Зубчатое колесо: виды, типы, классификация, области применения

28.07.2022
Зубчатое колесо: виды, типы, классификация, области применения

Зубчатые передачи устанавливают в разных машинах и устройствах. Энергетические установки, транспортные средства, устройства для подъема грузов, сельскохозяйственное оборудование, приборы высокой точности – в них устанавливают зубчатые колеса. Передачи отвечают за обеспечение постоянных вращений между валовыми осями. Также они легко преобразуют энергию вращения в поступательные колебания. Плюс передача обеспечивает условия преобразования валовых оборотов и крутящего момента.

Что собой представляют зубчатые передачи

Главные преимущества передач:

  • Компактные размеры.
  • Точность и плавность.
  • Высокий уровень КПД.
  • Надежность, долговечность.
  • Возможность осуществления передачи силового действия под требуемым углом.
  • Широкий диапазон скоростей.

Эти характеристики обуславливают распространенность зубчатых передач при производстве современной техники. Но есть и недостатки – решение должно подвергаться точной обработке, сложное с технической производственной точки зрения. Предъявляются высокие требования к сырью и оборудованию.

Выбор материала для производства зубчатых колес – очень важный параметр. Максимальная жесткость конечной конструкции не дает изделиям спокойно выдерживать высокие динамические нагрузки, механизм может быстро разрушаться.

Конструктивное исполнение

Зубчатое колесо имеет простую, понятную конструкцию. В нем задействуется минимум составляющих. А чем проще конкретный узел, тем он надежнее и реже ломается.

В состав зубчатой передачи включены:

  • Вал. Основной двигатель, содержащий импульс. Передача идет от источника напрямую. В большинстве случаев в роли импульса используется электрический привод, деталь устанавливается непосредственно на колесо.
  • Колеса. Стандартно их в комплекте идет пару штук. Если нет посредников, колес два – ведомое и ведущее. Ведущему передается импульс, оно проворачивается по оси, запускает ведомое. Точный момент кручения будет зависеть от сцепления.
  • Подшипники. Чтобы колеса были подвижными, крепление вала осуществляется не прямо, а через промежуточные элементы. Подшипники нужно регулярно смазывать.

Корпус отвечает за надежную фиксацию составляющих элементов конструкции в рамках единой системы. Он препятствует пустому расходованию, растеканию смазочных материалов. Форма и габариты конуса могут быть разными.

Роль основы шестерни выполняют зубцы. Установка шестерен на вал осуществляется путем прессования. Конструкция выходит прочной, холостой ход колес исключен, а значит, минимизируются потери энергии.

Принципы работы

Шестерня выполняет роль основной детали в одноименной передачи. Форма элемента дисковая, на конической или цилиндрической поверхности которого располагаются зубцы. Благодаря зубьям, во время вращения колеса зацепляются друг с другом. Это делает возможной реализацию переноса момента вращения от одного вала на второй. Зубья одного колеса толкают во время движения зубья второго, сопряженного. В результате начинается одновременное вращение.

Зубчатая передача сопряженного типа включает элементы двух категорий:

  • ведомые;
  • ведущие.

К ведущим относят колесо, которое передает сообщающее вращение, к ведомым – зубчатое с максимальным диаметром и широким набором зубцов. В основном задействуется пара колес – на одном зубцов больше, на втором меньше. Иногда тот элемент, который несет меньше зубцов, называют шестерней, больше – колесом.

Разновидности

Зубчатые колеса классифицируются с учетом геометрии зубцов и схемы расположения валовых осей. Типы передач – винтовые, червячные, конические, цилиндры. С учетом зубчатого профиля выделяются круговые, эвольвентные колеса, схемы расположения – прямая, косая.

Цилиндрические передачи задействуют для параллельного размещения валовых осей, конические подойдут для пересекающихся элементов. Если оси перекрещиваются, можно брать гипоидные, червяные, винтовые, спироидные детали.

Особенности зубчатых цилиндрических изделий

Такие механизмы пользуются максимальным спросом. Они компактные, надежные, простые в изготовлении. Цилиндрические модели подходят для зацепления внутреннего либо наружного типов. В первом варианте шестерня внешнего и колесо внутреннего вращаются в заданном направлении. Внешнее зацепление включает шестерню и колесо, они вертятся в противоположных друг другу направлениях.

