Почему паровозы не передают мощность с помощью зубчатых колес?

Современные автомобили используют зубчатое колесо для передачи мощности от двигателя к колесам. Паровозы использовали какие-то решетки (извините, я не являюсь носителем языка) для передачи мощности на колеса.

Почему инженеры не использовали зубчатые колеса? Были бы паровозы быстрее, если бы они использовали зубчатые колеса?

Я хотел бы отметить, что современные автомобили не используют зубчатые колеса для трансмиссии, они используют валы. Зубчатые колеса используются для передачи и дифференциала.

Но стержневые механизмы использовались главным образом потому, что у них не было таких производственных мощностей, как у нас сегодня. Механизмы штанги легко изготавливаются, они гибки и ремонтопригодны. В любом случае в этой конкретной конструкции также потому, что весь механизм должен был бы повернуть направление передачи мощности 2 раза. Видите, поршень напрямую соединен с передним колесом, и передача его на последующее колесо довольно проста с помощью планки, в то время как для соединения вала потребовалось бы больше деталей, которые снова были сложны в изготовлении.

Паропоршневые двигатели могут генерировать большой крутящий момент от стационарных, а поршни могут быть физически удалены от котла, поэтому в большинстве случаев наиболее удобно, чтобы поршни непосредственно приводили в движение колеса через кривошип. Точно так же, как поезда не имеют рулевого механизма как такового и имеют колеса конического сечения, вам также не нужен дифференциал.

Напротив, двигатели внутреннего сгорания должны вращаться с довольно умеренными оборотами в минуту, чтобы генерировать полезный крутящий момент и вырабатывать большую часть своего крутящего момента и мощности в довольно узком диапазоне оборотов, поэтому им необходимы как средство выключения привода (муфта или гидротрансформатор с вязкостью), так и коробка передач с возможностью выбора соотношения для обеспечения полезного крутящего момента в широком диапазоне скоростей движения.

Кроме того, двигатели с микросхемой, как правило, лучше работают с несколькими цилиндрами, поскольку это сглаживает подачу мощности на различных этапах рабочего цикла и поэтому требует использования коленчатого вала с общим выходным валом. Паровые двигатели - это, по сути, пневматические приводы, поэтому вы можете выполнять рабочий ход настолько долго, насколько это удобно, и получать достаточно стабильную линейную силу.

Внешние шатуны на паровозе являются прямым аналогом шатунов, которые соединяют поршень двигателя IC с коленчатым валом.

Краткий ответ заключается в том, что характеристика крутящего момента парового двигателя просто означает, что коробка передач не нужна, так как крутящий момент более или менее не зависит от оборотов для нормального диапазона рабочих скоростей.

Вот изображение коленчатых валов внутри современного двигателя внутреннего сгорания:

Цель этого состоит в том, чтобы преобразовать движение поршня вперед-назад во вращательное движение. Это очень похожий механизм, который используется на старых паровых двигателях:

Разница в том, что в двигателе внутреннего сгорания мощность передается не непосредственно на колеса, а на вал. Причины этого различия обсуждаются в других ответах - я просто хотел указать, что основной механизм тот же.

некоторое время паровозы фактически использовали шестерни и комплекты цилиндров / поршней, которые приводили в движение коленчатые валы. Их называли локомотивами-редукторами, и они использовались для подъема тяжелых грузов, особенно на крутых склонах, на низких скоростях. это сделало их популярными для лесозаготовительных работ на западе США во времена паровой энергетики.

для более высоких скоростей на более постепенных уклонах метод прямого привода (при котором шатун входит в зацепление с приводным колесом (колесами)) является более простым и обеспечивает адекватное соответствие между полным сопротивлением нагрузки и сопротивлением двигателя.

Steam генерирует полный крутящий момент при нулевой скорости, как было упомянуто в других местах, поэтому, как и в электромобиле (который имеет почти такие же характеристики), от коробки передач мало что можно получить, а также он может напрямую приводить в движение колеса.

Именно поэтому подавляющее большинство дизельных локомотивов выше очень маленьких, действительно дизель-электрических, это делает часть производительности с почти нулевой скоростью менее раздражающей и устраняет необходимость пытаться охладить сцепление очень высокой мощности.

