Чем отличается шестерня от колеса

Зубчатое колесо шестерня — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое зубчатое колесо называть  шестернёй , а большое — колесом.

Зубчатые колёса обычно используются па́рами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента числа оборотов валов на входе и выходе.

Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается — ведомым.

Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот.

В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение — механическая мощность — останется неизменным. Данное соотношение справедливо лишь для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.

Цилиндрические зубчатые колёса

Профиль зубьев колёс как правило имеет эвольвентную боковую форму. Однако существуют передачи с круговой формой профиля зубьев (передача Новикова с одной и двумя линиями зацепления) и с циклоидальной. Кроме того, в храповых механизмах  применяются зубчатые колёса с несимметричным профилем зуба.

Параметры зубчатого колеса

Модулем зацепления называется линейная величина в π раз меньшая окружного шага P или отношение шага по любой концентрической окружности зубчатого колеса к π, то есть модуль — число миллиметров диаметра делительной окружности приходящееся на один зуб. Тёмное и светлое колесо имеют одинаковый модуль. Самый главный параметр, стандартизирован, определяется из прочностного расчёта зубчатых передач. Чем больше нагружена передача, тем выше значение модуля. Через него выражаются все остальные параметры.

Модуль измеряется в миллиметрах, вычисляется по формуле:

• z — число зубьев колеса;
• p — шаг зубьев (отмечен сиреневым цветом);
• d — диаметр делительной окружности (отмечена жёлтым цветом);
• da — диаметр окружности вершин тёмного колеса (отмечена красным цветом);
• db — диаметр основной окружности — эвольвенты (отмечена зелёным цветом);
• df — диаметр окружности впадин тёмного колеса (отмечена синим цветом);
• haP+hfP — высота зуба тёмного колеса;
• x+haP+hfP — высота зуба светлого колеса.

В машиностроении приняты определенные значение модуля зубчатого колеса m для удобства изготовления и замены зубчатых колёс, представляющие собой целые числа или числа с десятичной дробью: 0,5; 0,7; 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5 и так далее до 50 (подробнее см. ГОСТ 9563-60 Колеса зубчатые. Модули).

Высота головки зуба — haP и высота ножки зуба — hfP — в случае так называемого нулевого зубчатого колеса (изготовленного без смещения, зубчатое колесо с «нулевыми» зубцами) (смещение режущей рейки, нарезающей зубцы, ближе или дальше к заготовке, причем смещение ближе к заготовке наз.

 отрицательным смещением, а смещение дальше от заготовки называется положительным) соотносятся с модулем m следующим образом: haP = m; hfP = 1,25 m, то есть:

Отсюда получаем, что высота зуба h (на рисунке не обозначена):

Вообще, из рисунка ясно, что диаметр окружности вершин da больше диаметра окружности впадин df на двойную высоту зуба h. Исходя из всего этого, если требуется практически определить модуль m зубчатого колеса, не имея нужных данных для вычислений (кроме числа зубьев z), то необходимо точно измерить его наружный диаметр da и результат разделить на число зубьев z плюс 2:

Продольная линия зуба

Зубчатые колеса классифицируются в зависимости от формы продольной линии зуба на:

• прямозубые;
• косозубые;
• шевронные.

Прямозубые колёса

Прямозубые колеса имеют наименьшую стоимость, но, в то же время, предельный крутящий момент таких колес ниже, чем косозубых и шевронных.

Косозубые колёса

Достоинства косозубых колес:

• Зацепление таких колёс происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом.
• Площадь контакта увеличена по сравнению с прямозубой передачей, таким образом, предельный крутящий момент, передаваемый зубчатой парой, тоже больше.

Недостатки косозубых колёс:

• При работе косозубого колеса возникает механическая сила, направленная вдоль оси, что вызывает необходимость применения для установки вала упорных подшипников;
• Увеличение площади трения зубьев (что вызывает дополнительные потери мощности на нагрев), которое компенсируется применением специальных смазок.

В целом, косозубые колёса применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высоких скоростях, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.

Шевронные колеса

Шевронные колёса решают проблему осевой силы. Осевые силы обеих половин такого колеса взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке валов на упорные подшипники. При этом передача является самоустанавливающейся в осевом направлении, по причине чего в редукторах с шевронными колесами один из валов устанавливают на плавающих опорах (как правило — на подшипниках с короткими цилиндрическими роликами).

