Збчатые колеса и шестерни

Зубчатое колесо
По факту, зубчатое колесо является одной из основных, и в большей степени незаменимых, деталей множества механизмов. Как правило, зубчатое колесо работает в паре, либо используется пара шестерни и червячного вала.

Зубчатое колесо является собирательным названием, и представляет собой диск (круглый или овальный) с расположенными по его поверхности зубьями. Существуют различные виды зубчатых колёс, которые имеют разницу в форме, материале и используемой технологии производства


Прямозубые зубчатые колёса

Прямозубые зубчатые колёса — наиболее часто используемый вид, и часто просто называются шестернями. Линия контакта зубьев располагается параллельно осям их вращения. Чтобы такая система работала нормально, обе шестерни находятся параллельно друг другу, и их приводные валы находятся в одной плоскости.


Косозубые зубчатые колёса

Косозубые зубчатые колёса - это разновидность шестерней, в которых зубья расположены под наклоном к оси вращения. Такие зубья имеют бо̀льшую поверхность, более плавный ход, меньшую шумность, а так же способны передавать бо̀льшую мощность на крутящемся валу. Но они имеют и ряд недостатков, которые проявляются в повышенном трении и излишнем нагреве. Данные недостатки устраняются использованием специальных смазок и дополнительным охлаждением. Ещё один из недостатков, с которым стоит считаться – это возникающая сила, которая направлена вдоль оси удерживающей шестерню. По этой причине при использовании таких шестерней применят упорные подшипники, способные противодействовать этой нагрузке.

Несмотря на ряд недостатков, кососубые зубчатые колёса используются в редукторах, приводах станков, а так же там, где требуется передать большой крутящийся момент.


Шевронные зубчатые колеса

Данный вид колёс зубчатых решает один из недостатков косозубых шестерней. Фактически шевронная шестерня представляет собой два косозубых колеса, расположенных на одной оси, при этом их зубья расположены под противоположным углом друг к другу. Шевронные шестерни имеют свойство самоцентрироваться на валу и устанавливаются на плавающих подшипниках. Передачи на основе шевронных зубчатых колёс имеют низкую шумность и способны передавать большой крутящийся момент на валу. Как правило, шевронные колёса используются в паре.

 

Зубчатые колёса с внутренним зацеплением

Зубья в такой детали расположены по внутреннему диаметру, при этом ведущая и ведомая шестерня вращаются в одном направлении. Передачи с такими колёсами используются для вращения кабин различной техники, в шестерёнчатых насосах и планетарных механизмах. Такие передачи имеют низкие потери на трении и соответственно высокий КПД.


Секторные зубчатые колёса

По факту такие колёса представляют собой полноценную шестерню, но имеющую зубья только на части поверхности. Используются секторные зубчатые колёса там, где нужно передать только часть вращательного движения. Их используют в передачах преобразующих вращательное движение в поступательное, в шаговых механизмах, а так же в передачах, где нет необходимости совершать полный оборот вала.

Секторное колесо представляет собой часть обычного колеса любого типа. Такие колёса применяются в тех случаях, когда не требуется вращение звена на полный оборот, и поэтому можно сэкономить на его габаритах.


Зубчатые колёса с круговыми зубьями

Наиболее яркий пример такой передачи – это передача Новикова. Такие зубчатые колёса являются усовершенствованным вариантом косозубых шестерён, но дополнительно радиальный изгиб по отношению к оси вращения. Имеют укороченный ресурс работы, более низкий КПД, и сложность при изготовлении. Но, не смотря на недостатки, такие зубчатые колёса широко используются благодаря высокой плавности хода и низкой степенью шума.


Храповые зубчатые колёса

Храповик, или храповый механизм преобразует возвратно-вращательное движение в прерывистое вращательное, которое имеет только одно направление. То есть данный механизм предназначен для вращения вала только в одну сторону, и исключает проворот в другую. Чтобы ограничить движение в противоположную сторону храповик снабжается собачкой, которая удерживается под собственным весом либо дополнительно подпружинивается.


Методы изготовления зубчатых колёс

Существует несколько методов изготовления зубчатых колёс. Есть высокотехнологичные методы и достаточно простые. В зависимости от сложности формы шестерней могут использоваться сразу несколько технологических приёмов. Шестерни большого диаметра и поперечного размера чаще изготавливают методом литья с последующей механической обработкой. Ниже представлены наиболее часто используемые методы при изготовлении зубчатых колёс:

•Метод обкатки;

•Метод обкатки с применением гребёнки;

•Метод с использованием червячной фрезы;

•Метод с использованием долбяка;

•Методом копирования (Метод деления);

•Методом горячего и холодного накатывания;

•Методом поперечного фрезерования;

•Методом порошковой металлургии;

•Методом литья с последующей механической обработкой.

Какой метод использовать при изготовлении зависит от технологической необходимости и экономической целесообразности. То есть, большинство зубчатых колёс можно изготовить несколькими способами, но стоимость готового изделия будет значительно различаться.

Первые зубчатые колёса изготавливали с применением дерева, камня и металла. Современные технологии позволяют изготовить такие детали из разных металлов, их сплавов, композитных материалов, пластиков. Технологии развиты до такой степени, что зубчатые колёса можно сделать даже из стекла или камня, причём методом литья или механической обработки, но это только демонстрация прогресса. Хотя каменные шестерни в древности имели место.