Между прочим, паровой локомотив имеет своего рода «зубчатую передачу», в которой водитель может управлять синхронизацией клапана, чтобы варьировать объем пара, допущенного за один ход, и, таким образом, имеющийся крутящий момент, который тонко отделен (но взаимодействует с) от изменения давления пара. .... Вы видите это, когда паровоз отъезжает, так как вначале будут происходить мощные выбросы пара из дымовой трубы, потому что у водителя установлен редуктор клапана, так что в цилиндре все еще остается значительное давление при открытии выпускного клапана. максимизировать крутящий момент), так как скорость возрастает, доля цикла, в течение которого впускной клапан открыт, уменьшается, чтобы повысить эффективность, и нота выхлопа выравнивается, когда выхлоп становится ближе к атмосферному давлению. Эти переменные клапанные связи были одной из наиболее запатентованных вод тогда, когда происходили бои между всеми крупными игроками.

Паровозы используют паровые поршни , а не паровые турбины .

Механизмы / винтики были бы бессмысленными, так как на паровозах нет роторного источника энергии. Они используют паровые поршни, которые ходят взад и вперед.

По мере проработки физики, прямой привод работал очень хорошо с достижимыми значениями диаметра поршня, хода / эксцентрика и размера колеса. Пока этого не произошло. И что их получило, так это кривые.

Съемники магистрали, застрявшие в стержнях: слишком большой для зубчатых колес

Поскольку полностью перегретые котлы стали очень мощными, скоростные пассажирские локомотивы использовали эту мощность на более высоких скоростях. Для них дизайн боковой тяги был идеальным. Но грузовые локомотивы с медленной нагрузкой нуждались в большем весе на рельсе для передачи мощности на низких скоростях. Это потребовало больше ведущих мостов, чтобы распределить вес. Это делало одну жесткую группу ведущих осей слишком длинной для кривых. Таким образом, они делятся на две (редко три) группы ведущих мостов. Передача мощности была сделана с двигателем в каждой группе, обычно простой, иногда составной. У Big Pacific в Юнион Пасифик было 8 ведущих мостов в двух группах (каждая с простым двигателем, все еще избегая передач), с кривыми движениями, как у локомотива с 4-мя осями.

ЦСИ

Взятые до абсурда. Вирджинская железная дорога наконец сдалась и электрифицировалась.

При этих уровнях мощности, 4000-6000 лошадиных сил, о передаче не могло быть и речи: это было на порядок больше мощности для зубчатых колес. Даже электрический GG1 той эпохи использовал двенадцать массивных шестерен для передачи одинакового количества мощности на шесть осей.

Гораздо меньшие двигатели могут быть приспособлены

Горные железные дороги использовали маломощные, легкие локомотивы, которые должны были скользить по довольно узким изгибам. Даже очень скромный паровой двигатель с боковым штоком был слишком жестким для кривых. Они также потратили много драгоценного веса на неприводные колеса, например, на пилотный грузовик и тендер. Эфраим Шей решил эту проблему с помощью действительно локомотивов. Имейте в виду, что это небольшие локомотивы: самый большой, Западный Мэриленд № 6, имеет давление в котле 200 фунтов на квадратный дюйм и максимальную скорость 23 мили в час.

Эфраим Шей положил ведущий вал вдоль одной стороны локомотива, включив передачу на каждое колесо. Поршни непосредственно проворачивали приводной вал. Обратите внимание на тщательно продуманные телескопические приводные валы, что особенно важно из-за его смещения от центра.

Обратите внимание на механизмы. источники

Чарльз Хейслер положил приводной вал вниз по центральной линии локомотива и использовал поршневой механизм типа «тройник». Обратите внимание на боковые тяги: это означает, что только одна из двух осей связана с ведущим валом, боковые тяги передают мощность на другую ось. Боковые тяги, как это, подразумевают около 100 лошадиных сил на ось.

Компания Climax Manufacturing Co. взяла расположение оси в центре Хейслера и добавила поперечный вал и дополнительное зубчатое колесо, чтобы поместить паровые поршни в почти обычное место.

Увидев эти механизмы локомотивов, вы увидите, где они не будут «масштабироваться» до многотысячной мощности.