Типы шестерен: Производство конических, прямозубых, секторных и др. виды шестерней.

Производство конических, прямозубых, секторных и др. виды шестерней.

В современных технологиях используются десятки видов различных механических передач, которые предназначены для передачи крутящегося момента от одного вала к другому. Так же есть виды передач, которые преобразуют поступательные движения во вращательные. В этих передачах используются различные виды шестерней, конические шестерни, цилиндрические и другие. Такие передачи используются там, где необходимо передать большую мощность при маленьком размере механизма.

Виды шестерней

Технологически все шестерни имеют основание с круговым (или продольным) зубчатым радиусом. Передача крутящегося момента происходит в результате зацепления зубьями двух (или более) шестерней. Практически все виды шестерней относятся к тому или иному виду:

• Прямозубые шестерни;
• Косозубые шестерни;
• Шестерни с внутренним зацеплением;
• Винтовые шестерни;
• Секторные шестерни;
• Шестерни с круговыми зубьями;
• Конические шестерни;
• Зубчатые рейки;
• Шестерня-звезда.

Прямозубые шестерни

Прямозубые шестерни используются наиболее часто и являются одними из первых придуманных зубчатых колёс. Прообразы прямозубых шестерней появились тысячи лет назад. Сейчас прямозубые шестерни изготавливают из различных материалов, металла, пластика, а так же изготавливают композитные детали используя сочетания разных металлов и пластика. Прямозубые шестерни позволяют передать поступательный момент только на валы, находящиеся в одной плоскости (параллельные).

Косозубые шестерни

Косозубые шестерни это усовершенствованные прямозубые шестерни. Здесь зубья находятся под различным углом. Данная конструкция позволяет уменьшить шум, увеличить плавность передачи и поднять допустимую передаваемую мощность, так как сами зубья имеют большую площадь, по сравнению с прямозубыми. Косозубые шестерни имеют некоторые недостатки, которые связаны с повышенным трением, в связи с увеличением площади зубьев.

Шестерни с внутренним зацеплением

Шестерни с внутренним зацеплением имеют зубья на внутренней поверхности, что позволяет ведущему и ведомому валу вращаться в одном направлении. Такие шестерни используются для создания механизмов с небольшими габаритами, в планетарных передачах, насосах. Шестерни больших габаритов устанавливаются в качестве поворотных устройств в башнях танков, для поворота крановых механизмов, вращения кабин разной строительной техники.

Винтовые шестерни

Винтовые шестерни имеют вид цилиндра, где зубья шестерней расположены по винтовой линии. Такие шестерни используются в непересекающихся валах, находящихся перпендикулярно друг к другу.

Секторные шестерни

Секторные шестерни имеют только некоторую часть обыкновенной шестерни. Такие шестерни используют там, где нет необходимости в полном обороте валов шестерней. Такие шестерни используются в шаговых механизмах, рулевых рейках.

Шестерни с круговыми зубьями

Шестерни с круговыми зубьями сделаны по оригинальной конструкции, где сами зубья шестерней имеют небольшой изгиб по радиусу. Такие шестерни имеют более плавный ход и высокую нагрузочную способность. Правда, изготовление таких элементов сложнее, а КПД механизмов снижено.

Конические шестерни

Конические шестерни имеют различные модификации, но основная их особенность – это передача вращательного движения в механизмах, где крутящиеся валы пересекаются на плоскости, то есть под углом близким к 90°. Конические шестерни бывают круговыми, тангенциальными, прямыми, криволинейными. Наиболее точный и распространённый пример использования конических шестерней – это дифференциал автомобиля. Шестерни такого вида используются в различных редукторах и сотнях разнообразных механизмов. Конические шестерни используются обычно в паре и она называется коническая зубчатая пара. Завод «Маяк» изготавливает

конические шестерни на заказ, по чертежам, по образцам или на основании специфических устройств или механизмов, предоставленных заказчиком.

Шестерня звезда

Шестерня звезда используется с дополнительным элементом – цепью. Цепная передача всем известна на примере велосипеда. Такие конструкции используются для передачи вращательного и поступательного момента от одного вала к другому, которые находятся на некоторое расстояние друг от друга. Заменителем цепной передачи является ремённая. Но, в отличии от ремённой, цепная передача не вызывает проскальзывания.
Благодаря шестерённым передачам возможна работа миллионов механизмов. Во многих из них используются различные виды шестерней, благодаря чему сами механизмы имеют компактный вид.
Универсальности и компактности можно добиться, используя на одной шестерне сразу несколько видов зубьев. Несмотря на то, что изготовление сложных шестерней иногда связанно с технологическими тонкостями, и повышенной стоимости такого изделия, всё же они оправдывают себя.

Пример сложных шестерней (совокупность конической и прямозубой).
  

Шестерни разных видов в комплексном устройстве (коробка передач автомобиля)

Шестерни. Виды и применение.

Особенности и материал изготовления

Шестерни, зубчатки или зубчатые колеса – элементы зубчатой передачи, представляющей собой диск с зубьями. Устройство используется для отдачи крутящего момента путем зацепления с ответными зубьями других шестерней или зубчатого приводного ремня. При разнице диаметра контактной пары происходит передача оборотов от ведущей зубчатки на ведомую с ускорением или замедлением. Шестеренки используются в механизмах различной сложности, таких как часы, КПП автомобилей, редукторах, электромясорубках, блендерах, принтерах и т.д.

Материалы изготовления

Зубчатая передача используется в механизмах с различной нагрузкой, от совсем мизерной, к примеру, в наручных часах, до многотонной в промышленных редукторах.

Можно встретить шестерни из различных материалов:

• Сталь.
• Титан.
• Алюминий.
• Медь.
• Латунь.
• пластик.
• Дерево.

Стальные и титановые отличаются высокой стойкостью к истиранию. Их зубцы выдерживают большие нагрузки. Они используются в механизмах с высокой скоростью оборотов или повышенной силой противодействия, поэтому для увеличения срока службы требуют применения смазочных материалов. Они способны работать в системах, где периодически происходит торможение массивных раскрученных элементов, так как их зубья устойчивы к динамическому воздействию.

Шестеренки из цветных металлов отличаются меньшей прочностью, однако обладают коррозионной стойкостью. Их часто применяют в механизмах с сухой сцепкой, без использования смазки. Нужно отметить, что взаимодействие шестерен из цветных металлов исключает образование искры. Это позволяет применять такие детали во взрывоопасной газовой среде.

Пластиковые зубчатки отличаются низкой прочностью. Они не предназначены на длительную работу на высоких оборотах, так как при нагреве в результате трения начинают плавиться. Их часто используют в механизмах игрушек, принтеров, блендеров, миксеров, а также прочей кухонной и бытовой технике. При заклинивании отдельных элементов зубчатой передачи зубцы на остальных пластиковых шестернях могут срываться, в результате чего механизм приходит в негодность.

Также можно встретить деревянные зубчатки. Такие шестерни не отличаются высокой прочностью, особенно в малых размерах. Их можно встретить в механизме старинных водяных и ветровых мельниц. Сейчас же они представлены в виде демонстрационных моделей зубчатой передачи, а также деревянных конструкторах.

Виды шестерен

Шестерни могут отличаться между собой не только по материалу изготовления, но и по другим параметрам:

• Размеру.
• Форме.
• Глубине и направлению зубьев.

Основание зубчатки может быть цилиндрическим, коническим или прямым. Кроме этого, зубцы могут располагаться по внешней или внутренней кромке. Они бывают прямыми, скошенными, или иметь другую форму.

В зависимости от тех или иных составляющих, их можно разделить на следующие виды:

• Прямозубые.
• Косозубые.
• С внутренним зацеплением.
• Винтовые.
• Секторные.
• С круговыми зубьями.
• Конические.
• зубчатые рейки.
• Звездочки.
• Корончатые.

Прямозубые

Это наиболее распространенная и простая в производстве шестерня. Она представляет собой круглый профиль, зубцы которого располагаются по окружности и являются строго параллельными относительно оси вращения. Их изготовление возможно как методом фрезерования, так и отливки в форму. Особенность прямозубых шестеренок в том, что они могут передавать крутящий момент только на элементы расположенные относительно них параллельно в одной плоскости. Такой способ передачи обеспечивает самый высокий КПД, так как люфты и трение при стыковке элементов получаются минимальными. Кроме этого прямозубая стыковка сопровождается сравнительно меньшим давлением на зубья. Работа механизма сопровождается меньшим нагревом.

Косозубые шестерни

Зубчатые колеса этого типа имеют зубцы расположенные под уклоном. За счет этого они получаются более длинными. Это способствует возможности увеличения на них нагрузки. Они работают менее шумно, кроме этого отличаются плавностью.

Увеличенная ширина зубцов сопровождается повышенным трением. Как следствие такая деталь нагревается больше. Для предотвращения потери ее прочностных характеристик, требуется использование улучшенной системы смазки.

Косозубое колесо используют в механизмах, где требуется передача мощного крутящего момента с высокими оборотами. В силу смещенного направления усилия относительно посадочного вала такой зубчатки, при ее установке желательно применение упорных подшипников. Они препятствуют расхождению между сцепленными косыми шестернями, которые стремятся при вращении рассоединяться, так как каждый из них склонен к отклонению в разные стороны относительно друг друга.

С внутренним зацеплением

В более сложных механизмах используются шестеренки с зубьями расположенными по внутренней окружности. Их применение дает возможность обеспечить одинаковое направление вращения ведущего и ведомого вала. Это позволяет отказываться от дополнительных зубчаток, тем самым уменьшая габариты механизма. Такой технический прием можно встретить в конструкции насосов, а также в планетарной передаче. Производятся и действительно большие зубчатки с внутренним зацеплением, которые обеспечивают вращение поворотных механизмов кабины кранов и прочей землеройной, а также строительной техники.

Винтовые

Это легко угадываемые по форме профиля шестерни. Они имеют вид длинного цилиндра. Их зубья сделаны под винт, оборачиваемый вдоль цилиндра. Обычно такая зубчатка представляет собой вал с зубцами, а не диск как остальные.

Она используется для передачи крутящего момента на другую шестерню, расположенную относительно нее перпендикулярно. Причем сам узел примыкания получается достаточно компактным. Такая пара передает крутящий момент с понижающим или повышающим передаточным числом, поэтому ее часто можно встретить в конструкции редукторов.

Секторные

Это шестерня, зубья на которой нанесены не по всей окружности, а только частично на ширину сектора. За счет этого при сцеплении она делает неполный оборот, а только его часть, пока хватает зацепов. Обычно она используется в механизмах как ведущий элемент. Вращаясь на валу, она достигнув ответной шестерни цепляет ее и проворачивает на часть оборота. После прохождения ее зубцов, она вращается дальше, но последующая часть механизма останавливается до момента повторного примыкания зубцов. Таким образом, происходит шаговая передача крутящего момента.

Используя секторную шестерню можно обеспечить работу рывками от источника постоянного вращения. Это требуется для различного фасовочного оборудования на конвейерах и подобных устройствах.

С круговыми зубьями

Они имеют скругленные зубья, то есть с изгибом по радиусу. За счет этого они могут работать с увеличенной нагрузкой. Такие колеса обладают плавным ходом. Их недостаток в снижении КПД, зато они очень тихие.

Производство данных шестерен сложное, поэтому они применяются не так часто. Их стоимость выше, чем нескольких упрощенных зубчаток, решающих аналогичную задачу. Их применяют, если требуется добиться максимальной компактности и при этом низкого уровня шума готового механизма.

Конические

Такие шестерни могут передавать крутящий момент на валы, которые располагаются друг к другу под прямым углом. Их зубья могут быть прямыми, косыми, скругленными или тангенциальными. Это один из самых распространенных элементов. Его можно встретить в конструкции редукторов и дифференциала автомобиля. Такие зубчатки имеют зубья обычно только по наружной окружности. Коническая зубчатая пара состоит из элементов с разным количеством зубьев. В результате этого на таком узле происходит повышение или понижение передаточного числа.

Зубчатые рейки

Это элемент реечной передачи. Он представляет собой рейку с зубьями, предназначенную для стыковки с ответными шестернями. Такая пара позволяет превращать вращательное движение в поступательное, или же наоборот. Рейки бывают различной длины. Нередко они работают в сочетании с секторной зубчаткой, что обеспечивает выполнение возвратно-поступательных движений.

Звездочки

Это шестерни, предназначенные для соединения с роликовой цепью. Они применяются для передачи крутящего момента между элементами расположенными на расстоянии друг от друга. За счет разницы диаметра звездочек, и разного числа зубцов, при вращении такой пары происходит увеличение или понижение передаточного числа на ведомом элементе.

Также возможна работа звездочек посредством установки зубчатого ремня из резины или полимера Такое техническое решение сопровождает отсутствием необходимости выполнения смазки, а также понижением шума при оборотах. Однако ремень склонен к проскальзыванию под нагрузкой, так как способен растягиваться.

Корончатые

Это достаточно редкие шестерни, которые сложно спутать с любыми другими. Они отличаются тем, что зубья на них располагаются сбоку. За счет этого внешне они похожи на корону. Их применяют в сцепки с прямозубым колесом. Они не рассчитаны на большие нагрузки, и используются сугубо в силу необходимости корректировки формы механизма передачи, в случае необходимости его размещения в стесненный корпус или короб. Увидеть такие шестеренки можно в старинных башенных часах.

Похожие темы:

Зубчатые колеса, шестерни. Виды шестерен. Цилиндрические и конические шестерни. Расчет шестерни. Модуль шестерни.

Цилиндрические шестерни

Поперечный профиль зуба

Обычно шестерни имеют профиль зубьев с эвольвентной боковой формой. Так как эвольвентное зацепление имеет ряд преимуществ перед остальными: форма этих зубьев соответствует условиям их прочности, зубья легко изготовить и обработать, шестерни не чувствительны к точности установки. Тем не менее, существуют зубчатые передачи с циклоидальной формой профиля зубьев, а так же с шестернями с круговой формой профиля зубьев, например — передача Новикова.

Помимо этого, применяется несимметричный профиль зуба, например в храповых механизмах.

Параметры эвольвентной шестерни:

Модуль шестерни (m) – это основной параметр, который определяется из прочностного расчёта зубчатых передач. Чем сильнее нагрузка на передачу, тем больше значение модуля, единица измерения модуля – миллиметры.

Расчет модуля шестерни:

d — диаметр делительной окружности

z — число зубьев шестерни

p — шаг зубьев

d_a — диаметр окружности вершин темной шестерни

d_b — диаметр основной окружности — эвольвенты

d_f — диаметр окружности впадин темной шестерни

h_aP+h_fP — высота зуба темной шестерни, x+

h_aP+h_fP — высота зуба светлой шестерни

В машиностроении приняты стандартные значения модуля зубчатого колеса для удобства изготовления и замены зубчатых колёс, представляющие собой числа от 1 до 50.

Высота головки зуба — h_aP и высота ножки зуба — h_fP в случае, так называемого, «нулевого» зубчатого колеса соотносятся с модулем m следующим образом: h_aP = m; h_fP = 1,2 m, то есть:

Отсюда получаем, что высота зуба h = 2,2m

Так же можно практически вычислить модуль шестерни, при этом, не имея всех данных для определения модуля, по следующей формуле:

Продольная линия зуба

Прямозубые шестерни

Прямозубые шестерни — самый применяемый тип зубчатых колёс. Зубья расположены в радиальных плоскостях, линия контакта зубьев пары зубчатых колес параллельна оси вращения, как и оси обеих зубчатых колес (шестеренок) располагаются строго параллельно.

Косозубые шестерни

Косозубые шестерни – это модернизированная версия прямозубых шестерен. Зубья, в таком случае, расположены под углом к оси вращения. Зацепление зубьев этих шестерен происходит тише и плавнее, чем у прямозубых. Они применяются либо в малошумных механизмах, либо в тех которые требуют передачи большого крутящего момента на больших скоростях. К недостаткам этого типа шестерен можно отнести: увеличенную площадь соприкосновения зубьев, что вызывает значительное трение и нагрев деталей, а вследствие: потеря мощности и дополнительное использование смазочных материалов; так же механическая сила, направленная вдоль оси шестеренки, вынуждает применять упорные подшипники для установки вала.

Шевронные колёса

Шевронные шестерни решают проблему механической осевой силы, которая возникает в случае применения косозубых колес, так как зубья шевронных (елочных) колёс изготавливаются в виде буквы «V» (или же они образовываются стыковкой двух косозубых колёс со встречным расположением зубьев). Осевые механические силы обеих половин шевронной шестерни взаимно компенсируются, поэтому нет нет необходимости использования упорных подшипников для установки валов. Шевронная передача является самоустанавливающейся в осевом направлении, в следствии чего, в редукторах с шевронными колесами один из валов устанавливают на подшипниках с короткими цилиндрическими роликами — плавающих опорах.

Шестерни с внутренним зацеплением

Шестерни такого типа имеют зубья, нарезанные с внутренней стороны. При их использовании происходит одностороннее вращение ведущей и ведомой шестерен. В данной зубчатой передаче меньше затрат на трение, а значит выше КПД. Применяются зубчатые колеса с внутренним зацеплением в ограниченных по габаритам механизмах, в планетарных передачах, в шестеренных насосах, в приводе башни танка.

Винтовые шестерни

Шестерни имеют форму цилиндра с расположенными на нем зубьями по винтовой линии. Эти шестеренки используются на непересекающихся валах, которые располагаются перпендикулярно друг друга, угол между ними 90°.

Секторные шестерни

Секторная шестерня – это часть (сектор) шестерни любого типа, она позволяет сэкономить в габаритах полноценной шестерни, так как применяется в передачах, где не требуется вращение этого зубчатого колеса (шестеренки) на полный оборот.

Шестерни с круговыми зубьями

Шестерни этого типа имеют линию зубьев в виде окружности радиуса, за счет этого контакт в передаче происходит в одной точке на линии зацепления, которая располагается параллельно осям шестерен. Передачи с круговыми зубьями «Передача Новикова» имеет лучшие ходовые качества, чем косозубые – высокую плавность хода и бесшумность, высокую нагрузочную способность зацепления, но при одинаковых условиях их ресурс работы и КПД ниже, к прочему изготовление этих шестерен значительно сложнее. Поэтому применение таких шестеренок ограниченно.

Конические шестерни

Конические шестерни имеют различные виды, отличаются они по форме линий зубьев, с прямыми, с криволинейными, с тангенциальными, с круговыми зубьями. Применяются конические зубчатые передачи в машинах для движения механизма, где требуется передать вращение с одного вала на другой, оси которых пересекаются. Например, в автомобильных дифференциалах, для передачи момента от двигателя к колесам.

Зубчатая рейка

Зубчатая рейка является частью зубчатого колеса с бесконечным радиусом делительной окружности. Вследствие этого ее окружности представляют собой прямые параллельные линии. Эвольвентный профиль зубчатой рейки тоже имеет прямолинейное очертание. Это свойство эвольвенты является наиболее важным при изготовлении зубчатых колёс. Передачу с применением зубчатой планки (рейки) называют — реечная передача (кремальера), она используется для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот. Состоит передача из зубчатой рейки и прямозубого зубчатого колеса (шестеренки). Применяется такая передача в зубчатой железной дороге.

Звездочка

Шестерня-звезда — это основная деталь цепной передачи, которая используется совместно с гибким элементом — цепью для передачи механической энергии.

Коронная шестерня

Коронная шестерня – это особый тип шестерен, их зубья находятся на боковой поверхности. Такая шестерня работает, как правило, в паре с прямозубой или с барабаном (цевочное колесо), состоящим из стержней. Такая передача используется в башенных часах.

ГОСТ, параметры, виды, типы, расчет

Основу конструкции любого механизма составляют элементы, призванные передать механическое усилие от двигателя на рабочий орган. В зависимости от принципа действия принято различать несколько видов таких передач: клиноременные, фрикционные или червячные. Но самое широкое распространение в технике получили зубчатые передачи.

Такие механизмы в простейшем случае использующие сопрягаемую пару, включающую ведущую шестерню и колесо зубчатое. Благодаря зубчатой форме поверхности эти элементы входят в зацепление между собой и за счет этого передают вращение с одного вала на другой. Кроме возможности передать механическую мощность, такая передача способна обеспечить изменение скорости вращения выходного вала, относительно входного. Благодаря таким свойствам, практически в каждом промышленном механическом устройстве встречается редуктор, понижающий скорость вращения или мультипликатор, наоборот увеличивающий ее. В более сложных механизмах, так называемых коробках передач, группа зубчатых колес способна выполнить ступенчатое изменение скорости.

Широкое распространение зубчатые передачи получили благодаря высокой надежности и способности передавать момент в большом диапазоне нагрузок и скоростей вращения. При этом конструкция таких механизмов отличается относительной простотой и компактностью. Зубчатые передачи не предъявляют высоких требований к обслуживанию и характеризуются длительным сроком службы.