Зубчатые колёса с внутренним зацеплением

При жёстких ограничениях на габариты, в планетарных механизмах, в шестерённых насосах с внутренним зацеплением, в приводе башни танка, применяют колёса с зубчатым венцом, нарезанным с внутренней стороны. Вращение ведущего и ведомого колеса совершается в одну сторону. В такой передаче меньше потери на трение, то есть выше КПД.

Секторные колёса

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.

Колёса с круговыми зубьями

Передача на основе колёс с круговыми зубьями имеет ещё более высокие ходовые качества, чем косозубые — высокую нагрузочную способность зацепления, высокую плавность и бесшумность работы.

Однако они ограничены в применении сниженными, при тех же условиях, КПД и ресурсом работы, такие колёса заметно сложнее в производстве. Линия зубьев у них представляет собой окружность радиуса, подбираемого под определённые требования.

Контакт поверхностей зубьев происходит в одной точке на линии зацепления, расположенной параллельно осям колёс.

Конические зубчатые колёса

Реечная передача (кремальера)

Зубчатая рейка представляет собой часть колеса с бесконечным радиусом делительной окружности. Поэтому делительная окружность, а также окружности вершин и впадин превращаются в параллельные прямые линии. Эвольвентный профиль рейки также принимает прямолинейное очертание. Такое свойство эвольвенты оказалось наиболее ценным при изготовлении зубчатых колёс. Также реечная передача применяется в зубчатой железной дороге.

Коронные колёса

Коронное колесо — особый вид колёс, зубья которых располагаются на боковой поверхности. Такое колесо, как правило, стыкуется с обычным прямозубым, либо с барабаном из стержней (цевочное колесо), как в башенных часах.

Другие виды

Зубчатые барабаны киноаппаратуры — предназначены для точного перемещения киноплёнки за перфорацию.

В отличие от обычных зубчатых колес, входящих в зацепление с другими колесами или зубчатыми профилями, зубчатые барабаны киноаппаратуры имеют шаг зубьев, выбранный в соответствии с шагом перфорации. Большинство таких барабанов имеет эвольвентный профиль зубьев, изготавливаемых по тем же технологиям, что и в остальных зубчатых колесах.

Изготовление зубчатых колёс

Существует несколько  методов изготовления колес.

Метод обката

В настоящее время является наиболее технологичным, а поэтому и самым распространённым способом изготовления зубчатых колёс. При изготовлении зубчатых колёс могут применяться такие инструменты, как гребёнка, червячная фреза и долбяк.

Метод обката с применением гребёнки

Изготовление шестерни.
Изготовление зубчатого колеса.

Режущий инструмент, имеющий форму зубчатой рейки, называется гребёнкой. На одной стороне гребёнки по контуру её зубьев затачивается режущая кромка.

Заготовка накатываемого колеса совершает вращательное движение вокруг оси.

Гребёнка совершает сложные перемещения, состоящие из поступательного движения перпендикулярно оси колеса и возвратно-поступательного движения (на анимации не показано), параллельного оси колеса для снятия стружки по всей ширине его обода.

Заготовка и инструмент движутся на станке друг относительно друга так, как будто происходит зацепление профиля нарезаемых зубьев с исходным производящим контуром гребёнки.

Метод обката с применением червячной фрезы

Помимо гребёнки в качестве режущего инструмента применяют червячную фрезу. В этом случае между заготовкой и фрезой происходит червячное зацепление.

Метод обката с применением долбяка

Зубчатые колёса также долбят на зубодолбёжных станках с применением специальных долбяков.

Зубодолбёжный долбяк представляет собой зубчатое колесо, снабжённое режущими кромками. Поскольку срезать сразу весь слой металла обычно невозможно, обработка производится в несколько этапов.

При обработке инструмент совершает возвратно-поступательное движение относительно заготовки. После каждого двойного хода, заготовка и инструмент поворачиваются относительно своих осей на один шаг.

Таким образом, инструмент и заготовка как бы «обкатываются» друг по другу. После того, как заготовка сделает полный оборот, долбяк совершает движение подачи к заготовке.

Этот процесс происходит до тех пор, пока не будет удалён весь необходимый слой металла.

