Большинство электрических двигателей для минимизации размеров и, соответственно, цены производятся быстроходными с малым диапазоном смены скоростей. Механическая энергия от мотора к рабочему органу производится путем применения всевозможных зубчатых передач, а именно шестерней. Поэтому такие механизмы невероятно важны в производстве любого двигателя.
Шестерня — это колесо с расположенными по всему диаметру зубьями. Чаще всего шестерни функционируют в паре, передавая момент вращения от оси одной детали к иной. Шестерни цепляются между собой зубьями, обеспечивая единую связь движения.
Также шестерни могут применяться для перегонки жидкостей, к примеру, масла или топлива, осуществления подъема различных тяжелых грузов, они являются основным механизмом для большинства техники, оборудования, отличаются универсальностью, позволяют выполнять огромное количество задач.
К тому же стоит знать, что шестерни с разными диаметрами будут вращаться и с различной скоростью, что очень важно для передач механического типа. Именно смена передач позволяет задать, с какой именно скоростью механизм будет перемещаться.
Зубчатое колесо, которое передает вращение, называется ведущим, а приводимое в движение — ведомым колесом.
Основное назначение шестерней
Шестерня выступает достаточно полезным и невероятно популярным механизмом, который позволяет:
- передавать вращение от одной оси к иной;
- осуществлять увеличение либо снижение скорости движения;
- изменять направление вращения.
Но стоит понимать, что такие элементы работают постоянно в условиях повышенных нагрузок. Поэтому они должны быть изготовлены, во-первых, с максимальной точностью, чтобы обеспечить идеальное сцепление друг с другом, во-вторых, из качественного и прочного материала, который без проблем справится с регулярными большими нагрузками, будет безотказно работать на протяжении многих лет. Только таким образом можно рассчитывать на безотказную и долговечную работу двигателя, а также прочих механизмов.
Требования к производству
Существует определенный ряд технических требований к изготовлению зубчатых колес, который включает в себя правила для обеспечения точности профиля зуба, а также точности шага между зубьями, правильности расположения оси зуба относительно оси шестерни, соосности окружностей и т. д. Изделия должны соответствовать установленным требованиям и производится с учетом дальнейшей сферы применения, нагрузки.
Также различают шестерни по многим важным параметрам:
- Степень точности зубчатых передач. Чтобы обеспечить плавность работы зубчатой передачи, отличное прилегание поверхностей зубьев важно соблюдать определенную степень точности. Но в этом случае также важно учитывать и дальнейшую сферу эксплуатации механизма. Бывают кинематические зубчатые передачи, в которых очень важна именно кинематическая точность, соответствие угла поворота ведущего и ведомого колес. Данные механизмы используются для производства координатных, учетных машин и т. д. Помимо этого, есть скоростные зубчатые передачи, они применяются для обеспечения вращательного момента у станков, автомобилей, двигателей и турбин. В этом случае очень важна плавность и бесшумность эксплуатации при высоких частотах вращения. Также есть силовые передачи, они применяются в грузоподъемных машинах, тракторах и экскаваторах. В данной ситуации очень важен полный контакт зубьев.
- Материал изготовления. Сталь — основа для производства большего количества шестерен, но при этом она должна иметь большой запас прочности и быть термически обрабатываемой. В зависимости от твердости зубчатого колеса для его изготовления используются всевозможные виды и марки стали. Помимо этого, для повышения твердости рабочих поверхностей механизмы подвергаются объемной и поверхностной закалке, азотированию, цементации и прочим способам обработки. Таким образом, данные манипуляции позволяют повысить устойчивость изделия к будущим нагрузкам. Шестерни с высокой твердостью поверхности зубов производятся из углеродистой, жаропрочной или легированной стали. Также при изготовлении подобных механизмов используется высокопрочный чугун, который к тому же подвергается изотермической закалке.
- Способ получения заготовок. В основном заготовки для рассматриваемых механизмов получают методом ковки или реже литьем. В некоторых случаях используется обработка металлов резанием. В любом случае технологический процесс производства зубчатого кольца довольно сложный, так как нужно получить рабочую поверхность с определенными геометрическими параметрами без погрешностей.
- Нарезание зубьев. Данная процедура осуществляется либо копированием, либо обкаткой. Метод копирования предусматривает зубофрезерование, при котором прорез между впадинами зубьев образуется путем применения особых фрез. После подрезания каждой впадины заготовка поворачивается на шаг зацепления. Профиль впадины полностью совпадает с профилем режущей кромки фрезы, отсюда и название — метод копирования. В этом случае точность нарезания не особо высока, и данный метод отличается малой производительностью, поэтому его в основном используют при проведении ремонтных работ. Метод обкатки более популярен, и в этом случае имитирование зацепления зубчатой пары используется за счет применения червячной фрезы. При нарезании зубьев заготовка и фреза вращаются вокруг своих осей, обеспечивая непрерывность рабочего процесса. Также есть метод накатывания зубьев, которые актуален при массовом производстве. Формообразование зубьев осуществляется путем предварительного нагрева металлозаготовки, после чего происходит выдавливание зубьев. Такая технология в основном используется для производства больших зубчатых колес, а также крупных партий.
