Pužni par

Puž i pužni točak

Pužni par je hiperboloidni zupčasti par čije se ose ukrštaju najčešće pod uglom od 90°. Kod pužnih parova mali zupčanik naziva se puž, i ima oblik sličan navojnom vretenu. Veliki zupčanik naziva se pužni zupčanik i ima oblik prilagođen obliku puža. Položaj puža i pužnog zupčanika je simetričan u odnosu na zajedničku normalu osa obrtanja, i u toku sprezanja bokovi njihovih zubaca imaju linijsko dodirivanje. Prema obliku puža, pužni parovi mogu biti cilindrični ili globoidni.

Pužni pogon ili „beskrajni šraf“ izmislili su Arhit iz Terentuma, Apolonije iz Perge ili Arhimed, a poslednji je najverovatniji autor. Pužni pogon se kasnije pojavio na Indijskom potkontinentu, za upotrebu u valjcima za prečišćavanje pamuka, tokom Delhijskog sultanata u trinaestom ili četrnaestom veku.

Objašnjenje

Pužni par

Menjač dizajniran korišćenjem puža i pužnog točka je znatno manji od onog napravljenog od običnih cilindričnih zupčanika, a njegove pogonske ose su jedna prema drugoj pod uglom od 90°. Kod puža sa jednim startom, za svaki okret puža za 360°, pužni točak napreduje samo za jedan zub. Stoga, bez obzira na veličinu puža (uz razumna inženjerska ograničenja), odnos prenosa je „veličina pužnog točka - do - 1“. Za puž sa jednim startom, pužni točak sa 20 zubaca smanjuje brzinu u odnosu 20:1. Kod cilindričnih zupčanika, zupčanik od 12 zuba mora da se poklapa sa zupčanikom od 240 zuba da bi se postigao isti odnos 20:1. Prema tome, ako je dijametralni korak (DP) svakog zupčanika isti, onda je, u smislu fizičke veličine zupčanika sa 240 zubaca i zupčanika sa 20 zubaca, raspored puža znatno manji po zapremini.

Kontrabas ima pužne zupčanike kao mehanizme za podešavanje.

Tipovi

Postoje tri različite vrste zupčanika koji se mogu koristiti u pužnom pogonu.

Prvi su pogoni bezgrlnih puževa. Oni nemaju grlo, ili žleb, mašinski obrađen oko obima, ni pužni točak. Drugi su pužni pogoni sa jednim grlom, u kojima je pužni točak sa grlom. Konačni tip su dvostruki pužni pogoni, koji imaju oba zupčanika sa grlom. Ovaj tip zupčanika može da podrži najveće opterećenje.

Obimni puž (peščani sat) ima jedan ili više zuba i povećava se u prečniku od svog srednjeg dela prema oba kraja.

Pužni zupčanik sa dvostrukim omotačem se sastoji od okružujućih puževa koji su upareni sa pužnim točkovima. Takođe je poznat kao globoidni pužni zupčanik.

Pravac prenosa

Za razliku od običnih zupčanika, pravac prenosa (ulazna osovina naspram izlaznog vratila) nije reverzibilan kada se koriste veliki redukcioni odnosi. Ovo je zbog većeg trenja između puža i pužnog točka, a posebno je rasprostranjeno kada se koristi puž sa jednim startom (jednospiralni). Ovo može biti prednost kada se želi eliminisati bilo kakva mogućnost da izlaz pokreće ulaz. Ako se koristi puž sa više pokretača (više spirala), onda se odnos shodno tome smanjuje, a efekat kočenja puža i pužnog točka će možda morati da se smanji, jer točak može biti u stanju da pokreće puž.

Konfiguracije pužnog pogona u kojima točak ne može da pokreće puž nazivaju se samoblokirajućim. Da li je pužni pogon samozaključujući zavisi od prednjeg ugla, ugla pritiska i koeficijenta trenja.

Primene

Pužni pogon koji kontroliše kapiju. Položaj kapije se ne menja kada se jednom postavi

U automobilima ranog 20. veka pre uvođenja servo upravljača, efekat bušenja gume ili izduvavanja jednog od prednjih točkova je imao tendenciju da povuče upravljački mehanizam u stranu sa probušenom gumom. Upotreba pužnog pogona smanjila je ovaj efekat. Dalji razvoj pužnog pogona doveo je do recirkulacionih kugličnih ležajeva kako bi se smanjile sile trenja, koje su prenosile određenu silu upravljača na točak. Ovo pomaže u kontroli vozila i smanjuje habanje koje može izazvati poteškoće u preciznom upravljanju.