Косозубые колеса-цилиндры комплектуются расположенными под углом к осевой части зубьями. У сопряженных одинаковый наклон, но разные направления расположения зубцов. Наличие наклона позволяет передавать значительные нагрузки и снижать шумность во время работы.

Шевронные модели

Шевронные колеса имеют вид пары скрепленных друг с другом колес, оснащенных косыми зубцами. Угол наклона будет равным, а расположение противоположным. Это способствует уравновешиванию осевых нагрузок и снижению давления на подшипники.

Колеса могут идти с канавкой по центру либо без нее. Отсутствие канавки способствует повышению прочности конструкции и увеличению цены.

Винты

Во многом они схожи с косозубыми колесами, но контакт будет не линейным, а точечным. Наклон зубьев выдержан в одном направлении. Точечные контакты увеличивают износ.

Реечные модификации

Изготовление зубчатых колес реечного типа осуществляется с применением реек с зубцами и колес. Колеса цилиндрической формы вращаются, запускают в работу сопряженную рейку по расположенной в перпендикулярном направлении относительно оси прямой. Это способствует превращению вращений в поступательные движения. Передача может идти с прямыми либо косыми зубцами.

Коническое расположение зубьев создает условия для вращения скрещивающихся, пересекающихся осей. Они могут иметь косое, касательное по отношению к окружности направление. Угол наклона не превышает 30 градусов. Криволинейные зубцы снижают шумность передач, увеличивают их прочностные показатели. Конические зубчатые передачи в зацеплении имеют пару зубов, и это позволяет выдерживать повышенные нагрузки – примерно на треть больше, чем для прямозубых колес с нулевым уклоном.

Червячные узлы: особенности

Цилиндрические червячные передачи комплектуются червяками, на которые нарезают витки вдоль направлений винтовых линий. При этом червяное колесо содержит вогнутые зубцы. Линейный контакт выступающих частей обеспечивает возможности для передачи максимальных нагрузок.

Червячные передачи имеют максимальные параметры скольжения. В глобоидных узлах червяк вогнутый. Данная особенность позволяет задействовать в ходе передачи усилия зацепления максимальный перечень зубьев.

Гипоидные передачи

Зубчатые гипоидные колеса имеют аналогичное коническим исполнение. Ось на ведущей шестерне смещается ниже либо выше относительно ведущей колесной оси. Наклон зубьев всегда больше, чем у колес. Нормальный шаг при этом выходит одинаковым, а у шестерни он увеличенный.

Гипоидную передачу отличают чистое скольжение либо качение, рабочие точки подвержены процессам скольжения, что создает условия для бесшумного, плавного срабатывания. Притирка выходит качественной, быстрой. Главный недостаток узла – скольжение способствует быстрому износу рабочих поверхностей зубцов. Нивелировать его можно за счет применения специальных масляных смесей.

Спироиды

Эти модификации занимают промежуточную позицию между гипоидами и червячными. Форма коническая, предусмотрено зацепление с колесным элементом с зубцами на торцах.

Производственные нюансы

Зубчатые передачи должны иметь высокую надежность, независимо от текущих нагрузок и рабочих скоростей.

Сырьевая основа

Чаще всего зубчатые колеса изготавливают из стали. Для увеличения прочности изделий металл могут подвергать термообработке либо легированию. Стали подходят:

  • высоких категорий;
  • обычные углеродистые;
  • легированного типа.

Возможно применение серого чугуна. Сплав годится для изготовления крупногабаритных тихоходных передач зубчатой категории в открытом конструктивном исполнении. Чугун используется реже стали, но тоже встречается. Преимущества материала – нетребовательность к составу технических смазок, способность деталей быстро и качественно притираться между собой.

Могут использоваться в производстве текстолит, капролон, пластики, латунь и бронза. Точные характеристики указываются в описаниях.

Важно. Для разных элементов конструкции могут применяться определенные материалы. Например, шестерни и колеса получают из стали, но это могут быть как обычные сплавы, так и упрочненные. Характеристики будут отличаться.

Необходимое оснащение

Изготовление зубчатых колес требует применения соответствующего оснащения. Качественное оборудование повышает точность производственного процесса, качество нарезки колес. Оно позволяет быстро заготавливать шестерни, колеса цилиндрического типа требуемых типоразмеров, а также косозубые, шевронные, червячные изделия.

Значимое преимущество станков последнего поколения – возможность четко нарезать зубцы заданной формы даже для колес диаметром в пределах 12 мм. Фрезы делятся на червячные, дисковые, пальцевые.

