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.