Наряду с очевидными достоинствами, этим механизмам присущ и ряд недостатков. В отличие от других типов передач, они более сложны в изготовлении, требуют более высокой точности обработки и применения специализированного обрабатывающего оборудования. Выбор материалов для зубчатых колес должен обеспечить сопротивляемость значительным механическим усилиям. Высокая жесткость, реализуемая зубчатой передачей, способствует минимизации потерь при передаче механической энергии. КПД таких механизмов приближаются к абсолютным значениям. Но при этом конструкция не позволяет преодолевать большие значения динамической нагрузки, что часто приводит к разрушению механизма. Еще одним негативным явлением, возникающим в процессе работы зубчатой пары, становится шум. Его уровень напрямую связан частотой вращения механизма и зависит от качества изготовления колес.

Виды зубчатых колес

Само название зубчатой передачи отражает ее конструкцию. В простейшем случае в состав такого механизма входят два вращающихся диска, на боковой поверхности, которых выполнены зубья. В процессе работы эти зубья зацепляются между собой. Колесо, связанное с источником вращающего момента, увлекает за собой второе. В итоге ведомый вал начинает вращаться.

В зависимости от направления передачи энергии используются разные обозначения зубчатых колес. Элемент, к которому присоединен вал двигателя, называется ведущим зубчатым колесом. В понижающих передачах оно характеризуется небольшим диаметром и малым числом зубьев. В технической литературе этот элемент часто называют шестерней. Сопрягаемое с ней колесо большого диаметра с большим числом зубьев называется ведомым. Вал этого колеса используется для передачи мощности на рабочий орган исполнительного механизма. Более сложные виды передач используют большее количество зубчатых колес. Например, такие устройства используются для реализации возможности отбора мощности от одного вала на несколько устройств или переключения скоростей вращения.

Высокие технические характеристики передачи и различные направления применения привели к созданию большого числа вариантов зубчатых колес. Наиболее простыми и распространенными из них являются цилиндрические прямозубые колеса. Зуб такой детали расположен на боковой поверхности колеса, параллельно оси. Второе колесо механической передачи имеет аналогичную геометрию. Оси обеих колес должны располагаться параллельно, на строго заданном расстоянии. Высокая технологичность изготовления этого типа деталей способствует массовому применению прямозубых  передач в различных отраслях промышленности.

Из недостатков следует отметить только невысокий предельный момент.  В сложных условиях работы используют другие виды зубчатых колес. Благодаря изменению геометрии зацепления, такие передачи обладают улучшенными свойствами. Например, для передач повышенной мощности проектируют косозубые колеса. В них ось зуба расположена под углом к оси вращения, за счет чего достигается большая зона контакта сопрягаемых деталей. В механизмах, характеризующихся сверхтяжелыми нагрузками, применяют шевронные модели. Зацепление в такой передаче выполняется на основе V-образных зубьев, чем обеспечивается оптимальное распределение нагрузки. Еще один вид зуба, называемый, круговым или криволинейным, выполняется в виде дуги. Он обеспечивает улучшенные механические характеристики, но достаточно трудоемок в изготовлении, поэтому большого распространения не получил.

Профиль или поперечное сечение зуба в механических передачах может быть практически любым. Встречаются варианты с треугольным, трапециевидным, прямоугольным или круглым профилем. Всем им, несмотря на простоту изготовления, свойственны недостатки, связанные с неравномерностью зацепления. Поэтому, в современных механических передачах, профиль чаще всего выполняется эвольвентным. Он представляет собой сложную кривую, обеспечивающую постоянное качество зацепления, вне зависимости от углового положения отдельных деталей и как следствие постоянство передаточного отношения.   Такой профиль показывает оптимальные характеристики и относительно прост в изготовлении.

Кроме вида и профиля зуба, принято выделять и место его расположения. В зависимости от назначения, элементы зацепления могут быть расположены на внешней или внутренней части колеса. Также встречаются колеса   с расположением зацепляющихся элементов со стороны торцевой части. Подобные шестерни называют корончатыми. Область их применения достаточно узка, поэтому встречаются они сравнительно редко. Гораздо более широкое применение получили передачи конического типа. Элементы зацепления в таких механизмах выполнены на поверхности усеченного конуса. Результирующее расположение конических шестерен подразумевает разное положение их осей в пространстве.

Еще один вид зубчатой передачи применяется в механизмах, преобразующих вращательное движение в возвратно-поступательное. Общее название таких устройств — рейка-шестерня.

Ведущий элемент такой передачи выполнен в виде обычного зубчатого колеса. Ведомая деталь представляет собой рейку, с нанесенными на одной из граней, зубьями. Вращение шестерни приводит к продольному перемещению рейки. Подобные передачи широко распространены в станочном оборудовании.

С зубчатыми колесами часто сравнивают звездочки цепных передач. Схожая форма деталей приводит к путанице. На самом деле цепная передача имеет иной принцип действия, а конструкция звездочки рассчитывается по собственным формулам.

Редкие модели

В общем случае считается, что зубчатое колесо должно иметь цилиндрическую форму. Но встречаются модели и некруглого типа. Главной их особенностью является переменное передаточное отношение, зависящее от угла поворота детали. Сегодня разработаны модели треугольной и квадратной формы, а также эллиптические шестерни. При постоянном вращении ведущего вала эти модели обеспечивают неравномерную скорость выходного. Высокая сложность изготовления и ограниченная область применения не дали подобным конструкциям широкого распространения. Тем не менее, сегодня встречаются отдельные устройства, в составе которых можно встретить некруглые шестерни. Примером могут служить редукторы некоторых насосов или специфические измерительные приборы.

Конструкция зубчатого колеса

Несмотря на кажущуюся простоту, в технике принято выделять несколько отдельных частей зубчатого колеса. Как и любое другое колесо, зубчатый вариант в своей основе имеет диск необходимого диаметра. Основной частью является обод, на боковой или торцевой поверхности которого выполнены зубья. Все вместе они образуют так называемый венец зубчатого колеса. Геометрия зубьев различна у разных типов зубчатой передачи. Сам зуб условно разбивается на несколько частей. Наружная часть называется вершиной. Прилегающие к ней боковые поверхности носят название головки зуба. Внутренняя часть именуется ножкой зуба. Две соседние ножки образуют впадину зубчатого колеса.

Для крепления на валу механизма в центре диска изготавливается ступица со сквозным отверстием. Форма отверстия зависит от геометрии сечения вала и может быть цилиндрической, квадратной или многоугольной. При использовании цилиндрических валов, в ступице обычно выполняют шпоночный паз.

С целью уменьшения веса толщина диска колеса выполняется обычно меньше, чем толщина ступицы или обода. Также для этого в теле диска могут присутствовать окна разнообразной формы.

Основные параметры

Для обеспечения подвижности и работоспособности, конструкция отдельных деталей механической передачи должна быть согласована по размерам и геометрии. Для этого при описании подобных устройств принято использовать систему специальных параметров. В их число входят геометрические, массогабаритные и прочностные величины, закрепленные стандартами. Применение стандартных параметров позволяет сравнительно просто производить расчет унифицированных зубчатых передач и обеспечивает гарантированное сопряжение всех изделий между собой. Естественно, что для разных видов, параметры будут несколько отличаться. Далее рассматриваются термины, связанные с конструкцией эвольвентного цилиндрического колеса. Эти параметры, в своем большинстве, описывают основные характеристики и других вариантов колес.

В основе сечения зуба большинства шестерен лежит эвольвентный профиль, который  получается на основе одноименной кривой. Его применение легко стандартизируется,  характеризуется высокой технологичностью изготовления и низкими требованиями к качеству сборки механизма. Основными параметры эвольвентного зубчатого колеса  считаются модуль зацепления и количество зубьев зубчатого колеса. При одном и том же наружном диаметре деталей значения этих величин могут существенно отличаться в разных вариантах конструкции.

Число зубьев определяет коэффициент передачи и геометрические размеры зубьев. На ведущем колесе редуктора оно выполняется меньшим, чем на ведомом. В итоге один нормальный оборот ведущей шестерни приводит к повороту ведомого колеса только на определенный угол. Отношение числа зубьев двух колес  дает значение передаточного коэффициента. Размеры зубьев определяются как отношение их количества к длине окружности колеса. С целью упрощения расчетов и гарантированного обеспечения зацепления между разными колесами, предусмотрен дополнительный параметр, называемый модулем зацепления. Любые шестерни с одинаковым модулем обеспечивают взаимодействие между собой и могут использоваться для построения механизмов, без дополнительной обработки.

Сумма ширины зуба и впадины совместно дают шаг зубчатого колеса. Учитывая неравномерность профиля по радиусу и зависимость длины дуги от диаметра, в каждом колесе можно определить бесконечное число значений этого параметра. С целью стандартизации принято рассматривать шаг по делительной окружности, называемый так же окружным шагом. Отношение этого шага к числу пи дает модуль зацепления. В некоторых случаях для описания шестерен используют угловой шаг,  измеряемый в градусах. Стандартами предусмотрены и несколько других угловых величин. Например, для упрощения настройки оборудования при изготовлении колес рассматривают угловую ширину зуба и угловую ширину впадины. Определяются они также на основе делительной окружности.

Диаметры окружностей

Рассмотрение геометрии зубчатых пар невозможно без определения диаметров. На каждой детали их выделяется несколько. Широкое распространение имеет диаметр окружности по выступам, иногда называемый диаметром вершин. Он определяет максимальные габариты диска колеса. Его противоположностью считается диаметр окружности впадин. Разность этих величин, поделенная пополам, дает полную длину зуба. Но этот параметр в чистом виде не используется. При расчетах принято выделять высоту головки и ножки зуба. Граница, отделяющая два этих понятия, называется делительной окружностью зубчатого колеса. Диаметр данной окружности выполняет функцию опорного параметра при выполнении расчетов геометрии, так как именно по ней определяется окружной шаг и модуль зацепления. Еще один диаметральный параметр, называемый основной окружностью, описывает теоретическую кривую, которая является базой при построении эвольвенты. Диаметр основной окружности используется для построения конкретного профиля зуба.

Модуль зубчатого колеса

Универсальным понятием, позволяющим определить геометрические параметры деталей, выступает модуль зубчатой передачи. Его значение равно длине дуги в миллиметрах, приходящейся на один зуб колеса.  Конкретное значение определяется по делительной окружности. Ее численно подбирают таким образом, что бы значение модуля совпадало с одним из общепринятых значений, найти которые можно  в специальной литературе. В отечественной практике стандартные модули зубчатых колес нормированы в ГОСТ 9563-60. При проектировании шестерен обычно задаются значением этого параметра, а от него легко рассчитают все множество других.  Исходными данными для определения требуемого модуля зубчатого колеса выступают расчеты прочности, призванные обеспечить требуемую мощность механической передачи.

Скачать ГОСТ 9563-60

Модуль зубчатого колеса связан с целым набором производных параметров. Используя несложные формулы расчета и значение необходимого числа зубьев, можно получить окружной шаг, диаметры верши и впадин, толщину зуба и ширину впадины по делительной окружности.

В зарубежной литературе аналогом отечественного модуля выступает питч. По своей сути это обратная к модулю зацепления величина, приведенная к дюймовой системе измерений. Аналогично для питчей разработаны специальные таблицы, содержащие нормированные значения параметра.

Расчет параметров

Расчет параметров зубчатых колес выполняют комплексно, для всей передачи. Необходимость расчета отдельного колеса возникает только в процессе ремонта оборудования с неизвестными данными. Расчет начинают с определения требуемого числа зубьев и модуля зацепления. Для того чтобы узнать значение модуля, предварительно проводят расчеты на прочность,  исходя из срока службы и выбранного материала будущего механизма. Также на этом этапе рассчитывают межосевое расстояние между колесами. На основе полученных данных выносливости зубьев вычисляется минимально допустимая величина модуля зацепления. Конкретное его значение выбирается на основе таблиц, приведенных в справочной литературе. Далее, используя требуемое передаточное отношение, производится вычисление числа зубьев на сопрягаемых колесах.

При известном модуле зацепления и количестве зубьев шестерни и колеса, доступно произвести вычисление геометрических размеров отдельных деталей. Основные диаметры и профиль зуба передачи рассчитываются с использованием несложных арифметических действий.  Сложные операции потребуются только для ограниченного числа параметров. Для цилиндрического прямозубого колеса тригонометрические функции содержат только формулы расчета делительного диаметра. При проектировании других типов зубчатых колес, используют тот же математический аппарат, что и для прямозубых, но с добавлением расчетов, учитывающих иную геометрию деталей. Результаты расчетов используют для построения чертежей будущих шестерен, а также при вычислении параметров редукторов.

Заключительным этапом расчета зубчатой передачи становится окончательная проверка механизма на прочность. Если результаты этих вычислений укладываются в принятые нормативы, то полученные значения величин можно использовать для изготовления готового механизма. В противном случае может потребоваться выполнить новый расчет, изменив исходные данные, например, увеличить геометрические размеры, либо поменять тип зубчатой передачи или количество ступеней редуктора.

Применение

Высокие свойства зубчатых передач нашли отражение в широком спектре применений. Во многих промышленных механизмах используются редукторы, призванные понизить  число оборотов вращения вала двигателя, для передачи на технологическое оборудование. Помимо изменения скорости, такое устройство также увеличивает механический момент. В итоге маломощный двигатель с большой скоростью вращения, способен приводить в движение медленный и тяжелый механизм.

С целью уменьшения габаритов редуктора его часто выполняют многоступенчатым. Большое количество зубчатых колес входят в последовательное зацепление между собой, обеспечивая высокое передаточное число. Классическим примером подобного устройства являются обычные механические часы. Благодаря множеству специально подобранных передач, скорости движения секундной, минутной и часовой стрелок отличаются друг от друга ровно в 60 раз.

Зубчатые передачи позволяют реализовать и функцию регулирования скорости. Для этого применяются сменные комплекты колес, имеющих одинаковое межосевое расстояние и разное передаточное отношение.

Меняя один комплект на другой, можно получить разные скорости выходного вала. Этот принцип действия лег в основу коробок переключения передач, широко используемых в автомобилестроении, станкостроении и других отраслях.

Обычное зубчатое колесо допускает применение и для повышения скорости выходного вала относительно входного. В общем случае для этого достаточно развернуть редуктор или поменять местами точки подключения двигателя и конечного механизма.  Называется подобное устройство мультипликатор. Из особенностей его применения необходимо учитывать запас по мощности двигателя, сопоставимый с передаточным числом механизма.

Зубчатые колеса используются также  для изменения направления движения. Две цилиндрические шестерни с одинаковым числом зубьев реализуют функцию смены направления вращения вала. Передачи конической или корончатой конструкции используются в случае необходимости смены положения оси в пространстве. Ведущая и ведомая шестерни в таких механизмах развернуты друг относительно друга на какой-либо угол, значение которого может достигать 90 градусов. При этом передаточное отношение часто равно единице, что обеспечивает одинаковые скорости валов.

Наряду с простыми вариантами передач, содержащих зубчатые колеса, разработаны несколько специальных моделей. С целью снижения материалоемкости, в механизмах с ограниченным углом поворота, используют только часть зубчатого колеса. Такой сектор, обладая всеми основными свойствами зубчатого зацепления, отличается более низкой  массой и стоимостью.

Еще один вариант, называемый планетарной передачей, также характеризуется малым весом и габаритами. При этом устройство обеспечивает высокое значение передаточного числа и пониженный уровень шума в процессе работы. Конструктивно такая передача состоит из нескольких шестерен, имеющих разную степень свободы. За счет этого механизм может не только передавать вращение, но и складывать или выделять угловые скорости разных валов, находящихся на одной оси. Сегодня разработано большое число вариантов планетарных передач,  отличающихся типом и взаимным расположением зубчатых колес. Планетарные передачи широко применяются в автомобильной и авиационной технике, тяжелом металлорежущем оборудовании. Среди недостатков, сдерживающих распространение передач данного типа, следует отметить низкий КПД и высокие конструктивные требования к точности изготовления отдельных деталей.

Типы шестерней. Общие сведения и классификация зубчатых передач. Расчет зубчатой передачи

Зубчатые передачи широко распространены и в промышленных агрегатах, и в бытовых приборах. Они выступают промежуточным звеном между источником вращательно-поступательного движения и узлом, выступающим конечным потребителем этой энергии. Причем передаваемая мощность может исчисляться как ничтожно малыми единицами (часовые механизмы и измерительные приборы), так и огромными усилиями (турбины электростанций).

Наиболее распространенные и простые в изготовлении цилиндрические цилиндрические цилиндрические шестерни. Из пары зубчатых колес, большая из них называется шестерней, а меньшая — шестерней. Используется, когда требуется большая скорость. Обычно для червячных и червячных передач используются разные материалы.

Существуют три основные категории передач в соответствии с ориентацией их осей

Зубчатые зубцы разрезаются на внутренней поверхности полых цилиндрических форм и используются в планетарных редукторах. Зубцы зубчатых колес разрезаются с использованием машин для изготовления зубчатых колес. Червячное колесо Зубчатое соединение Винтовое зубчатое колесо Встроенные шлицевые валы и втулки Угловая шестерня Спиральная передача Зубчатая шестерня Прямоугольная шестерня Спиральная коническая шестерня.

Разница между шестерней и звездочкой

Проще говоря, шестерня сетки с другой шестерней, в то время как звездочка сетки с цепью и не является шестерней.

Виды передачи движения

Двигатель, генерирующий энергию, и конечный агрегат, ее потребляющий, часто отличаются по таким характеристикам, как скорость вращения, мощность, угол приложения усилия. Кроме того, один источник вращательной энергии может служить для приведения в действие сразу нескольких различных узлов или агрегатов. Чтобы обеспечить доставку крутящего момента в таких условиях, необходимы промежуточные модули, которые бы передавали это усилие с минимальными потерями.

Классификация типов зубчатых колес с точки позиционных отношений прикрепленных валов

Помимо звездочки, предмет, похожий на механизм, представляет собой храповик, но его мотив ограничивается одним направлением. Когда два вала шестерни являются параллельными зубчатыми передачами, стойками, внутренним зубчатым колесом и винтовым зубчатым колесом и т.д. когда два вала шестерни пересекаются друг с другом, коническая передача находится в этой категории. Когда два вала не параллельны или пересекаются, червячная передача и винтовая передача входят в эту группу.

• Как правило, они имеют высокую эффективность передачи.
• Из-за скользящего контакта эффективность передачи относительно низкая.

Когда тип передач сгруппирован по точности, используется класс точности.

Если в результате такой раздачи или преобразования обороты ведущего вала становятся больше, чем у ведомого, то принято говорить о понижающей передаче. В этом случае потеря скорости компенсируется увеличением нагрузки на ведомой оси и приростом мощности потребляющего узла. В случае, когда в конечном итоге наблюдается увеличение количества оборотов, такая передача будет повышающей. Соответственно, это будет сопровождаться снижением усилия на ведомом валу.

Существование шлифования зубов сильно влияет на работу зубчатых колес. Поэтому при рассмотрении типов зубчатых колес важно рассмотреть вопрос о шлифовании зубов. Шлифовка поверхности зубов делает механизмы более тихими, увеличивает мощность передачи и влияет на класс точности. С другой стороны, добавление процесса измельчения зубов увеличивает стоимость и не подходит для всех передач. Для получения высокой точности, отличной от шлифовки, существует процесс, называемый бритьем с использованием бритвенных станков.

Широко классифицировать типы зубчатых колес по их форме зуба, имеют форму циклоидной формы зуба и форму трохоида. Среди них наиболее часто используется эвольвентная форма зуба. Они просты в изготовлении и имеют характеристики, позволяющие правильно сшивать, даже когда центральное расстояние слегка выключено. Циклоидная форма зуба в основном используется в часах, а форма трохоида — в основном в насосах.

Особенности зубчатого механизма

Ременная передача предполагает наличие между шкивами на связанных валах промежуточного звена — гибкого ремня. Зубчатый механизм от такого соединения отличается наличием на поверхности сопряженных деталей зубьев зацепления. По профилю и размеру они идентичны.

Головка зуба колеса входит в зацепление с повторяющей ее профиль впадиной на шестерне. При вращении ведущего вала ведомый проворачивается в противоположную сторону. Между ними конструктивно предусмотрен минимально возможный зазор, обеспечивающий скольжение, тепловое расширение и смазку для недопущения заклинивания. При этом ведущая часть парного механизма называется колесом, а ведомая — шестерней.

