Кіріспе

Бірнеше берілістерді пайдаланатын механикалық беріліс – берілістер тізбегі немесе берілістер жиынтығы, екі немесе одан көп берілістерді тістерінің араласуы арқылы бір қаңқаға орнату арқылы құралатын механикалық жүйенің машина элементі. Беріліс тістері бір-біріне сығалмай, бір дөңгелектің екінші дөңгелекке айналуын тегіс қамтамасыз ету үшін жасалған. Берілістер мен берілістер тізбегінің ерекшеліктері:

Жұптасқан берілістердің қима шеңберлерінің беріліс қатынасы жылдамдық қатынасын және беріліс жиынтығының механикалық күшін анықтайды. Планеталық берілістер жүйесі ықшам конструкцияда жоғары беріліс азайтуды қамтамасыз етеді. Дөңгелек пішіндес емес берілістер үшін де айналу моментін тегіс беруге болатын тістерді жобалау мүмкін. Тізбекті және белдікті жетектің жылдамдық қатынастары беріліс қатынастарымен ұқсас есептеледі. Велосипедтік берілістерге қараңыз. Айналудың тісті дөңгелектер арқылы берілуі тарихы Грекияның Антикитера механизміне және Қытайдың оңтүстікке көрсетуші арбасына дейін жетеді. Ренессанс ғалымы Георгиус Агриколаның суреттерінде цилиндрлі тістері бар берілістер тізбегі көрсетілген. Инволютті тістің енгізілуі тұрақты жылдамдық қатынасын қамтамасыз ететін стандартты беріліс дизайнын құрады.

Өлшемі мен терминдері

Берілген тісті дөңгелектің шеңберлік диаметрі екі тісті дөңгелектің жанасу нүктесі арқылы анықталады; мысалы, екі тік тісті дөңгелектердің шеңберлік диаметрлері жанасқанда бір-бірімен қабысады, суретте көрсетілгендей. Дөңгелектің бір тістің саны – бұл шеңберлік диаметр және тіс қадамы арқылы анықталатын бүтін сан.

Екі берілісті дөңгелекті пойыздар

Гейрлі жүйенің ең қарапайым мысалы екі тісті дөңгелекten тұрады. Кіріс тісті дөңгелек (сондай-ақ жетекші дөңгелек немесе қозғалтқыш деп те аталады) қуатты шығыс тісті дөңгелекке (сондай-ақ жегілетін дөңгелек деп те аталады) жеткізеді. Кіріс тісті дөңгелек әдетте қозғалтқыш немесе двигатель сияқты қуат көзіне қосылады. Мұндай мысалда, шығыс (жегілетін) тісті дөңгелектен алынатын айналу моменты мен айналу жылдамдығы екі тісті дөңгелектің өлшемдерінің қатынасына немесе тістер санының қатынасына байланысты болады.

Идлерлік дөңгелектер

Бір-бірімен тізбектелген тісті дөңгелектер тізбегіндегі арақатынас тек бірінші және соңғы дөңгелектердегі тістердің санына тәуелді. Аралық дөңгелектер, олардың өлшеміне қарамастан, тізбектің жалпы арақатынасын өзгерте алмайды. Дегенмен, әрбір аралық дөңгелек қосылғанда соңғы дөңгелектің айналу бағыты кері өзгереді. Жұмыс істемейтін, тек бұрылысты жеткізетін аралық дөңгелек бос дөңгелек деп аталады. Кейде, бағытты кері өзгерту үшін бір ғана бос дөңгелек қолданылады, мұндай жағдайда ол кері бос дөңгелек деп аталады. Мысалы, автомобильдегі стандартты механикалық беріліс кері бағытты екі дөңгелек арасына кері бос дөңгелек енгізу арқылы қосады. Бос дөңгелектер алыс орналасқан дөңгелектер арасында айналуды жеткізе алады, егер алыстағы дөңгелектерді жай ғана үлкен ету мүмкін болмаса. Үлкен дөңгелектер көбірек орын алады, сондай-ақ дөңгелектің массасы мен айналу инерциясы (инерция моменті) оның радиусының квадратына пропорционал. Бос дөңгелектердің орнына, бұрылыс моментін қашықтыққа жеткізу үшін тісті белбеу немесе тізбек қолданылуы мүмкін.

