Виды зубчатых передач и шестерён

Среди технических реализаций передачи и распределения крутящего момента от источника мощности к потребителю зубчатые механизмы являются самыми распространёнными. Шестерёнчатые редуктора отличаются высоким КПД передачи и стабильностью формируемого передаточного числа, надёжностью и компактностью конструкции, что позволяет широко использовать данный вид механизмов в составе трансмиссий автомобилей, станков и оборудования, отдельных элементов всевозможных узлов, связанных с преобразованием и передачей мощности.
В данном материале раскрыта тема разновидностей зубчатых передач и видов шестерён.

Зубчатые передачи

Классификация зубчатых передач

Принцип передачи вращения в зубчатых механизмах заключается во взаимодействии шестерён через зубья, находящиеся в зацеплении друг с другом. При этом в паре взаимодействующих зубчатых колёс, шестерню передающую вращение, в технической терминологии, называют – ведущей, шестерню принимающую вращение от ведущей, через сцепление зубьев, именуют — ведомой.
Среди зубчатых шестерёнчатых передач различают следующие типы:

  • Цилиндрические
  • Конические
  • Червячные
  • Зубчатая рейка
  • Звездочка

Цилиндрические зубчатые передачи

Под цилиндрическими зубчатыми колёсами понимают шестерни, объёмный контур которых выполнен в виде цилиндра, где все точки вершин зубьев также повторяют цилиндр. Такие зубчатые элементы различаются по форме зубьев и подразделяются на следующие типы:

  • Прямозубые шестерни
  • Косозубые цилиндрические шестерни
  • Шевронные зубчатые колёса

Прямозубые цилиндрические

Данный вид зубчатых передач самый распространённый в составе механизмов в виду своей относительной простоты и дешевизны в изготовлении. Цилиндрические прямозубые шестерни выполнены на одном диаметре по всей своей рабочей ширине.

Прямозубые шестерни
Редуктор в составе с прямозубыми цилиндрическими шестернями

Такие зубчатые колёса широко применяются в составе простейших редукторов в том числе и коробках передач тракторов и автомобилей, где смена передаточного числа осуществляется вхождением в зацепление скользящих зубчатых цилиндрических блоков по валам редуктора. С помощью цилиндрических шестерен вращение может передаваться только между параллельно расположенными валами. Данные шестерни отличаются шумностью работы на высоких скоростях вращения. Положительным моментом в работе цилиндрических прямозубых шестерён является отсутствие осевых нагрузок.

Внутренние зубья шестерни
Цилиндрическая шестерня с внутренними зубьями

Прямозубые цилиндрические шестерни изготавливаются как с внешним зубом, по наружному диаметру, так и с внутренним венцом зубьев. Если обычные шестерни с внешними зубьями используются в конструкциях для передачи вращения между параллельно расположенными валами, то шестерни с внутренним зубом могут быть использованы для преобразования вращения в составе планетарных механизмов как коронные шестерни (эпициклы), а также в виде части соединительных зубчатых муфт.

Планетарный редуктор
Цилиндрическая шестерня с внутренними зубьями в составе планетарного механизма

Косозубые цилиндрические

Передача вращения с помощью косозубых цилиндрических шестерён осуществляется только между параллельно размещёнными валами. В отличии от прямозубых цилиндрических шестерён, в работе редукторов, такие зубчатые колёса характеризуются как шестерни постоянного зацепления, в виду невозможности вхождения в зацепление пар при осевом совмещении. Шестерни представляют собой колёса с зубьями, нарезанными под углом. В состав рабочей пары таких колёс входят шестерни с правым и левым наклоном нарезки зубьев.

Шестерёнчатая передача
Косозубая цилиндрическая передача

Косозубые шестерни отличаются тихой работой на высоких скоростях вращения, но учитывая форму взаимодействующих зубьев, и характер зацепления зубчатых пар в механизме возникают осевые нагрузки. Для минимизации негативного влияния возникающих осевых усилий в конструкцию опор вращения валов включают упорные подшипники. В виду одновременного контакта двух зубьев с сопряжённой шестерней косозубые колеса хорошо себя зарекомендовали в работе на высоких нагрузках.

Редуктор
Редуктор с косозубыми цилиндрическими шестернями
Редуктор с косозубыми шестернями
Двойные косозубые шестерни в составе усиленного редуктора

Часто в конструкциях высоконагруженных узлов используют двойные косозубые шестерни, выполненные в виде блока с двумя дорожками косых зубьев разного направления. В таком случае возникающие осевые нагрузки в отдельной дорожке косых зубьев гасятся друг другом обеспечивая высокие характеристики передачи.