Эта статья воспроизводится с разрешения. Масао Кубота, Хагурума Нюмон, Токио: Омша, ООО. Механизмы — это колеса с зубами и иногда называемые зубчатыми колесами. Механизмы — это механические компоненты, которые передают вращение и мощность от одного вала к другому, если каждый вал имеет выступы соответствующей формы, равномерно расположенные вокруг его окружности, так что, когда он вращается, последовательный зуб попадает в пространство между зубьями другого вала. Таким образом, это компонент машины, в котором вращательная мощность передается поверхностью зуба первичного двигателя, толкающей поверхность зуба ведомого вала.

У ременной передачи плоскость зацепления ремня со шкивом составляет не менее трети длины окружности. В зубчатом механизме между ведущим колесом и ведомой шестерней под нагрузкой в постоянном контакте находится одна пара зубьев. Колеса и шестерни на валах обычно монтируются на шпоночном соединении.

В крайнем случае, когда одна сторона является линейным движением, она называется стойкой. Существует множество способов передачи вращения и мощности от одного вала к другому, например, путем трения, обертывания и т.д. однако, несмотря на простую структуру и относительно небольшой размер, шестерни имеют много преимуществ, таких как определенность передачи, точность коэффициент угловой скорости, длительную и минимальную потерю мощности.

От небольших часов и прецизионных измерительных приборов до больших передач, используемых в морских системах передачи, зубчатые колеса широко используются и входят в число важных механических компонентов вместе с винтами и подшипниками. Существует много типов механизмов. Однако самыми простыми и наиболее часто используемыми передачами являются те, которые используются для передачи определенного отношения скорости между двумя параллельными валами на определенном расстоянии. В частности, наиболее популярны зубчатые колеса с зубьями, параллельными валам, как показано на рисунке 1.

Преимущества

Зубчатые передачи имеют широкое распространение. Они долговечны и надежны в работе при соблюдении допустимых уровней нагрузок и надлежащем уровне обслуживания. Малогабаритный механизм обеспечивает высокий коэффициент полезного действия и может применяться для широкого круга изменения скоростей.

Наличие зубьев зацепления позволяет добиваться постоянства передаточных отношений между сопряженными валами из-за отсутствия возможности их проскальзывания. При этом нагрузки на валы не превышают допустимых пределов.

Простейшим способом передачи удельного углового коэффициента скорости между двумя параллельными валами является привод трения качения. Это выполняется, как показано на рисунке 2, путем двух цилиндров с диаметрами в обратном отношении к соотношению скоростей при контакте и вращении без проскальзывания. То есть, вращение получается из силы трения качения. Однако невозможно избежать какого-либо проскальзывания и, как следствие, надежной передачи нельзя надеяться. Для получения большей передачи мощности требуются более сильные контактные силы, которые, в свою очередь, приводят к высоким нагрузкам на подшипники.

Недостатки

Зубчатые передачи имеют и ряд особенностей, которые могут быть отнесены к их недостаткам. В плане эксплуатации — такой механизм шумит при высокой скорости вращения. Он не может гибко реагировать на изменяющуюся нагрузку, так как представляет собой жесткую конструкцию с точной регулировкой.

В технологическом плане — это сложность изготовления пар колес зацепления. Для такого вида передач требуется повышенная точность, так как зубья находятся в зацеплении при постоянно изменяющемся напряжении. В таких условиях возможны усталостные разрушения материала.

Недостатки зубчатых передач

По этим причинам это устройство не подходит для передачи большого количества энергии. В результате была изобретена идея создания подходящей формы зубьев, равномерно распределенных на поверхности качения цилиндров таким образом, чтобы была создана хотя бы одна пара или более зубьев. Нажимая зубцы заднего вала на зубцы ведущего вала, обеспечивается уверенность в сильной передаче. Это называется цилиндрическим зубчатым колесом, а эталонным цилиндром, на котором вырезаны зубы, является цилиндр шага. Шпунтовые шестерни — это один из видов цилиндрических зубчатых колес.

Это происходит при превышении допустимых нагрузок. Зубья могут выкрашиваться, частично или полностью ломаться. Отколовшиеся осколки попадают в механизм, повреждают соседние сопрягающиеся участки, что приводит к заклиниванию и выходу из строя всего узла.

Виды

Наибольшее распространение получила цилиндрическая зубчатая передача. Ее применяют в узлах и механизмах с параллельным расположением валов. По конструктивным особенностям различают зубья с прямым, косым и шевронным профилем.

Реечная и ременная зубчатая передача

Когда два вала пересекаются, ссылки на резьбу для резки — это конусы в контактирующем контакте. Когда два вала не параллельны и не пересекаются, нет истинных криволинейных контактирующих поверхностей. Основываясь на типе зубчатых колес, зубцы создаются на паре опорных контактирующих вращающихся поверхностей. Во всех случаях необходимо установить профиль зуба таким образом, чтобы относительное движение поверхностей контактирующего шага соответствовало относительному движению зацепления зубьев на опорных изогнутых поверхностях.

Для перекрещивающихся валов используют червячную, винтовую цилиндрическую передачи, а для пересекающихся — коническую. Реечная передача отличается тем, что шестерня в общем парном механизме заменяется рабочей плоскостью. При этом на ней нарезаны зубья, идентичные по профилю колеса. В итоге вращательное движение преобразуется в поступательное.

Когда шестерни рассматриваются как жесткие тела, чтобы два тела поддерживали заданное угловое отношение скорости при контакте с поверхностью зубов, не работая друг с другом или не разделяясь, необходимо, чтобы обычные нормальные компоненты скорости двух шестерни в точке контакта должны быть равны. Другими словами, в этот момент отсутствует относительное движение поверхностей зубчатых колес в направлении общей нормали, а относительное движение существует только вдоль контактной поверхности в точке контакта.

Это относительное движение — не что иное, как скольжение поверхностей зубчатых колес. Поверхности зубов, за исключением особых точек, всегда включают так называемую скользящую контактную передачу. Для того чтобы формы зубов удовлетворяли условиям, описанным выше, использование обволакивающей поверхности может привести к желаемой форме зуба в качестве общего метода.

Также разделяют передачи по скорости вращения: тихоходные, средние и скоростные. По назначению их делят на силовые и кинематические (не передающие значительной мощности). Кроме того, зубчатые передачи могут классифицироваться по величине передаточного числа, подвижности осей (рядовые и планетарные), числу степеней, точности зацепления (12 классов), способу изготовления. По форме профиля зуба могут быть эвольвентные, циклоидальные, цевочные, круговые.

Тогда из теории поверхностей оболочки ясно, что две поверхности шестерни находятся в постоянном контакте по прямой, а две шестерни будут иметь требуемое относительное движение. Также возможно привести к зубным формам следующим способом. Это означает, что с помощью этого метода можно привести к точечным контактным зубам, а также к линиям контактных зубов.

Это вторжение одного зуба в другое называется вмешательством зубных профилей. Как видно из приведенного выше объяснения, теоретически существует множество способов создания зубных форм, которые создают указанное относительное движение. Однако на самом деле рассмотрение зубчатой ​​сетки, прочность зубной формы и трудности резания зубов ограничивают использование этих видов зубных форм лишь несколькими.

Применение

Все виды зубчатых передач широко используются в различных отраслях промышленного производства. Годовое производство различных колесных пар исчисляется миллионами. Сфера их применения настолько обширна, что редкий прибор, механизм или агрегат, использующий в работе вращательное движение, не имеет в своем составе того или иного вида зубчатого подвижного соединения.

Он является основным компонентом всех механических устройств. Зубчатая передача представляет собой зубчатый цилиндрический или роликовый компонент формы, который сцепляется с другим зубчатым цилиндрическим, чтобы передать мощность от одного вала к другому. Он в основном используется для изменения крутящего момента и скорости приводного вала и ведомого вала.

Работа над основным принципом заключается в том, что энергия не создается и не разрушается; он может быть преобразован в одну форму в другую. Мы знаем, что мощность — это функция скорости и крутящего момента, или мы можем сказать, что мощность — это результат крутящего момента и скорости вала. Поэтому, когда мы подключаем маленькую шестерню на ведущем валу и большую шестерню на ведомом валу, ее скорость уменьшает ведомый вал на единицу вращения ведущего вала. Поскольку мощность консервативна, поэтому в соответствии с этим крутящий момент ведомого вала увеличивается в соответствии с отношением ведущей шестерни к ведомой шестерне или в соответствии с отношением скорости движения к ведомой скорости.

Цилиндрическая зубчатая передача используется для преобразования вращательного движения с понижающим или повышающим коэффициентом. Примеры: двигатели внутреннего сгорания, коробки перемены передач в подвижном составе, станкостроении, буровом, металлургическом, горнодобывающем производстве и всех видах промышленности.

Коническая зубчатая передача используется в меньшей степени из-за сложности в процессе изготовления колесных пар. Применяется в сложных и комбинированных механизмах, где присутствует вращательное движение с переменными углами и изменением нагрузок. В специальных редукторах обычно используются конические зубчатые передачи. Примеры: ведущие мосты автомобилей, сельхозтехники, локомотивов, колесные пары конвейеров, приводы различного промышленного оборудования.

Поэтому, используя различные размеры шестерен, мы можем получить много сочетаний крутящего момента и скорости ведомого элемента. Механизмы могут быть классифицированы по разным типам в зависимости от конструкции зубов, использования, направления движения и т.д. Но в основном они классифицируются по дизайну зубов. Сегодня мы опишем наиболее важные его типы.

Эти передачи используются для передачи мощности в одной плоскости, или приводные и ведомые валы параллельны друг другу. В этом типе зубчатых колес режут параллельно оси валов, поэтому, когда сетки с другой цилиндрической шестерней передают мощность в параллельный вал, а когда она соединяется со спиральной шестерней, она будет передавать мощность под углом от ведущей оси.

Цилиндрические передачи

Применяются наиболее широко, так как технология изготовления колесных пар сравнительно проста и отработанна. Цилиндрическая зубчатая передача используется для передачи крутящего момента между валами, расположенными в параллельных плоскостях. Различаются по форме зубьев: с прямым расположением, косым и шевронным. В редких случаях при перекрещении валов и незначительных нагрузках используется винтовой профиль.

На спиральных зубчатых передачах зубы имеют разрезы под углом, образующим его ось. Он имеет цилиндрический ролик с геликоидными зубьями. Главным преимуществом винтового механизма является то, что они работают с меньшим шумом и вибрацией, потому что нагрузка распределяется по всей спирали по сравнению с цилиндрическими зубчатыми колесами. Он также имеет меньший износ, благодаря которому они широко используются в промышленности. Он также используется для передачи мощности в параллельном валу, но иногда они используются для передачи мощности в непараллельном валу.

Зубья прямого расположения используются больше всего. Их применяют для передачи крутящего момента с незначительной или средней нагрузкой, а также в случаях, когда есть необходимость смещения колес в процессе работы вдоль оси вала. Косые зубья применяют для плавности хода. Их используют для ответственных механизмов и при повышенных нагрузках. Шевронный профиль (два ряда косых зубьев по краям, расположенных в форме елочки) отличается высокой уравновешенностью осевых сил смещения, которые являются недостатком косозубых колесных пар.

Прямозубые цилиндрические передачи могут быть открытого и закрытого типа. В последнем случае зубья одного из колес располагаются не на наружной, а на внутренней поверхности окружности.

Коническая передача

В условиях, когда крутящий момент от источника к потребляющему узлу нужно доставлять с угловым смещением, используют пересекающиеся валы. Их оси чаще всего находятся под углом 90 градусов. В таких случаях обычно применяется коническая зубчатая передача.

Называется так из-за конструктивных особенностей пар шестерен. Они имеют форму срезанного конуса и сопрягаются своими боковыми плоскостями, на которых нарезаются зубья. По профилю они выше у основания и уменьшаются по направлению к вершине.

Зубчатый венец может иметь прямую, тангенциальную или криволинейную нарезку. Если по профилю он выполнен в виде винтовой спирали, и валы кроме пересечения еще имеют и осевое смещение, то такая коническая передача называется гипоидной. Она обладает плавностью хода и низким уровнем шума, но имеет повышенную склонность к заеданию, поэтому для нее используются специальные смазочные материалы.

В сравнение с цилиндрическими передачами конические могут обеспечить лишь 85% их несущей способности. По технологии изготовления и сборки они являются самыми сложными. Однако возможность передачи крутящего момента с угловым смещением делает их незаменимыми в сложных узлах и механизмах.

Реечная и ременная зубчатая передача

Механизм зубчатой передачи конического типа нельзя изготовить методом чистовой прорезки фрезой или шлифовкой, так как профиль выступов и впадин не постоянен. Это можно делать лишь на начальном этапе черновой обработки. Дальнейшая доводка производится на станках в процессе обкатки с зацеплением. Для этого используется парное колесо из высокопрочного материала, повторяющего основной профиль. Оно выступает в роли режущего инструмента.

Углеродистые стали подвергают закалке, цементации, азотированию или цианированию. Для неответственных узлов термообработка может проводиться после нарезания зубьев. Для колесных пар высокой точности требуется дополнительная финишная шлифовка или обкатка.

Обслуживание

При нормальной работе зубчатый механизм работает плавно, а процесс сопровождается монотонным умеренным шумом. Наличие посторонних звуков и неравномерность вращения свидетельствуют об износе поверхностей, входящих в зацепление, или нарушении регулировки.

Во время проведения технического обслуживания при осмотре проверяют отсутствие трещин, поломок зубьев или их сколов. Особое внимание обращается на правильность зацепления колесных пар и отсутствие зазоров. При работе проверяют торцевое биение и контролируют поверхности трения.

Правильность зацепления определяют нанесением краски на зубья передачи. Пока она не засохла, валы проворачивают несколько раз и осматривают места соприкосновения рабочих поверхностей. По форме отпечатка (он должен быть в форме эллипса) определяют общее состояние передачи.

Обращают внимание на точки касания. Они должны быть приблизительно в средней части высоты зуба. Пятно краски должно занимать 70 — 80% его длины. Регулировка в основном сводится к увеличению или уменьшению толщины прокладок под подшипниками.

В зависимости от типа узла смазка открытого механизма может проводиться периодически вручную пластичным материалом. Для закрытых конструкций она осуществляться принудительно разбрызгиванием или окунанием части венца рабочего колеса в ванну со смазкой.

Параметры зубчатой передачи

Для характеристики механизма зацепления определяют диаметры делительной и основной окружности, межосевое расстояние и возможное смещение валов. Взаимосвязь количества зубьев ведущего и ведомого колеса определяет передаточное отношение. Оно по исходным данным позволяет вычислить обороты для пары зацепления.

Колесо зубчатой передачи изначально характеризуется числом зубьев и модулем. Он стандартизирован и отображает длину делительной окружности, приходящейся на один зуб. Определяют диаметры выступов и впадин. Рассчитывают общую длину, высоту и толщину зуба, а также отдельных его частей — головки и ножки.

Рассчитывается делительный диаметр. Используется коэффициент ширины зубчатого венца. В случае с косыми зубьями определяются с углом их наклона. Нужно учитывать, что в конических и цилиндрических передачах он разный.

Кроме перечисленного еще используется угол профиля, коэффициент торцевого перекрытия и смещения, линии зацепления. Для червячных передач рассчитывают число витков, диаметр и вид червяка.

Расчет зубчатой передачи

Перед проектированием следует изучить исходные данные и определиться с условиями планируемой эксплуатации механизма. Учитывается исходный контур, тип и вид передачи, ее расположение в узле, допустимые нагрузки, материал для колесных пар и их термообработка. На этом этапе берется во внимание частота вращения валов и их диаметры, крутящий момент, передаточное число.

Чтобы произвести расчет зубчатой передачи, нужно определиться с общим модулем зацепления, числом зубьев для шестерни и колеса, их профилем, углом наклона и расположением. Определяют межосевое расстояние, выбирается ширина зубчатых венцов пары.

Рассчитываются геометрические показатели станочного зацепления, для которого проектируется зубчатая передача. Чертеж должен отображать не менее двух проекций: фронтальный и боковой вид слева с нанесенными промерами. Дополнительно составляется таблица основных геометрических и конструктивных параметров, строятся графики.

Значения рассчитывают по формулам, таблицам, применяют коэффициенты и соотношения, при этом используются исходные данные колеса и шестерни. В алгоритме расчетов для отдельных передач может присутствовать до пятидесяти и более шагов и логических этапов. Оптимальным решением вопроса детального проектирования является использование специализированной компьютерной программы.

Размеры пазов под шпонки или шлицы подбирают по стандартам. На общем плане чертеж монтажа колес на валах разрабатывают отдельно.

Стандарты

Нормируются ли зубчатые передачи? ГОСТ, действующий в настоящее время, определяет допустимые отклонения для готовых колесных пар. Точность заготовок устанавливается в зависимости от технологических особенностей и может регулироваться для каждой отрасли или завода-изготовителя отдельно.

Для каждого вида зубчатых передач существуют нормы взаимозаменяемости. Отдельные стандарты утратили актуальность вообще, некоторые действуют лишь в отдельных регионах. Тем не менее, нормы, разработанные ранее, используются для общей терминологии, обозначений, порядка разработки документации и построения чертежей.

ГОСТы регулируют параметры расчетов геометрии зубчатых колесных пар, их модули, исходные контуры, степени точности и виды сопряжений. Другие нормативы устанавливают стандарты на отдельные элементы деталей, а третьи — на уже готовые узлы и агрегаты.

Зубчатой передачей называется меха­низм, служащий для передачи вращательного движения с одного вала на другой и изменения частоты вращения посредством зубчатых колес и реек.

В полиграфическом оборудовании зубчатые зацепления применяются чаще, нежели другие. Основой зубчатого зацепления является шестерня, которая выполняет основную роль. Очень часто печатники и механики сталкиваются с заменой шестерни на формных валах, на магнитных валах, анилоксовых валах, на приводных валах. В этих местах шестерни несут наибольшую нагрузку и подвержены наибольшему износу. От качества зубчатой передачи в печатной машине зависит качество печати. При износе зубьев шестерни появляются проблемы на оттиске, такие как полошение, двоение, растискивание и др.

Типы шестерен , которые наиболее часто встречаются во флексографическом производстве на полиграфическом оборудовании: прямозубые шестерни и косозубые шестерни. Которые бывают выполнены в стандартном и укрепленном варианте исполнения. Процесс укрепления шестерни происходит путем закалки готового изделия.

Как подобрать шестерню к тому или иному узлу рассмотрим отдельно:

1. Шестерня формного вала . При замене формного вала или отдельно шестерни к нему необходимо соблюсти следующие требования: необходимо знать число зубьев(Z), модуль, окружной шаг зубьев (P), тип крепления шестерни к валу, шестерня прямозубая или косозубая.

2. Шестерни магнитных валов . При замене магнитного вала, как правило, меняется и шестерня, так как они не менее подвержена износу. Наиболее часто на магнитных валах встречаются прямозубые шестерни. Так же как и шестерни для формных валов они производятся в стандартном и укрепленном исполнении.

3. Шестерни анилоксовых валов . При замене анилоксового вала, как правило, происходит замена шестерни, но не так часто как при замене формных и магнитных валов. По той причине, что анилоксовый вал может работать, гораздо дольше и его размер постоянен, нежели у формного вала или магнитного. При заказе шестерни, она входит в так называемый установочный комплект, клиенту необходимо сообщить тип печатной машины и требуемое количество.

В компании » Юви Сервис» можно заказать любую шестерню и для этого необходимо предоставить минимальные данные, которые помогут верно, определить ее тип:

Оборудование, на котором она будет использоваться

Назначение (шестерня формного вала, магнитного, анилоксового)

Количество зубьев(Z)

Тип исполнения шестерни (укрепленная или стандартная)

Наклон зуба (прямой/косой)

Количество шестерен.

К предоставленным данным клиент может направить эскиз, который позволит избежать ошибок.

Наша компания сотрудничает с мировыми лидерами в области производства валов и шестерен, у производителя имеются чертежи для наиболее распространенных печатных машин. Процесс заказа в компании «Юви Сервис» сведен к минимальным затратам и не требует каких либо углубленных технических знаний от Покупателя.

Главная » Компоненты » Типы шестерней. Общие сведения и классификация зубчатых передач. Расчет зубчатой передачи

Шестерни: типы, подбор, изготовление

Сегодня рассмотрим как рассчитать диаметр шестерни . Сразу скажу что диаметр прямозубой шестерни имеет одну формулу, а диаметр косозубой шестерни имеет другую формулу. Хотя многие считают по одной формуле, это ошибочно. Данные расчёты нужны для других расчётах при изготовлении зубчатых колёс. Итак перейдём непосредственно к формулам (без коррекции) :

Для начала значения которые надо знать при расчётах в данных формулах:

• De — диаметр окружности выступов.
• Dd — диаметр делительной окружности (непосредственно от шага которой считается ).
• Di — диаметр окружности впадин.
• Z — число зубьев шестерни.
• Z1 — число зубьев шестерни малого колеса.
• Z2 — число зубьев шестерни большого колеса.
• M (Mn) — модуль (модуль нормальный, по делительному диаметру).
• Ms — модуль торцевой.
• β (βd) — угол наклона шестерни (иметься ввиду угол наклона по делительному диаметру).
• Cos βd — косинус угла на делительном диаметре.
• A — межцентровое расстояние.