Мысал

Фотода ең кішкентай берілісті (А берілісі, төменгі оң жақ бұрышта) қозғалтқышпен қосылған деп есептеңіз, бұл оны жетекші немесе кіріс берілісі етеді. Ортадағы біршама үлкен берілісті (I берілісі) бос жүріс берілісі деп атайды. Ол қозғалтқышқа немесе шығыс білікке тікелей қосылмайды және тек кіріс және шығыс берілістерінің арасында қуатты өткізеді. Фотоның жоғарғы оң жақ бұрышында үшінші беріліс (Б берілісі) жартылай көрсетілген. Егер бұл беріліс машинаның шығыс білігіне қосылған болса, онда ол шығыс немесе жетелтілген беріліс болады. Тек А және I берілістерін қарастырғанда, бос жүріс пен кіріс берілісі арасындағы беріліс қатынасын бос жүріс берілісі шығыс берілісі болғандай есептеуге болады. Осы екі берілістің кіші тобындағы А кіріс берілісінің 13 тісі бар, ал I бос жүріс берілісінің 21 тісі бар. Сондықтан, бұл кіші топтың беріліс қатынасы шамамен 1.62 немесе 1.62:1. Бұл қатынаста, жетекші беріліс (А) шығыс берілісті (I) бір рет айналдыру үшін 1.62 айналым жасауы керек. Сондай-ақ, жетекші беріліс (А) әрбір бір айналым жасағанда, шығыс беріліс (I) 13/21 = 1/1.62, немесе 0.62 айналым жасайды. Үлкен беріліс (I) баяу айналады. Суреттегі (B) үшінші берілісте тістер бар. Енді I және B берілістерінен тұратын кіші топтың беріліс қатынасын қарастырайық, мұнда бос жүріс берілісі I кіріс ретінде, ал үшінші беріліс B шығыс ретінде қызмет етеді. Бос жүріс (I) пен үшінші (B) берілісі арасындағы беріліс қатынасы осылай есептеледі:

немесе 2:1. Құрама жүйенің соңғы беріліс қатынасы 1.62 × 2 ≈ 3.23. Ең кішкентай А берілісінің әрбір 3.23 айналымы үшін ең үлкен B берілісі бір айналым жасайды, немесе ең кішкентай А берілісінің әрбір бір айналымы үшін ең үлкен B берілісі 0.31 (1/3.23) айналым жасайды, бұл шамамен 1:3.23-ке тең жалпы азайту (Беріліс азайту қатынасы (БАК) = 1/Беріліс қатынасы (БҚ)). Бос жүріс берілісі I кішкентай А және үлкен B берілістерімен тікелей байланыста болғандықтан, оны есептеуден шығарып тастауға болады, нәтижесінде 42/13 ≈ 3.23 қатынасы шығады. Бос жүріс берілісі жетекші және жетелтілген берілістерді бір бағытта айналдыруға мүмкіндік береді, бірақ механикалық артықшылықты қамтамасыз етпейді.

Екі есе азайту құрылғысы

Екі еселік редуктор жиынтығы екі жұп диірменнен тұрады, олардың әрқайсысы жеке-жеке бірінші редуктор болып табылады және тізбектей орналасқан. Диаграммада қызыл және көк диірмендер редукцияның бірінші сатысын, ал қызғылт және жасыл диірмендер редукцияның екінші сатысын көрсетеді. Жалпы редукция – бірінші саты редукциясы мен екінші саты редукциясының көбейтіндісі. Орталық біліктің (валдың) үстінде әртүрлі өлшемдегі екі байланысқан диірмен болуы қажет. Егер бір ғана аралық диірмен қолданылса, жалпы қатынас тек бірінші және соңғы диірмендер арасындағы қатынасқа тең болады, ал аралық диірмен тек бос жүріс диірменінің қызметін атқарады: ол айналу бағытын өзгертеді, бірақ қатынасты өзгертпейді.