Pužni pogoni su kompaktno sredstvo za značajno smanjenje brzine i povećanje obrtnog momenta. Mali električni motori su uglavnom brzi i malog obrtnog momenta; dodatak pužnog pogona povećava opseg aplikacija za koje mogu biti pogodni, posebno kada se uzme u obzir kompaktnost pužnog pogona.

Pužni pogoni se koriste u presama, valjaonicama, transportnom mašinstvu, mašinama rudarske industrije, na kormilima i kružnim testerama. Pored toga, glave za glodanje i rotacioni stolovi se postavljaju pomoću visoko preciznih dupleksnih pužnih pogona sa podesivim zazorom. Pužni pogoni se koriste u mnogim aplikacijama za liftove/eskalatore i pokretne stepenice, zbog svoje kompaktne veličine i nereverzibilnosti.

U eri jedrenjaka, uvođenje pužnog pogona za kontrolu kormila bilo je značajan napredak. Pre njegovog uvođenja, pogon bubnja za užad je kontrolisao kormilo. Uzburkano more moglo je primeniti značajnu silu na kormilo, često zahtevajući nekoliko ljudi da upravljaju plovilom - neki pogoni su imali dva točka velikog prečnika tako da su kormilom mogla upravljati do četiri člana posade.

Završni pogon kamiona iz 1930-ih

Pužni pogoni su korišćeni u nekoliko finalnih pogona na zadnjoj osovini automobila (iako ne i samom diferencijalu). Oni su koristili lokaciju crva na samom vrhu ili na samom dnu krune diferencijala. Tokom 1910-ih, bili su uobičajeni na kamionima; da bi se dobio najveći razmak na blatnjavim putevima, puž je postavljan na vrh. Tokom 1920-ih, firma Stutz ih je koristila na svojim automobilima; da bi imali niži pod od svojih konkurenata, puž se nalazio na dnu. Primer oko 1960. godine bio je Pežo 404. Pužni pogon štiti vozilo od vraćanja unazad. Ova sposobnost je u velikoj meri izgubila na značaju, zbog većih odnosa smanjenja nego što je potrebno.

Noviji izuzetak od ovoga je Torsen diferencijal, koji koristi pužne točkove i planetarne puževe, umesto konusnog zupčanika konvencionalnih otvorenih diferencijala. Torsen diferencijali su najistaknutiji u Hamvi i nekim komercijalnim Hamer vozilima, i kao središnji diferencijal u nekim sistemima pogona na sva četiri točka, kao što je Audijev kvatro. Veoma teški kamioni, poput onih koji se koriste za prevoz agregata, često koriste diferencijal sa pužnim pogonom radi snage. Pužni pogon nije jednako efikasan kao hajpoidni zupčanik, i takvi kamioni uvek imaju veoma veliko kućište diferencijala, sa odgovarajućom velikom količinom ulja za menjače, da apsorbuju i odvode toplotu koja se stvara.

Pužni pogoni se koriste kao mehanizam za podešavanje mnogih muzičkih instrumenata, uključujući gitare, kontrabase, mandoline, buzukije i mnoge bendže (iako većina vrhunskih bendža koristi planetarne zupčanike ili frikcione klinove). Uređaj za podešavanje pužnog pogona naziva se glava mašine.

Plastični pužni pogoni se često koriste na malim elektromotorima na baterije, da bi se obezbedio izlaz sa nižom ugaonom brzinom (manje obrtaja u minuti) od one kod motora, koji najbolje radi pri prilično velikoj brzini. Ovaj sistem motor-puž pogona se često koristi u igračkama i drugim malim električnim uređajima.

Proizvodnja

Pužni točkovi se prvo izrezuju da bi se oformili zubi, a zatim se urezuju do konačnih dimenzija.