Формула расчёта диаметров прямозубого зубчатого колеса (шестерни):

De=(Z×M)+2M=Dd+2M=(Z+2)×M

Формула расчёта диаметров косозубого зубчатого колеса (шестерни с косым зубом):

Вроде как и на прямозубых колёсах, но на косозубых мы имеем другой делительный диаметр, следовательно диаметр окружности выступов будет другим!

Dd=Z×Mn/Cos βd=Z×Ms

То есть количество зубьев умножаем на модуль и делим на косинус угла зуба по делительному диаметру или количество зубьев умножаем на модуль торцевой.

Определяем торцевой модуль:

Ms=Mn/Cos βd =2A/Z1+Z2

То есть модуль торцевой равен — модуль нормальный делить на косинус угла зуба шестерни по делительному диаметру или два умножить на межцентровое расстояние и делить на число зубьев малого колеса плюс число зубьев большого колеса.

Для этого нам уже необходимо знать межцентровое расстояние, которое можно посчитать по формуле:

A=(Z1+Z2/2Cos βd)×Mn=0,5Ms(Z1+Z2)

То есть число зубьев малого колеса плюс число зубьев большого колеса разделить на 2 умножить на косинус угла зуба шестерни по делительному диаметру и всё это умножить на модуль или число зубьев малого колеса плюс число зубьев большого колеса умножить (0,5 умножить на модуль торцевой).

Как видите посчитать диаметр прямозубого колеса очень просто, а вот посчитать диаметр колеса с косым зубом тут уже посложнее, так как требуется много различных составляющих. Данные составляющие не всегда есть, что усложняет расчёт. Так что для некоторых расчётов понадобится знание некоторых точных параметров, таких как точный (подчеркну точный) угол наклона зубьев шестерни на делительном диаметре или точное межцентровое расстояние! Все расчёты взаимосвязаны, всё это надо для других расчётов зубчатых передач при проектировании и в ремонтном деле.

Поделится, добавить в закладки!

Зубчатое колесо (шестерня) — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое ведущее зубчатое колесо независимо от числа зубьев называть шестернёй, а большое ведомое — колесом. Однако часто все зубчатые колёса называют шестернями.

Виды зубчатых колес

Прямозубые колёса — самый распространённый вид зубчатых колёс. Зубья являются продолжением радиусов, а линия контакта зубьев обеих шестерён параллельна оси вращения. При этом оси обеих шестерён также должны располагаться строго параллельно.

Косозубые колёса являются усовершенствованным вариантом прямозубых. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали. Зацепление таких колёс происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом. Недостатками косозубых колёс можно считать следующие факторы:

При работе косозубого колеса возникает механическая сила, направленная вдоль оси, что вызывает необходимость применения для установки вала упорных подшипников;
. Увеличение площади трения зубьев (что вызывает дополнительные потери мощности на нагрев), которое компенсируется применением специальных смазок.

В целом, косозубые колёса применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высоких скоростях, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.

Шевронные колёса решают проблему осевой силы. Зубья таких колёс изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых колёс со встречным расположением зубьев). Осевые силы обеих половин такого колеса взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке валов на упорные подшипники. При этом передача является самоустанавливающейся в осевом направлении. Передачи, основанные на таких зубчатых колёсах, обычно называют «шевронными».

Зубчатые колёса с внутренним зацеплением. При жёстких ограничениях на габариты, в планетарных механизмах, в шестеренных насосах с внутренним зацеплением, в приводе башни танка, применяют колёса с зубчатым венцом, нарезанным с внутренней стороны. Вращение ведущего и ведомого колеса совершается в одну сторону. В такой передаче меньше потери на трение, то есть выше КПД.

Секторное колесо представляет собой часть обычного колеса любого типа. Такие колёса применяются в тех случаях, когда не требуется вращение звена на полный оборот, и поэтому можно сэкономить на его габаритах.

Колёса с круговыми зубьями — передача на основе колёс с круговыми зубьями (передача Новикова) имеет ещё более высокие ходовые качества, чем косозубые — высокую нагрузочную способность зацепления, высокую плавность и бесшумность работы. Однако они ограничены в применении сниженными КПД и ресурсом работы, такие колёса заметно сложнее в производстве. Линия зубьев у них представляет собой окружность радиуса, подбираемого под определённые требования. Контакт поверхностей зубьев происходит в одной точке на линии зацепления, расположенной параллельно осям колёс.

Конические зубчатые колеса применяют когда в машинах осуществление требуемых движений механизма связано с необходимостью передать вращение с одного вала на другой при условии, что оси этих валов пересекаются. Различают виды конических колёс, отличающихся по форме линий зубьев: с прямыми, тангенциальными, круговыми и криволинейными зубьями.

Коронное колесо — особый вид колёс, зубья которых располагаются на боковой поверхности. Такое колесо обычно стыкуется с обычным прямозубым, либо с барабаном из стержней (цевочное колесо), как в башенных часах.

Зубчатой передачей называется меха­низм, служащий для передачи вращательного движения с одного вала на другой и изменения частоты вращения посредством зубчатых колес и реек.

В полиграфическом оборудовании зубчатые зацепления применяются чаще, нежели другие. Основой зубчатого зацепления является шестерня, которая выполняет основную роль. Очень часто печатники и механики сталкиваются с заменой шестерни на формных валах, на магнитных валах, анилоксовых валах, на приводных валах. В этих местах шестерни несут наибольшую нагрузку и подвержены наибольшему износу. От качества зубчатой передачи в печатной машине зависит качество печати. При износе зубьев шестерни появляются проблемы на оттиске, такие как полошение, двоение, растискивание и др.

Типы шестерен , которые наиболее часто встречаются во флексографическом производстве на полиграфическом оборудовании: прямозубые шестерни и косозубые шестерни. Которые бывают выполнены в стандартном и укрепленном варианте исполнения. Процесс укрепления шестерни происходит путем закалки готового изделия.

Как подобрать шестерню к тому или иному узлу рассмотрим отдельно:

1. Шестерня формного вала . При замене формного вала или отдельно шестерни к нему необходимо соблюсти следующие требования: необходимо знать число зубьев(Z), модуль, окружной шаг зубьев (P), тип крепления шестерни к валу, шестерня прямозубая или косозубая.

2. Шестерни магнитных валов . При замене магнитного вала, как правило, меняется и шестерня, так как они не менее подвержена износу. Наиболее часто на магнитных валах встречаются прямозубые шестерни. Так же как и шестерни для формных валов они производятся в стандартном и укрепленном исполнении.

3. Шестерни анилоксовых валов . При замене анилоксового вала, как правило, происходит замена шестерни, но не так часто как при замене формных и магнитных валов. По той причине, что анилоксовый вал может работать, гораздо дольше и его размер постоянен, нежели у формного вала или магнитного. При заказе шестерни, она входит в так называемый установочный комплект, клиенту необходимо сообщить тип печатной машины и требуемое количество.

В компании » Юви Сервис» можно заказать любую шестерню и для этого необходимо предоставить минимальные данные, которые помогут верно, определить ее тип:

Оборудование, на котором она будет использоваться

Назначение (шестерня формного вала, магнитного, анилоксового)

Количество зубьев(Z)

Тип исполнения шестерни (укрепленная или стандартная)

Наклон зуба (прямой/косой)

Количество шестерен.

К предоставленным данным клиент может направить эскиз, который позволит избежать ошибок.

Наша компания сотрудничает с мировыми лидерами в области производства валов и шестерен, у производителя имеются чертежи для наиболее распространенных печатных машин. Процесс заказа в компании «Юви Сервис» сведен к минимальным затратам и не требует каких либо углубленных технических знаний от Покупателя.

Следующая страница>>

Зубчатые передачи широко применяют в транспортных, сельскохозяйственных машинах и в промышленном оборудовании. С их помощью изменяют по величине и направлению скорости движущихся частей станков и передают от одного вала к другому усилия и крутящие моменты. Крутящий момент равен произведению силы на плечо, кГм.

Рис. 116. Основные элементы зубчатого колеса

Элементы зубчатого колеса. В каждом зубчатом колесе (рис. 116) различают три окружности: делительную окружность, окружность выступов, окружность впадин, а следовательно, три соответствующих им диаметра.

Делительная, или начальная окружность зубчатого колеса делит зуб по высоте на две неравные части: верхнюю, называемую головкой зуба, и нижнюю, называемую ножкой зуба. Высоту головки обозначают h», а высоту ножки h». Диаметр этой окружности обозначается D д.

Окружность выступов зубчатого колеса — это окружность, ограничивающая сверху профили зубьев колеса. Обозначают ее D e .

Окружность впадин зубчатого колеса проходит по основанию впадин зубьев и обозначается D i.

Расстояние между серединами двух соседних зубьев, измеренное по дуге делительной окружности, называется шагом зубчатого зацепления и обозначается буквой t.

Величина элемента зубчатого колеса задается в долях модуля (m). Модуль показывает долю диаметра начальной окружности в миллиметрах, приходящуюся на один зуб, т. е,

где z — число зубьев зубчатого колеса.

Если шаг, выраженный в миллиметрах, разделить на число π=3,14, то также получим модуль, т. е. m=t/π мм, а тогда шаг будет t=mπ.

Дуга делительной окружности S в пределах зуба называется толщиной зуба зубчатого колеса, дуга S» — шириной впадин. Размер b зуба по линии, параллельной оси колес, называется длиной зуба.

Радиальный зазор δ (см. рис. 118,б)-кратчайшее расстояние между вершиной зуба и основанием впадины сопряженного колеса.

Боковой зазор зубчатого колеса С п (см. рис. 118, б)-кратчайшее расстояние между нерабочими профильными поверхностями смежных зубьев, когда их рабочие поверхности находятся в контакте.

С модулем связаны все элементы зубчатого колеса:

высота головки зуба h» = m;

высота ножки зуба h» =1,25 m;

высота всего зуба h= h»+h»=m+1,25m = 2,25m.

Зная число зубьев z, с помощью модуля можно определить диаметр делительной окружности зубчатого колеса.

Диаметр окружности выступов (диаметр заготовки зубчатого колеса) вычисляют по формуле:

D e =D д +2h»=zm+2m=(z+2)m.

Формулы, с помощью которых можно определить параметры цилиндрических зубчатых колес в зависимости от модуля и числа зубьев z, приведены в табл. 8.

Таблица 8 Формулы для расчета параметров цилиндрических зубчатых колес

Параметры	Обозначения	Формулы
Наружный диаметр	D e
Диаметр начальной окружности	D д	mz; D e -2m
	m
Шаг зацепления	t	mπ; (πD д)/z
Высота зуба (глубина впадины)	h	2,25m; h»+h»
Высота головки зуба	h»	m; t/π
Высота ножки зуба	h»	1,25m; h-h»
Измеренные по начальной окружности: Толщина зуба	S	t/2; (πm)/2
Измеренные по начальной окружности: Ширина впадины	S»	t/2; (πm)/2
Межцентровое расстояние	A	((z 1 +z 2)/2) m
Радиальный зазор	δ	0,25m; h»-h»

Для зубчатых колес применяются углеродистые и легированные стали с содержанием углерода от 0,2 до 0,6%.

Для литых колес применяют литейные стали марок 35Л, 50Л, а также легированные литейные стали — 40ХЛ, 30ХГСЛ, 40ХНЛ и др.

Для изготовления зубчатых колес применяют серый чугун марок СЧ 28-48; СЧ 32-52; СЧ 35-56 и модифицированный чугун МСЧ 32-52 и МСЧ 35-56.

Из неметаллических материалов для изготовления одного из зубчатых колес пары применяют текстолит, лигнофоль, нейлон, искусственную кожу и фибру. Второе колесо выполняют из стали или чугуна с твердостью рабочей поверхности не более НВ 250.

Про моделирование и печать шестеренок здесь написано достаточно. Однако, большинство статей предполагают использование спец. программ. Но, у каждого пользователя есть своя «любимая» программа для моделирования. Кроме того, не все хотят устанавливать и изучать дополнительный софт. Как же моделировать профиль зуба шестерни в программе, где не предусмотрено вычерчивание эвольвентного профиля? Очень просто! Но муторно…
Нам понадобится любая программа, которая может работать с 2D графикой. Например, ваша любимая программа! Она работает с 3D? Значит и с 2D сможет! Строим профиль эвольвентного зуба без коррекции. Если кому-то захочется построить корригированный зуб, он может с этим разобраться самостоятельно. Информации полно — и в интернете, и в литературе. Если в вашей шестеренке зубьев больше 17-ти, то вам коррекция не понадобится. Если же зубьев 17 или меньше, то без коррекции возникает «утоньшение» ножки зуба, а при чрезмерной коррекции возникает заострение вершины зуба. Что выбрать? Решать вам. Определяем делительную окружность шестерни. Зачем это нужно? Чтобы определить межосевое расстояние. Т.е. где у вас будет располагаться одна шестерня, а где другая. Сложив диаметры делительных окружностей шестеренок и разделив сумму пополам, вы определите межосевое расстояние.
Чтобы определить диаметр делительной окружности нужно знать два параметра: модуль зуба и количество зубьев. Ну, с количеством зубьев – тут всем все понятно. Количеством зубьев на одной и другой шестерне определяется нужное нам передаточное отношение. Что такое модуль? Чтобы не связываться с числом «пи», инженеры придумали модуль. Как вы знаете из курса школьной математики: D= 2 «Пи» R. Так вот, что касается шестеренок, там D = m* z, где D – это диаметр делительной окружности, m – модуль, z – количество зубьев. Модуль – величина, характеризующая размер зуба. Высота зуба равна 2,25 m. Модуль принято выбирать из стандартного ряда величин: 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32 (ГОСТ-9563). Можно ли придумать «свой» модуль? Конечно! Но ваша шестеренка будет нестандартная! Чертим делительную окружность. У кого нет подходящей «проги», чертит на бумаге, фанере или металле! От делительной окружности «откладываем» наружу на величину модуля (m) окружность вершин зубьев. Внутрь откладываем модуль и еще четверть модуля (1,25 m) — получаем окружность впадин зубьев. Четверть модуля дается на зазор между зубом другой шестерни и впадиной этой шестерни.

Строим основную окружность. Основная окружность – это окружность, по которой «перекатывается» прямая линия, своим концом вычерчивая эвольвенту. Формула для расчета диаметра основной окружности очень простая: Db = D * cos a, где а – угол рейки 20 градусов. Эта формула нам не нужна! Все гораздо проще. Строим прямую линию через любую точку делительной окружности. Удобнее взять самую высокую точку, на «12 часов». Тогда линия будет горизонтальная. Повернем эту линию на угол в 20 градусов против часовой стрелки. Можно ли повернуть на другой угол? Думаю, можно, но не нужно. Кому интересно, ищем в литературе или интернете ответ на вопрос.

Прямую линию, которую мы получили, будем поворачивать вокруг центра шестерни маленькими угловыми шагами. Но, самое главное, при каждом повороте против часовой стрелки будем удлинять нашу линию на длину той дуги основной окружности, которую она прошла. А при повороте по часовой стрелки наша линия будет укорачиваться на ту же величину. Длину дуги или мерим в программе, или считаем по формуле: Длина дуги = (Пи * Db * угол поворота (в градусах)) / 360

«Прокатываем» прямую линию по основной окружности с нужным угловым шагом. Получаем точки эвольвентного профиля. Чем точнее хотим строить эвольвенту, тем меньший угловой шаг выбираем.

К сожалению, в большинстве программ автоматического проектирования (CAD) не предусмотрено построение эвольвенты. Поэтому эвольвенту строим по точкам либо прямыми, либо дугами, либо сплайнами. При построении эвольвента заканчивается на основной окружности. Оставшуюся часть зуба до впадины можно построить дугой того же радиуса, который получается на трех последних точках. Для 3D печати я рисовал эвольвенту сплайнами. Для лазерной резки металла мне пришлось рисовать эвольвенту дугами. Для лазера нужно создать файл в формате dwg или dxf (для некоторых, почему-то, только dxf). «Понимает» лазер только прямые, дуги и окружности, сплайны не понимает. На лазере можно сделать только прямозубые шестерни.

Делим окружность на такое количество частей, которое в 4 раза больше количества зубьев шестерни. Эвольвенту отзеркаливаем относительно оси зуба и копируем с поворотом нужное количество раз. К вопросу о точности шестеренок. Те шестеренки, которые я распечатал на 3D принтере, сначала вращались, издавая легкое поскрипывание. Прошло некоторое время, и звук прекратился. Шестеренки «притерлись».

После модернизации принтера, шестеренки не печатал. Возможно, сейчас они напечатаются более точно, и не будут скрипеть.
Для вакуумной машины смоделировал пару – «шестерня-рейка». Их вырезали на лазере:

Рейка будет перемещать прижимную рамку с материалом (листовой АБС) из области нагрева в область вакуумного формования. Рейка и шестерня еще не испытывались. Возможно, придется «дорабатывать напильником». На рейке и шестерне видны «волны» от лазера – слишком толстый металл. Они то и могут заклинить. А, может, разработается. Время покажет!

Главная » Компоненты » Шестерни: типы, подбор, изготовление

Типы шестерен или шестерен для двигателей ▷ ➡️ Creative Stop ▷ ➡️

Очень часто при выполнении проекта люди не знают, как выбрать между всеми типы шестерен которые существуют; Если это ваш случай, не волнуйтесь, здесь мы проясним все ваши сомнения по поводу этой посуды.

Знайте разные типы шестерен

Говоря о шестерни, мы говорим о колесе с мелкими зубьями; который используется для передачи механических движений; Обычно они используются для передачи круговых перемещений между осями, независимо от того, находятся ли они в разных положениях. Следует отметить, что шестерни передают движение в обратном направлении.

Классифицируя шестерниМы можем сделать это в зависимости от материала, из которого они были изготовлены, формы, положения зубов и формы зубов; давайте посмотрим, что это за типы шестерен :

По материалам 

Исходя из заводского материала, мы можем найти шестерни пластмассы и шестерни металлик; выбор того или другого будет зависеть от проекта, который мы выполняем.

По форме

Цилиндрический 

По сути, они представляют собой колесо с зубьями вокруг него; Они делятся на:

• Цилиндрические шестерни: наиболее часто встречаются на рынке; но у них есть особенность, что они издают много шума. В основном они используются, когда оси параллельны, и в случаях, когда требуются средние или малые скорости.
• Цилиндрические шестерни: этот тип шестерни передает усилие более надежно и равномерно; Кроме того, они намного тише предыдущих.

Коническая 

Этот тип шестерни, они передают движение между скрещенными деревьями, которые, собираясь вместе, образуют определенный угол. Они получили такое название, потому что, в отличие от предыдущих, имеют форму конуса с зубцами; которые могут быть прямыми или изогнутыми, последние также известны как спиральные.

Бесконечных винтов

В этом случае мы находим некоторые шестерни очень своеобразные, так как состоят из бесконечного винта и общей заводной головки; Они используются в основном для достижения стабильной скорости на выходе и во избежание вибраций. В шестерни Червячная передача имеет особенность, заключающуюся в том, что за каждый оборот коронки винт продвигается только на один зуб.

Типы шестерен по положению зубьев 

По форме зубов мы найдем два типы шестерен, интерьер и экстерьер; Посмотрим на них чуть подробнее:

• Шестерни интерьеры: как следует из названия, эти шестерни У них есть зубья, вырезанные внутри цилиндра.
• Шестерни экстерьеры: аналогично, в шестерни Наружные зубья вырезаны на внешней поверхности цилиндра.

Типы шестерен по форме зубьев

Среди характеристик типы шестереннайдите форму и расположение зубов; На основании этого можно сделать следующую классификацию:

Прямозубые шестерни

Эти шестерни, как следует из их названия, имеют прямолинейные зубья, которые расположены параллельно оси, на которой вращается зубчатое колесо. Они наиболее распространены и используются в основном в тех проектах, где требуется редуктор, а также малые или средние скорости.

Прямозубые шестерни эффективны и надежны, обеспечивают стабильное и стабильное передаточное число; а также им удается передавать большое количество энергии.

Но у них также есть недостаток в том, что у них низкая скорость, и при ее увеличении они действительно шумят; Точно так же они не могут использоваться для передачи энергии на большие расстояния и не передают мощность между непараллельными осями.

Зубчатые цилиндрические шестерни

С другой стороны, этот тип шестерен отличается наличием наклонных зубцов по отношению к оси вращения; Благодаря своей форме они издают меньше шума, чем прямые зубы.