Белгілі тізбекті құрылғылар

Арнайы тісті дөңгелектер, яғни тірекшелер, велосипедтер мен кейбір мотоциклдердегідей тізбектермен біріктіріле алады. Балама ретінде, белдіктердің өзінде тістер болуы мүмкін және олар тісті дөңгелектер сияқты механизмдерге жалғануы мүмкін. Бұл машиналарда тістер мен айналымдардың нақты есебін жүргізуге болады. Мысалы, кейбір ішкі жану қозғалтқыштарында тісті белдік (таймерлік белдік) қолданылады, ол краншафттың және білдектің қозғалысын синхронды ету үшін пайдаланылады, соның арқасында клапандар әрбір поршеньнің қозғалысына қатысты әр цилиндрдің жоғарғы нүктесінде қажетті уақытта ашылып, жабылады. Кейбір автомобильдерде осы мақсат үшін тізбек (таймерлік тізбек) қолданылады, ал басқаларында білдектің және краншафттың тікелей байланысы тісті дөңгелектер арқылы жүзеге асырылады. Қай түрлі жетек қолданылғанына қарамастан, төрт тактілі қозғалтқыштарда краншафт пен білдектің арақатынасы әрқашан 2:1 болады, яғни краншафт екі айналым жасағанда білдек бір рет айналады.

Автомобильдік қолдану

Автомобильдің қуат жүйелерінде әдетте екі немесе одан көп негізгі аймақтар болады, онда берілістер жиынтығы қолданылады. Ішкі жану қозғалтқышы (ICE) бар көліктерде берілістер көбінесе беріліс қорабында қолданылады, онда көлік жылдамдықтарының кең ауқымын қамтамасыз ету үшін түрлі берілістер жиынтығы болады, ал ICE жылдамдықтардың тар диапазонында жұмыс істейді, тиімділікті, қуатты және айналу моментін оңтайландырады. Электр көліктері керісінше, бір немесе бірнеше электр жетек қозғалтқыштарын пайдаланады, олардың жұмыс жылдамдықтарының ауқымы көбінесе кең болғандықтан, әдетте бір редуктормен жабдықталады. Барлық автокөліктердегі екінші кең таралған беріліс – дифференциал, ол соңғы жетек механизмін қамтиды және көбінесе дөңгелектерде жылдамдықты қосымша төмендетуді қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, дифференциал екі дөңгелек арасында айналу моментін тең бөлетін және қисық жолмен жүргенде оларға әртүрлі жылдамдықтарға ие болуға мүмкіндік беретін берілістерді қамтиды. Беріліс қорабы мен соңғы жетек бөлек болуы мүмкін және жетек білігі арқылы қосылуы мүмкін, немесе олар трансаксель деп аталатын бір құрылғыға біріктірілуі мүмкін. Беріліс қорабы мен соңғы жетектегі беріліс қатынастары маңызды, себебі әртүрлі беріліс қатынастары көліктің өнімділік сипаттамаларын өзгертеді. Белгіленгендей, ICE өзі де клапанның жұмысын коленвал жылдамдығымен синхрондау үшін беріліс механизмімен жабдықталады. Әдетте, кәмшақтар беріліс, тізбек немесе тісті белбеу арқылы қозғалады.

