В терминологии непрофессионалов зубчатые передачи – это вращающиеся механические элементы, которые обычно используются для передачи вращения от одного элемента к другому. Простыми словами, шестерня – это вращающийся механический элемент, используемый для передачи крутящего момента от одной детали к другой.
Общее описание зубчатых колес и зубчатых передач
Для этого их внешние части непосредственно соприкасаются друг с другом, через зубья соприкасающихся колес, так что вращательное движение одной зубчатой шестерни приводит к вынужденному движению другой. Такая передача крутящего момента очень эффективна и результативна, так как при этом теряется очень мало энергии. Одним из основных плюсов использования зубчатых передач является то, что они обеспечивают максимальную выходную мощность. Различные зубчатые передачи могут работать с разной скоростью, передавать различные величины крутящего момента и даже преобразовывать горизонтальное движение в вертикальное.
Кроме того, обработка зубчатых колес может быть осуществлена таким образом, чтобы выдерживать очень высокие скорости вращения и силы, сохраняя при этом высокий уровень эффективности. Такая эффективность, а также их универсальность, сделала зубчатое колесо популярной деталью еще с древних времен, и сегодня их можно встретить практически везде, от самолетов до часовых механизмов.
Использование зубчатых передач можно проследить на протяжении тысячелетий, при этом основные элементы и конструкция сохранили свою актуальность и по сей день.
Многие люди, возможно, не знают, но сегодня на рынке существует целый ряд различных видов шестеренок. Каждый инженер-механик должен иметь базовое понимание основных типов существующих зубчатых передач.
Разновидность/виды зубчатых колес и зубчатых передач
Существует много различных видов зубчатых передач, предназначенных для различного вида использования, и все типы характеризуются положением соединенной оси или вала, которые могут быть параллельными, пересекающимися или не параллельными и не пересекающимися, а также формой зубьев.
Цилиндрическая зубчатая передача
Один из самых распространенных типов шестерен – цилиндрическая прямозубая шестерня. благодаря своей простоте, широкому спектру применения и экономичности. Цилиндрические зубчатые передачи воспринимают и передают радиальные нагрузки и, как правило, используются при низких скоростях вращения, так как они имеют большую шумность на высоких скоростях.
Косозубая шестерня
Это зубчатое колесо также являются цилиндрическим, но имеет угловые зубья, образующие форму спирали, так что они могут передавать как крутящий момент, так и тягу, хотя последнее и не является всегда полезным в их применении и должно быть адаптировано. Преимуществом винтовой формы зубьев является небольшой уровень шума и вибрации при работе даже при высоких оборотах, а также возможность передачи еще больших нагрузок, чем у цилиндрических зубчатых передач.
Двойные косозубые шестерни
Это, по сути, две косозубые шестерни, приклеенные друг к другу, зубья которых имеют противоположную ориентацию. Причина такой компоновки заключается в том, чтобы устранить осевую нагрузку, которая создается в одноцилиндровой шестерне, за счет того, что нагрузки взаимно гасят друг друга. Основным недостатком является то, что трудно осуществить нарезание зубчатых колес с требуемой точностью. В этой связи изготовление зубчатых колес обходится довольно дорого.
Шевронные шестерни
Шестерни очень похожи на двойные косозубые шестерни, но в них нет зазора, разделяющего две косозубые шестерни. Эти зубчатые колеса, как правило, меньше, чем аналогичные двойные цилиндрические зубчатые колеса, и идеально подходят для работы в условиях сильных ударов и вибраций. Их не очень часто используют, потому что сложно изготовить венец зубчатого колеса из-за производственных трудностей и его высокой стоимости.
Конические зубчатые колеса
Эти шестерни относятся к типу пересекающихся осей/валов, поэтому их соединение осуществляется под вертикальным углом наклона. Их форма коническая, а зубья могут быть как прямыми, так и спиральными для более тихой работы. Хотя угол 90 градусов между пересекающимися осями не является обязательным, они, как правило, встречаются в таком исполнении и имеют одинаковое количество зубьев, так что скорость вращения между ними одинакова. Этот тип конических шестерен называется митровой передачей и используется в тех случаях, когда изменение скорости не требуется. Любой другой угол и разность числа зубьев называется просто конической передачей.
Гипоидные передачи
Эти шестерни очень похожи на конические шестерни со спиральным расположением зубьев, главное отличие заключается в том, что их оси вращения не совпадают. Как следствие, конструкция зубьев, должна быть очень тщательно рассчитана по их углу наклона. Обычно они используются в тех случаях, когда требуется снижение или повышение скорости, поэтому их часто можно встретить в автомобильных трансмиссиях, которые допускают более компактную конструкцию.
Червячные передачи
Эта передача – это тип передачи, состоящий из цилиндрической шестерни, которая похожа на коническую шестерню. При этом она также включает в себя вторую шестерню, которая имеет винтовую резьбу, расположенную в параллельной плоскости, но при осевом вращении 90 градусов по отношению к первому элементу. Благодаря плотному соединению двух элементов, червячные зубчатые колеса работают бесшумно и не вызывает вибраций. Чаще всего червячная передача применяется там, где решающими характеристиками являются частота вращения, фиксация и точность. Типичным примером такого типа зубчатых передач являются ключи настройки в струнных музыкальных инструментах.