Точно так же из-за того, что зубья имеют больший контакт между собой, этот тип шестерен идеален при их использовании при больших нагрузках; аналогично они передают большую мощность, чем описанные выше.

Но не все может быть хорошо, косозубые шестерни менее эффективны, более дороги в производстве и, возможно, также в обслуживании; Поскольку трение между зубьями больше, возможно, их потребуется смазать.

Этой информации более чем достаточно, чтобы стать экспертом в типы шестерен. Но, поскольку вещи лучше усвоить через наглядные примеры, здесь мы собираемся оставить вам видео, где мы поговорим немного больше о предмете.

Детали и особенности 

Перед входом в типы шестерен которые существуют, мы поговорим о частях, из которых состоят эти элементы; которых действительно мало и просто.

• Корона: сначала мы находим окружность, которая поддерживает зубы; которые могут быть в сборе или с пазами.
• Ступица: это центральное отверстие шестерни, через которое будет вставлена ​​ось, которая впоследствии будет передавать движение.
• Руки или перегородка: теперь мы находим часть шестерни, которая соединяет куб с короной; Как мы уже говорили, он может быть цельным (перегородка) или с пазами (рычаги).
• Зубья: чтобы закончить, мы находим зубья шестерни, которые являются наиболее выдающейся его частью; Кроме того, их количество, размер и форма будут зависеть от снаряжения.

Рекомендуем прочитать нашу статью о Мехатроник, знай его историю, применения и профессиональная сфера.

типов шестерен | KHK Gears

Типы зубчатых колес

Различные типы зубчатых колес

Существует много типов зубчатых колес, таких как цилиндрические зубчатые колеса, косозубые зубчатые колеса, конические зубчатые колеса, червячные зубчатые колеса, зубчатая рейка и т.д. положения осей, таких как параллельные валы, пересекающиеся валы и непересекающиеся валы.

Необходимо точно понимать различия между типами шестерен, чтобы обеспечить необходимую передачу усилия в механических конструкциях.Даже после выбора общего типа важно учитывать такие факторы, как: размеры (модуль, количество зубьев, угол наклона спирали, ширина торца и т. Д.), Стандарт класса точности (ISO, AGMA, DIN), необходимость шлифования зубьев. и / или термообработка, допустимый крутящий момент, КПД и т. д.

Помимо этой страницы, мы представляем более подробную техническую информацию о редукторах в разделе «Знание передач» (отдельная страница в формате PDF). В дополнение к приведенному ниже списку, каждая секция, такая как червячная передача, реечная шестерня, коническая шестерня и т. Д.имеет собственное дополнительное объяснение относительно соответствующего типа передачи. Если PDF-файл просматривать затруднительно, обратитесь к этим разделам.

Лучше всего начать с общих знаний о типах шестерен, как показано ниже. Но помимо них существуют и другие типы, такие как торцовая шестерня, шестеренчатая шестерня (двойная косозубая шестерня), коронная шестерня, гипоидная шестерня и т.д. Цилиндрические зубчатые колеса относятся к группе зубчатых колес с параллельными валами и представляют собой цилиндрические зубчатые колеса с прямой линией зубьев, параллельной валу.Цилиндрические зубчатые колеса являются наиболее широко используемыми зубчатыми колесами, которые могут обеспечить высокую точность при относительно простых производственных процессах. Они обладают отсутствием нагрузки в осевом направлении (осевая нагрузка). Большая из пары зацеплений называется шестерней, а меньшая — шестерней.
Щелкните здесь, чтобы выбрать цилиндрические зубчатые колеса

Эскиз цилиндрических зубчатых колес

Helical Gear

Косозубые зубчатые колеса используются с параллельными валами, аналогично цилиндрическим зубчатым колесам, и представляют собой цилиндрические зубчатые колеса с кривыми зубьями.У них лучшее зацепление зубьев, чем у прямозубых шестерен, они обладают превосходной бесшумностью и могут передавать более высокие нагрузки, что делает их пригодными для применения на высоких скоростях. При использовании косозубых шестерен они создают осевую силу в осевом направлении, что требует использования упорных подшипников. Косозубые шестерни бывают с правым и левым скручиванием, требуя встречных шестерен для зацепляющейся пары.
Щелкните здесь, чтобы выбрать косозубые шестерни

Эскиз косозубых шестерен

Зубчатая рейка

Зубья одинакового размера и формы, нарезанные на равные расстояния вдоль плоской поверхности или прямого стержня, называются зубчатой ​​рейкой.Зубчатая рейка представляет собой цилиндрическую шестерню с бесконечным радиусом шагового цилиндра. За счет зацепления с цилиндрической шестерней он преобразует вращательное движение в поступательное. Зубчатые рейки можно разделить на прямые зубчатые рейки и косозубые зубчатые рейки, но обе зубчатые рейки имеют прямые линии. Обрабатывая концы зубчатых реек, можно стыковать зубчатые рейки встык.
Щелкните здесь, чтобы выбрать зубчатую рейку

Эскиз зубчатой ​​рейки

Коническая шестерня

Конические шестерни имеют коническую форму и используются для передачи усилия между двумя валами, которые пересекаются в одной точке (пересекающиеся валы).Коническая шестерня имеет конус в качестве передней поверхности, а ее зубья нарезаны по конусу. Типы конических зубчатых колес включают прямые конические зубчатые колеса, косозубые конические зубчатые колеса, спирально-конические зубчатые колеса, косозубые зубчатые колеса, угловые конические зубчатые колеса, коронные зубчатые колеса, конические зубчатые колесные зубчатые колеса и гипоидные зубчатые колеса.
Щелкните здесь, чтобы выбрать конические шестерни

Эскиз конической шестерни

Спирально-коническая шестерня

Спирально-коническая шестерня — это коническая шестерня с криволинейными линиями зубьев. Благодаря более высокому коэффициенту контакта зубьев они превосходят прямые конические шестерни по эффективности, прочности, вибрации и шуму.С другой стороны, их труднее производить. Кроме того, поскольку зубья изогнуты, они создают осевые силы в осевом направлении. В спирально-конических зубчатых колесах зубчатая передача с нулевым углом закручивания называется конической шестерней с нулевым углом поворота.
Щелкните здесь, чтобы выбрать спирально-конические шестерни

Эскиз спирально-конических шестерен

Винтовая шестерня

Винтовые шестерни представляют собой пару одинаковых ручных косозубых шестерен с углом поворота 45 ° на непараллельных, непересекающихся валах. Поскольку контакт зубьев является точечным, их грузоподъемность мала, и они не подходят для передачи большой мощности.Поскольку мощность передается за счет скольжения поверхностей зубьев, необходимо обращать внимание на смазку при использовании винтовых передач. Нет никаких ограничений по сочетанию количества зубов.
Щелкните здесь, чтобы выбрать винтовые шестерни

Эскиз винтовых шестерен

Угловая шестерня

Угловые шестерни представляют собой конические шестерни с передаточным числом 1. Они используются для изменения направления передачи мощности без изменения скорости. Есть прямая и спирально-угловая шестерни.При использовании спирально-угловых шестерен необходимо рассмотреть возможность использования упорных подшипников, поскольку они создают осевое усилие в осевом направлении. Помимо обычных косозубых шестерен с углами вала 90 °, косозубые шестерни с любыми другими углами вала называются угловыми косозубыми шестернями.
Щелкните здесь, чтобы выбрать угловые шестерни

Эскиз угловых шестерен

Червячная шестерня

Винт, вырезанный на валу, — это червяк, ответная шестерня — это червячное колесо, а вместе на непересекающихся валах называется червяком механизм.Червяки и червячные колеса не ограничиваются цилиндрическими формами. Есть песочные часы, которые могут увеличить коэффициент контакта, но производство становится более трудным. Из-за скользящего контакта поверхностей шестерен необходимо уменьшить трение. По этой причине для червяка обычно используется твердый материал, а для червячного колеса — мягкий материал. Несмотря на низкую эффективность из-за скользящего контакта, вращение происходит плавно и тихо. Когда угол подъема червяка мал, он создает функцию самоблокировки.
Щелкните здесь, чтобы выбрать червячные передачи

Эскиз червячной передачи

Внутренняя шестерня

Внутренние шестерни имеют зубья, нарезанные на внутренней стороне цилиндров или конусов, и соединены с внешними шестернями. В основном внутренние шестерни используются для планетарных зубчатых передач и зубчатых муфт валов. Существуют ограничения в количестве различий между зубьями между внутренними и внешними зубчатыми колесами из-за эвольвентного натяга, трохоидного натяга и проблем триммирования. Направления вращения внутреннего и внешнего зубчатых колес в зацеплении одинаковы, в то время как они противоположны, когда два внешних зубчатых колеса находятся в зацеплении.
Щелкните здесь, чтобы выбрать внутреннюю шестерню

Эскиз внутренней шестерни

Что такое шестерня?

Зубчатая передача — это элемент машины, в котором зубья нарезаны на цилиндрические или конусообразные поверхности с одинаковым расстоянием между ними. Соединяя пару этих элементов, они используются для передачи вращений и сил от ведущего вала к ведомому валу. Шестерни можно разделить по форме на эвольвентные, циклоидальные и трохоидальные. Кроме того, они могут быть классифицированы по положению вала как шестерни с параллельными валами, шестерни с пересекающимися валами и шестерни с непараллельными и непересекающимися валами.История шестеренок давняя, и использование шестерен уже появилось в Древней Греции до нашей эры. в сочинении Архимеда.

Ящик для образцов различных типов зубчатых колес

Обзор зубчатых колес

(Важная терминология зубчатых колес и номенклатура зубчатых колес на этом рисунке)

• Червяк
• Червячное колесо
• Внутреннее зубчатое колесо
• Зубчатая муфта
• Винт шестерня
• Эвольвентные шлицевые валы и втулки
• Угловая шестерня
• Цилиндрическая шестерня
• Цилиндрическая шестерня
• Трещотка
• Собачка
• Рейка
• Шестерня
• Прямая коническая шестерня
• Спирально-коническая шестерня

Есть три основные категории шестерен в соответствии с ориентацией их осей

Конфигурация:

1. Параллельные оси / прямозубая шестерня, косозубая шестерня, зубчатая рейка, внутренняя шестерня
2. Пересекающиеся оси / угловая шестерня, прямая коническая шестерня, спирально-коническая шестерня
3. Непараллельная, Непересекающиеся оси / винтовая передача, червячная передача, червячная передача (червячное колесо)
4. Прочие / эвольвентные Шлицевой вал и втулка, зубчатая муфта, собачка и трещотка

Разница между шестерней и звездочкой

Проще говоря, шестерня входит в зацепление с другой шестерней, а звездочка зацепляется с цепью и не является шестерней.Помимо звездочки, предмет, который чем-то похож на шестеренку, представляет собой храповик, но его движение ограничено одним направлением.

Классификация типов шестерен с точки зрения взаимного расположения присоединенных валов

1. Когда два вала шестерен параллельны (параллельные валы)
   Прямозубая шестерня, реечная, внутренняя шестерня, косозубая шестерня и т. Д.
   Обычно они имеют высокая эффективность передачи.
2. Когда два вала шестерен пересекаются друг с другом (пересекающиеся валы)
   Коническая шестерня относится к этой категории.
   Обычно они обладают высокой эффективностью передачи.
3. Когда два вала шестерен не параллельны или не пересекаются (смещенные валы)
   Червячная передача и винтовая передача относятся к этой группе.
   Из-за скользящего контакта эффективность передачи относительно низкая.

Класс точности зубчатых колес

Когда типы зубчатых колес сгруппированы по точности, используется класс точности. Класс точности определяется стандартами ISO, DIN, JIS, AGMA и т. Д. Например, JIS определяет погрешность шага каждого класса точности, погрешность профиля зуба, отклонение спирали, погрешность биения и т. Д.

Наличие шлифовки зубьев

Наличие шлифовки зубьев сильно влияет на производительность зубчатых колес. Следовательно, при рассмотрении типов шестерен шлифование зубьев является важным элементом, который следует учитывать. Шлифовка поверхности зубьев делает шестерни более тихими, увеличивает передаточную способность и влияет на класс точности. С другой стороны, добавление процесса шлифования зубьев увеличивает стоимость и подходит не для всех шестерен. Чтобы добиться высокой точности, кроме шлифовки, существует процесс, называемый бритьем с использованием бритвенных ножей.

Виды формы зуба

Чтобы широко классифицировать типы зубчатых колес по форме зуба, можно выделить эвольвентную форму зуба, циклоидную форму зуба и форму трохоидного зуба. Среди них чаще всего используется эвольвентная форма зуба. Их легко производить, и они обладают способностью правильно соединяться даже при небольшом отклонении межосевого расстояния. Циклоидная форма зуба в основном используется в часах, а трохоидная форма зуба — в насосах.

Создание шестеренок

Эта статья воспроизводится с разрешения автора.
Масао Кубота, Хагурума Ньюмон, Токио: Ohmsha, Ltd., 1963.

Зубчатые колеса — это колеса с зубьями, которые иногда называют зубчатыми колесами.

Шестерни — это механические компоненты, которые передают вращение и мощность от одного вала к другому, если каждый вал имеет выступы (зубья) соответствующей формы, равномерно распределенные по его окружности, так что при вращении следующий зуб входит в пространство между зубьями вала. другой вал. Таким образом, это компонент машины, в котором вращательная сила передается поверхностью зуба первичного двигателя, толкающей поверхность зуба ведомого вала.В крайнем случае, когда одна сторона представляет собой линейное движение (это можно рассматривать как вращательное движение вокруг бесконечной точки), это называется стойкой.

Существует множество способов передачи вращения и мощности от одного вала к другому, например, посредством трения качения, передачи намотки и т. Д. Однако, несмотря на простую конструкцию и относительно небольшой размер, шестерни имеют много преимуществ, таких как надежность передачи. , точное угловое соотношение скорости, длительный срок службы и минимальные потери мощности.

От небольших часов и прецизионных измерительных приборов (приложения для передачи движения) до больших шестерен, используемых в морских системах передачи (приложения для передачи энергии), шестерни широко используются и считаются одним из важных механических компонентов наряду с винтами и подшипниками.

Есть много типов шестерен. Однако самые простые и часто используемые шестерни — это те, которые используются для передачи определенного передаточного числа между двумя параллельными валами на определенном расстоянии. В частности, наиболее популярными являются зубчатые колеса, зубья которых параллельны валам, как показано на рис. 1.1, так называемые цилиндрические зубчатые колеса.

[Рисунок 1.1 Цилиндрические зубчатые колеса]

Самым простым способом передачи определенного углового отношения скорости между двумя параллельными валами является привод трения качения. Это выполняется, как показано на рисунке 1.2, имея два цилиндра с диаметрами, обратно пропорциональными передаточному отношению, контактирующими и вращающимися без проскальзывания (если два вала вращаются в противоположных направлениях, контакт находится снаружи; а если вращаются в одном направлении, контакт находится внутри ). То есть вращение достигается за счет силы трения в контакте качения. Однако избежать некоторого пробуксовки невозможно и, как следствие, нельзя надеяться на надежную передачу. Для получения большей передачи мощности требуются более высокие контактные силы, что, в свою очередь, приводит к высоким нагрузкам на подшипники.По этим причинам такая конструкция не подходит для передачи большого количества энергии. В результате была изобретена идея создания подходящей формы зубьев, равномерно расположенных на поверхностях качения цилиндров, таким образом, чтобы по крайней мере одна пара или более зубцов всегда находились в контакте. Сдвигая зубья ведущего вала зубцами ведущего вала, обеспечивается надежная передача. Это называется цилиндрической шестерней, а контрольный цилиндр, на котором вырезаны зубья, — это цилиндр шага.Прямозубые цилиндрические шестерни — это один из видов цилиндрических шестерен.

[Рисунок 1.2 Шаговые цилиндры]

Когда два вала пересекаются, ориентирами для нарезания зубьев являются конусы в контакте качения. Это конические шестерни, показанные на рис. 1.3, где основной конус, на котором вырезаны зубья, называется делительным конусом. (Рисунок 1.4).

[Рисунок 1.3 Конические шестерни]

[Рисунок 1.4 Шаговые конусы]

Когда два вала не параллельны и не пересекаются, искривленные поверхности, контактирующие с истинным качением, отсутствуют.В зависимости от типа шестерен зубья создаются на паре опорных контактирующих вращающихся поверхностей. Во всех случаях необходимо настроить профиль зуба таким образом, чтобы относительное движение контактирующих поверхностей шага соответствовало относительному движению зацепления зубьев на контрольных криволинейных поверхностях.

Когда шестерни рассматриваются как твердые тела, для того, чтобы два тела сохраняли заданное передаточное отношение угловой скорости, находясь в контакте на поверхностях зубьев, не сталкиваясь друг с другом или не разделяясь, необходимо, чтобы общие нормальные составляющие скорости передачи две шестерни в точке контакта должны быть равны.Другими словами, в этот момент нет относительного движения поверхностей шестерни в направлении общей нормали, а относительное движение существует только вдоль контактной поверхности в точке контакта. Это относительное движение есть не что иное, как скольжение поверхностей шестерен. Поверхности зубьев, за исключением особых точек, всегда связаны с так называемой передачей скользящего контакта.

Для того, чтобы формы зуба удовлетворяли условиям, как объяснено выше, использование огибающей поверхности может привести к желаемой форме зуба в качестве общего метода.

Теперь определите одну сторону поверхности шестерни A как криволинейную поверхность FA и задайте обеим шестерням заданное относительное вращение. Затем в системе координат, прикрепленной к зубчатому колесу В, рисуется группа последовательных положений поверхности зубчатого колеса FA. Теперь подумайте об огибающей этой группы кривых и используйте ее как поверхность FB зубьев шестерни B. Тогда из теории огибающих поверхностей ясно, что две поверхности зубчатых колес находятся в постоянном линейном контакте, и эти две шестерни будут иметь желаемое относительное движение.

Также возможно привести к форме зуба следующим методом. Рассмотрим, в дополнение к паре шестерен A и B с заданным относительным движением, третью воображаемую шестерню C в зацеплении, где A и B находятся в зацеплении, и придайте ей поверхность FC произвольной формы (изогнутая поверхность только без тела зуба) и соответствующее относительное движение.

Теперь, используя метод, как и раньше, из воображаемого зацепления шестерни A с воображаемой шестерней C, получите форму зуба FA как огибающую формы зуба FC.Обозначим линию соприкосновения поверхностей зубьев FA и FC как IAC. Аналогичным образом получают контактную линию IBC и поверхность FB зуба из воображаемого зацепления шестерни B и воображаемой шестерни C. Таким образом, поверхности FA и FB зубьев получаются посредством FC. В этом случае, если линии контакта IAC и IBC совпадают, шестерни A и B находятся в прямом контакте, а если IAC и IBC пересекаются, шестерни A и B будут иметь точечный контакт на этом пересечении.

Это означает, что с помощью этого метода можно получить как формы зубьев с точечным контактом, так и формы зубьев с линейным контактом.

Однако существуют ограничения для геометрически полученных форм зубьев, как объяснено выше, особенно когда тела зубьев поверхностей FA и FB вторгаются друг в друга или когда эти области не могут использоваться в качестве зубных форм. Это вторжение одного тела зуба в другое называется интерференцией профилей зубов.

Как видно из приведенного выше объяснения, теоретически существует множество способов изготовления зубных форм, которые создают заданное относительное движение. Однако в действительности учет зубчатого зацепления, прочности формы зуба и трудностей нарезания зуба ограничит использование таких форм зубьев всего несколькими.

Технические данные Free Gear доступны в формате PDF.

KHK предлагает бесплатно книгу «Технические данные Gear» в формате PDF. Эта книга очень полезна для изучения шестерен и передач. В дополнение к типам зубчатых колес и терминологии зубчатых колес в книгу также включены разделы, касающиеся профиля зуба, расчетов размеров, расчетов прочности, материалов и термической обработки, идей о смазке, уровне шума и т. Д. Из этой книги вы можете многое узнать о зубчатых передачах. .

Способы использования шестерен в ситуациях механического проектирования

Зубчатые передачи в основном используются для передачи энергии, но, исходя из идей, они могут использоваться в качестве элементов машин по-разному.Ниже представлены некоторые способы.