Планетарный механизм
Косозубая цилиндрическая шестерня с внутренними зубьями в составе планетарного механизма

Как и в прямозубом исполнении существуют цилиндрические косозубые шестерни с внутренней нарезкой используемые в составе планетарных редукторов.

Шевронные

Шестерни с косозубой формой зубьев в форме так называемой «ёлочки» называют шевронными. По сути шевронное зубчатое колесо является спаркой косозубых цилиндрических шестерён с зеркальной разноименной нарезкой зубьев.

Шевронное колесо
Шевронное зубчатое колесо

Такие зубчатые колёса применяются в высоконагруженных ответственных механизмах: генерирующих турбин, горнодобывающего оборудования, в судостроении. Шевронные передачи отличаются компактностью, хорошей плавностью хода. Учитывая форму V-образного зуба в виде двух встречных косых зубьев, возникающие осевые нагрузки, созданные обеими зубчатыми сторонами шестерни, гасятся друг другом. Это обеспечивает дополнительную устойчивость к нагрузкам и высокие скоростные характеристики шевронной зубчатой передачи.

Шевронная пара шестерён
Шевронная передача

Недостатком таких зубчатых колёс является и высокая стоимость в виду технологичной сложности в изготовлении.

Конические зубчатые передачи

Данный тип передач позволяет менять направление подачи вращательной мощности в конструкции механизма, где взаимодействующие валы через шестерни могут размещаться под углом. По форме зубьев конические шестерни подразделяются на несколько типов:

  • Прямозубые
  • С тангенциальными зубьями
  • С круговыми (спиральными) зубьями
  • Гипоидные с круговыми зубьями
конические зубчатые колёса
Виды конических шестерней

Прямозубые конические

Выполнены в виде конусных шестерён с нарезанными зубьями под радиусом. В сравнении с другими типами конических зубчатых колёс такие шестерни отличаются более простой технологией в производстве, чаще используются для передачи вращения под углом 90°, в работе отличаются повышенным шумом, скорость вращения окружных скоростей таких шестерёнок должна быть в пределах 2-3 м/с (допустимая скорость до 8 м/с), передаточное отношение до 3.

Конические прямозубые шестерни
Прямозубая коническая пара

Такие шестерни используют в конструкции всевозможных механизмов с невысокими скоростными характеристиками, в составе дифференциалов ведущих мостов и отдельных элементов трансмиссии автомобильной и специальной техники.

Редуктор дифференциала
Редуктор дифференциала ведущего моста в составе с прямозубыми коническими шестернями

Работа пары прямозубых конических шестерён характеризуется возникновением осевых нагрузок, поэтому для нивелирования их действия оси вращения оборудуются упорными подшипниками.

Тангенциальные конические зубчатые

Зубья таких шестерен выполнены прямыми под наклоном, где линия каждого зуба на развертке конуса детали является прямой линией, проходящей по касательной одной окружности.

Конические тангенциальные шестерни
Пара тангенциальных конических шестерён

Передачи с тангенциальными коническими шестернями в составе механизмов встречаются крайне редко в виду высокой сложности изготовления и используются в редукторах с окружными скоростями до 12 м/с.

Конические зубчатые с круговым зубом

Зубчатые пары имеют широкое применение, где требуется изменить направление вращения под углом 90° как с преобразованием передаточного числа, так и без его изменения. Конические шестерни с круговыми зубьями применяют в составе главной передачи ведущих мостов машин различных типов, в промышленном станкостроении, в конструкциях различных приспособлений и ручных инструментах, бытовых приборах.

Пара конических шестерён с круговым зубом
Коническая передача с круговым зубом

Пара конических шестерен с круговым зубом по отношению к друг другу имеют положение, при котором вершины образующих конусов совпадают. Зацепление шестерён характеризуется контактом сразу двух пар зубьев, что на 30% повышает КПД передачи мощности в сравнении с прямозубой конической передачей. Круговая форма зуба позволяет иметь непрерывный контакт в зацеплении, что обеспечивает плавность хода и бесшумность на высоких скоростях вращения.

Гипоидные конические передачи

Шестерни данного типа имеют круговую образующую зубья линию, с пропорциональной уменьшающейся высотой зуба от наружного к внутреннему диаметру. От обычных конических передач, где вершины взаимодействующих конусов совпадают и касаются общей образующей, гипоидная пара отличается несовпадением начальных вершин. Величина несовпадения вершин конусной пары называют гипоидным смещением.