Литейная форма для бронзового храпового колеса (Китай, династия Хань. (206 до н. э. — 220 н. э.)).

Метод копирования (Метод деления)

Дисковой или пальцевой фрезой нарезается одна впадина зубчатого колеса. Режущая кромка инструмента имеет форму этой впадины. После нарезания одной впадины заготовка поворачивается на один угловой шаг при помощи делительного устройства, операция резания повторяется.

Метод применялся в начале XX века. Недостаток метода состоит в низкой точности: впадины изготовленного таким методом колеса сильно отличаются друг от друга.

Горячее и холодное накатывание

Процесс основан на последовательной деформации нагретого до пластического состояния слоя определенной глубины заготовки зубонакатным инструментом. При этом сочетаются индукционный нагрев поверхностного слоя заготовки на определенную глубину, пластическая деформация нагретого слоя заготовки для образования зубьев и обкатка образованных зубьев для получения заданной формы и точности.

Изготовление конических колёс

Технология изготовления конических колёс теснейшим образом связана с геометрией боковых поверхностей и профилей зубьев.

Способ копирования фасонного профиля инструмента для образования профиля на коническом колесе не может быть использован, так как размеры впадины конического колеса изменяются по мере приближения к вершине конуса.

В связи с этим такие инструменты, как модульная дисковая фреза, пальцевая фреза, фасонный шлифовальный круг, можно использовать только для черновой прорезки впадин или для образования впадин колёс не выше восьмой степени точности.

Преимущественное распространение получили инструменты с прямолинейным лезвием. При прямолинейном главном движении прямолинейное лезвие образует плоскую производящую поверхность. Такая поверхность не может образовать эвольвентную коническую поверхность со сферическими эвольвентными профилями.

Получаемые сопряжённые конические поверхности, отличающиеся от эвольвентных поверхностей, называют квазиэвольвентными.

Моделирование

Ошибки при проектировании зубчатых колёс

Зуб, подрезанный у основания.

Подрезание зуба

Согласно свойствам эвольвентного зацепления, прямолинейная часть исходного производящего контура зубчатой рейки и эвольвентная часть профиля зуба нарезаемого колеса касаются только на линии станочного зацепления. За пределами этой линии исходный производящий контур пересекает эвольвентный профиль зуба колеса, что приводит к подрезанию зуба у основания, а впадина между зубьями нарезаемого колеса получается более широкой.

Подрезание уменьшает эвольвентную часть профиля зуба (что приводит к сокращению продолжительности зацепления каждой пары зубьев проектируемой передачи) и ослабляет зуб в его опасном сечении. Поэтому подрезание недопустимо.

Чтобы подрезания не происходило, на конструкцию колеса накладываются геометрические ограничения, из которых определяется минимальное число зубьев, при котором они не будут подрезаны. Для стандартного инструмента это число равняется 17.

Также подрезания можно избежать, применив способ изготовления зубчатых колёс, отличный от способа обкатки.

Однако и в этом случае условия минимального числа зубьев нужно обязательно соблюдать, иначе впадины между зубьями меньшего колеса получатся столь тесными, что зубьям большего колеса изготовленной передачи будет недостаточно места для их движения и передача заклинится.

Для уменьшения габаритных размеров зубчатых передач колёса следует проектировать с малым числом зубьев. Поэтому при числе зубьев меньше 17, чтобы не происходило подрезания, колёса должны быть изготовлены со смещением инструмента — увеличением расстояния между инструментом и заготовкой.

Заострение зуба

Компьютерная модель зубчатой передачи (см. нанотехнологии)

При увеличении смещения инструмента толщина зуба будет уменьшаться. Это приводит к заострению зубьев. Опасность заострения особенно велика у колёс с малым числом зубьев (менее 17).

• Заострение зуба
• Для предотвращения скалывания вершины заострённого зуба смещение инструмента ограничивают сверху.
• Принимаем заказы на изготовление шестерней, любые зубчатые зацепления.
• Телефон: +7 925-158-06-23.
• Изготовление шестерни в Москве: shesternimsk@yandex.ru

Источник: https://shesternimsk.ru/shesterni-zubchatie-zaceplenija-izgotovlemie-shesterni/

Назначение и виды зубчатых передач

Зубчатая передача — это механизм, который с помощью зубчатого зацепления передаёт или преобразует движение с изменением угловых скоростей и моментов. 