1. Захватывающий механизм
   Используйте две прямозубые шестерни одинакового диаметра в зацеплении, чтобы при реверсировании ведущей шестерни ведомая шестерня также реверсировалась. Используя это движение, вы можете получить механизм захвата заготовки. За счет регулировки угла раскрытия захватного кулачка можно разместить заготовки различных размеров, что обеспечивает универсальную конструкцию захватного механизма.
2. Механизм прерывистого движения
   Существует Женевский механизм как механизм прерывистого движения.Однако из-за необходимости в специализированных механических компонентах он стоит дорого. Используя шестерни с отсутствующими зубьями, можно получить недорогой и простой прерывистый механизм.
   Под шестерней с отсутствующими зубьями мы понимаем шестерню, у которой любое количество зубьев шестерни удалено от корней. Шестерня, которая сопряжена с шестерней с отсутствующими зубьями, будет вращаться до тех пор, пока она находится в зацеплении, но остановится, как только встретит часть с отсутствующими зубьями ведущей шестерни. Однако у него есть недостаток, заключающийся в том, что он переключается при приложении внешней силы, когда шестерни выключены.В этих случаях необходимо поддерживать его положение, например, с помощью фрикционного тормоза.
3. Специальный механизм передачи мощности
   Установив одностороннюю муфту (механизм, который допускает вращательное движение только в одном направлении) на одной ступени зубчатой ​​передачи редуктора скорости, вы можете создать механизм, который передает движение в одном направлении. но на холостом ходу задним ходом.
   Используя этот механизм, вы можете создать систему, которая управляет двигателем, когда электроэнергия включена, но когда мощность отключается, он перемещает выходной вал за счет силы пружины.
   За счет внутренней установки пружины (винтовой пружины кручения или спиральной пружины), которая наматывается в направлении вращения в зубчатой ​​передаче, редуктор скорости приводится в действие по мере наматывания пружины. Когда пружина полностью заведена, двигатель останавливается, и встроенный в двигатель электромагнитный тормоз удерживает это положение.
   При отключении электричества тормоз отпускается, и сила пружины приводит в движение шестерню в направлении, противоположном тому, в котором работал двигатель. Этот механизм используется для закрытия клапанов при потере питания (аварийный) и называется «аварийным запорным клапаном с пружинным возвратом».

Почему сложно получить необходимые шестерни?

Не существует стандарта для самой шестерни.

Зубчатые передачи используются во всем мире с давних времен во многих сферах применения и являются типичными компонентами элементов машин. Однако, что касается класса точности зубчатых колес, в различных странах существуют промышленные стандарты, такие как AGMA (США), JIS (Япония), DIN (Германия) и т. Д. С другой стороны, нет стандартов в отношении факторов. который в конечном итоге определяет [саму шестерню], такую ​​как ее форма, размер, диаметр отверстия, материал, твердость и т. д.В результате не существует единого подхода, а представляет собой совокупность фактических спецификаций зубчатых колес, определенных отдельными разработчиками, которые соответствуют конструкции их машин или тех, которые определены отдельными производителями зубчатых колес.

Существует множество спецификаций зубчатых колес

Как упоминалось выше, существует множество спецификаций зубчатых колес. За исключением очень простых шестерен, не будет преувеличением сказать, что существует столько же видов, сколько и мест, где используются шестерни.Например, среди многих зубчатых колес, когда угол давления, шаг зуба и количество зубьев совпадают, существует много других спецификаций, которые определяют зубчатые колеса, такие как размер отверстия, ширина торца, термообработка, окончательная твердость, шероховатость поверхности после шлифования, наличие вала и т. д. Можно сказать, что вероятность того, что две шестерни будут совместимы, мала. Это одна из причин, почему (например, при поломке шестерни) трудно получить замену.

Невозможно получить желаемую шестерню

Иногда случается, что вы не можете получить замену изношенной или сломанной шестерни в том месте, где используется машина.В этом случае в большинстве случаев нет проблем, если есть руководство или список деталей для машины, который содержит чертеж, необходимый для изготовления шестерни. Также нет проблем, если есть возможность связаться с производителем станка и что производитель может поставить необходимое оборудование. К сожалению, во многих случаях:
— В руководстве к машине не показан чертеж шестерни как таковой
— Невозможно получить только шестерню от производителя станка и т. Д.
По таким причинам трудно получить необходимую механизм.В этих случаях возникает необходимость составить производственный чертеж сломанной шестерни. Это часто бывает сложно без специальных знаний в области техники. Ситуация часто бывает такой же сложной для производителей зубчатых колес из-за недостатка данных о них. Кроме того, для создания рисунка из сломанного механизма требуется много инженерных кадров, и это поднимает вопрос о том, кто будет нести эти затраты.

Когда требуется только одна шестерня, затраты на производство высоки.

Когда машина, использующая шестерню, производится серийно, то же самое происходит и с шестерней, которая изготавливается для определенного размера партии, распределяя удельную стоимость шестерни за счет преимущество экономии на масштабе.С другой стороны, пользователи, использующие станок после того, как он был изготовлен, и когда одна или две шестерни нуждаются в замене, они часто сталкиваются с высокими производственными затратами, из-за чего стоимость окончательного ремонта иногда бывает очень высокой. Короче говоря, разница в двух методах производства (массовое или мелкосерийное) сильно влияет на стоимость снаряжения. Например, покупка 300 зубчатых колес за один выстрел для проекта по производству нового оборудования (изготовление 300 зубчатых колес одной партией) по сравнению с покупкой одного запасного зубчатого колеса позже (с производственной партией в 1 штуку) имеет огромную разницу в стоимости единицы продукции.Такая же ситуация на этапе проектирования новой машины, когда для прототипа требуется одна шестерня с такой же высокой стоимостью.

Возможность использования стандартных зубчатых колес

Если при проектировании новой машины характеристики используемых зубчатых колес могут быть согласованы со стандартными зубчатыми колесами изготовителя зубчатых колес, указанные выше проблемы могут быть решены. С помощью этого метода:

• Вы можете избежать этапа проектирования новых шестерен во время проектирования станка.
• Вы можете использовать 2D / 3D модели САПР, чертежи деталей для печати, расчеты прочности и т. Д.Предоставляется производителем шестерен
• Даже если вам нужна только одна шестерня в качестве пробной, стандартные шестерни обычно производятся производителем серийно по разумной цене.

Это некоторые из удобств, которыми вы можете воспользоваться.

Кроме того, когда зубчатая передача в используемом механизме нуждается в замене, если ее технические характеристики аналогичны характеристикам редуктора, ее можно заменить на стандартную шестерню отдельно или на стандартную шестерню с дополнительной работой. В этой ситуации также можно избежать неудобств, связанных с выполнением следующих задач:

• Найдите чертежи
• Создайте новые чертежи
• Найдите подрядчика для изготовления шестерни
• Примите высокую стоимость изготовления штучных изделий

Ссылки по теме:
齿轮 的 种类 — 中文 页
Знать о типах зубчатых колес и соотношениях между двумя валами
Номенклатура зубчатых колес
Калькулятор зубчатых колес
Типы и характеристики зубчатых колес
Типы зубчатых колес и терминология
Зубчатая рейка и шестерня

Типы зубчатых колес и Терминология | KHK Шестерни

Шестерни различаются по многим типам, и есть много специальных технических слов, чтобы описать их определение.В этом разделе представлены эти технические слова, а также часто используемые шестерни и их особенности.

1.1 Типы шестерен

Самый распространенный способ классификации шестерен — по типу категории и ориентации осей.
Шестерни подразделяются на 3 категории; шестерни с параллельными осями, шестерни с пересекающимися осями и шестерни с непараллельными и непересекающимися осями.
Прямозубые шестерни а также косозубые шестерни — шестерни с параллельными осями.Конические шестерни пересекающиеся оси шестерен. Винтовой или перекрестно-винтовой, червячный редуктор а гипоидные передачи относятся к третьей категории. В таблице 1.1 перечислены типы шестерен по ориентации осей.

Таблица 1.1 Типы шестерен и их категории

• Категории шестерен
  Параллельные оси
• Типы шестерен
  Цилиндрическая зубчатая передача
  Стойка шпора
  Внутренняя шестерня
  Цилиндрическая шестерня
  Винтовая стойка
  Двойная косозубая шестерня
• КПД (%)
  98.0–99,5

• Категории шестерен
  Пересекающиеся оси
• Типы шестерен
  Шестерня прямая коническая
  Спирально-коническая шестерня
  Коническая шестерня Zerol
• КПД (%)
  98,0 — 99,0

• Категории шестерен
  Непараллельные и непересекающиеся
• Типы шестерен
  Винтовая передача (КПД 70.0 — 95,0%)
  Червячная передача (КПД 30,0 — 90,0%)

Кроме того, в таблице 1.1 приведен теоретический диапазон КПД различных типов зубчатых передач. Эти цифры не включают потери в подшипниках и смазочных материалах.

Поскольку зацепление спаренных шестерен с параллельными осями или зубчатых колес с пересекающимися осями связано с простыми движениями качения, они производят относительно минимальное проскальзывание и их эффективность высока.
Непараллельные и непересекающиеся шестерни, такие как винтовые шестерни или червячные шестерни, вращаются с относительным проскальзыванием и за счет передачи мощности, что приводит к трению и снижает эффективность по сравнению с другими типами шестерен.
КПД шестерен — это величина, полученная при точной установке и работе шестерен. В частности, для конических зубчатых колес предполагается, что эффективность будет снижаться при неправильной установке в нерабочем положении на вершине конуса.

(1) Шестерни с параллельными осями

1 прямозубая шестерня

Рис. 1.1 Цилиндрическая зубчатая передача
Это шестерня цилиндрической формы, у которой зубья параллельны оси. Это наиболее часто используемый механизм с широким спектром применения и самый простой в изготовлении.

2 зубчатая рейка

Рис. 1.2 Зубчатая рейка
Это шестерня линейной формы, которая может зацепляться с цилиндрической шестерней с любым количеством зубьев. В зубчатая рейка представляет собой часть прямозубой шестерни с бесконечным радиусом.

3 Внутренняя шестерня

Рис. 1.3 Внутренняя шестерня и прямозубая шестерня
Это шестерня цилиндрической формы, но с зубьями внутри круглого кольца. Он может сцепляться с цилиндрической зубчатой ​​передачей.Внутренние шестерни часто используются в планетарных зубчатых передачах.

4-х цилиндровая шестерня

Рис. 1.4 Цилиндрическая шестерня
Это шестерня цилиндрической формы с геликоидальными зубьями. Цилиндрические шестерни могут нести большую нагрузку, чем прямозубые шестерни, и работают более тихо. Они широко используются в промышленности. Недостаток — осевой толкать сила, вызванная формой спирали.

5 Винтовая стойка

Фиг.1.5 Винтовая стойка
Это шестерня линейной формы, которая входит в зацепление с косозубой шестерней. Винтовую стойку можно рассматривать как часть косозубой шестерни с бесконечным радиусом.

6 Двойная косозубая шестерня

Рис. 1.6 Двойная косозубая шестерня
Зубчатая передача с левым и правым косозубыми зубьями. Двойная спиральная форма уравновешивает присущие осевые силы.

(2) Пересекающиеся оси

1 прямая коническая шестерня

Фиг.1.7 Прямая коническая шестерня
Это шестерня, зубья которой имеют конические конические элементы, направление которых совпадает с направлением базовой линии делительного конуса (образующей). Прямая коническая шестерня является самой простой в производстве и наиболее широко применяемой в семействе конических зубчатых колес.

Коническая шестерня с двумя спиральными зубьями

Рис. 1.8 Спирально-коническая шестерня
Это коническая шестерня с косым углом спиральных зубьев. Его гораздо сложнее изготовить, но он отличается большей прочностью и меньшим уровнем шума.

3 Zerol коническая шестерня

Рис. 1.9 Коническая шестерня Zerol
Это особый тип спирально-конической шестерни, у которой угол спирали равен нулю. Он имеет характеристики как прямых, так и спирально-конических зубчатых колес. Силы, действующие на зуб, такие же, как и на прямолинейном коническом зубчатом колесе.

(3) Шестерни непараллельных и непересекающихся осей

1 пара червячной передачи

Рис. 1.10 Пара червячной передачи
Червячная пара — это название червячного и червячного колеса с зацеплением.Отличительной особенностью является то, что он предлагает очень большое передаточное число в одном зацеплении. Он также обеспечивает тихую и плавную работу. Однако эффективность передачи оставляет желать лучшего.

2-винтовая шестерня (перекрестно-косозубая шестерня)

Рис. 1.11 Винтовая шестерня
Пара цилиндрических зубчатых колес, используемая для привода непараллельных и непересекающихся валов, у которых зубья одного или обоих элементов пары имеют форму винта. Винтовые передачи используются в комбинации винтовая передача / винтовая передача или винтовая передача / прямозубая шестерня.Винтовые шестерни обеспечивают плавную и бесшумную работу. Однако они не подходят для передачи большой мощности.

(4) Другие специальные передачи

1 Face Gear

Рис. 1.12 Торцевая шестерня
Псевдоконическая шестерня с ограничением по осям, пересекающимся на 90 °. Торцевая шестерня представляет собой круглый диск с нарезанным на боковой поверхности зубчатым венцом; отсюда и название Face Gear.

Пара огибающих шестерен

Фиг.1.13 Огибающая зубчатая пара
В этом червячном наборе используется червяк особой формы, который частично охватывает червячную передачу, если смотреть в направлении оси червячной передачи. Его большим преимуществом перед стандартным червяком является гораздо более высокая грузоподъемность. Однако червячная передача очень сложна в разработке и производстве.

3 Гипоидная передача

Рис. 1.14 Гипоидная передача
Эта шестерня представляет собой небольшое отклонение от конической шестерни, которая возникла как специальная разработка для автомобильной промышленности.Это позволило приводу к задней оси быть непересекающимся и, таким образом, позволило опустить кузов автомобиля. Он очень похож на спирально-коническую шестерню. Однако его сложно спроектировать, и его труднее всего изготовить на генераторе с конической зубчатой ​​передачей.

1.2 Символы и терминология

Символы и технические слова, используемые в этом каталоге, перечислены в таблицах 1.2–1.4. Ранее используемые стандарты JIS B 0121 и JIS B 0102 были пересмотрены на JIS B 0121: 1999 и JIS B 0102: 1999 в соответствии со стандартом Международной организации по стандартизации (ISO).В соответствии с редакцией мы унифицировали использование слов и символов, соответствующих стандарту ISO.

Таблица 1.2 Линейные и круглые размеры

Термины и символы

* ПРИМЕЧАНИЕ 1.
«Осевой люфт» не является термином, определенным JIS.

Таблица 1.3 Угловые размеры

Термины и символы

ПРИМЕЧАНИЕ 2. Угол наклона спиральной конической шестерни был определен как угол наклона спирали согласно стандарту JIS B 0102.
ПРИМЕЧАНИЕ 3.Это должен быть угол тангажа согласно JIS B 0102.
ПРИМЕЧАНИЕ 4. Это должен быть угол наклона в соответствии с JIS B 0102.
ПРИМЕЧАНИЕ 5. Это должен быть угол корня согласно JIS B 0102.

Таблица 1.4 Прочее

Термины и символы

Цифровой индекс используется для различения «шестерни» от «шестерни» (Примеры z1 и z2), «червяка» от «червячного колеса», «ведущей шестерни» от «ведомой шестерни» и так далее. (Чтобы найти пример, см. Следующую страницу Рис.2.1).

В таблице 1.5 указан греческий алфавит, международный фонетический алфавит.

Таблица 1.5 Греческий алфавит

Ссылки по теме:
Знать направления вращения и числа оборотов шестерен
Типы передач и характеристики — Страница «Азбуки шестеренок» — B
Базовая терминология и расчет зубчатых колес — Страница «Азбуки шестеренок» — B
Типы передач — Страница «Введение в Gears»
Характеристики шестерен — Страница «Введение в Gears»
Терминология Gear — Страница «Введение в Gears»
Номенклатура передач

5 различных типов шестерен и их применение

Во введении к нашей серии шестерен мы писали о люфте и передаточных числах.Теперь, когда у вас есть дополнительная справочная информация о шестеренках, мы можем выделить пять типов шестерен, а также некоторые преимущества и недостатки. Начнем с наиболее часто используемого зубчатого колеса: цилиндрической зубчатой ​​передачи.

Цилиндрическая шестерня

Преимущества	Недостатки
Эффективный и простой в сборке Прямые зубья, легко выравниваемые Минимальные потери мощности из-за проскальзывания	Громко на высоких скоростях Должен использоваться параллельно Не такая прочная, как другие шестерни

Преимущества использования цилиндрических зубчатых колес в вашем приложении могут быть очевидны.Эффективность и простота сборки сэкономят ваше время и сведут к минимуму время простоя, но как насчет недостатков? Например, шум на высоких скоростях возникает из-за люфта и мгновенной силы, которую испытывают зубья шестерен при первом зацеплении. Сила может со временем привести к износу, что может снизить эффективность шестерен.

Возможное решение этой проблемы — пластиковые прямозубые цилиндрические шестерни, которые используются в легких приложениях и приложениях, где уровень шума должен быть минимальным.Подобно пластиковой прямозубой шестерни, пластиковая прямозубая шестерня с сердечником из углеродистой стали и зубьями MC Nylon также помогает снизить уровень шума.

Еще одна вещь, которую следует учитывать, заключается в том, что прямозубые цилиндрические шестерни могут правильно зацепиться только в том случае, если они используются параллельно, из-за их прямого профиля зуба и расположения отверстия. В примере ниже две прямозубые шестерни используются для перемещения заготовки справа налево.

Подшипник типа встроенной шестерни позволяет синхронизировать направление вращения между двумя противоположными шестернями, как показано на рисунке.Другой особый тип шестерни — прямозубая шестерня без ключа. Шпоночная прямозубая шестерня доступна трех различных типов: E, F и G.

• E Тип: Цилиндрическая прямозубая шестерня без ключа имеет форму, аналогичную шестерне типа A, но имеет втулку, прикрепленную к внешней стороне шестерни.
• F Тип: Имеет ту же форму, что и шестерня типа A, но с втулкой, прикрепленной к внутренней части ширины шестерни.
• G Тип: Цилиндрическая прямозубая шестерня без ключа похожа на нашу шестерню типа B, но имеет втулку, прикрепленную к внешней стороне шестерни.

Винтовая шестерня

Преимущества	Недостатки
Тихий и гладкий Можно установить параллельно или перекрестно	Менее эффективен, чем цилиндрические зубчатые колеса Потери мощности из-за проскальзывания

Винтовые шестерни имеют диагональный профиль зубьев, что позволяет им работать тише и плавнее, чем прямозубые шестерни, поскольку зубья входят в зацепление более плавно.Цилиндрические зубчатые колеса можно устанавливать параллельно или перекрестно. Когда шестерни скрещены, вы должны выбрать Same Handed Gears, Both Right или Both Left. Некоторые из недостатков косозубых шестерен заключаются в том, что они менее эффективны, чем прямозубые шестерни, из-за проскальзывания зубьев. Диагональный профиль зубьев вызывает проскальзывание, а также приводит к осевому давлению на вал. Важно выбрать подшипник, который выдержит осевое усилие, создаваемое шестернями.

Фаска

Конические шестерни используются для пересечения валов и имеют изменяемый рабочий угол благодаря своей форме.Некоторые из недостатков конической передачи — ее сложность в сборке из-за изменяемого рабочего угла. На валы также действует большая сила, поэтому, как и в косозубых зубчатых колесах, важно убедиться, что подшипник выдерживает эту силу. В зависимости от производителя конические шестерни бывают двух типов; Прямой тип и спиральный тип.

• Прямой Тип: Подобен прямозубым зубчатым колесам и подвержен люфту и чрезмерному шуму.
• Тип спирали: Подобен косозубым зубчатым колесам из-за схожей ориентации зубьев, более тихий, чем спираль, но склонен к проскальзыванию зубьев.

* Важно отметить, что спирально-конические шестерни гарантированно входят в зацепление только с шестернями того же производителя, и их всегда следует покупать парами.

Стойка и червяк

Другой тип снаряжения — это Rack Gear, его можно найти в двух разных стилях; плоский тип и круглый тип. Преимущества реечной передачи заключаются в том, что она соединена с цилиндрической шестерней или шестерней; они могут преобразовывать вращательное движение в поступательное.Недостатком является то, что они не могут работать непрерывно, так как стойка в конечном итоге закончится.

Приятной особенностью плоских реечных шестерен является количество ориентаций монтажных отверстий. В зависимости от того, как вы планируете их устанавливать, вы можете использовать либо боковые резьбовые отверстия, либо нижние резьбовые отверстия, либо боковые отверстия с зенковкой.

Червячная передача состоит из двух частей: червячного колеса и червячной передачи. Червячные передачи являются самоблокирующимися и тихими, но страдают от больших потерь мощности и большой осевой нагрузки на червяк.

Независимо от ваших требований к конструкции, помните, что доступно множество шестерен, каждая из которых имеет уникальные преимущества.Кроме того, существуют решения как для линейного, так и для вращательного движения. Надеюсь, эта разбивка по типам передач заставит вас задуматься о новых разработках приложений или о том, как решить проблемы в существующих. А пока следите за третьей частью этой серии!

