Hogyan állítja be az univerzális sebességváltó a nyomatékot és a sebességet, hogy megfeleljen a különböző terhelési követelményeknek

A gépek világában, az alázatos mosógéptől a gyárban lévő erőteljes szállítószalag -meghajtókig létezik egy mindenütt jelenlévő munka ló: a univerzális sebességváltó - Alapvető funkciója megtévesztően egyszerű, mégis alapvetően kritikus - hogy közvetítőként szolgáljon az energiaforrás (mint egy elektromos motor) és a terhelés között, biztosítva, hogy a motor hatékonyan működjön, miközben a feladat hatékonyan történik.

Az alapvető kompromisszum: a nyomaték és a sebesség megértése

Mielőtt maga a sebességváltóba merülne, meg kell ragadni a nyomaték és a forgási sebesség közötti változatlan kapcsolatot. Egyszerűen fogalmazva:

Sebesség (fordulat / perc): A forgások száma, amelyet a kimeneti tengely percenként készít. A nagy sebesség azt jelenti, hogy valami gyorsan forog.

Nyomaték: Egy csavaró erő, amely forgást okoz. Gondolj rá, mint „izomnak” vagy „húzó erőre”. Nagy nyomatékra van szükség ahhoz, hogy a nehéz teher mozgását, a súlyt megemelje vagy az anyag összetöréséhez.

A kapcsolatot a Energiamegőrzési törvény - Az energiát (vagy az energiát, amely idővel energiát) nem lehet létrehozni vagy megsemmisíteni, csak átalakítható. Tökéletesen hatékony rendszerben:

Teljesítmény ≈ Power Out

Mivel a mechanikus teljesítményt úgy számolják, hogy Nyomaték (τ) × forgási sebesség (ω) , az egyenlet:

(Torque_in × Speed_in) ≈ (Torque_out × Speed_out)

Ez feltárja az alapelvet: Az állandó bemeneti teljesítmény érdekében a nyomaték és a sebesség fordítottan arányos. Nem növelheti mindkettőt egyidejűleg egy rögzített energiaforrásból. A sebességváltó az az eszköz, amely lehetővé teszi a köztük lévő egyensúly kiválasztását.

A nyomaték növelése: Csökkentnie kell a kimeneti sebességet.

A sebesség növelése: Csökkentnie kell a kimeneti nyomatékot.

Az univerzális sebességváltó lényegében egy „nyomaték-konverter”, amely lehetővé teszi a motor számára az optimális, hatékony fordulatszámon történő működését, miközben biztosítja a terhelés által megkövetelt magas torzító, alacsony sebességű erőt.

Az alapkomponensek: Hogyan teremtenek a fogaskerekek mechanikai előnyt

A sebességváltó eléri ezt az átalakítást egy fogaskerék rendszerén keresztül. A három kulcsfontosságú elem:

Bemeneti tengely: Közvetlenül a motorhoz csatlakoztatva, a motor sebességén és nyomatékán lévő energiát kapva.

Különböző méretű fogaskerekek: Ezek a rendszer szíve. A fogaskerekek fogazott kerekek, amelyek összehúzódnak, hogy továbbítsák az energiát és a mozgást.

Kimeneti tengely: Csatlakoztatva a terheléshez (például egy kerék, keverő, szállítószalag), a módosított sebességet és nyomatékot.

A mechanikai előnye a fogak fogainak számának különbségéből fakad. Ezt a különbséget a Sebességváltó arány .

A sebességváltó mûködése

A sebességváltó arány az alapvető számítás, amely diktálja a sebességváltó viselkedését. A következő:

Sebességváltó arány = Number of Teeth on Driven Gear / Number of Teeth on Driving Gear

A bemeneti és kimeneti sebességgel is kiszámítható:

Sebességváltó arány = Input Speed (RPM) / Output Speed (RPM)

Vizsgáljuk meg a két elsődleges forgatókönyvet:

1. forgatókönyv: A sebességcsökkentés a nyomaték szorzásához (a leggyakoribb eset)

Ez történik, amikor egy kis felszerelés (a „vezetés” vagy a „bemeneti” fogaskerék) nagyobb sebességváltót (a „meghajtott” vagy „kimeneti” felszerelést) hajt.

Akció: A kis bemeneti fogaskerék gyorsan forog, de viszonylag alacsony nyomatékkal. Minden teljes forgatáshoz csak a forduló töredékét vonja be és fordítja a nagyobb sebességváltót.

Eredmény: A kimeneti sebesség az csökkent - Mivel azonban a nagyobb fogaskeréknek több foga van, az erő nagyobb sugárra oszlik meg, ami jelentős eredményt eredményez A kimeneti nyomaték növekedése .

Valódi analógia: Gondolj egy kerékpárra a legalacsonyabb felszerelésben. Sokszor (nagy bemeneti sebességgel) pedált, hogy a hátsó kerék csak néhányszor forduljon (alacsony kimeneti sebesség). Ez lehetővé teszi, hogy hatalmas nyomatékot alkalmazhasson a pedálokra, hogy egy meredek dombon mászjon.

2. forgatókönyv: sebességnövekedés a nyomatékcsökkentéshez

Ez a fordított, ahol egy nagy felszerelés kisebb sebességváltót hajt.

