Hvordan girforhold fungerer

Du ser gir i omtrent alt som har spinnende deler. For eksempel inneholder bilmotorer og girkasser mange gir. Hvis du noen gang åpner en videospiller og ser på innsiden, vil du se at den er full av gir. Avviklings-, bestefar- og pendelur inneholder rikelig med tannhjul, spesielt hvis de har bjeller eller klokkespill. Du har sannsynligvis en strømmåler på siden av huset ditt, og hvis det har et gjennomsiktig lokk, kan du se at det inneholder 10 eller 15 gir. Gir er overalt der det er motorer og motorer som produserer rotasjonsbevegelse. I denne utgaven av Hvordan ting fungerer, du lærer om gir, girforhold og girtog slik at du kan forstå hva alle de forskjellige tannhjulene du ser gjør.

Gir brukes vanligvis av en av fire forskjellige grunner:

1. For å snu rotasjonsretningen
2. For å øke eller redusere rotasjonshastigheten
3. For å flytte rotasjonsbevegelse til en annen akse
4. For å holde rotasjonen av to akser synkronisert

Du kan se effekter 1, 2 og 3 i figuren over. I denne figuren kan du se at de to tannhjulene roterer i motsatte retninger, at det mindre giret snurrer dobbelt så raskt som det større giret, og at rotasjonsaksen av det mindre giret er til høyre for rotasjonsaksen for det større giret. Det faktum at det ene giret snurrer dobbelt så raskt som det andre resultatet av forhold mellom girene, eller girutveksling (Sjekk girutvekslingstabellen for mer info). I denne figuren er diameteren på giret til venstre dobbelt så stor som giret til høyre. Girforholdet er derfor 2: 1 (uttales "to til en"). Hvis du ser på figuren, kan du se forholdet: Hver gang større gir går rundt en gang, går mindre gir rundt to ganger. Du kan se at hvis begge girene hadde samme diameter, ville de rotert med samme hastighet, men i motsatte retninger.

Det er enkelt å forstå konseptet med girforholdet hvis du forstår begrepet omkrets av en sirkel. Husk at omkretsen til en sirkel er lik diameteren på sirkelen multiplisert med Pi (Pi er lik 3.14159 ...). Derfor, hvis du har en sirkel eller et gir med en diameter på en tomme, vil omkretsen til den sirkelen være 3,14159 inches. Følgende figur viser hvordan omkretsen til en sirkel med en diameter på 1,27 tommer er lik en lineær avstand på 4 tommer: La oss si at du hadde en annen sirkel hvis diameter var 1,27 tommer, og du rullet den i på samme måte som i denne figuren. Du vil oppdage at fordi dens diameter er halvparten av sirkelen i figuren, må den fullføre to fulle rotasjoner for å dekke den samme 4 tommers linjen. Dette forklarer hvorfor to gir, den ene halvparten så store som den andre, har et girforhold på 2: 1. Det mindre giret må snurre to ganger for å dekke samme avstand som dekkes når det større giret snurrer en gang.

De fleste gir som du ser i det virkelige liv har tenner. Tennene har tre fordeler:

1. De forhindrer glidning mellom tannhjulene - derfor blir synkroner alltid koblet nøyaktig med hverandre.
2. De gjør det mulig å bestemme eksakte girforhold - du teller bare antall tenner i de to tannhjulene og deler. Så hvis ett gir har 60 tenner og et annet har 20, er girforholdet når disse to tannhjulene er koblet sammen 3: 1.
3. De gjør det slik at små ufullkommenheter i den faktiske diameteren og omkretsen av to gir ikke spiller noen rolle. Girforholdet styres av antall tenner selv om diametrene er litt av.

For å skape store girforhold kobles tannhjul ofte sammen i girtog, som vist her:

Det høyre (lilla) giret i toget er faktisk laget i to deler, som vist. Et lite gir og et større gir er koblet sammen, det ene på toppen av det andre. Girtog består ofte av flere gir i toget, som vist i de følgende to figurene:

I tilfellet over dreier det lilla giret seg med en hastighet dobbelt så høyt som det blå giret. Det grønne giret svinger dobbelt så høyt som det lilla giret. Det røde giret svinger med dobbelt så høyt som det grønne. Giret vist nedenfor har et høyere girforhold:

I dette toget er de mindre tannhjulene en femtedel av størrelsen på de større tannhjulene. Det betyr at hvis du kobler det lilla giret til en motor som snurrer med 100 o / min (omdreininger før minutt), vil det grønne giret dreie med en hastighet på 500 o / min, og det røde giret vil dreie med en hastighet på 2500 o / min. På samme måte kan du feste en 2500 o / min motor til det røde giret for å få 100 o / min på det lilla giret. Hvis du kan se inne i strømmåleren din og den er av eldre stil med fem mekaniske skiver, vil du se at de fem skiven er koblet til hverandre gjennom et girtog som dette, med girene i forholdet 10: 1. Fordi skiveene er direkte koblet til hverandre, snurrer de i motsatte retninger (du vil se at tallene er reversert på skiver ved siden av hverandre). Hvis du vil ha mer informasjon om girforhold, kan du gå til girutvekslingsoversikten.

Det er mange andre måter å bruke tannhjul på. Du kan for eksempel bruke koniske gir for å bøye rotasjonsaksen i et girtog med 90 grader. Det vanligste stedet å finne koniske gir som dette, er forskjellen til en bakhjulsdrevet bil. En differensial bøyer rotasjonen av motoren 90 grader for å drive bakhjulene:

Et annet spesialisert gear kalles a planetarisk gir. Planetgear løser følgende problem. La oss si at du vil ha et girforhold på 6: 1. En måte å skape dette forholdet på er med følgende tre-trinns tog:

I dette toget har det røde giret tre ganger diameteren på det gule giret, og det blå giret har to ganger diameteren på det røde giret (gir et forhold på 6: 1). Tenk deg imidlertid at du vil at aksen til giret skal være den samme som for giret. Et vanlig sted å trenge denne samme aksen evnen er i en elektrisk skrutrekker. I så fall kan du bruke et planetarisk girsystem, som vist her:

I dette girsystemet kobler det gule giret alle tre røde girene samtidig. De er alle tre festet til en plate, og de griper inn i innsiden av det blå giret istedenfor utsiden. Fordi det er tre røde gir i stedet for ett, er dette girtrekket ekstremt robust. Ouput-akselen tas fra platen, og det blå giret holdes stille. Du kan se et bilde av et totrinns planetgirutstyr på siden med elektrisk skrutrekker.

Til slutt kan du forestille deg følgende situasjon: du har to røde gir som du vil holde synkronisert, men de er et stykke fra hverandre. Du kan plassere et stort gir mellom dem hvis du vil at de skal ha de samme rotasjonsretningene:

Eller du kan bruke to tannhjul i like størrelse hvis du vil at de skal ha motsatt rotasjonsretning:

I begge disse tilfellene vil imidlertid ekstra girene være tunge, og du må lage aksler for dem. I disse tilfellene er den vanlige løsningen å bruke enten a kjede eller a tannrem, som vist her:

Fordelene med kjeder og belter er lett vekt, evnen til å skille de to girene med litt avstand, og muligheten til å koble mange gir sammen på samme kjede eller belte. For eksempel i en bilmotor kan det samme tannbeltet komme i kontakt med veivakselen, to kamaksler og dynamo. Hvis du måtte bruke gir i stedet for beltet, ville det vært mye vanskeligere! Hvis du vil ha mer informasjon om girforhold, kan du gå til girutvekslingsoversikten.