Типы зубчатых передач: Классификация, применение и советы

Что такое шестеренка?

Шестерня — это механический компонент. Она состоит из храповиков или зубчатых колес с зубьями. Они соединяются, чтобы передать вращение и крутящий момент с одного вала на другой. Такое точное зацепление позволяет избежать компромиссов. Они могут стать причиной несовпадения скорости и мощности. Шестерни являются важнейшими компонентами во многих отраслях. Это автомобилестроение, машиностроение, аэрокосмическая промышленность и робототехника. Шестерни используются для управления скоростью и передачи мощности.

Для зубчатой промышленности не существует стандарта. Тем не менее, зубчатые передачи классифицируются в зависимости от зубьев и направления вращения. Здесь показаны различные типы зубчатых колес и их специальное применение. Они применяются во многих различных механических системах. Это служит иллюстрацией того, как зубчатые колеса разрабатываются для сложных конфигураций.

Важные термины в области зубчатых передач

Основные параметры зубчатых колес

У зубчатых колес есть параметры. Это технические свойства шестерен. Эти параметры требуются промышленным инженерам. Все эти параметры относятся к различным частям шестерни. Они определяют принцип работы передачи и ее производительность.

Количество зубьев: Зубья имеют острые края и полностью окружают шестерню. Число зубьев должно быть целым числом, что может повлиять на передаточное число — важный аспект работы передачи. Большее количество зубьев делает движение более плавным, но требует точности изготовления.

Глубина: Глубина измеряется от вершины зуба до его нижней точки. Это гарантирует, что предполагаемая нагрузка может быть выдержана передачей. Это также обеспечивает правильное функционирование шестерни в механической системе.

Критические окружности и диаметры

<Окружность делителя: Окружность делителя — это воображаемая окружность, которая показывает размер шестерни. Это очень важно для зацепления зубчатых колес. Их делительные окружности должны хорошо совпадать во время работы. Окружность шага делит зуб на addendum и dedendum.

Корневая окружность: Корневую окружность иногда называют внутренним диаметром. Она обозначает нижнюю часть зуба, а точнее, его высоту. Эта высота используется в расчетах глубины и прочности зуба.

Внешняя окружность: Что касается внешних размеров, то внешняя окружность показывает диаметр, на котором начинается маркировка и где начинаются концы зубьев сверху вниз. От этого зависит общий размер и взаимозаменяемость шестерен в системе.

Диаметр шага: Диаметр шага определяется как диаметр делительной окружности. Таким образом, определение расстояния между двумя шестернями в зацеплении имеет решающее значение. Это позволяет избежать сбоев, которые случаются, когда этот процесс не управляется должным образом.

Питч и модуль

B Он измеряет расстояние между двумя соседними зубьями на делительной окружности. Это важно для понимания позиционирования и взаимодействия.

Модуль: Это коэффициент, получаемый делением диаметра делительных окружностей на π (пи). При анализе зубчатых передач он часто используется для упрощения расчетов размеров и расстояний между зубьями.

Диаметральный шаг: Количество зубьев на шестерне, деленное на диаметр делительной окружности. Шестерни с одинаковым шагом будут хорошо зацепляться. Это делает его важным параметром для совместимости зубчатых колес.

Круговая толщина: Измерение, определяющее толщину зуба в отдельности, если смотреть по его окружности. Эти измерения обеспечивают способность зубчатых колес выдерживать усилия, прилагаемые во время работы.

Углы и точки

Угол давления: Угол между общей нормалью в точке контакта зубьев и общей касательной на делительной окружности. Это влияет на передачу усилия, а также на плавность работы шестерни.

Точка продольного наклона: Точка соприкосновения двух зацепляющихся шестерен, расположенная на их соответствующих делительных окружностях. От этой точки зависит точность выравнивания шестерен, поэтому она является гладкой.

Поверхность качения: Известно, что зубчатое колесо заменяет воображаемую поверхность цилиндра качения. Это помогает нам понять движение шестерен при их взаимодействии.

Addendum, Dedendum и Depths.