Реечные зубчатые передачи
Они являются цилиндрической зубчатой шестерней, соединенной с прямой зубчатой рейкой, при этом один из ее элементов стабильно фиксируется в нужном положении, а другой движется влево и вправо, подобно червячной передаче. Типичным применением зубчатой рейки и шестерни является рулевое колесо, на котором фиксируется положение цилиндрической зубчатой шестерни, а рейка перемещается в одну из сторон, после чего стяжные стержни и рулевой рычаг поворачиваются для поворота колес. Поскольку скорость вращения зубчатой рейки и шестерни очень низкая, зубы не нужно наклонять или закручивать, и они не издают никаких звуков или вибраций.
Звездочки
Звездочки - это такие шестерни, которые имеют более острые зубья, потому что они предназначены не для соединения с другими шестернями, а для соединения с ремнями или цепями. Типичным примером является велосипедная звездочка, зубья которой входят в зазоры металлической цепи, двигая заднее колесо вперед. В промышленности звездочки обычно встречаются в конвейерных системах, хотя другие типы передач, которые более безопасны и менее подвержены износу, как правило, предпочтительнее.
Внутренние шестерни
Это шестерни, у которых зубья находятся на внутренней стороне радиуса. Преимуществом использования такой шестерни является экономия места и то, что они не меняют направление вращения, поэтому их используют в тех областях применения, где требуются такие характеристики.
Планетарные редукторы
Типичная компоновка включает в себя центральное цилиндрическое зубчатое колесо, с которым сопряжено внешнее цилиндрическое зубчатое колесо, которое движется вокруг его периметра. Типичным примером такой системы являются паровозы ранних моделей, показывающие, что различные типы шестерней играли важную роль в истории.
Волновые зубчатые передачи
Они являются довольно сложными типами передач, и на самом деле представляют собой наборы планетарных передач, соединенных внутри оболочки и вращающихся в коаксиальном направлении. Эти системы очень точны, отличаются полным отсутствием люфтов и могут достигать высоких передаточных чисел, оставаясь при этом очень компактными. Их основной сферой применения является дифференциальное зубчатое управление, где точность и компактность имеют решающее значение, поэтому они находят применение в аэрокосмической, роботизированной и промышленной технике управления движением.
Преимущества
Зубчатый привод выполняет три основные функции: увеличивает крутящий момент от приводного оборудования (двигателя) к приводимому оборудованию, снижает скорость, создаваемую двигателем, и/или изменяет направление вращения валов. Подключение этого оборудования к редуктору может осуществляться с помощью муфт, ремней, цепей или через соединения с полым валом.
Характеристики и применение зубчатых колес
Скорость и крутящий момент обратно пропорционально соотносятся при постоянной мощности. Поэтому при снижении скорости крутящий момент возрастает в том же соотношении.
Морские зубчатые передачи
Морское оборудование используется на различных судах, таких как быстроходные паромные суда, роскошные яхты, фрегаты и катера. Эти устройства обычно более мощные и удовлетворяют самым современным требованиям. Материалы зубчатых колес стойкие к коррозии и усталости. Как правило, используются планетарные редукторы, червячные передачи и планетарные редукторы.
Конвейерные системы
Зубчатые передачи также используются в конвейерных системах для оптимизации работы механических систем. С помощью зубчатых передач товары транспортируются из одного места в другое.
Зубчатые передачи для электростанций
Электростанция использует высококачественные и высокоточные зубчатые передачи для использования в энергетическом оборудовании и машинах. Они используются для работы на высоких скоростях. Обычно используются зубчатые колеса с параллельным и планетарным приводом.
Редукторы ветряных турбин
Ветряная турбина использует зубчатые передачи, чтобы заставить вращаться низкоскоростные лопасти быстрее. Типы используемых зубчатых передач: планетарные редукторы, цилиндрические шестерни и червячные передачи.
Автомобильные редукторы
Автомобильная промышленность нуждается в автомобильных редукторах для обеспечения высокого крутящего момента и плавного и бесшумного преобразования механической энергии. В качестве автомобильных передач используются механические коробки передач, полуавтоматические коробки передач или коробки автоматы.
Сельскохозяйственные зубчатые передачи
Сельскохозяйственные редукторы широко используются в агропромышленном комплексе. Сельскохозяйственные редукторы используются в таких процессах, как обработка почвы, посев, вспашка, ирригация, борьба с вредителями и насекомыми и т.д. Сельскохозяйственный автомобиль, трактор также использует все эти шестерни в своих механизмах. Применяют такие виды зубчатых колес: спиральные, цилиндрические, червячные и звездообразные.
Горнопромышленные редукторы
Многие типы зубчатых передач нашли место в горнодобывающей промышленности для обеспечения эффективной работы машин при передаче энергии, как на наземных, так и на подземных работах. Типы зубчатых передач: прямоугольная зубчатая передача, параллельная зубчатая передача и червячный привод.
Зубчатые колеса с муфтами
Многие из этих шестерней используются в качестве приводов мельниц на цементных заводах, сахарных заводах, провисающих мельницах, трубопрокатных станах, угольных мельницах, золоторудных заводах, песчаных заводах и многих других. Это цилиндрические зубчатые колеса, торцевые зубчатые колеса, спиральнозубые конические шестерни.