- Способ финальной обработки. Зубчатые колеса для быстроходных передач обрабатываются шлифованием. Также используется шевингование для достижения требуемой точности. Шестерни высокой степени твердости подвергаются обязательно закалке.
На сегодня имеется большое количество шестерен, и все они имеют разную сферу применения, степень точности.
Виды шестерен
На сегодня существует множество зубчатых механизмов, рассмотрим основные из них:
- Прямозубые шестерни. Это самый простой и доступный вариант шестерни, у него зубья размещены строго параллельно оси вращения по всей окружности. Когда колеса скрепляются, они перемещаются в разные направления. Эти детали довольно часто используются, поскольку отличаются простотой изготовления, прекрасно работают при умеренном уровне нагрузки и небольшой скорости, обеспечивая хороший КПД трансмиссии. К минусам данного изделия можно отнести повышенную степень шума и вибрации на высокой скорости.
- Косозубая передача. В этом случае шестерни тоже имеют параллельные друг другу зубья, но они расположены под уклоном, поэтому получаются более длинными и предоставляют возможность увеличения нагрузки. При использовании данных механизмов заметен малый уровень шума, а также плавность хода. Но за счет увеличения ширины зубцов данные детали нагреваются быстрее, поэтому обязательно использование хорошей системы смазки. Косозубое колесо используется там, где требуется передача крутящего момента с высокими оборотами.
- С внутренним сцеплением. Данный вариант применяется в усложненных механизмах, где шестеренки с зубьями размещены по внутренней окружности. Это позволяет рассчитывать на одинаковое направление вращения ведущего и ведомого вала, уменьшить габариты механизма.
- Винтовые, которые имеют соответствующую форму профиля шестерни. Зубья винтовой передачи имеют форму спирали. Такой вариант используется для передачи крутящего момента на шестерню, которая находится перпендикулярно. Причем зона контакта получается довольно плотной, часто такой вариант можно наблюдать в редукторах.
- Секторные. В этом случае зубья размещены не по всей окружности, а частично на ширину определенного сектора, за счет чего делается неполный оборот. Подобные изделия используются во многих механизмах в качестве ведущего элемента, обеспечивают шаговую передачу крутящего момента.
- Конические. Крутящий момент передается на валы, которые расположены друг относительно друга под углом 90°. Причем зубья могут быть прямыми и косыми, скругленными, тангенциальными.
- Червячная передача. В этом случае колеса обеспечивают лучший контакт между собой. Главное преимущество данной передачи заключается в надежном и бесшумном перемещении, но требует отдельного внимания к системе смазки. Только регулярная качественная смазка обеспечит бесперебойность работы данных механизмов, которые востребованы в производстве автомобилей, рулевых систем.
Шестерни активно используются не только при производстве электродвигателей, но и различных механизмов, востребованных в горнодобывающей, пищевой, машиностроительной и прочих сферах промышленности.
Подготовка чертежей
Процесс изготовления шестерней начинается непосредственно с подготовки рабочей документации.
При создании чертежа учитываются следующие характеристики:
- Диаметр посадочного отверстия. Для шестерен производятся соответствующие валы, которые должны иметь определенный посадочный диаметр. Этот показатель стандартизирован.
- Размеры шпоночного отверстия, которое зависит от того, какие конкретно нагрузки будут оказываться на механизм.
- Модуль, от которого напрямую зависят эксплуатационные характеристики механизма.
- Наружный и внутренний диаметр, определяющий размер зуба.
- Угол расположения зуба относительно оси вращения.
Помимо этого, конечно же, учитывается точность размеров, формы. Посадочное отверстие должно находиться исключительно в центральной части, поскольку даже малейшее ее смещение может привести к отсутствию возможности использования механизма.
Также важна точность взаимного расположения, чтобы зубья и прочие конструктивные элементы взаимодействовали, исключая эффект биения и прочих проблем при работе. В электродвигателе все конструктивные элементы должны работать безукоризненно, в противном случае, невозможно будет рассчитывать на его безотказную и качественную эксплуатацию.
Производственное предприятие «ГБЦ» располагает современным станочным оборудованием для производства шестерней разных габаритов самого высокого качества, проведения грамотной металлообработки в Екатеринбурге. Помимо этого, в компании трудятся исключительно опытные специалисты, которые готовы подготовить чертеж по вашему образцу детали, выполнить нестандартные и трудновыполнимые типы шестерней, зубчатых колес.
Изготовление деталей возможно по предоставленным чертежам заказчика либо с указанием желаемой формы, модуля, количества зубьев, степени точности и т. д. К тому же возможно изготовление шестерни по детали, бывшей в употреблении.
Стоимость механизма рассчитывается индивидуально и зависит от количества и типа необходимых деталей, используемого металла и сложности работ.
Современное оборудование с ЧПУ предоставляет возможность произвести любые необходимые изделия, причем даже уникальной формы, обеспечить высокую точность производственного процесса без какого-либо брака и издержек. К тому же большие мощности позволяют производить крупные партии товара в минимальные сроки без потери качества. По всем вопросам обращайтесь по указанным на сайте телефонам, менеджеры предоставят подробную консультацию.