Addendum & Dedendum: Радиальное расстояние проходит от аддендума до основания зуба. Оно обеспечивает надлежащий контакт шестерни при нагрузке.

Окружность аддендума и окружность дедендума: Находится прямо на вершине каждого зуба… Эти два круга концентрически лежат за окружностью шага и служат границами области зубов.

Базовая окружность: На ее основе строятся профили инволютных зубов. Это определяет форму и прочность структуры зубьев 13 шестерен.

Общая глубина и рабочая глубина: Радиальная разница между присадочной и зазорной окружностями. Рабочая глубина обеспечивает посадку зубчатых колес от присадочной до зазорной окружности.

Толщина зуба и межзубное пространство: Это ширина зуба по делительной окружности. Эти показатели помогают определить расстояние между зубьями и их взаимодействие с зубчатой системой.

Классификация передач

Типы зубчатых колес по форме зубьев

По форме зубьев различают три основных типа зубчатых колес: эвольвентные, циклоидные и трохоидные. Эвольвентные передачи известны благодаря изогнутому профилю, обеспечивающему плавность передачи. Циклоидные шестерни имеют изогнутую форму. Такая форма делает их более эффективными в одних случаях, чем в других. Трохоидные шестерни имеют уникальные зубья. Они позволяют шестерням хорошо работать в определенных условиях.

Типы зубчатых передач в зависимости от конфигурации осей

Шестерни также можно классифицировать по конфигурации их осей. Параллельные шестерни размещаются на параллельных валах, расположенных в одной плоскости. Они обладают высокой эффективностью передачи движения, как и косозубые шестерни и зубчатые рейки. Осевые шестерни пересекаются в одной точке. Примером может служить коническая передача. Этот тип встречается в одной плоскости. Он сохраняет высокий КПД. У червячной передачи, напротив, валы не встречаются или идут параллельно. Это приводит к низкому КПД.

Различные виды передач

Передача играет важную роль в каждой машине. Они передают вращение и усилие между деталями. Они имеют множество форм. Они отвечают многим механическим потребностям в различных отраслях промышленности. Инженеры должны знать свойства и конструкцию каждого типа передач. Они используют эти знания, чтобы выбрать лучшие для своих нужд.

Шестерня: Прямозубые шестерни просты. Их зубья параллельны оси вращения. Это означает, что они могут входить в зацепление только с другими цилиндрическими шестернями, у которых оси параллельны. Этот вид зацепления широко используется, потому что он прост, дешев и легок в обслуживании. Поэтому в литейной практике они должны применяться для умеренных скоростей, например, в приводах мельниц и подъемных механизмов.

Эллиптическая передача: У косозубых шестерен зубья срезаны под углом к оси. Они работают тише и вибрируют меньше, чем прямозубые шестерни. Такие шестерни лучше всего подходят для высокоскоростных применений. Они также могут выдерживать большую нагрузку, что делает их подходящими для автомобильных трансмиссий и тяжелой техники.

Двойная косозубая передача: Двойная косозубая передача состоит из двух параллельных косозубых поверхностей с зазором между ними; благодаря этому отсутствует осевое усилие и обеспечивается более плавная работа. Его рекомендуется использовать в высокоскоростных системах с большим передаточным числом. Этот тип также используется для поглощения ударов и вибраций.

Елочная передача: Елочная передача похожа на двойную косозубую передачу. Но у них нет пространства между двумя сторонами. Это делает их идеальными для работы в условиях сильных ударов и вибраций. Однако сложный процесс изготовления и высокая стоимость препятствуют их повсеместному применению.

Червячная передача: Червячная передача состоит из червяка и червячного колеса. Они предназначены для непересекающихся под прямым углом валов. Они имеют высокие коэффициенты передачи. Этот вид передачи известен своей тихой работой. Поэтому он лучше всего подходит для случаев с низкой и средней скоростью вращения и ударными нагрузками.

Коническая передача: Конические шестерни передают энергию между валами, пересекающимися под некоторым углом, например, 90 градусов. Они широко используются в автомобильных дифференциалах, электроинструментах и системах рулевого управления. Это связано с тем, что они могут эффективно выдерживать большой крутящий момент.