Зубчатая пара состоит из шестерни и колеса. В большинстве случаев шестерня является ведущим элементом зубчатой пары, а колесо — ведомым, хотя встречается и обратное соотношение.

Обычно шестерня имеет меньший диаметр. Как правило, при рассмотрении одинаковых параметров шестерни и колеса, шестерне присваивают индекс 1, колесу — 2.

Например, Z1 — количество зубьев шестерни, Z2 — количество зубьев колеса.

Форма венца зубчатого колеса	цилиндрические зубчатые колёса	конические зубчатые колёса	Примечания
Форма зубьев относительно оси колеса	прямые,  косые  и шевронные	винтовые	прямые, круговые и тангенциальные
Взаимное расположение осей валов	оси валов параллельны	оси валов скрещены	оси валов пересекаются (межосевой угол может быть как равен  90º; так и отличен от 90º)
Профиль зубьев	в основном  эвольвентный	Достоинством является малая чувствительно к отклонению межосевого расстояния и возможность изготовления простым инструментом
Модификация профилей зубьев (корригирование)	Смещение исходного контура: прямозубые — высотное, угловое;  косозубые — высотное. Фланкирование	Смещение исходного контура: высотное, тангенциальное. Сочетание высотной и тангенциальной модификации.	Фланкирование применяют для  быстроходных зубчатых передач в целях уменьшения сил удара при входе и выходе зубьев их из зацепления

Зубчатые передачи для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот осуществляются цилиндрическим колесом (шестерней) и рейкой. 

Зубчатая передача — это механизм, который с помощью зубчатого зацепления передаёт или преобразует движение с изменением угловых скоростей и моментов. 

Зубчатая пара состоит из шестерни и колеса. В большинстве случаев шестерня является ведущим элементом зубчатой пары, а колесо — ведомым, хотя встречается и обратное соотношение.

Обычно шестерня имеет меньший диаметр. Как правило, при рассмотрении одинаковых параметров шестерни и колеса, шестерне присваивают индекс 1, колесу — 2.

Например, Z1 — количество зубьев шестерни, Z2 — количество зубьев колеса.

Форма венца зубчатого колеса	цилиндрические зубчатые колёса	конические зубчатые колёса	Примечания
Форма зубьев относительно оси колеса	прямые,  косые  и шевронные	винтовые	прямые, круговые и тангенциальные
Взаимное расположение осей валов	оси валов параллельны	оси валов скрещены	оси валов пересекаются (межосевой угол может быть как равен  90º; так и отличен от 90º)
Профиль зубьев	в основном  эвольвентный	Достоинством является малая чувствительно к отклонению межосевого расстояния и возможность изготовления простым инструментом
Модификация профилей зубьев (корригирование)	Смещение исходного контура: прямозубые — высотное, угловое;  косозубые — высотное. Фланкирование	Смещение исходного контура: высотное, тангенциальное. Сочетание высотной и тангенциальной модификации.	Фланкирование применяют для  быстроходных зубчатых передач в целях уменьшения сил удара при входе и выходе зубьев их из зацепления

Зубчатые передачи для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот осуществляются цилиндрическим колесом (шестерней) и рейкой. 

Зубчатые передачи могут отличаться по условиям работы зубчатого зацепления. Они могут быть как открытыми, так и закрытыми. Открытые передачи не защищены от попадания загрязняющих веществ и работают в условиях со скудной смазкой густой консистенции, либо вообще без смазки. 

Зубчатое зацепление используется также в планетарных передачах, в которых ось хотя бы одного зубчатого колеса подвижна.  

Цилиндрические зубчатые колёса

Как видно из таблицы прямозубыми могут быть как цилиндрические, так и конические колёса. 

Прямозубые колёса применяют в следующих случаях: 1) при невысоких и средних окружных скоростях,  2) при большой твёрдости зубьев (когда динамические нагрузки от неточностей изготовления невелики по сравнению с полезными),  3) также применяются в открытых и планетарных передачах.

а) прямозубое колесо, б) косозубое колесо, в) шевронное колесо Рисунок 1

Хотя максимальные окружные скорости прямозубых колёс могут доходить до 15 м/с, наиболее часто применяются скорости до 5 м/с. Одним из достоинств прямозубой передачи является отсутствие осевых усилий.

