæmt framleiðanda fyrir hvert gírtengi; 100% nýtist aðeins sem fræðilegur samanburður.
Er niðurstaða þjónustustuðulsins öryggisstuðull gírsins?
Nei. Hann margfaldar aðeins vinnuálagið til að gefa upp lágmarks hönnunarvægi fyrir bráðabirgðaval. Raunverulegt þol gíra veltur á álagstíma, höggum, efni, rúmfræði, tannbeygju- og snertispennu, líftíma, smurningu, hitastigi, öxlum, legum og húsbúnaði. Veldu stuðulinn úr viðeigandi staðli eða töflu framleiðanda og sannreyndu svo raunverulegan gírkassa gagnvart öllum þeim gildum.