Реечная передача: Этот тип передачи преобразует вращение в линейное движение или наоборот. Он является ключевым в системах рулевого управления, станках с ЧПУ и линейных приводах. Реечные шестерни обеспечивают точное управление движением. Поэтому во многих сферах применения от этих типов изделий требуется эффективность.

<Планетарная передача: Планетарные передачи имеют центральную солнечную шестерню, множество планетарных шестерен и внешнюю кольцевую шестерню. Они обеспечивают очень высокие коэффициенты передачи. Кроме того, они достаточно компактны, чтобы выдерживать большие нагрузки. Это делает их популярными в автомобилях, роботах и машинах, которым требуется такое сочетание.

Внутренняя передача: Внутренние шестерни в основном используются в планетарных передачах и муфтах валов. Такие шестерни имеют зубья внутри конуса или цилиндра, что позволяет им вращаться в одну сторону. Нам нужны особые требования к выравниванию шестерен и управлению вращением.

Принципы работы механических передач

Шестерни работают, когда их зубья сцепляются между собой, чтобы переключать скорости и движения. Зубья шестерни сцепляются с зубьями другой шестерни. Это позволяет им передавать вращение. При этом создается механическое преимущество, поскольку изменяются крутящий момент, скорость и направление вращения. Таким образом, передача движения происходит эффективно, в основном благодаря зацеплению.

Соединение между шестерней и валом

Как таковые, шестерни вращаются вдоль валов, на которых они установлены. Это означает, что движение может передаваться от одной шестерни к другой посредством зацепления с валом. Шестерни правильно позиционируются с помощью вала. Вал удерживает шестерни в стабильном положении и выравнивает их, чтобы они работали правильно. Если бы не было валов, шестерни могли бы не сохранять свою конфигурацию для эффективного движения.

Ведущая передача против ведомой передачи

В любом наборе зубчатых колес существует два основных типа: ведущая и ведомая передача. Ведущая шестерня вызывает движение в ведомой шестерне, вращаясь сама. Таким образом, движение происходит благодаря взаимодействию с другими частями механизма. Это происходит потому, что когда ведущая шестерня начинает двигаться, ее вращение напрямую влияет на скорость или медленность работы ведомой шестерни. Это обеспечивает плавность хода.

Материалы, обычно используемые при производстве зубчатых колес.

Металлы и сплавы

S45C

Сталь S45C относится к стандарту JISG4051-79 (94), известному как сталь 45 в Китае, с аналогичными обозначениями в Японии (S45C) и Тайване (S45C). Это высококачественный углерод, не имеющий структурных дефектов. Ее микроструктура однородна во всем диапазоне масс. Его износостойкость повышается с увеличением содержания углерода более 0,4%. Однако, чтобы не допустить деформации или растрескивания, требуется соответствующая термическая обработка при закалке.

SUS304

Также называемый 06Cr19Ni10 или просто 304, он является примером нержавеющей стали. Она обладает отличной коррозионной стойкостью и механическими свойствами. Однако ее можно подвергать горячей формовке. Такие операции, как гибка и штамповка, можно выполнять без закалки. Эта сталь остается неизменной при температуре от -196°C до 800°C. Пищевая сталь марки 304 имеет более строгие правила по содержанию хрома, никеля и тяжелых металлов.

40Cr

Китайский аналог SCr440 (Япония), 5140 (США) и ISO 41Cr4. Применяется в машиностроении. Это связано с ее физическими свойствами после закалки и отпуска. С другой стороны, она обладает лучшей прокаливаемостью, чем сталь S45C. Она может использоваться для изготовления зубчатых колес, роторов масляных насосов и т. д. Они работают при высоких нагрузках и средних скоростях.