• Косозубая передача используется обычно в следующих случаях:
• 1) если нельзя подобрать цилиндрическую прямозубую пару со стандартным модулем при заданных межосевом расстоянии и передаточном отношении;
• 2) в случае необходимости иметь малое колесо с небольшим числом зубьев при одновременно высоких требованиях к плавности и равномерности передачи;
• 3) при повышенных окружных скоростях колёс (при средних и высоких скоростях) и требованиях в отношении бесшумности передачи;
• 4) при больших передаточных отношениях

Косозубые и шевронные зубчатые колёса в зависимости от качества изготовления могут применяться при окружных скоростях до 30 м/с. Косозубые передачи иногда используются при малых окружных скоростях.

Это объясняется некоторыми их преимуществами перед прямозубыми: одновременно в зацеплении находится несколько зубьев, передача вращения происходит более плавно, уменьшаются динамические нагрузки, возникающие вследствие неточности изготовления колёс.

Кроме того, изготовление косозубых колёс не требует специального оборудования и оснастки. Одним из недостатков косозубых колёс является наличие осевого усилия, что вызывает необходимость усиления подшипниковых узлов и вала.

Поэтому при больших осевых усилиях при передачи больших мощностей рационально применение более сложных шевронных передач, в которых осевые усилия скомпенсированы.

Рисунок 2	Рисунок 3	Цилиндрические передачи с косозубыми (винтовыми) колёсами могут быть как с параллельными осями колёс, так и с пересекающимися. Вариант с пересекающимися осями колёс возможен в следующих случаях. 1. Оси колёс скрещиваются под углом 90º. В этом случае угол наклона зубьев ведущего колеса больше, чем у ведомого. 2. Оси скрещиваются под углом не равным 90º.  В этом случае угол наклона зубьев ведущего колеса больше, чем угол наклона зубьев ведомого колеса. Возможны три сочетания колёс: а) ведущее колесо винтовое, ведомое — прямозубое; б) зубья обоих колес винтовые одного направления; в) зубья обоих колес винтовые разного направления.
Рисунок 4

Цилиндрические передачи с внутренним зацеплением

По сравнению с передачами наружного зацепления цилиндрические передачи с внутренним зацеплением имеют во много раз меньшее относительное скольжение рабочих поверхностей зубьев, меньшее удельное давление между рабочими поверхностями зубьев и меньшие размеры при сравнительно большом передаточном отношении и малом межцентровом расстоянии. Однако они не получили большого распространения, поскольку они более сложны в изготовлении и при их применении не обеспечивается достаточная жесткость валов вследствие консольного расположения колеса и шестерни.

Корригирование цилиндрических зубчатых колёс

Цилиндрические зубчатые колёса могут быть как со смещением исходного контура, так и без смещения исходного контура. Эвольвентное зубчатое зацепление обладает ценным свойством: допускает успешную работу передачи и при изменении расстояния между центрами.

Возможно три положения шестерни по отношению к колесу: нормальное, сближенное и раздвинутое.

Таким образом, эвольвентное зацепление допускает использование для образования профиля зубьев различных участков эвольвенты, что даёт возможность осуществлять сдвиги профиля как при неизменном расстоянии между центрами (высотная коррекция), так и при раздвинутых или сближенных центрах (угловая коррекция). 

•  Смещение исходного контура является одним из видов модификации профилей зубьев (корригирования). Преимущества эвольвентного зацепления при использовании корригирования:
• — уменьшается минимально допустимое число зубьев (увеличивается модуль при том же диаметре шестерни);
• — повышается прочность (особенно изгибная, так как зуб утолщается у основания);
• — повышается износостойкость;
• — повышается плавность эвольвентных передач.
• К недостаткам коррегирования можно отнести уменьшение коэффициента перекрытия.

Конические зубчатые колёса

Прямозубые конические колёса применяют при невысоких окружных скоростях (до 2…3 м/с, допустимо до 8 м/с). При более высоких скоростях целесообразно применять колёса с круговыми зубьями, как обеспечивающие более плавное зацепление, меньший шум, большую несущую способность и более технологичные. Прямозубые конические передачи обеспечивают передаточное отношение до 3.

