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怎么样 Gear Ratios 工作

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你看 齿轮 几乎所有具有旋转零件的零件。 汽车发动机变速箱 contain lots of 齿轮. If you ever open up a 录像机 和 look 内 , you will see it is full of 齿轮. Wind-up, grandfather 和 摆钟 包含大量齿轮,尤其是当它们带有钟声或钟声时。您可能在房屋的侧面有一个功率计,如果它有透明盖,您会发现它包含10个或15个齿轮。齿轮无处不在,有发动机和 马达 产生旋转运动。

In 这个 edition of 怎么样StuffWorks, you will learn about 齿轮比s 和 齿轮系 so you'll understand what all of 的se different 齿轮 是 doing. You might also want to read 怎么样 Gears 工作 to find out 更多 about different kinds of 齿轮 和 的ir uses or you can learn 更多 about 齿轮比s 通过 visiting our 齿轮比 chart.

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内容
  1. Putting Gears to 工作
  2. 了解齿轮比的概念
  3. 齿轮系
  4. Other Uses 对于 Gears
  5. 一个例子

Gears 是 generally used 对于 上 e of four different reasons:

  1. 反转旋转方向
  2. 增加或减少旋转速度
  3. 将旋转运动移动到另一个轴
  4. 保持两个轴的旋转同步

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您可以在上图中看到效果1、2和3。在此图中,您可以看到两个齿轮的旋转方向相反,较小的齿轮旋转的速度是较大齿轮的两倍, 旋转轴 较小齿轮的旋转角在较大齿轮旋转轴的右侧。

一个齿轮旋转速度比另一个齿轮快两倍的事实是由于齿轮之间的传动比- 齿轮比. In 这个 figure, 的 直径 左侧齿轮的传动比是右侧齿轮的两倍。因此齿轮比为2:1(发音为"two to 上 e")。如果您查看该图,您会看到一个比率:较大的齿轮每转一圈,较小的齿轮每转一圈。如果两个齿轮的直径相同,则它们将以相同的速度旋转,但方向相反。

Understanding 的 concept of 的 齿轮比 is easy if you understand 的 concept of 的 圆周 一圈。请记住,圆的周长等于圆的直径乘以 (Pi等于3.14159 ...)。因此,如果您有一个直径为1英寸的圆或齿轮,则该圆的周长为3.14159英寸。

下图显示了直径为1.27英寸的圆的周长如何等于4英寸的线性距离:

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假设您有另一个直径为0.635英寸(1.27英寸/ 2)的圆,并且以与该图中相同的方式滚动。您会发现,由于它的直径是图中圆的一半,因此必须完成两次完整的旋转才能覆盖同一条4英寸的线。这就解释了为什么两个齿轮,它们的一半大另一个,齿轮比为2:1。较小的齿轮必须旋转两次,以覆盖较大齿轮旋转一次时所覆盖的相同距离。

齿轮 你在现实生活中看到的 牙齿 . The 牙齿 have 三 advantages:

To create large 齿轮比s, 齿轮 是 often connected together in 齿轮系,如下所示:

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火车中的右齿轮(紫色)实际上分为两部分,如上所示。小齿轮和大齿轮连接在一起,一个接一个。齿轮系通常由多个齿轮组成,如以下两个图所示。

在上述情况下,紫色齿轮的旋转速度是蓝色齿轮的两倍。绿色齿轮的旋转速度是紫色齿轮的两倍。红色齿轮的旋转速度是绿色齿轮的两倍。以下所示的齿轮系具有较高的齿轮比:

在这列火车中,较小的齿轮是较大齿轮的五分之一。这意味着,如果将紫色齿轮连接到以每分钟100转(rpm)旋转的电动机,则绿色齿轮将以500 rpm的速度旋转,而红色齿轮将以2500 rpm的速度旋转。同样,您可以将2,500 rpm的电动机连接到红色齿轮,以在紫色齿轮上获得100 rpm。如果您能在功率计的内部看到它是带有五个机械拨盘的老式仪表,您会发现五个拨盘通过这样的齿轮系相互连接,齿轮的传动比为10:1。由于这些拨盘彼此直接连接,因此它们以相反的方向旋转(您会发现,彼此相邻的拨盘上的数字是相反的)。

那里 are three worm gears visible in this odometer. See How Odometers Work for more information.
那里 是 三 虫 齿轮 可见 in 这个 里程表。 看到 怎么样 里程表 工作 对于 更多 信息。

If you want to create a high 齿轮比, nothing beats 的 虫 gear。在蜗轮中,螺纹轴与齿轮上的齿啮合。轴每次旋转一圈,齿轮就会向前移动一个齿。如果齿轮有40个齿,那么在非常小的包装中齿轮比为40:1。这是一个例子 刮水器.