Устанавливаются на предприятиях станки с горизонтальным расположением рабочих элементов. На них выполняют обработку колес с шевронными, прямыми, косыми зубцами. Можно встретить станки, которые работают с применением шестерни-долбяка. Но подобное оборудование не дает добиваться максимальной точности обработки, далеко от универсального, имеет низкую производительность.

Обязательно ли делать чертежи

Да, изготовление зубчатых передач всегда начинается с составления, утверждения чертежей. При проектировании нужно будет принять в расчет предполагаемые нагрузки во время использования узла, определить оптимальное расположение элементов.

От корректной подготовки чертежей зависят конечные результаты. Поэтому инженеры на схемах максимально детализировано отображают типоразмеры, геометрические параметры колес и другие важные характеристики. Во время расчетов нужно учитывать условия заказчика, требования стандартов. Для этого подготавливаются таблицы, формируются графики, рассчитываются значения разных коэффициентов. В основном чертежи выполняются с применением специальных программ на ПК. Готовый результат должен отображать деталь в двух основных проекциях – боковая левая и фронтальная. В отдельных случаях делают другие дополнительные ракурсы. В особенности актуальным это будет для зубчатых передач – они имеют высокую технологическую сложность, требуют четкой состыковки элементов в паре.

Производственный процесс

На основании таблиц и схем в проекте создаются заготовки. Они имеют вид дисков заданной толщины с прорезями для шпонок в средней части. Для получения заготовок применяют методики штамповки и литья. В отдельных ситуациях может использоваться технология нарезки.

Доступные способы нарезки:

  • Обкатка заготовок для зубчатых передач. Нужно создать имитацию зацепления. Подойдут червячная фреза либо гребенки, долбяки.
  • Копирование. Речь о процедуре фрезеровки. Впадины между зубцами детали образуют модульные, концевые либо дисковые фрезы. По мере готовности впадины заготовку поворачивают на шаг, процедуру повторяют. Расстояние между шагами равняется зубу колесной основы. Суть копирования состоит в повторении в форме режущего инструмента контура впадины.
  • Горячее накатывание Венец детали нагревают с применением высокочастотных токовых импульсов, после обкатывают между колесами. Во время обработки выдавливаются выемки и образуются зубцы. Финальный этап – калибровка либо механическая обработка.

Червячная фреза нужна для изготовления колес с внешними зубцами, долбяки – с внутренними. Гребенки позволяют осуществлять нарезку косых и прямых рабочих элементов с крупным модулем зацепления.

Использование зубчатых передач

Область применения изделий широкая. Так конические передачи незаменимы на конвейерах, ведущих мостах транспортных средств и машин агропромышленного назначения. Не самый востребованный в своей категории тип за счет сложного, дорогого производства.

Цилиндрические зубчатые передачи отвечают за снижение и повышение передаваемых усилий. Места установки – коробки передач, ДВС, металлургические, буровые установки, оборудование горнодобывающего комплекса.

Точная область применения определяется с учетом типа механизма, конструктивных особенностей его исполнения, рабочего сырья.

Рекомендации по обслуживанию

Чтобы передача прослужила вам максимальное время, следите за ее состоянием. Например, посторонние шумы во время работы указывают на серьезные неисправности вроде износа рабочих поверхностей. Нужно провести визуальный осмотр, а еще лучше отправиться в сервис.

В ходе осмотра передачи нужно оценивать состояние подшипников, вала и других элементов, которые отвечают за надежное, стабильное функционирование узла. Так несущественные изгибы могут вызывать износ колес.

Почему вам следует сделать заказ в «Примапартс»?

Мы изготавливаем различные виды металлических изделий на заказ. Расчет стоимости производится по чертежам или эскизам с указанием размеров. Цена на изготовление зубчатых колес формируется на основании требований заказчика. Свяжитесь с нашими менеджерами для заказа изделий из металла в Минске!

Менеджер
Малмыго Игорьы
Ведущий специалист
+37544-5976168
Консультация специалиста
Наш менеджер перезвонит вам в течении 5 минут
Менеджер
Игорь
Эксперт
+375 (44) 597-61-68
Оставить заявку
Наш специалист свяжется с вами в течении 5 минут
Менеджер
Хорошова Анастасия
Сметчик
+7 000-00-99
Заказать расчет
Бесплатный расчет сметы в течении одного дня