Не можете дождаться выхода третьей части этой серии статей или у вас есть конкретные вопросы, на которые вы хотели бы ответить? Оставьте комментарий ниже или посетите нас на www.misumiusa.com!

Типы шестерен — руководство по 11 важным типам, которые вы должны знать

	Цилиндрические зубчатые колеса: Цилиндрические цилиндрические зубчатые колеса с параллельными осями и прямозубыми зубьями являются одним из наиболее часто используемых типов зубчатых колес благодаря их простоте, широкому спектру использования и экономической эффективности.Цилиндрические зубчатые колеса несут и передают радиальные нагрузки и обычно используются в приложениях с низкой скоростью вращения, поскольку они имеют тенденцию к шуму на более высоких скоростях.
	Винтовые шестерни / сухие неподвижные шестерни: Винтовые шестерни также имеют цилиндрическую форму, но имеют угловые зубья, образующие форму спирали, так что они могут передавать как крутящий момент, так и осевое усилие, хотя последнее не всегда полезно в их приложениях и должно быть приспособлено . Преимущество винтовой формы зубьев заключается в низком уровне шума и вибрации при работе даже при высоких скоростях вращения, а также в способности передавать даже большие нагрузки, чем прямозубые цилиндрические шестерни.
	Двойные косозубые шестерни / шестерни типа «елочка»: Зубчатые колеса типа «елочка» — это в основном две косозубые шестерни, склеенные вместе, причем их зубья имеют противоположную ориентацию. Причина такой компоновки состоит в том, чтобы исключить осевое усилие, которое создается в одновозвальной шестерне, за счет компенсации друг друга нагрузок. Основным недостатком является то, что их сложно изготовить с необходимой точностью, поэтому их приобретение довольно дорогое.
	Конические шестерни / угловые шестерни: Конические шестерни относятся к типу пересекающихся осей / валов, поэтому их соединение выполняется с вертикальным наклоном. Их форма коническая, а зубцы могут быть прямыми или спиралевидными для более тихой работы. Хотя угол в 90 градусов между соединенными осями не является обязательным, они обычно присутствуют в этом устройстве и имеют одинаковое количество зубцов, так что скорость вращения между ними одинакова.Этот тип конической шестерни называется косой шестерней и используется в тех случаях, когда изменение скорости не требуется. Любой другой угол и разница в количестве зубьев называется просто конической зубчатой ​​передачей.
	Гипоидные шестерни: Гипоидные шестерни очень похожи на спирально-конические шестерни с основным отличием в том, что их оси вращения не совпадают. Как следствие этого, конструкция зубьев, которые в противном случае размещаются на гиперболических конических частях, должна быть очень тщательно изготовлена ​​в отношении их угла.Они обычно используются в приложениях, где требуется снижение / увеличение скорости, поэтому они часто встречаются в трансмиссиях транспортных средств, которые позволяют использовать более компактные реализации, поскольку шестерня не должна находиться над гипоидной передачей, а находится на ее стороне.
	Червячная передача: Червячная передача — это тип зубчатой ​​передачи, состоящей из цилиндрической шестерни, которая похожа на косозубую шестерню. Однако он также включает в себя шестерню вала, имеющую резьбу, расположенную в параллельной плоскости, но с осевым поворотом на 90 градусов по отношению к первому элементу.Благодаря плотному соединению двух элементов червячная передача работает тихо и без вибраций. Червячная передача наиболее распространена с такими характеристиками, как резкое снижение скорости, блокировка и точность. Типичным примером этого типа шестерен являются клавиши настройки струнных музыкальных инструментов.
	Реечная и ведущая шестерни: Подобно червячной конструкции, рейка и шестерня имеют вид прямозубой шестерни, соединенной с прямой зубчатой ​​рейкой, при этом одна из двух стабильно фиксируется в своем положении, а другая перемещается влево и вправо.Типичное применение реечной шестерни — рулевое колесо, где положение прямозубой шестерни заблокировано, а рейка перемещается влево и вправо, последовательно перемещая рулевые тяги и рулевой рычаг для поворота колес. Поскольку скорость вращения зубчатой ​​рейки и шестерни очень низкая, зубья не должны быть наклонены или закручены по спирали и не производят никаких звуков или вибраций.
	Звездочки: Звездочки — это типы шестерен с более острыми зубьями, поскольку они предназначены не для соединения с другими шестернями, а с ремнями или цепями.Типичным примером является велосипедная звездочка, зубья которой входят в зазоры металлической цепи, перемещая заднее колесо вперед. В промышленности звездочки обычно используются в конвейерных системах, хотя обычно предпочтительнее другие типы шестерен, которые более безопасны и менее подвержены износу.
	Внутренние шестерни: Внутренние шестерни — это цилиндры, зубья которых находятся на внутренней стороне радиуса. Преимуществом такой передачи является экономия места и тот факт, что они не меняют направление вращения, поэтому они используются в приложениях, требующих таких характеристик.Чаще всего их можно найти в планетарных редукторах.
	Эпициклические шестерни / планетарные шестерни: Типичное расположение планетарных шестерен — или планетарных шестерен — включает центральную прямозубую шестерню и внешнюю прямозубую шестерню, которая перемещается по периметру. Главное в таком устройстве — добиться эффективного преобразования возвратно-поступательного движения во вращение. Типичным примером такой системы являются паровозы раннего возраста, показывающие, что разные типы шестерен играли важную роль в истории.
	Harmonic Gears: Harmonic Drive / Harmonic Gears или зубчатые передачи деформационной волны — довольно сложные типы шестерен, которые на самом деле представляют собой наборы планетарных шестерен, соединенных внутри корпуса и вращающихся соосно. Эти системы очень точны, имеют полное отсутствие люфта и могут достигать высоких передаточных чисел, оставаясь при этом очень компактными. Их основная сфера применения — это дифференциальные зубчатые передачи, где точность и компактность имеют решающее значение, поэтому они используются в аэрокосмической, робототехнической и промышленной системах управления движением.Более подробную информацию о Harmonic Drive можно найти здесь.

Типы шестерен | Параметры зубчатых колес и профили зубьев

Зубчатые колеса — это вращающиеся элементы машины, которые передают крутящий момент от одного вала к другому через врезанные в них зубья. Зубчатые передачи с одинаковым профилем зубьев зацепляются. Это позволяет передавать мощность с ведущего вала на ведомый.

В машинах используются зубчатые колеса различных типов, поскольку они могут быть рассчитаны на различные силы из различных материалов. Их также можно использовать для увеличения / уменьшения скорости вращения, а также для изменения направления вращения.

Gears также может использоваться для перекачивания жидкостей, например, в случае шестеренчатых насосов для жидкого топлива и смазочного масла. Они настолько хорошо зацепляются (образуя поршневой насос прямого действия), что жидкость продвигается вперед с высоким давлением нагнетания.

Они также используются в цепных блоках для легкого подъема тяжелых предметов. Таким образом, шестерни являются основным компонентом большинства оборудования, поскольку они довольно универсальны и способны выполнять множество задач.

Разница между шестернями и звездочками

В шестернях и звездочках для передачи крутящего момента используются зубья.Хотя вначале они оба выглядят похожими компонентами, есть некоторые заметные различия, которые могут помочь нам с легкостью их идентифицировать.

Звездочка

• Шестерни являются предпочтительным решением для передач на короткие расстояния. Использование звездочки и цепи помогает передавать мощность на значительно большее расстояние с помощью цепи.
• Зубья двух шестерен идеально входят в зацепление друг с другом, но не для звездочки. Зуб звездочки на самом деле предназначен для размещения в полости, такой как цепь велосипеда или гусеницы военного танка.
• В то время как шестерни могут передавать крутящий момент параллельно, перпендикулярно и в любой другой ориентации между ними, звездочки могут делать это только вдоль параллельной оси.
• Шестерни передают крутящий момент в обратном направлении. Если ведущий вал вращается по часовой стрелке, ведомый вал будет вращаться против часовой стрелки. У звездочек направление вращения остается прежним.
• Шестерни со сломанным зубом могут быть не такими эффективными, как идеальная система, но они будут работать. В случае звездочек один или несколько сломанных зубцов могут вызвать смещение цепи и остановку системы.

Различные типы шестерен и их применение

Есть много типов шестеренок, и каждый предлагает определенные компромиссы. Все сводится к тому, чего дизайнер ожидает от зубчатой ​​передачи. Факторы, которые могут быть приняты во внимание, следующие:

• Необходимый крутящий момент / рабочий цикл
• Скорость вращения / передаточное число
• Сервисная среда
• Наличие / ограничения места
• Бюджет

На основе этих факторов выбор дополнительно сужается до того, будут ли шестерни работать на параллельных / непараллельных и пересекающихся / непересекающихся осях.Давайте узнаем немного больше о том, какие варианты есть у каждого и что предлагает каждый из них.

Цилиндрическая шестерня

Самый распространенный тип используемого снаряжения. Его простой и эффективный дизайн открывает возможности для широкого спектра применений. Зубья прямозубых шестерен параллельны и прямолинейны на цилиндрическом корпусе шестерни.

В цилиндрических зубчатых колесах

используется конфигурация параллельных осей в сопряженных парах. Они отлично подходят для приложений с умеренной нагрузкой и умеренной скоростью и обычно используются в приложениях , где шум и вибрация не являются проблемой .

Для изменения крутящего момента и числа оборотов можно использовать две прямозубые цилиндрические шестерни разного размера. Простая конструкция обеспечивает высокую точность изготовления. Одним из его преимуществ является обеспечение высокого КПД трансмиссии при отсутствии осевой нагрузки на вал.

Некоторые недостатки включают высокий уровень шума и вибрации в высокоскоростных приложениях, а также большое количество напряжений , которым подвергаются зубья в этой простой конструкции. Это ограничивает его грузоподъемность.

Зубчатая рейка

Можно комбинировать прямозубые цилиндрические шестерни с зубчатой ​​рейкой, чтобы преобразовать вращательное движение в поступательное .Стойка состоит из зубцов, нарезанных прямым рядом на ровной поверхности. Эти зубья имеют тот же профиль, что и прямозубая шестерня.

Зубья прямозубой шестерни сопрягаются с зубьями на рейке так же, как они входят в зацепление с другой прямозубой шестерней. Когда шестерня вращается, она толкает стойку по прямой.

Система зубчатой ​​рейки, также известная как система зубчатой ​​рейки, находит применение во многих изделиях, таких как автомобили, подъемники, железные дороги и т. Д. Она используется для точной настройки параметров машинного оборудования, например, для контроля количества топлива, поступающего в систему. дизель-генератор через ТНВД.

Внутренняя шестерня

Цилиндрические зубчатые колеса

также можно комбинировать с внутренним зубчатым колесом для создания планетарной зубчатой ​​передачи. Зубья внутреннего зубчатого колеса находятся внутри кольцевого зубчатого колеса. Эта шестерня соединяется с цилиндрическими шестернями, размещенными внутри нее, для передачи движения.

Механизмы с внутренним зацеплением бывают трех типов: планетарные, солнечные и звездчатые. В зависимости от применения и других относящихся к делу факторов могут быть созданы различные передаточные числа скоростей наряду с желаемым направлением вращения.

Внутренние шестерни используются в различных отраслях промышленности, где они обычно используются в качестве редукторов. Они идеально подходят для изменения передаточного числа в велосипедах, часах и автоматической трансмиссии в автомобилях.

Винтовая шестерня

Цилиндрические шестерни аналогичны цилиндрическим зубчатым колесам по конструкции и применению, поскольку в них используется та же конфигурация параллельных осей с параллельными зубьями. Зубцы, однако, расположены под таким углом, что, если бы мы расширили их, они образовали бы спираль вокруг вала, отсюда и название.

В отличие от прямозубых шестерен, зубья косозубых шестерен входят в контакт друг с другом постепенно. Это позволяет избежать ударной нагрузки на зубы. Благодаря этой особенности постепенного нагружения одновременно контактируют более одной пары зубьев. Имеется разделение нагрузки, позволяет косозубым зубчатым колесам выдерживать более высокие нагрузки по сравнению с цилиндрическими зубчатыми колесами .

Постепенная загрузка также снижает шум и вибрацию, что делает этот тип идеальным для высоких нагрузок и высокоскоростных приложений .

Использование косозубых шестерен создает осевые нагрузки, поэтому они должны поддерживаться упорными подшипниками.Пара сопряженных косозубых шестерен состоит из одной левой и одной правой винтовой шестерни, в отличие от цилиндрических шестерен, у которых зубья всегда параллельны оси.

Двойная косозубая шестерня

Двойные косозубые шестерни — это особый вид косозубых шестерен. Они были созданы для преодоления высоких осевых нагрузок, связанных с одинарными косозубыми шестернями.

Двойные косозубые шестерни объединяют две противоположные ориентации зубьев вместе, обычно вдоль середины торца шестерни. Осевое усилие, создаваемое левым зубом, сводится на нет правым зубом, что устраняет необходимость в упорном подшипнике.

Типичные варианты использования двойных косозубых передач включают первичные двигатели, такие как газовые турбины и генераторы. Они также находят применение в вентиляторах, насосах и компрессорах.

Как и в случае одинарных косозубых шестерен, двойные косозубые шестерни также обеспечивают плавную и бесшумную работу на всех скоростях .

Шестеренка в елочку

Зубчатая передача «в елочку» — это особый тип двойной косозубой передачи. В то время как косозубая шестерня имеет канавку посередине между зубьями, шестеренчатая шестерня — нет.

Такая конструкция помогает нейтрализовать осевые силы на каждом комплекте зубьев. Таким образом, допустимы большие углы, так как меньше опасность отказа.

Обычно используется конфигурация пересекающихся осей, когда два вала перпендикулярны друг другу. Мощность передается от шестерни в елочку на обычную двойную косозубую шестерню.

Зубчатая передача не создает осевого усилия , а обеспечивает более тихую, плавную и эффективную работу при всех скоростях и нагрузках .

Винтовая шестерня

Винтовая передача также известна как косозубая шестерня. Они используются для передачи движения между непараллельными непересекающимися валами.

В то время как косозубые шестерни обычно входят в зацепление между параллельными валами, винтовые шестерни — под углом 90 градусов.

Зубья винтовой передачи имеют форму спирали. Они образуют точку контакта между двумя шестернями и, следовательно, не очень подходят для высоких нагрузок и высокоскоростных приложений . Они также имеют низкий КПД по сравнению с другими косозубыми шестернями.

Уникальной особенностью винтовых передач является то, что они используют одну и ту же ручную пару при включении. Движение передается, когда одни и те же пары рук скользят друг по другу. Поэтому смазка винтовых передач является необходимостью. Нет ограничений по сочетанию количества зубов.

Коническая шестерня

Типы зубчатых колес, которые мы называем коническими, имеют коническую форму, поэтому зубья расположены на конической поверхности. Верх конуса отрублен. Две ответные шестерни обычно размещаются на перпендикулярных пересекающихся осях вала.

Одно из наиболее распространенных применений конических зубчатых колес — это для изменения оси передачи мощности . При этом обороты и крутящий момент могут быть изменены по мере необходимости путем изменения размера шестерни.

Также есть возможность увеличить или уменьшить угол между валами. Два вала не обязательно должны быть точно перпендикулярными.

Из-за конструкции конической шестерни, когда два сопряженных зуба соприкасаются, контакт происходит сразу, а не постепенно. Таким образом, возникает та же проблема высоких нагрузок, что и в случае прямозубых зубчатых колес.

Это ударопрочная стыковка производит больше шума и вызывает чрезмерную нагрузку на зуб шестерни . Высокое напряжение в конечном итоге влияет на долговечность и срок службы конической шестерни.

Это также влияет на тип приложений, для которых они используются. Прямые конические шестерни обычно используются на низких оборотах (менее 500 об / мин или окружная скорость 2 м / с).

Несмотря на эти ограничения, они находят применение во многих различных отраслях промышленности. Некоторое оборудование, в котором используются конические шестерни, — это автомобили, насосы, станки (фрезерные и токарные), оборудование для упаковки пищевых продуктов, регулирующие клапаны для жидкости и садовое оборудование.Они также наиболее просты в изготовлении и, следовательно, вполне доступны по цене и доступны в различных размерах.

Спирально-коническая шестерня

Спирально-конические зубчатые колеса используются для преодоления ограничений, связанных с прямолинейными коническими зубчатыми колесами. Как следует из названия, зубья спирально-конической шестерни расположены в форме спирали.

Когда две спиральные шестерни соприкасаются, это происходит постепенно. Это позволяет избежать ударной нагрузки на зубья, поскольку предыдущая пара зубьев шестерни (которая теперь теряет контакт) все еще несет некоторую нагрузку.От этой пары новая сопряженная пара принимает на себя нагрузку медленно.

Это делает работу плавной и тихой . Это также увеличивает безопасную грузоподъемность шестерни. Таким образом, спирально-конические шестерни находят применение в приложениях с высокими требованиями (скорости более 500 об / мин) для безопасной и надежной работы.

Некоторые из этих приложений — передача мощности, автомобильные дифференциалы, робототехника, носовые и кормовые подруливающие устройства на судах.

Торцовочная шестерня

Торцевые шестерни — конические шестерни с передаточным числом 1: 1.Зацепляющая пара всегда будет иметь одинаковое количество зубцов. Они передают мощность между пересекающимися осями.

Угловые шестерни используются в станках , чтобы изменить направление вращения только . Они не вызывают изменения частоты вращения вала или крутящего момента.

Торцовочная шестерня может быть прямой или спиральной. Преимущество прямых угловых передач состоит в том, что они не сталкиваются с осевой нагрузкой. Но они имеют ограничения, присущие прямым коническим зубчатым колесам. Спиральные угловые шестерни создают осевое усилие, поэтому необходимы упорные подшипники.

Торцевые шестерни обычно входят в зацепление под углом 90 градусов. Но они могут быть изготовлены для сопряжения и под другими углами. Если они соединяются под любым другим углом от 0 до 180, они известны как угловые косые шестерни. Наиболее распространенный диапазон угловых угловых передач — от 45 до 120 градусов.

Гипоидная передача

Гипоидная передача

Гипоидная шестерня напоминает спирально-коническую шестерню, но с некоторыми заметными отличиями. В отличие от спиральных шестерен, валы гипоидных шестерен не пересекаются.

Гипоидная шестерня расположена смещенной относительно ведущей шестерни, которая обычно представляет собой спирально-коническую шестерню. Такое расположение гипоидной передачи приводит к большему контакту при сцеплении. Это улучшает грузоподъемность, а также долговечность системы трансмиссии.

Еще одно отличие — форма гипоидной передачи. Корпус шестерни имеет форму вращающегося гиперболоида.

Конус образуется, когда прямоугольный треугольник вращается вокруг одной из сторон, образующих прямой угол.Если мы заменим гипотенузу (которая является прямой линией) прямоугольного треугольника на гиперболу и повернем ее вокруг того же ребра, мы получим форму гиперболоида.

Эта форма идеально сочетается со спирально-конической шестерней без каких-либо препятствий, так как две ответные шестерни расположены немного в стороне.

По сравнению с коническими шестернями, гипоидные шестерни обеспечивают более высокое снижение скорости из-за их большого передаточного отношения. Увеличенный контакт также обеспечивает более высокую передачу нагрузки при подавлении шума и вибрации .

Однако сетка сложна, и производство тоже затруднено. Гипоидные передачи используются в автомобильных дифференциальных системах.

Гипоидные передачи имеют некоторое сходство с червячными передачами, но имеют определенные преимущества перед ними. Во-первых, меньше скольжения, что снижает энергопотребление. Во-вторых, смещение между двумя шестернями меньше, что экономит место. Наконец, обе шестерни могут быть подвергнуты термообработке, что придает большую жесткость, уменьшая размер используемых шестерен.

Червячная передача

В червячной передаче червяк входит в зацепление с червячным колесом, и происходит передача движения.Червячная передача похожа на винт и при вращении входит в зацепление с цилиндрической шестерней, иногда также известной как червячное колесо.

Эта система используется для передачи движения между двумя непараллельными, непересекающимися валами. Червячные передачи имеют одно из самых высоких передаточных чисел .

Уникальной особенностью этой зубчатой ​​передачи является возможность блокировки вращения зубчатой ​​пары. Это связано с тем, что червячное колесо не может повернуть червячную передачу, если она установлена ​​под определенным углом. Однако червячная передача может поворачивать червячное колесо на любой угол.Это свойство используется в приложениях , требующих самоблокирующихся механизмов .

Однако червячные передачи

имеют определенные недостатки. КПД трансмиссии не так хорош по сравнению с другими передачами. Кроме того, тот факт, что во время трансмиссии происходит скольжение между червяком и червячным колесом, требует внимания к смазке. Постоянная смазка — основа бесперебойной работы.