Akció: A nagy bemeneti fogaskerék lassan forog. Minden teljes forgatáshoz több forgáson keresztül nyomja a kisebb sebességváltót.

Eredmény: A kimeneti sebesség az megnövekedett , de a kimeneti nyomaték az csökkent .

Valódi analógia: Ez olyan, mint egy kerékpár a legmagasabb sebességváltójában. Az egyik pedálütés (alacsony bemeneti sebesség) a hátsó kerék sokszor (nagy kimeneti sebesség) forog, amely tökéletesen alkalmas lapos, nagysebességű hajózáshoz, ahol kevesebb nyomatékra van szükség.

Az univerzális sebességváltók típusai és azok beállítási mechanizmusai

Az „univerzális” kifejezés alkalmazkodóképességet jelent. Különböző sebességváltó -tervek különféle módon érik el ezt az alkalmazkodóképességet, hogy megfeleljenek a különböző alkalmazásoknak.

Hogyan működik: Ez a típus több, rögzített, előre meghatározott arányú fogaskerekeket tartalmaz. Az operátor (vagy egy automatizált rendszer) fizikailag eltolódik ezen készletek között.

A terhelés beállítása: A változó terhelés kezeléséhez válasszon egy másik felszerelést. A nehéz jármű elindításához 1. sebességfokozat szükséges (nagy arány, nagy nyomaték, alacsony sebesség). A mozgás után a 2., majd a harmadik stb. Áttér, minden alkalommal, ha a nagyobb sebesség érdekében némi potenciális nyomatékot keres. Ez megtartja a motort a hatékony teljesítménysávjában.

2. Folyamatosan változó átvitel (CVT)

Hogyan működik: A rögzített fogaskerekek helyett a CVT két változó átmérőjű szíjtárcsák között futó övet vagy láncot használ. Ahogy a terhelés megváltozik, a szíjtárcsa szélessége dinamikusan beállítva, a tényleges „sebességváltó arányt” változva.

A terhelés beállítása: Ez a rendszer végtelen számú arányt biztosít egy adott tartományon belül. Folyamatosan és automatikusan megtalálja a leghatékonyabb arányt, hogy megfeleljen a motor teljesítményének a terhelési igényhez, akár a gyors gyorsulás (alacsony arány), akár az üzemanyag-hatékonyság (magas arány) esetén.

Hogyan működik: Ez a kompakt és robusztus rendszer egy központi „napsütésből”, több „bolygó” fogaskerekekből áll, amelyek „bolygó hordozóban” és egy külső „gyűrűs” felszerelésből állnak. A rendszer különböző tagjainak reteszelésével, vezetésével vagy tartásával különböző sebességváltó -arányokat (beleértve a fordított és semleges) érhető el.

A terhelés beállítása: Az automatikus sebességváltókban, ipari keverőkben és csörlőkhöz használt rendszer hidraulikusan vagy elektromosan vezérelhető, hogy váltson az operatív módok között, biztosítva a nyomaték és a sebesség megfelelő kombinációját a közvetlen feladathoz.

Összeállítani: Gyakorlati alkalmazás

Fontolja meg a cementkeverő .

A motor: Egy standard elektromos motor, amely hatékonyan forog nagy sebességgel (például 1750 fordulat / perc), de viszonylag alacsony nyomatékkal.

A terhelés: A nedves betonnal teli dob rendkívül nehéz, és magas inerciális terhelést jelent a mozgáshoz. Lassan kell forognia, körülbelül 30 fordulat / perc sebességgel, de nagyon nagy nyomatékkal a sűrű keverék megfordítása érdekében.

Az univerzális sebességváltó áthidalja ezt a rést. Nagy sebességváltó arányt használ (például 1750/30 ≈ 58: 1). A motor boldogan forog a tervezett nagy sebességgel, továbbítva az energiát a sebességváltóba. Belül a sebességváltócsökkentések drasztikusan csökkentik a kimeneti sebességet egy biztonságos és tényleges 30 fordulat / perc sebességre. Alapvető fontosságú, hogy az energiatakarékossági elv szerint ez a sebesség 58-szoros csökkenése hozzávetőlegesen 58-szorossá válik növekedés nyomatékban (mínusz kisebb hatékonysági veszteségek). Ez a szaporodott nyomaték biztosítja a beton keveréséhez szükséges óriási „izomot”.

Következtetés

Az univerzális sebességváltó nem erőforrás, hanem mesteri tolmács. Tiszteletben tartja a fizika alapvető törvényeit, az egyik tulajdonság kereskedelme a másikra annak biztosítása érdekében, hogy az energiaforrás és a terhelés tökéletesen illeszkedjen. Ha megérti a nyomaték és a sebesség és a sebességváltó arányának kulcsszerepe közötti inverz kapcsolatot, akkor fel lehet értékelni, hogy ez az ötletes eszköz lehetővé teszi az egyetlen, hatékony motor számára, hogy hatalmas feladatok elvégzését végezzék - az orvosi eszköz finom pontosságától az ipari gépek brutális erejéig. Ez a ragyogó mérnöki munka egyszerű mechanikai alapelveinek tartós erejének igazolása.