Схема гипоидной передачи

Такие шестерёнчатые передачи широко применяются в конструкции трансмиссий автомобилей и специальной техники, тракторов, мотоциклов. Работа зубчатой пары отличается устойчивостью к нагрузкам, плавностью хода, малой шумностью в работе на высоких скоростях. Зацепление гипоидной пары характеризуется контактом нескольких пар зубьев, что позволяет применять данную передачу в механизмах высокой точности. Сквозное прохождение вала шестерни гипоидной пары позволяет конструктивно осуществить две опоры вращения в место консольного, что повышает нагрузочную стойкость механизма. Проектирование гипоидной пары позволяет изготовить передачу вращения под любым углом с передаточным отношением от 1 до 10 (максимально до 60).

Редуктор ведущего моста
Редуктор ведущего моста с гипоидной главной передачей

Гипоидные зубчатые пары сложны в изготовлении, склонны к заеданию и очень требовательны к настройке зацепления, что повышает требования к смазке и повышению твёрдости материала зубьев. Для изготовления гипоидных передач используют следующие сплавы: 18ХГТ, 12ХН3А, 12Х2Н4А. Работа пары в реверсном режиме неодинакова в виду асимметричности в зацеплении.

Червячная передача

Рабочая пара представляет собой винт (червяк) с зубчатым колесом (червячным колесом), где взаимодействие происходит за счет сцепление витков с зубьями шестерни. Данный вид передачи осуществляется под углом 90° между не пересекающимися осями. Характер работы червячной пары отличается значительным увеличением крутящего момента и уменьшением угловой скорости. Передаточные числа червячной передачи закладываются от 8 до 100 в отдельных случаях до 1000.

Червяк с червячным колесом
Червячные пары

Червячные передачи отличаются плавностью и малошумностью хода, компактностью, хорошей кинематической точностью, при определённых передаточных числах обладает самоторможением. Вместе с перечисленными плюсами такие передачи требуют: высокой точности сборки и настройки; повышенной стойкости к трению материала; отдельные передаточные числа позволяют осуществлять передачу только в одном направлении; в опорах червячного вала возникают значительные осевые усилия. Червячный механизм имеет сравнительно низкий КПД в результате значительного проскальзывания и требуется отвод тепла, выделяемого трением.

Червячный редуктор
Червячный редуктор в разрезе

По направлению вращения винта червяки бывают левого и правого вращения, вместе с этим винты бывают однозаходные и многозаходные, по форме образующей поверхности могут быть цилиндрические и глобоидные, а также имеют несколько видов профиля резьбы винта. Червячные колёса различаются по профилю зуба на прямой, вогнутый, роликовый. Зубчатое колесо может заменять зубчатый сектор с ограниченным углом поворота.

Червячные редуктора применяются в приводах рулевых механизмов машин различных типов, подъёмном и лебёдочном оборудовании, в регулировочных устройствах.

Зубчатая рейка

Данный вид зубчатой передачи предназначен для преобразования вращательного момента в возвратно поступательное движение и часто применяются в конструкциях станков.

Передача зубчатой рейкой
Зубчатая рейка

В рабочую пару входят рабочая рейка в виде стержня с зубьями и шестерня с аналогичной нарезкой зубьев. В паре могут использовать как прямые, так и косые зубья. Работа рейки отличается простотой конструкции, высоким КПД и стабильностью передаточного числа.

Зубчатая рейка
Цилиндрическая шестерня в паре с зубчатой рейкой

Зубчатые колёса-звёздочки для цепных передач

К зубчатым передачам также можно отнести зубчатые звездочки, осуществляющие передачу вращения через шарнирные роликовые цепи.

Приводные звёздочки
Приводные звёздочки цепных передач

Такая реализация передачи вращения проста в изготовлении, не требовательна к высокой точности в настройке, имеет высокий КПД, позволяет осуществлять привод на значительном конструктивном расстоянии ведущей и ведомой части механизма. К недостаткам такого привода можно отнести: непостоянство передаточного числа на звездочках с малым числом зубьев; сложность смазки приводных цепей, что приводит к удлинению цепи при износе шарнирных звеньев.

Звездочки цепной передачи
Цепная передача

Данный вид передачи широко применяется в конструкции всевозможного оборудования в промышленности и сельском хозяйстве. В повседневной жизни такая передача нам известна по конструкции привода колеса велосипеда.

Цепной привод
Шестерни звездочки в составе цепной передачи сельскохозяйственной машины

Большая часть сельскохозяйственных машин, работающих в агрегате с трактором имеют в своей конструкции цепные передачи. Сюда можно отнести сеялки и сажалки, кормоуборочные машины и раздатчики корма, жатки, подборщики, разбрасыватели удобрений и другие. В некоторых конструкциях двигателей автомобилей цепной привод используется в передачи вращения на газораспределительный механизм.

 

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector