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Conception de la machine 101: rapports d'engrenage

Conception de la machine 101: rapports d'engrenage


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Les rapports de démultiplication sont une science fondamentale derrière presque toutes les machines de l'ère moderne. Ils peuvent maximiser la puissance et l'efficacité et sont basés sur des mathématiques simples. Alors, comment fonctionnent-ils?

Si vous travaillez avec des rapports de démultiplication tous les jours, cet article n'est probablement pas pour vous. Mais si vous souhaitez améliorer votre compréhension de cet élément essentiel de la conception de machines, continuez à lire.

Les rapports de démultiplication sont simples tant que vous comprenez certaines des mathématiques derrière les cercles. Je vous épargnerai les mathématiques à l’école primaire, mais il est important de savoir que la circonférence d’un cercle est liée au diamètre d’un cercle. Ce calcul est important dans la conception des rapports de démultiplication.

Les bases des rapports de démultiplication et de la conception des rapports de démultiplication

Pour commencer à comprendre les rapports de démultiplication, il est plus facile de commencer par enlever les dents des engrenages. Imaginez deux cercles roulant l'un contre l'autre et en supposant qu'aucun glissement ne glisse, tout comme au collège de physique 1. Donnez au cercle un un diamètre de 2,54 pouces. Multiplier cela par pi nous laisse avec une circonférence de 8 poucesou, en d'autres termes, une rotation complète du cercle entraînera 8 pouces de déplacement.

Donnez au cercle deux un diamètre de 0,3175 pouces, nous donnant une circonférence de 1 pouce. Si ces deux cercles roulent ensemble, ils auront un rapport de démultiplication de 8: 1, depuis le cercle un a une circonférence8 fois aussi grand que le cercle deux. Un rapport d'engrenage de 8: 1 signifie ce cercle deux tourne 8 fois pour chaque fois que le cercle un tourne une fois. Ne t'endors pas encore sur moi; nous allons devenir de plus en plus complexes.

Les engrenages ne sont pas des cercles car, comme vous le savez, ils ont des dents. Les engrenages doivent avoir des dents car, dans le monde réel, il n’ya pas de friction infinie entre deux cercles de roulement. Les dents rendent également les rapports de démultiplication exacts très faciles à obtenir.

Plutôt que d'avoir à gérer les diamètres des engrenages, vous pouvez utiliser le nombre de dents d'un engrenage pour obtenir des rapports très précis. Les rapports de démultiplication ne sont jamais simplement des valeurs arbitraires, ils dépendent fortement du couple et de la puissance nécessaires, ainsi que de la résistance des engrenages et des matériaux. Par exemple, si vous avez besoin d'un rapport d'engrenage de 3.57:1, il serait possible de concevoir deux vitesses compatibles, un avec 75 dents et un autre avec 21.

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Les tolérances de fabrication constituent un autre aspect important qui joue sur l'utilisation des dents dans les engrenages. Plus les engrenages peuvent être construits avec des tolérances assez larges, et nous savons que plus une tolérance est serrée, plus sa fabrication est coûteuse. Les dents permettent de fabriquer des engrenages avec des diamètres définis pour être quelque peu variante, ce qui signifie que la fabrication est moins chère. Essentiellement, les dents deviennent un tampon qui tient compte des imperfections dans la fabrication des engrenages.

Calcul des rapports d'engrenage dans la conception de machines

Bien que le rapport de démultiplication de base soit assez simple à comprendre, il peut aussi devenir beaucoup plus compliqué. De grandes portées d'engrenages, appelées trains d'engrenages, sont souvent nécessaires dans la conception des machines. Ceux-ci se composent de nombreux engrenages, qui sont souvent empilés ou posés successivement. Les trains d'engrenages sont nécessaires pour obtenir des rapports d'engrenage plus robustes, ainsi que pour affecter le sens de rotation. Depuis deux connectés les engrenages tournent dans des directions opposées, les trains d'engrenages sont souvent nécessaires pour traduire la puissance à travers des rapports spécifiques sans affecter la rotation.

Par exemple, en utilisant un train d'engrenages à trois vitesses,avec un rapport de démultiplication de 1:5, donnerait un 2500% augmentation de la vitesse de rotation, tout en maintenant la sortie dans le même sens que l'entrée. Pour donner un exemple plus concret, un moteur qui s'applique 100 tr / min à l'extrémité de début de ce train d'engrenages produirait 2500 tr / min à l'autre extrémité dans le même sens. Vous pouvez également inverser l'endroit où l'alimentation est appliquée et abaisser un 2500 tr / min moteur à une sortie de 100 tr / min. Ces changements vous permettent d'ajuster à la fois le couple et la vitesse.

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Des combinaisons plus complexes d'engrenages et de rapports d'engrenage donnent des conceptions de machines intéressantes. Théoriquement, les rapports de démultiplication sont simples, mais en tant qu'ingénieur, vous pouvez vous retrouver impliqué dans des conceptions d'engrenages complexes qui semblent un peu écrasantes. Comme pour les autres compétences en ingénierie, il faut du temps pour développer pleinement les compétences en conception de rapports de démultiplication.

Transmissions - applications pratiques des rapports de démultiplication

Les transmissions sont parmi les meilleurs exemples des applications pratiques des rapports de démultiplication. Quiconque a conduit une voiture ou un autre véhicule motorisé a bénéficié de transmissions sous une forme ou une autre. Et chaque transmission est essentiellement juste un groupe d'engrenages et de rapports de démultiplication étroitement liés. Jetez un œil à la vidéo incroyablement utile de Learn Engineering ci-dessous pour en savoir plus sur le fonctionnement des transmissions manuelles.

Il est important de noter que si les transmissions manuelles sont en disgrâce auprès des constructeurs automobiles, car elles ne sont pas faciles à intégrer dans les véhicules hybrides ou électriques, elles fonctionnent presque de la même manière que le fonctionnement des transmissions automatiques, en ce qui concerne les engrenages. La principale différence réside dans la façon dont les vitesses sont déplacées.

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Les transmissions manuelles impliqueront une action de l'utilisateur (déplacer le levier de vitesses et l'embrayage) pour changer de vitesse, tandis que les transmissions automatiques utiliseront les entrées de l'ordinateur de bord de la voiture ou, dans les très premiers modèles, les entrées mécaniques de la vitesse de la voiture ou du moteur de la voiture.


Voir la vidéo: Engrenages - 1ère leçon cours élémentaire (Février 2023).