Полимерные материалы

POM (полиоксиметилен)

Благодаря своим исключительным характеристикам она известна как «суперсталь». Его называют полиацеталями или ацетальными смолами. POM работает при температуре от -40°C до +100°C. Он обладает хорошей износостойкостью и самосмазыванием. POM лучше многих других инженерных пластиков. Например, его прочность на разрыв составляет около 70 Мпа. Кроме того, он обладает низким водопоглощением, хорошей стабильностью размеров и глянцевым внешним видом.

Нейлон

Отсутствие смазки делает нейлоновые шестерни популярными. Они подходят для приложений, где требуется низкий уровень шума. Они также подходят для легких передач. Кроме того, уникальные свойства этого полимера позволяют использовать его в специализированных передачах. В таких случаях шум при работе должен быть минимальным.

Композитные материалы

Керамика

Карбид кремния и другие современные керамические материалы отличаются твердостью и износостойкостью. Они используются именно за эти качества. Такие материалы в основном предназначены для применения в тяжелых условиях. Несмотря на свою хрупкость, они хорошо работают в экстремальных условиях.

Металломатричные композиты

Эти композиты сочетают в себе прочность металлов с твердостью и коррозионной стойкостью керамики. Они идеально подходят для тех областей применения, где требуется прочность металла. Кроме того, они должны лучше знать свойства керамики. Эти свойства помогают материалам выдерживать жесткие эксплуатационные требования.

Соображения по проектированию и выбору передач.

Экономический бюджет

При выборе зубчатых колес стоимость индивидуального изготовления всегда была высокой. Производителям часто требуются шестерни нестандартной конструкции. Они должны соответствовать инженерным чертежам и рекомендациям. Необходимо соотнести эти потребности с имеющимся бюджетом.

Дизайн и стандарты

Шестерни имеют множество спецификаций, стандартов и допусков. Единый подход не подходит для всех ситуаций. Поэтому компании должны определить свои собственные стандарты. Это может потребовать обращения к другим странам, например, США или Японии, если местные нормы не соответствуют требованиям.

Конфигурация пространства

Хотя шестерни обычно располагаются в центре валов, производственные требования могут диктовать иное. Такие изменения могут означать изменение формы и толщины зубьев или выбор в пользу внутренних зубчатых колес с плотной посадкой.

Потребности в трансмиссии

Шестерни необходимы для передачи движения и крутящего момента между частями машины. Каждая деталь имеет уникальные требования, поэтому производители выбирают подходящие шестерни соответственно. Они изменяют тип и конструкцию зубчатых колес в зависимости от требований к движению и крутящему моменту.

Условия обслуживания

На выбор передачи влияют многие факторы, такие как вес, трение, шум, вибрация и напряжение. Кроме того, существуют факторы окружающей среды, такие как температура, чистота и влажность. Эти факторы учитываются при выборе материалов, обработки или смазки для зубчатых колес.

Выбор материала

Выбор редуктора зависит от того, насколько хорошо он будет выдерживать различные условия. К ним относятся экстремальные температуры, пыль и многое другое. Некоторые материалы — это нержавеющая сталь (SUS304), углеродистая сталь (S45C), нейлон и т. д. Они обеспечивают долговечность в определенных условиях.

Детали конфигурации передачи

• Модуль и количество зубьев: выбирается в зависимости от желаемого передаточного числа и наличия свободного места,
• Размер шестерни：Выбирается в зависимости от требований к месту установки,
• Требования к крутящему моменту：Перед выбором передачи необходимо учитывать крутящий момент системы,
• Форма внутреннего отверстия: Выберите шпоночный паз для позиционирования или фиксации. В противном случае выберите круглое отверстие, исходя из потребностей в установке или подключении.

Применение типов передач

Преимущества и недостатки зубчатых передач

Преимущества зубчатых передач

• Эффективная передача энергии: Они обеспечивают высокие скорости на малой площади при минимальных потерях энергии.
• Точное управление скоростью и крутящим моментом: Обеспечивает точное управление, что делает его применимым для различных механических нужд.
• Разнообразное применение: Существует множество типов и размеров, доступных для выбора в соответствии со спросом на каждую передачу.
• Компактный дизайн: Это позволяет экономить место и легко интегрироваться в различные установки.
• Не требуют особого ухода: Благодаря их прочности и длительному сроку службы требуется только простая смазка.
• Фиксированное соотношение скоростей: Движение по непараллельным валам идеально пересекается, обеспечивая равномерную работу.