Кең қатынас пен жақын қатынас берілісі

Жақын қатынас берілісі – берілістердің арасындағы қатынастардың айырмашылығы салыстырмалы түрде аз болатын беріліс. Мысалы, қозғалтқыш білігі мен жетек білігінің арақатынасы бірінші берілісте 4:1, екінші берілісте 2:1 болса, басқа берілістегідей, біріншіде 4:1, екіншіде 3:1 арақатынасы болғанда кең қатынас деп есептеледі. Бұл жақын қатынас берілісінің берілістер арасындағы өсуі аз болуымен байланысты. Кең қатынас берілісінде бірінші берілістің арақатынасы 4:1 немесе 4, ал екінші берілісте 2:1 немесе 2, сондықтан өсу 4/2 = 2 (немесе 200%) тең. Жақын қатынас берілісінде бірінші берілістің арақатынасы 4:1 немесе 4, ал екінші берілістің арақатынасы 3:1 немесе 3, сондықтан берілістер арасындағы өсу 4/3, яғни 133%. 133% көрсеткіші 200%-дан төмен болғандықтан, берілістер арасындағы өсуі аз беріліс жақын қатынас деп саналады. Дегенмен, жақын және кең қатынас арасындағы айырмашылық субъективті және салыстырмалы. Жақын қатынас берілістері көбінесе спорттық автомобильдерде, спорттық мотоциклдерде және әсіресе жарыс машиналарынңда қолданылады, онда қозғалтқыш белгілі бір айналу жиілігінде максималды қуат беру үшін реттелген, ал жүргізуші қозғалтқышты қуат диапазонында ұстау үшін жиі ауыстыруға дайын болуы керек. Зауыттық 4 немесе 5 жылдамдықты берілістердің арақатынастары әдетте үлкен айырмашылыққа ие және қарапайым жүргізу үшін және орташа өнімділікке тиімді. Арақатынастар арасындағы үлкен аралықтар жол қозғалысында жақсырақ жүріс-тұрыс үшін жоғары 1-ші беріліс арақатынасына мүмкіндік береді, бірақ ауысқанда қозғалтқыштың айналу жиілігі көбірек төмендейді. Аралықты қысқарту жылдамдықпен үдеуді арттырады және кейбір жағдайларда максималды жылдамдықты жақсарта алады, бірақ тоқтаған жерден жылдамдық және күнделікті жүргізу кезіндегі жұмыс нашарлайды. Диапазон – 1-ші және 4-ші берілістер арасындағы айналым моментінің өсуінің айырмашылығы; кең қатынасты берілістерде көбірек, әдетте 2,8 мен 3,2 арасында. Бұл тоқтағаннан төмен жылдамдықпен үдеудің ең маңызды көрсеткіші. Өсу – келесі беріліске ауысқанда, мысалы, 1-ші берілістен 2-ші беріліске ауысқанда қозғалтқыштың айналу жиілігінің пайыздық төмендеуінің азаюы немесе кемуі. Көптеген берілістерде белгілі бір деңгейде өсу бар, яғни 1-2 ауысымдағы айналу жиілігінің төмендеуі 2-3 ауысымдағыдан үлкен, ал ол 3-4 ауысымдағыдан үлкен. Өсудің себептеріне байланысты сызықтық (тұрақты азаю) немесе пропорционалды кезеңдерде болмауы мүмкін, мысалы, берілістің белгілі бір жылдамдыққа немесе айналу жиілігіне жетуі, жарыс және т.б. үшін қажеттілік немесе бөлшектердің қолжетімділігі сияқты экономикалық қажеттіліктер. Диапазон мен өсу бір-бірін жоққа шығармайды, бірақ әрқайсысы екіншісі үшін нұсқалардың санын шектейді. Кең диапазон, 1-ші берілісте жоғары айналым моментін көбейту арқылы төмен жылдамдықта жақсы жүріс-тұрысқа мүмкіндік береді, әсіресе кішкентай қозғалтқышпен, ауыр көлікпен немесе 2.50 сияқты сандық төмен осі қатынасымен, прогрессия пайыздық көрсеткіштері жоғары болуы керек. Әрбір жоғары ауысымда жоғалған қозғалтқыштың айналу жиілігі мен қуаты диапазон аз берілістегіден үлкен, бірақ 1-ші берілісте қуаты аз. Сандық жағынан төмен 1-ші беріліс, мысалы 2:1, 1-ші берілістегі қолжетімді айналым моментін азайтады, бірақ өсудің көбірек нұсқаларын ұсынады. Барлық жылдамдықтарда ең жақсы өнімділік үшін беріліс арақатынастарын немесе соңғы жетек арақатынасын таңдаудың оптималды әдісі жоқ, өйткені беріліс арақатынастары компромистік болып табылады және кейбір мақсаттар үшін бастапқы арақатынастардан жақсырақ емес.