機械工程，齒輪知識詳解

只要你騎過自行車就知道 用高檔起步踩起來特別費勁 所以我們得從低檔起步 讓車先動起來 到了一定時候 我們的腿蹬得飛快 但車速卻上不去了 所以得換到更高的檔位 一遇到兜坡 我們就得換到低檔 汽車也是這樣 我們先用最低檔起步 等車速一點點提上來 再逐步升到更高檔 然後上坡時我們再降檔 低檔會讓車速較低 但能提供高扭矩 高檔速度高 但扭矩低 扭矩就是讓物體 讓某個點轉動的力的大小 想想一把扳手和一顆卡死的螺母 用短扳手會很費勁 用一把長扳手操作起來 就會輕鬆很多 這就是扭矩的作用 如果我們用的是一把30釐米長的扳手 再施加90牛頓的力 那就是0.3米乘以90牛頓 得到27牛米的扭矩 不過 如果我們把同樣90牛頓的力 施加在60釐米長的扳手上 那這個長度換算成米就是0.6米 再用0.6米乘以90牛頓 結果就是54牛米 所以從這個簡單公式能看出 用更長的扳手作用在螺母上的力就更大 簡單來說 我們是在用一個大圓 去帶動一個小圓轉 改變大小就能改變轉速和扭矩 如果讓兩個齒輪咬合在一起 轉動其中一個 另一個也會跟着轉 如果我們把發動機接到第一個齒輪上 那它就是主動齒輪 另一個也就成了從動齒輪 當兩個齒輪直徑相同 傳動比就是1比1 也就是主動齒輪每轉完一圈 從動齒輪也會轉一圈 所以輸出轉速就和輸入轉速一樣 如果從動齒輪的直徑是主動齒輪的一半 那麼傳動比就是1比2 也就是說主動齒輪每完整轉一圈 從動齒輪就會完整轉兩圈 這意味着從動齒輪轉的快多了 如果從動齒輪的直徑是主動齒輪的兩倍 那就是2比1的傳動比 也就是說主動齒輪每轉一整圈 從動齒輪只轉半圈 所以主動齒輪得轉兩圈 才能讓從動齒輪轉滿一圈 注意從動齒輪的轉向正好相反 這基本上就是倒擋 要讓輸出齒輪和輸入齒輪朝同一個方向旋轉 我們就得再加一個齒輪 形成所謂的齒輪系 中間的這個齒輪就叫做舵輪 我們可以並排加很多齒輪 改變轉速和輸出方向 但這樣會佔很大空間 所以我們可以換個辦法 把齒輪裝在同一根軸上 組成複合齒輪組 這樣能達到同樣效果 但佔用空間小得多 我們來看看要用這個公式 傳動比等於輸出齒輪的齒數 除以輸入齒輪的齒數 輸出轉速等於輸入轉速除以傳動比 最後輸出扭矩等於傳動比乘以輸入扭矩 比如A齒輪有8個齒 B齒輪有10個齒 那麼傳動比就是10除以8 也就是1.25 如果齒輪A每分鐘轉150圈 那150除以1.25就等於每分鐘120圈 如果齒輪A的扭矩是20牛米 那麼1.25乘以20就得到25牛米 這個齒輪會朝着跟齒輪A相反的方向轉 因爲它的尺寸更大 所以旋轉速度會慢一些 但扭矩也會更大 如果我們加上一個20齒的C齒輪 傳動比就是20除以10等於2 輸出轉速是B齒輪的120轉每分鐘再除以2 也就是60轉每分鐘 扭矩會是2乘以齒輪B的25牛米 這樣就是50牛米 所以這個齒輪會和齒輪A同向旋轉 但轉得更慢 因爲它更大 不過扭矩也會更大 如果再加一個8齒的D齒輪 那麼B齒就是8除以20也就是0.4 轉速就是齒輪C的60轉每分鐘除以0.4 結果是150轉每分鐘 扭矩就是0.4乘以50牛米 結果是20牛米 所以這個齒輪會和齒輪A反向旋轉 但尺寸相同 所以轉速和扭矩也一樣 不過這裏還沒考慮現實中會有的各種損耗 所以這個裝置能直觀展示齒輪如何改變速度 扭矩和方向 那如果我們用這種複合齒輪系 齒輪一樣大 輸入扭矩一樣 轉速也一樣呢 同樣 這個 所以這套配置裏有4個齒輪 A B C 和D 但B和C是複合齒輪 如果齒輪A有8個齒 齒輪B有10個齒 那傳動比就是10除以8 等於1.25 齒輪A的轉速是每分鐘150轉 所以齒輪B就是150除以1.25 等於每分鐘120轉 齒輪A的扭矩是20牛米 所以齒輪B的扭矩就是1.25乘以20牛米 等於25牛米 所以這個齒輪和齒輪A轉向相反 它更大 所以轉得更慢 但扭矩更大 如果C齒輪有20個齒 那傳動比就是20除以10 等於2 轉速會和B一樣是每分鐘120轉 因爲這兩個齒輪是複合齒輪 共用同一根軸 那扭矩也會和B齒輪保持一致 所以就是25牛米 這個齒輪也和齒輪A反方向旋轉 因爲齒輪B的尺寸 它會比齒輪A轉得更慢 同樣因爲齒輪B 它的扭矩也會比齒輪A小 如果齒輪D有比如8個齒 那傳動比就是8除以20 也就是0.4 轉速就是齒輪C的120轉每分鐘 扭矩則是0.4乘以齒輪C的25牛米 也就是10牛米 所以這個齒輪和齒輪A同向旋轉 轉速更快 但扭矩更小 所以要看