Недостатки зубчатых передач

• Сложные системы: Точная установка таких систем может оказаться сложной задачей, как и их обслуживание,
• Шум и вибрация: Высокая скорость или несоосность вызывают эту проблему, которая мешает комфортному использованию системы,
• Ограниченные возможности на дальние расстояния: Не способен передавать движение на большие расстояния,
• Опасность повреждения при высокой нагрузке： Наихудшее повреждение может произойти при ошибке с зубчатыми колесами,
• Отсутствие гибкости： Во многих случаях жесткость операционной системы ограничивает ее применение в различных ситуациях,
• Высокие производственные затраты： Процессы производства и сборки экономически обременительны для покупателей.

В чем разница между шестеренками и звездочками?

Шестерни и звездочки приводят в движение все — от велосипедов до машин. Они являются важной частью нашей повседневной жизни. Они способствуют плавной передаче энергии, тем самым обеспечивая точное движение. И шестерни, и звездочки приводят в движение машины. Но благодаря разным конструкциям они лучше выполняют разные функции, как отвертка и гаечный ключ.

Форма и дизайн

У шестеренок есть зубья. Зубья имеют форму неправильных кусочков головоломки. Они прилегают друг к другу. Благодаря этому они хорошо входят в зацепление с другими шестернями. У звездочек, наоборот, зубья расположены на расстоянии друг от друга, чтобы они могли правильно зацепиться за цепь или ремень.

Механизм передачи энергии

За счет сцепления зубьев шестерни обеспечивают передачу энергии, что приводит к непрерывному движению. Звездочки передают энергию, цепляясь за звенья цепи. Это похоже на то, как велосипедная цепь вращается вокруг зубьев.

Приложения

Шестерни используются для точной передачи скорости, крутящего момента и позиционирования. Их можно встретить в автомобилях, станках, часах и коробках передач. Звездочки в основном используются в системах с цепями или ремнями. К ним относятся велосипеды, мотоциклы, конвейеры и другие машины.

Распределение нагрузки

Они распределяют нагрузку на множество зубьев, чтобы передача энергии была плавной и эффективной. Это означает, что нагрузка на отдельные зубья минимальна. Звездочки распределяют нагрузку на отдельные звенья цепи или ремня, что приводит к увеличению нагрузки на отдельные контактные точки.

Размер и конструкция

Шестерни бывают разных размеров и конструкций. К ним относятся прямозубые, косозубые, конические, червячные, реечные и планетарные передачи. В отличие от них, конструкции звездочек более стандартизированы. Они также имеют более простую конструкцию, что позволяет им лучше работать с цепями и ремнями.

Заключение

Понимание зубчатых передач необходимо для оптимизации механических систем. В этом руководстве рассматриваются типы зубчатых колес и их конструкция. В нем рассказывается о том, как они помогают эффективно работать силовой передаче. Расширение знаний способствует принятию более эффективных решений при выборе и обслуживании зубчатых передач.

Сотрудничайте с нами, чтобы усовершенствовать ваши механические системы с помощью наших экспертно разработанных редукторов. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить инновационные решения и квалифицированные консультации, отвечающие вашим потребностям.

Вопросы и ответы

Какие методы обработки зубчатых колес используют машинисты?

Шестерни могут быть отшлифованы для бесшумной работы. Они подвергаются термообработке, поскольку это повышает их прочность и долговечность. Нагрев шестерен после зубофрезерования делает их намного прочнее. Этот процесс используется в основном для колес или валов в параллельных верхнеприводных коробках передач.

Что такое формулы расчета обработки зубчатых колес?

Размеры шестерен рассчитываются по формулам, особенно применимым к шестерням и большим передачам. В этих формулах учитываются такие параметры, как угол давления по модулю, количество зубьев и т. д., диаметр делительной окружности и т. д.