Зубчатые колеса

Зубчатое колесо (еще используется термин шестерня) является основным элементом зубчатой передачи. Подобные механизмы находят широкое применение во всех отраслях промышленности, в том числе в автомобиле- и станкостроении, газонефтедобыче, горно-шахтной отрасли.

Что такое зубчатая передача

Под этим понятием подразумевают зацепление двух (нескольких) шестерен с помощью зубьев. Работа этого механизма обеспечивает:

• Передачу от одного вала другому вращательного движения. Взаимное расположение участвующих в этом процессе валов может быть различным: их оси могут быть параллельны, пересекаться и скрещиваться.

• Преобразование вращения в поступательное или поступательно-возвратное движение и наоборот.

Число зубьев на сопряженных шестернях принято делать взаимно простым, поскольку в этом случае износ происходит равномерно.

К основным показателям данного соединения относятся:

• Передаточное отношение – характеристика, показывающая во сколько раз моменты силы на ведомом валу больше/меньше, чем на ведущем.

• Передаваемая мощность.

• Максимальные угловые скорости ведущего и ведомого валов.

По типу основные механические передачи бывают:

• Цилиндрическими.

• Коническими.

• Червячными.

Кроме того, зацепление может быть внутренним – направление вращения сопряженных колес совпадает, и внешним – шестерни движутся в противоположном направлении.

Частным видом является реечная передача, при этом рейка рассматривается как шестерня, диаметр которой стремится к бесконечности.

Одна или несколько зубчатых передач образуют механизм, называемый редуктором.

Принцип работы редуктора и особенности его использования

Ведущее колесо (к которому подводится вращающий момент) имеет меньший или больший диаметр, чем ведомое, это будет определять величину снимаемого момента и скорость вращения. Если передаточное отношение (d2/d1) больше единицы – момент силы на ведомом валу увеличивается, а его угловая скорость уменьшается – это понижающий редуктор. Механизм с противоположным действием – повышающий. В обоих случаях механическая мощность остается неизменной (в идеальном случае).

Такой способ передачи крутящего момента может быть использован в самых различных ситуациях, при этом должны выполняться определенные индивидуальные требования:

• Необходимость передачи большой мощности и высокой скорости – требуется обеспечить высокий кпд.

• Силовые передачи в условиях низких/средних скоростей – важны надежность и плавный ход.

• В высокоточных приборах с кинематическими передачами – предупреждение мертвого хода, обеспечение постоянного значения передаточного отношения.

• В станкостроении – плавность хода, постоянство передаточного числа.

К достоинствам зубчатых передач можно отнести такие их особенности:

• Малые габариты.

• Надежность работы.

• Возможность получения высокого кпд.

• Поддержание постоянного передаточного отношения благодаря отсутствию проскальзывания.

• Эксплуатация в большом диапазоне скоростей, вращающих моментов и передаточных чисел.

Виды и особенности зубчатых колес

Конструкция зубчатого колеса проста: оно состоит из тела и зубьев, каждый из которых в свою очередь делится на головку и ножку.

По форме продольной линии отдельного зуба колеса бывают:

• Прямозубыми – в основном применяются в случае невысоких/средних окружных скоростей. К их достоинствам относится отсутствие осевых усилий.

• Косозубыми – предпочтительны при больших передаточных отношениях, требованиях бесшумности, повышенных окружных скоростях.

• Шевронными – для них характерна компенсация осевых сил благодаря тому, что зубья имеют форму латинской буквы V.

В зависимости от формы профиля зубьев:

• Эвольвентные.

• Круговые (на одном колесе вогнутые, на другом – выгнутые).

• Циклоидальные.

Разнообразие видов данных комплектующих позволяет для каждого определенного случая использования подобрать наиболее подходящую.

Особенности производства зубчатых колес

Выбор метода обработки этих деталей определяется в первую очередь требуемой нормой точности, а также нормативами для передач, обусловленными сферой их применения. Изготавливают такие детали на разнообразных станках:

• Способом копирования – для изготовления деталей невысокой точности.

• Обкаткой – более точный и высокопроизводительный способ.

• Штамповкой.

• Накатыванием (горячим и холодным).

Копирование на сегодняшний день считается устаревшим методом и используется редко, а самым прогрессивным – обкатка (с применением гребенки, червячной фрезы и долбяка).

В качестве материалов для изготовления данных комплектующих используются в основном металлы: сталь, чугун, латунь, другие сплавы, так как именно они обладают нужными характеристиками для промышленного использования таких деталей.

В процессе работы зубцы шестерни испытывают различные виды нагрузок, в основном такие, как:

• Вибрационные.

• Ударные.

• Воздействие высоких температур.

• Воздействие агрессивных сред.

Для повышения надежности таких деталей и продления срока их службы производится нанесение покрытий, специальная обработка, например термохимическое воздействие.