Червячные передачи широко используются в автомобилях, системах рулевого управления, лифтах и ​​системах транспортировки материалов.

Параметры шестерни

Теперь, когда у нас есть общее представление о различных типах зубчатых колес, мы можем лучше изучить технические аспекты и понять значение различных терминов, которые могут встретиться при изучении зубчатых колес.

Внешний диаметр

Это максимальный диаметр шестерни. Это расстояние от центра корпуса шестерни до вершины зуба. Внешний диаметр обозначает крайнюю протяженность шестерни.

Поле поля

Делительная окружность двух зацепляющих шестерен касается друг друга в точке соприкосновения зубьев сцепления.Он проходит примерно по центру зуба шестерни. Шаговый круг — это место, где происходит передача движения, и, следовательно, этот круг используется для всех расчетных целей. Точка касания шестерен называется точкой тангажа.

Межосевое расстояние

Это расстояние между центрами двух сопряженных шестерен системы. Важно правильно установить это расстояние для эффективной передачи крутящего момента. Он рассчитывается путем сложения диаметра делительной окружности двух шестерен и деления на два.

Корень

Корень — это точка, в которой зуб соединяется с корпусом шестерни. Это желоб между самой нижней частью двух соседних зубцов шестерни.

Диаметр корня — это расстояние между центром корпуса шестерни и основанием зуба шестерни. Высота зуба двух сопряженных шестерен должна быть обрезана таким образом, чтобы она не превышала основание шестерни, чтобы предотвратить контакт вершины зуба с корнем другой шестерни во время вращения.

Шаг

Шаг определяется как расстояние между одной и той же точкой на двух соседних зубьях шестерни.Его можно легко вычислить, разделив длину окружности шестерни в этой точке на количество зубьев.

Но слово «шаг» может сбивать с толку, поскольку в разных точках по высоте зуба значения будут разными. Таким образом, диаметр необходимо указать. Некоторые популярные шаги — это круговой, нормальный базовый и угловой. Круговой шаг — это расстояние между одинаковыми точками на двух поверхностях зубьев по делительной окружности.

Диаметр диаметра

Диаметр зуба информирует нас о плотности зуба.Он рассчитывается путем деления общего количества зубьев шестерни на диаметр делительной окружности. Единица измерения — количество зубьев на метр.

Профиль зуба

Профиль зуба — это форма зуба шестерни. Мы можем выбирать из множества различных вариантов. Мы могли бы сделать их прямоугольными, треугольными, в форме дуги окружности или перейти к более сложным формам, таким как парабола или эвольвента.

Однако простые формы, такие как прямоугольники и треугольники, создают сильную вибрацию, шум и будут очень неэффективными из-за чрезмерного скольжения.Сложные формы повышают эффективность и обеспечивают бесшумную работу. Давайте посмотрим, какие типы профилей используются сегодня.

Эвольвентный профиль зуба

Это наиболее широко используемый профиль зуба. Есть определенные преимущества использования эвольвентных шестерен, например:

• Легко и недорого в производстве

• Может компенсировать небольшие отклонения в межосевом расстоянии.

• Высокая толщина корня придает прочность

• Постоянный угол давления во время работы обеспечивает плавность работы

Циклоидальный профиль зуба

Циклоидный профиль зуба является вторым наиболее часто используемым профилем.Этот профиль обеспечивает одинаковый износ всего зуба. Зубья циклоидальной шестерни находят применение в часах и инструментах. Он редко используется для интенсивных применений, так как его трудно производить.

Профиль дуги окружности

Этот профиль не так популярен, но его преимущество заключается в медленном износе из-за неравномерности дуги. Он подразделяется на два типа: одинарная дуга и составная дуга.

Как следует из названия, зуб имеет цилиндрическую форму, которая совпадает с другой шестерней.Иногда выпуклая дуга может соответствовать вогнутой дуге для лучшей передачи. Однако этот профиль сложно создать по сравнению с эвольвентным профилем.

Материалы зубчатых передач и обработка поверхности

Шестерни производятся из различных материалов, и этот выбор также повлияет на метод обработки поверхности, который может быть выбран для улучшения характеристик.

Шестерни могут изготавливаться из различных металлов, а также неметаллов, таких как сталь, чугун, пластик, нейлон и волокна.Каждый материал имеет свои характерные особенности:

• Сталь используется для интенсивных применений. Обеспечивает высокую прочность и твердость. Обычно выбирают углеродистую и легированную сталь.
• Чугун прост в производстве и, как правило, предпочтителен при серийном производстве шестерен. Однако точность при таком производстве теряется.
• Нейлон — недорогой, легкий и неагрессивный материал для зубчатых передач. Нейлон — хороший выбор для работы с низкими нагрузками и подверженными коррозии.

Обычно перед вводом в эксплуатацию требуется поверхностная обработка шестерен. Двумя полезными методами чистовой обработки поверхности зубчатых колес являются шлифование и термическая обработка.

Шлифовальные зубья шестерни делают их гладкими и бесшумными. Однако это увеличивает конечную стоимость производства.

Существует множество методов термообработки для улучшения прочности, чистоты поверхности и долговечности шестерен. Некоторые из этих процедур — науглероживание, отжиг, отпуск, поверхностное упрочнение и нормализация.

В зависимости от используемого материала и применяемой технологии шестерни могут быть прочными, термостойкими, твердыми и долговечными.

В чем разница между прямозубыми, косозубыми, коническими и червячными передачами?

Шестерни являются важной частью многих двигателей и машин. Шестерни помогают увеличить выходной крутящий момент, обеспечивая понижающую передачу, и они регулируют направление вращения, как вал для задних колес автомобильных транспортных средств. Вот несколько основных типов шестерен и их отличия друг от друга.

Загрузить статью в формате .PDF

Цилиндрические шестерни % {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee28006d» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Machinedesign Com Sites Загрузки файлов Machinedesign com 2015 04 Helical Gear 1 0» data-embed-src = «https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2015/07/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2015_04 png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% 2.Цилиндрические шестерни работают более плавно из-за углового скручивания, обеспечивающего мгновенный контакт с зубьями шестерни. % {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee28006f» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Компоненты сайтов Machinedesign Machinedesign com Загрузка файлов, 2015 г. 04 Spur Gear 1 «data-embed-src =» https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2015/07/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2015_04_Spur_Gear_Gear_ = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% 1.Прямозубые цилиндрические шестерни устанавливаются последовательно на параллельных валах для достижения больших передаточных чисел.

Наиболее распространенными зубчатыми колесами являются прямозубые шестерни, которые используются последовательно для больших редукторов. Зубья прямозубых шестерен прямые и установлены параллельно на разных валах. Цилиндрические зубчатые колеса используются в стиральных машинах, отвертках, заводных будильниках и других устройствах. Они особенно громкие из-за зацепления и столкновения зубьев шестерни. Каждый удар производит громкий шум и вызывает вибрацию, поэтому прямозубые цилиндрические шестерни не используются в таких механизмах, как автомобили.Нормальный диапазон передаточного числа составляет от 1: 1 до 6: 1.

Цилиндрические шестерни

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee280071» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = »Com Sites Machinedesign Machinedesign com Загрузка файлов 2015 04 Прямой и спиральный скос 1 «data-embed-src =» https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2015/07/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2015_04_Spiralpng? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% 3. На изображении выше показаны две разные конфигурации конических шестерен: прямые и спиральные зубья.

Цилиндрические шестерни работают более плавно и тихо по сравнению с цилиндрическими шестернями из-за способа взаимодействия зубьев. Зубья косозубой шестерни срезаны под углом к ​​торцу шестерни. Когда два зуба начинают зацепляться, контакт происходит постепенно — начиная с одного конца зуба и сохраняя контакт, когда шестерня вращается до полного зацепления.Типичный диапазон угла наклона спирали составляет от 15 до 30 градусов. Осевая нагрузка напрямую зависит от величины тангенса угла спирали. Винтовая передача — это наиболее часто используемая передача в трансмиссиях. Они также создают большие осевые нагрузки и используют подшипники для поддержки осевой нагрузки. Цилиндрические шестерни можно использовать для регулировки угла поворота на 90 градусов. при установке на перпендикулярных валах. Его нормальный диапазон передаточного числа составляет от 3: 2 до 10: 1.

Конические шестерни

Конические шестерни используются для изменения направления вращения вала.Конические шестерни имеют зубья прямой, спиральной или гипоидной формы. Прямые зубья имеют те же характеристики, что и прямозубые шестерни, а также оказывают большое влияние при зацеплении. Как и в прямозубых цилиндрических зубчатых колесах, нормальное передаточное число для прямых конических колес составляет от 3: 2 до 5: 1.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee280073» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = »Com Sites Machinedesign Machinedesign com Загрузка файлов 2015 04 Hypoid Gear 1 0 «data-embed-src =» https: // base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2015/07/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2015_04_Hypoid_Gear_1_0.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed] соединение гипоидных шестерен и спирально-конических шестерен для управления двигателем.% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee280075» data-embed-element = «aside» data-embed-align = » left «data-embed-alt =» Machinedesign Com Sites Machinedesign com Загрузка файлов 2015 04 Спиральная коническая шестерня 1 «data-embed-src =» https: // base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2015/07/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2015_04_Spiral_Bevel_Gear_1.png?auto=format&fit=max&w=1440} раздел данных 4-embed Двигатель на изображении выше демонстрирует, как используются спирально-конические шестерни.

Спиральные зубья работают так же, как косозубые шестерни. По сравнению с прямыми зубьями они производят меньше вибрации и шума. Правая сторона спирального скоса — это внешняя половина зуба, наклоненная для движения по часовой стрелке от осевой плоскости.Левая сторона спиральной фаски движется против часовой стрелки. Нормальный диапазон передаточного числа составляет от 3: 2 до 4: 1.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee280077» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = »Com Sites Machinedesign Machinedesign com Загрузка файлов 2015 04 Hypoid Gear 2 0 «data-embed-src =» https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2015/07/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_22015_04_Hypoid_.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% 6. В гипоидной шестерне выше большая шестерня называется короной, а маленькая шестерня — шестерней.

Гипоидная шестерня — это тип спиральной шестерни, форма которой представляет собой вращающийся гиперболоид, а не коническую форму. Гипоидная шестерня размещает шестерню вне оси зубчатого венца или коронного колеса. Это позволяет увеличить диаметр шестерни и обеспечить большую площадь контакта.

Шестерня и шестерня часто всегда находятся напротив друг друга, и угол спирали шестерни обычно больше, чем угол шестерни.Гипоидные передачи используются в силовых передачах из-за их большого передаточного числа. Нормальный диапазон передаточного числа составляет от 10: 1 до 200: 1.

Червячная передача

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee280079» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = »Com Sites Machinedesign Machinedesign com Загрузка файлов 2015 04 Worm Gear 1 «data-embed-src =» https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2015/07/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2015_04_Worm_Gear_1.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% 7. Поперечное сечение модели показывает типичное размещение и использование червячной передачи. Червячные передачи имеют встроенный механизм безопасности. в своей конструкции, поскольку они не могут работать в обратном направлении.

Червячные передачи используются в больших редукторах. Обычно передаточное число составляет от 5: 1 до 300: 1. Установка устроена так, что червяк может вращать шестерню, но шестерня не может вращать червяк. Угол червяка небольшой, и в результате шестерня удерживается на месте из-за трения между ними.Шестерня используется в таких применениях, как конвейерные системы, в которых блокировка может действовать как тормоз или аварийный останов.

Конструктор навыков: изучите типы шестерен

Шестерни бывают самых разных форм и размеров и используются почти в каждой механической системе. Здесь мы познакомим вас с некоторыми из наиболее распространенных типов снаряжения, с которыми вы можете столкнуться как производитель.

ШЕСТЕРНИ — самые простые шестерни, и большинство людей представляют их себе, когда думают о шестернях.Это колеса или цилиндры с зубьями, расположенными радиально наружу от центра. При работе в системе (например, с несколькими прямозубыми цилиндрическими зубчатыми колесами, зацепленными вместе) валы прямозубых зубчатых колес должны быть параллельны друг другу. Цилиндрические зубчатые колеса хорошо работают на более низких скоростях, но из-за того, что зубья шестерни сталкиваются друг с другом во время зацепления, они создают шум на высоких скоростях.

Вы можете найти эту статью и другую полезную информацию в нашей новой книге Make: Mechanical Engineering for Maker, которая доступна уже сейчас.Щелкните здесь, чтобы найти его.

СПИРАЛЬНЫЕ ШЕСТЕРНИ представляют собой колеса или цилиндры с зубьями, нарезанными под углом к ​​оси зубчатого колеса. Зубья изогнуты по форме спирали (отсюда и название косозубая шестерня; их иногда называют шестернями в елочку). Благодаря этому винтовому профилю они входят в зацепление более плавно, чем прямозубые шестерни, что обеспечивает более плавное и тихое движение. Цилиндрические шестерни могут быть расположены так, что их валы параллельны или расположены под разными углами относительно друг друга, в зависимости от конфигурации зубьев.При работе косозубые шестерни имеют тенденцию иметь более высокое трение из-за «скольжения» зубцов шестерни друг относительно друга. Кроме того, косозубые шестерни имеют осевую нагрузку или осевую нагрузку на вал шестерни, поскольку зубья шестерни входят в зацепление по кривой, а не прямо; Другими словами, шестерня имеет тенденцию «вкручиваться или выкручиваться» при вращении. Зубчатые колеса с двойной спиралью устраняют эту проблему, поскольку имеют двойной набор зубьев, ориентированных в противоположных направлениях. Осевое усилие, создаваемое одной стороной шестерни, нейтрализуется осевым усилием, создаваемым другой стороной в противоположном направлении.Шестерни с двойной спиралью сложно изготовить и они очень дороги, но в некоторых случаях они необходимы.

КОНУСНЫЕ ШЕСТЕРНИ представляют собой колеса или цилиндры с зубьями, расположенными вокруг цилиндрического конуса со срезанным концом. Когда две конические шестерни с одинаковым диаметром и количеством зубьев работают вместе в системе, они известны как угловые шестерни. Угловые шестерни изменяют только угол оси вала шестерни или ось вращения; нет изменения скорости вращения относительно входной или выходной шестерни.Подобно цилиндрическим зубчатым колесам, конические зубчатые колеса хорошо работают на более низких скоростях, но становятся шумными на более высоких. Инженеры решили эту проблему, разработав коническую шестерню с криволинейным профилем зуба. Этот тип шестерни известен как спирально-коническая шестерня.

ГИПОИДНЫЕ ШЕСТЕРНИ очень похожи на спирально-конические шестерни, но они сконструированы так, что ось шестерни не пересекает ось ответной шестерни. Изогнутые зубцы имеют форму гиперболы (отсюда и название гипоидной шестерни).Гипоидные шестерни производят гораздо меньше шума, чем шестерни других типов, а также работают более плавно. Они почти всегда имеют ось вращения, равную 90 ° оси вращения сопряженной шестерни, и, поскольку оси валов обеих шестерен не пересекаются, можно поддерживать оба конца валов обеих шестерен. Гипоидные шестерни обычно используются в автомобильных мостах, где требуется редуктор и изменение направления под прямым углом. Недостатком гипоидных зубчатых колес является то, что их криволинейный профиль зубьев создает осевую осевую силу (аналогичную косозубым зубчатым колесам), которая должна обрабатываться опорными подшипниками.Кроме того, они, как правило, относительно дороги.

Комплект WORM GEAR состоит из двух шестерен: червячной и червячной. В общих чертах червячная передача выглядит как винт, а червячное колесо — как прямозубая шестерня. У червя может быть несколько зубов или один длинный зуб, который непрерывно обвивается вокруг своего основания, как винт. Червячные передачи обычно используются, когда требуется большой редуктор. Передаточное число червячной передачи — это просто количество зубьев червячного колеса, деленное на количество зубьев червяка.Так, например, если у червячного колеса 40 зубьев, а у червяка только один, то червяк должен вращаться 40 раз за каждый оборот червячного колеса (40: 1), создавая передаточное число редуктора 40: 1. . Из-за большого передаточного числа червячных передач они также могут передавать очень большой крутящий момент. Например, в идеальном состоянии без трения наша червячная передача с передаточным числом 40: 1 обеспечивает крутящий момент, в 40 раз превышающий крутящий момент, подаваемый на червяк. Наконец, червячные передачи обычно не могут иметь обратный привод, что означает, что червячное колесо не может приводить в движение червяк, когда к нему прилагается крутящий момент.Червячную передачу можно перемещать только вращая червяк.

Лебедка — отличное применение червячной передачи. Высокое передаточное число и последующее увеличение крутящего момента только на двух передачах делают эту передачу отличным выбором для лебедки. Кроме того, поскольку червячная передача не может иметь обратный привод, нагрузка на лебедку не падает, когда на кривошипную рукоятку (или червяк) не подается крутящий момент. Важно отметить, что червяк несет осевую нагрузку, напрямую связанную с нагрузкой на червячное колесо. Подшипники, используемые для поддержки червяка, должны выдерживать эту осевую или осевую нагрузку вместе с вращением червяка.

НАБОР РЕЙКИ И ШЕСТЕРНИ : До сих пор все представленные типы шестерен передают только радиальное или вращательное движение. Однако реечный привод используется для преобразования вращательного движения в поступательное. Шестерня — это шестерня, которая выглядит как обычная прямозубая шестерня. Стойка представляет собой прямую штангу с зубьями шестерни, нарезанными по одному краю штанги. В системе зубчатой ​​рейки зубчатая рейка ограничена таким образом, что она может перемещаться только вперед и назад вдоль линейной оси. Шестерня входит в зацепление с рейкой, и при ее вращении рейка приводится в движение в одном линейном направлении.Рейку можно приводить в движение в обратном направлении, вращая шестерню в противоположном направлении. В рулевом управлении автомобиля используется зубчатая рейка и зубчатая передача для преобразования крутящего момента от рулевого колеса в линейную силу, приложенную к рулевым тягам, заставляющую колеса вращаться.

ПЛАНЕТАРНЫЕ ШЕСТЕРНИ (также известные как планетарные зубчатые передачи) содержат четыре основных элемента. Первый — это внешняя коронная шестерня с обращенными внутрь зубьями. С зубчатым венцом взаимодействуют несколько планетарных шестерен.Эти планетарные шестерни соединены между собой водилом. Одна центральная шестерня, известная как солнечная шестерня, входит в зацепление со всеми планетарными шестернями. Кольцевая шестерня, водило и солнечная шестерня вращаются вокруг одной оси. Каждая планетарная шестерня вращается вокруг оси, ограниченной водилом. При вращении водила все планетарные шестерни вращаются вокруг своих отдельных осей, одновременно «вращаясь по орбите» вокруг солнечной шестерни. Планетарные передачи используются для передачи большого крутящего момента в относительно небольшом компактном корпусе.Они также могут вести себя по-разному в зависимости от того, какая часть зубчатой ​​передачи остается неподвижной. Они могут работать как понижающая передача, повышающая передача или даже передача заднего хода. Благодаря этому планетарные передачи хорошо подходят для таких применений, как автоматические трансмиссии. Фактически, этот тип зубчатой ​​передачи используется во многих областях, от тяжелой строительной техники до ступиц велосипедных передач.

Общая номенклатура передач

Прежде чем мы перейдем к деталям и анализу конструкции зубчатой ​​передачи, нам необходимо обсудить некоторую общую терминологию зубчатой ​​передачи.Для этого давайте посмотрим на наш самый простой и, возможно, самый распространенный пример зубчатого колеса: прямозубое колесо.

• КОРЕНЬ: это самая нижняя часть зуба шестерни. Высота зуба двух зацепляющих шестерен обрезается так, чтобы она была немного меньше высоты основания шестерни. Это сделано для того, чтобы кончик каждого зуба не задевал основание шестерни, с которой он находится в зацеплении.

• НАРУЖНЫЙ ДИАМЕТР: Это круг, описывающий крайнюю протяженность шестерни. Круг внешнего диаметра лежит на кончике каждого зуба.

• ШАГ: Шаг шестерни — это расстояние между одной и той же точкой на одном зубе и точкой на следующем.

• ШАГОВЫЙ КРУГ: Делительная окружность шестерни проходит примерно через центр зубьев шестерни. При правильном совмещении делительные окружности двух включенных шестерен соприкасаются в одной точке касания.

• PITCH POINT: точка, в которой соприкасаются два делительных круга двух включенных передач. Это точка контакта зубьев шестерни.

• ЦЕНТРАЛЬНОЕ РАССТОЯНИЕ: Это важная часть конструкции зубчатой ​​передачи, которая должна быть правильной для правильного включения шестерен.Это расстояние между осью вращения одной шестерни и второй шестерни. Чтобы найти правильное межцентровое расстояние между двумя шестернями, сложите диаметр делительной окружности обеих шестерен и разделите его на два.