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机械的 里程表 is another place that uses a lot of 虫 齿轮:

行星齿轮

那里 是 many other ways to use 齿轮. One specialized gear train is called a 行星齿轮系。行星齿轮解决了以下问题。假设您希望齿轮比为6:1,且输入方向与输出方向相同。创建该比率的一种方法是使用以下三齿轮系:

在这列火车中,蓝色齿轮的直径是黄色齿轮的六倍(比率为6:1)。红色齿轮的大小并不重要,因为它只是使旋转方向反转,以便蓝色和黄色齿轮以相同的方向旋转。但是,假设您希望输出齿轮的轴线与输入齿轮的轴线相同。需要同轴功能的常见地方是 电动螺丝刀。在这种情况下,您可以使用行星齿轮系统,如下所示:

In 这个 gear system, 的 yellow gear (the 太阳 ) 恩 gages all 三 red 齿轮 (the 行星 ) simultaneously. All 三 是 attached to a plate (the 行星架), 和 的y 恩 gage 的 of 的 blue gear (the )而不是外面。因为有三个红色齿轮而不是一个,所以该齿轮系非常坚固。输出轴固定在蓝色环形齿轮上,行星齿轮架保持固定-齿轮比相同,为6:1。您可以看到两级行星齿轮系统的图片 电动螺丝刀页 , 一种 nd a 三-stage planetary gear system of 的 洒水器页面。您还可以在其中找到行星齿轮系统 自动变速箱.

关于行星齿轮组的另一件有趣的事情是,它们可以产生不同的齿轮比,具体取决于您将哪个齿轮用作输入,将哪个齿轮用作输出以及保持哪个齿轮。例如,如果输入是太阳轮,并且我们将齿圈保持固定并将输出轴连接到行星架,则齿轮比将有所不同。在这种情况下,行星架和行星绕太阳轮运行,因此,太阳轮不必旋转六次以使行星架绕转一次,而是必须旋转七次。这是因为行星架在旋转时沿与太阳齿轮相同的方向旋转了一次,从而使太阳齿轮减去一转。因此,在这种情况下,我们得到了7:1的减少。

您可以重新布置东西,这次将太阳轮保持不动,从行星架上取下输出,然后将输入挂在齿圈上。这将使您的齿轮减速1.17:1。一个 自动变速器 uses planetary 齿轮ets to create 的 different 齿轮比s, using 离合器 和制动带可固定齿轮组的不同部分并改变输入和输出。

想象以下情况:您有两个要保持同步的红色齿轮,但它们之间有一定距离。如果希望它们具有相同的旋转方向,则可以在它们之间放置一个大齿轮:

或者,如果您希望两个齿轮的旋转方向相反,则可以使用它们:

但是,在这两种情况下,多余的齿轮都可能很重,因此您需要为其制造轴。在这些情况下,常见的解决方案是使用 或一个 齿形带,如下所示:

链条和皮带的优点是重量轻,将两个齿轮分开一定距离的能力以及将多个齿轮在同一链条或皮带上连接在一起的能力。例如,在 汽车引擎,同一齿形皮带可能会啮合曲轴,两个 凸轮轴 和 的 alternator. If you had to use 齿轮 in place of 的 belt, it would be a lot harder.

For 更多 information 上 齿轮 和 的ir applications, check out 的 links 上 的 next page!

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<a data-track-gtm="Byline" href="https://www.howstuffworks.com/about-author.htm#brain">Marshall Brain</a> "How Gear Ratios Work" 20 November 2000.<br />HowStuffWorks.com. &lt;https://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/gear-ratio.htm&gt; 2 January 2021" href="#">Citation & Date
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