Literatura

• Vojislav Miltenović: Mašinski elementi (oblici, proračun, primena), 7. izdanje, Niš, 2009.
• Oberg, Erik (1920). „Spiral and worm gearing”. The Industrial Press. 
• McGraw-Hill (2007), McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology (10th izd.), McGraw-Hill Professional, ISBN 978-0-07-144143-8. 
• Norton, Robert L. (2004), Design of Machinery (3rd izd.), McGraw-Hill Professional, ISBN 978-0-07-121496-4. 
• Vallance, Alex; Doughtie, Venton Levy (1964), Design of machine members (4th izd.), McGraw-Hill. 
• Industrial Press (2012), Machinery's Handbook (29th ed.), ISBN 978-0-8311-2900-2
• Engineers Edge, Gear Design and Engineering Data. 
• American Gear Manufacturers Association; American National Standards Institute (2005), Gear Nomenclature: Definitions of Terms with Symbols (ANSI/AGMA 1012-F90 izd.), American Gear Manufacturers Association, ISBN 978-1-55589-846-5. 
• Buckingham, Earle (1949), Analytical Mechanics of Gears, McGraw-Hill Book Co.. 
• Coy, John J.; Townsend, Dennis P.; Zaretsky, Erwin V. (1985), Gearing (PDF), NASA Scientific and Technical Information Branch, NASA-RP-1152; AVSCOM Technical Report 84-C-15. 
• Kravchenko A.I., Bovda A.M. Gear with magnetic couple. Pat. of Ukraine N. 56700 – Bul. N. 2, 2011 – F16H 49/00.
• Sclater, Neil. (2011). "Gears: devices, drives and mechanisms." Mechanisms and Mechanical Devices Sourcebook. 5th ed. New York: McGraw Hill. pp. 131–174. ISBN 9780071704427. Drawings and designs of various gearings.
• "Wheels That Can't Slip." Popular Science, February 1945, pp. 120–125.
• Sander, K. (1957), „Bau und Funktion des Sprungapparates von Pyrilla perpusilla WALKER (Homoptera - Fulgoridae)”, Zool. Jb. Jena (Anat.) (na jeziku: nemački), 75: 383—388 
• Burrows, Malcolm; Sutton, Gregory (13. 9. 2013). „Interacting Gears Synchronize Propulsive Leg Movements in a Jumping Insect”. Science. 341 (6151): 1254—1256. Bibcode:2013Sci...341.1254B. PMID 24031019. S2CID 24640726. doi:10.1126/science.1240284. hdl:1983/69cf1502-217a-4dca-a0d3-f8b247794e92 . CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Herkewitz, William (2013-09-12), „The First Gear Discovered in Nature”, Popular Mechanics 
• Lee, Jane J. (2013-09-12), „Insects Use Gears in Hind Legs to Jump”, National Geographic 
• Stromberg, Joseph (2013-09-12), „This Insect Has The Only Mechanical Gears Ever Found in Nature”, Smithsonian Magazine, Pristupljeno 2020-11-18 
• Robertson, Adi (12. 9. 2013). „The first-ever naturally occurring gears are found on an insect's legs”. The Verge. Pristupljeno 14. 9. 2013. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Functioning 'mechanical gears' seen in nature for the first time, PHYS.ORG, Cambridge University 
• „The Antikythera Mechanism Research Project: Why is it so important?”. Arhivirano iz originala 4. 5. 2012. g. Pristupljeno 2011-01-10. „The Mechanism is thought to date from between 150 and 100 BC” CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Grant, George B. (1893). A Treatise on Gear Wheels (6th, illus. izd.). Lexington, MA; Philadelphia, PA: George B. Grant. 
• Radzevich, Stephen P. (2012). Dudley's Handbook of Practical Gear Design and Manufacture (PDF) (2nd izd.). Boca Raton, FL.: CRC Press, an imprint of Taylor & Francis Group. str. 691, 702. 
• Machinery's Handbook. New York: Industrial Press. 2012. ISBN 978-0-8311-2900-2. 

Spoljašnje veze

• Kinematic Models for Design Digital Library (KMODDL)
  Movies and photos of hundreds of working mechanical-systems models at Cornell University. Also includes an e-book library of classic texts on mechanical design and engineering.
• Formulae & Calculations for Worm Drive
• Various Metric Gears downloadable design specifications, 2D-3D models and catalogues
• Various Worm Gearboxes, 3D models
• Machining of Worm Shaft and Worm Gears