Зубчатое колесо
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Зубча́тое колесо (шестерня́) — 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 шестерня́ми.
Зубчатые колёса (шестерни) обычно используются па́рами с разным числом зубьев с целью преобразования крутящего момента и числа оборотов вала на выходе. Шестерня, к которой крутящий момент подводится извне, называется ведущей, а шестерня, с которой момент снимается — ведомой. Если диаметр ведущего колеса меньше, то крутящий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот.
Следует заметить, что шестерённая передача не является усилителем механической мощности, так как общее количество механической энергии на её выходе не может превышать количество энергии на входе. Это связано с тем, что механическая работа в данном случае будет пропорциональна произведению крутящего момента на скорость вращения. В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение останется неизменным. Данное соотношение справедливо для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.
Содержание |
[править] Поперечный профиль зуба
Боковая форма профиля зубьев колёс для обеспечения плавности качения может быть: эвольвентной, неэльвовентной передача Новикова (с одной и двумя линиями зацепления), циклоидальной. Кроме того, в храповых механизмах применяются зубчатые колеса с несимметричным профилем зуба.
[править] Продольная линия зуба
[править] Прямозубые шестерни
Прямозубые шестерни — самый распространённый вид шестерён. Зубья являются продолжением радиусов, а линия контакта зубьев обеих шестерён параллельна оси вращения. При этом оси обеих шестерён также должны располагаться строго параллельно.
[править] Косозубые шестерни
Косозубые шестерни являются усовершенствованным вариантом прямозубых шестерён. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали. Зацепление таких шестерён происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом.
Недостатками косозубых шестерён можно считать следующие факторы:
- При работе косозубой шестерни возникает механический момент, направленный 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 шестерни применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высокой скорости, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.
[править] Шестерни с круговыми зубьями
Передачи на основе колёс с круговыми зубьями имеют ещё более высокие ходовые качества, чем косозубые — высокую плавность и бесшумность работы. Однако они ограничены в применении сниженными, при тех же условиях, КПД и ресурсом работы, такие колёса заметно сложнее в производстве. Линия зубьев у них представляет собой окружность радиуса, подбираемого под определённые требования.
[править] Двойные косозубые шестерни (шевроны)
Двойные косозубые шестерни решают проблему осевого момента. Зубья таких шестерён изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых шестерён со встречным расположением зубьев). Осевые моменты обеих половин такой шестерни взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке осей и валов в специальные подшипники. Передачи, основанные на таких зубчатых колёсах, обычно называют «шевронными».
[править] Зубчатые конические колёса
Кроме наиболее распространёных циллиндрических З. к. применяются колёса конической формы. Конические шестерни применяются там, где необходимо передать крутящий момент под определённым углом. Такие конические шестерни с круговым зубом, например, применяются в автомобильных дифференциалах, используемых для передачи момента от двигателя к колёсам.
[править] Секторные колёса
Секторная шестерня представляет собой часть обычной шестерни любого типа. Такие шестерни применяются в тех случаях, когда не требуется вращение механизма на 360°, и поэтому можно сэкономить на его габаритах.
[править] Зубчатые колёса с внутренним зацеплением
При жёстких ограничениях на габариты, в планетарных механизмах, в шестерённых насосах с внутренним зацеплением, в приводе башни танка, удобно применение колёс с зубчатым венцом, нарезанным с внутренней стороны. Также сто́ит заметить что вращение ведущего и ведомого колеса направленно в одну сторону.
[править] Реечная передача (кремальера)
Реечная передача (кремальера) применяется в тех случаях, когда необходимо преобразовать вращательное движение в поступательное и обратно. Состоит из обычной прямозубой шестерни и зубчатой планки (рейки). Работа такого механизма показана на рисунке.
[править] Коронные шестерни
Коронная шестерня — особый вид шестерни, зубья которой располагаются на боковой поверхности. Такая шестерня обычно стыкуется с обычной прямозубой, либо с барабаном из стержней (цевочное колесо), как в башенных часах.
[править] Изготовление зубчатых колёс
Основные методы изготовления зубчатых колёс: метод копирования, когда режущие кромки инструмента соответствуют форме впадины зубчатого колеса и после нарезания одной впадины заготовка поворачивается на один зуб при помощи делительного устройства, метод обкатки, (обрабатывающий инструмент воспроизводит движение пары зубчатых колёс), горячее и холодное накатывание.
Технологиями изготовления зубчатых колёс занимаются специальные направления технологии машиностроения и области станкостроения. Основные производители металлорежущих станков зубообрабатывающей группы в России — заводы «Комсомолец» (г. Егорьевск) и Коломенский тяжёлого станкостроения (г. Коломна).
[править] См. также
- Зубчатая передача
- Механическая передача
- Вариатор
- Планетарная передача
- Ручная трансмиссия
- Автоматическая трансмиссия
- Велосипедный переключатель скоростей
[править] Литература
- Под ред. Скороходова Е. А. Общетехнический справочник. — М.: Машиностроение, 1982. — С. 416.
- Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин. — М.: Издательский центр "Академия", 2004. — С. 416. ISBN 5-7695-1384-5
- Богданов В. Н., Малежик И. Ф., Верхола А. П. и др. Справочное руководство по черчению. — М.: Машиностроение, 1989. — С. 864. ISBN 5-217-00403-7
- Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х тт. — М.: Машиностроение, 2001. ISBN 5-217-02962-5
