Mechanismus der Zahnraddrehung

Ist das kleinere Zahnrad (Ritzel) immer an der Eingangswelle montiert, wenn es mit einem größeren Zahnrad in Eingriff steht, das an der Ausgangswelle montiert ist? Gibt es Orte, an denen das größere Zahnrad das kleinere Zahnrad antreibt?

Zwei ineinandergreifende Zahnräder werden verwendet, um den Drehantrieb zwischen zwei Wellen zu übertragen.
Die relativen Drehzahlen sind umgekehrt proportional zur Anzahl der Zähne an jedem Zahnrad. Das ist -

$$\text{Input}_{\text{RPM}} / \text{Output}_{\text{Rpm}} = \text{Output gear}_{\text{teeth}} / \text{Input gear}_{\text{teeth}}$$

Wenn also gewünscht wird, dass sich die Abtriebswelle langsamer dreht als die Eingangswelle, ist das Abtriebszahnrad größer. Wenn jedoch gewünscht wird, dass sich die Abtriebswelle schneller dreht als die Eingangswelle, ist das Abtriebszahnrad kleiner.

Der Grund für die obige Beziehung wird "durch Inspektion" offensichtlich.

Bei der unten gezeigten Anordnung dreht sich das große Zahnrad für jede vollständige (360 Grad) Drehung des kleinen Zahnrads nur einen Teil einer Umdrehung. Das große Zahnrad hat eine niedrigere Drehzahl als das kleine Zahnrad.

Wenn das kleine Zahnrad das DRIVING- oder INPUT-Zahnrad wäre, würde sich das große DRIVEN- oder OUTPUT-Zahnrad langsamer drehen.

Aber

Wenn das große Zahnrad das DRIVING- oder INPUT-Zahnrad wäre, würde sich das kleine DRIVEN- oder OUTPUT-Zahnrad schneller drehen

Welche Anordnung verwendet wird, hängt davon ab, ob eine Erhöhung oder Verringerung der Drehzahl erforderlich ist.

Drehmoment oder "Verdrehkraft" ist umgekehrt proportional zur Drehzahl.
Das heißt, die langsamer drehende Welle hat proportional mehr Drehmoment.

Diagramm aus Wikipedia - Übersetzungsverhältnis

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Schauen Sie sich die folgenden Beispiele an und Sie werden sehen, wie sich die Zahnradgröße auf die relative Wellendrehzahl bezieht:

Mehrere animierte Beispiele

3 Maschengetriebe animiertes Beispiel

Animiertes Beispiel für eine Geschwindigkeit von 2 zu 1

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1: 1 und 1: 2 Beispiel aus einer im Wesentlichen nicht verwandten Frage zur Stapelaustauschbiologie

Es gibt viele Beispiele für Getriebe mit niedriger Eingangsdrehzahl und hoher Ausgangsdrehzahl:

• Küche "Salatschleuder"
• altmodische handgekurbelte Sirene
• elektrischer Generator an einer Traktorzapfwelle (Nebenabtrieb) - auch windgetriebene Generatoren
• das "Overdrive" -Getriebe in jedem Fahrzeuggetriebe
• der Drehzahlregler einer Dampfmaschine oder in vielen Arten von Uhrwerkmechanismen

In der Tat funktioniert jede Art von feder- oder gewichtsgetriebener Uhr auf diese Weise. Die Feder oder das Gewicht wird verwendet, um ein Drehmoment auf das sich am langsamsten bewegende Zahnrad im Mechanismus aufzubringen, und die Hemmung (z. B. Unruh oder Pendel) am anderen Ende des Zahnradsystems reguliert die Geschwindigkeit.

In einigen Fällen ist es effizienter, einen Riemenantrieb für diese Art der Geschwindigkeitsänderung zu verwenden. Zum Beispiel ein altmodisches "Spinnrad" zur Herstellung von Fäden.

Jede mechanische Uhr hängt von der Antriebskraft ab, die auf das große Zahnrad (das "Rad") ausgeübt wird, das das kleinere (das "Ritzel") antreibt. So wird das Gewicht einer Standuhr an einer Schnur, einem Seil oder einer Kette am "großen Rad" aufgehängt (normalerweise alle 12 Stunden gedreht) und die Drehzahl auf das Ankerrad eingestellt (das häufig den Sekundenzeiger hat) darauf montiert).

Beachten Sie, dass die Zahnform beim Getriebe normalerweise anders ist: Reibung ist bei einer Uhr von entscheidender Bedeutung, die Übertragung hoher Kräfte ist normalerweise geringer (und wird normalerweise dadurch behoben, dass das große Rad dicker als die anderen gemacht wird). Daher haben die Zähne normalerweise eine zykloide Form, wobei der tiefe Teil des Schlitzes in einem Zahn ungefähr rechteckig ist, was bedeutet, dass die Basis eines Ritzelzahns unterschnitten ist. Dies ist eine grundlegend schwächere Zahnform, zumal Ritzel möglicherweise nur 6 Zähne haben, aber frei mit geringer Reibung und einem Druckwinkel von Null laufen (siehe unten).

Zum Beispiel

(von dieser Seite )

Ein Extremfall ist das Laternenritzel

(ab dieser Seite ), bei dem der Ritzelzahn vollständig unterschnitten ist!

Sie schmieren niemals die Zähne einer Uhr oder eines Uhrenrads: Dies erhöht nur die Viskosität (dh Reibung), verschwendet Kraft und trägt nicht zur Vermeidung von Verschleiß bei. Dies liegt daran, dass die Kontaktflächen der Zähne übereinander rollen und keine Gleitbewegung vorliegt. (Die Drehzapfen müssen, sofern sie nicht in Ballraces laufen, geschmiert werden. John Harrison verwendete Ballraces für einen Prototyp eines Marine-Chronometers.)

Während das Herunterschalten des Getriebes auch Kontaktflächen umfasst, die übereinander rollen, besteht der Zweck normalerweise darin, die Kraft zu verstärken, und um dies mit dem geringsten Material zu tun, ist eine stärkere Zahnform erforderlich. Dies ist normalerweise eine Evolventenzahnform , bei der jeder Zahn an der Basis breiter ist, wie ein Keil.

Dies bedeutet, dass sich die Zähne nach außen drücken und sich gegenseitig in einem Winkel drehen, der als Druckwinkel bezeichnet wird (normalerweise 20 Grad in modernen Zahnrädern, früher 14,5 Grad). Dadurch werden die Achsen auseinandergeschoben, was die Reibung an den Drehpunkten erhöht und ein stärkeres Getriebe erfordert. (Die Animation auf der Wikipedia-Seite übertreibt den Druckwinkel). Evolventenritzel werden traditionell nur auf 12 Zähne geschnitten, wobei das 20-Grad-PA für mehr Reibung sorgt, aber stärkere Zähne mit breiteren Wurzeln.

Also: Ja, Getriebe können verwendet werden, um die Drehzahl zu erhöhen, aber es erfordert normalerweise eine andere Zahnform, da es sonst viel Kraft durch Reibung verliert.