При окружных скоростях, больших 3 м/с, в конических редукторах применяют зубчатые передачи с косыми или криволинейными зубьями, которые благодаря постепенному входу в зацепление и меньшим изменением величины деформации зубьев в процессе зацепления работают с меньшим шумом и меньшими динамическими нагрузками. Кроме того, зубчатые колёса с косыми или криволинейными зубьями лучше работают на изгиб, чем прямозубые. Однако для полного контакта зубьев этих передач требуется прилегание зубьев не только по их ширине, но и по высоте, что повышает требования к изготовлению косозубых передач и колёс с криволинейными зубьями. Благодаря своим преимуществам такие передачи могут применяться при передаточных отношениях до 5 и даже выше.

Рисунок 5 а) с прямыми зубьями,     б) с косыми зубьями, в) с криволинейными зубьями,    г) коническая гипоидная передача

Рисунок 6 — Основные элементы зубьев конических колёс

Конические зубчатые колёса с косыми зубьями могут работать с окружной скоростью до 12 м/с, а колёса с криволинейными зубьями — до 35-40 м/с. Наибольшее распространение получили передачи с криволинейными зубьями, нарезанными по спирали, эвольвенте (паллоидные) или окружности (круговые).Конические колёса с криволинейными зубьями могут иметь различное направление спирали. Зубчатое колесо называется правоспиральным, если со стороны вершины конуса зубья наклонены наружу в сторону движения часовой стрелки, в противном случае колесо называется левоспиральным.

Корригирование конических зубчатых колёс

Применяют в основном высотную коррекцию (корригирование) конических колёс. Также для конических колёс применяется тангенциальная коррекция, заключающаяся в утолщении зуба шестерни и утонении зуба колеса.

Тангенциальная коррекция конических колёс не требует специального инструмента. Для цилиндрических колёс тангенциальную коррекцию не применяют, так как для она требует специального инструмента.

На практике для конических колёс часто применяют высотную коррекцию в сочетании с тангенциальной.

Зубья конических колёс по признаку изменения размеров сечений по длине выполняют трех форм:

Рисунок 7

1.Нормально понижающие зубья. Вершины делительного и внутреннего конусов совпадают. Эту форму применяют для конических передач с прямыми и тангенциальными зубьями, а также ограниченно для передач с круговыми зубьями при mn>2 и Z = 20…100.

Рисунок 8

2. Вершина внутреннего конуса располагается так, что ширина дна впадины колеса постоянна, а толщина зуба по делительному конусу растёт с увеличением расстояния до вершины. Эта форма позволяет обрабатывать одним инструментом сразу обе поверхности зубьев колеса. Поэтому она является основой для колес с круговыми зубьями.

Рисунок 9

3. Равновысокие зубья. Образующие делительного и внутреннего конуса параллельны. Эту форму применяют для круговых зубьев при Z>40, в частности при средних конусных расстояниях 75-750 мм.

Передачи с неэвольвентным профилем

Существуют и альтернативные эвольвентной системе зацепления передачи. К ним можно отнести зацепление Новикова и арочные передачи. В зацеплении Новикова уменьшены следующие недостатки эвольвентного зацепления:

-малые приведенные радиусы кривизны рабочих поверхностей; — повышенная в связи с линейным контактом зубьев чувствительность к перекосам; — потери на трение в зацеплении в связи с существенным скольжением. Арочные передачи обладают следующими преимуществами по сравнению с эвольвентными: — малая чувствительность к перекосу осей; — повышение прочности зубьев на изгиб. Существуют также треугольные зубчатые зацепления.

Рисунок 10 Исходный контур передачи Новикова

1. Звездочки, валы, шестеренки, металлообработка Ремонт шестерен в Екатеринбурге, шестерни, Любая шестерня от изготовителя, звездочки, звездочка, шестерня, стоимость шестерни, Шестерни с круговым зубом, ремонт шестерни, коническая пара, зубчатая передача, нарезка зуба шестерни, производство шестерен, Зубчатое колесо круговой зуб, нарезка кругового зубакруговые зубъя, производство шестерен, крановое колесо, Коническое колесо, Вал шестерни, Шестерни, производство шестерен, червяк, зубчатая пара, зубчатые колеса, венец червячный, звездочки, шестеренки, червячная пара, колесо червячное, вал червяк, маленькая шестерня,
2. колесико, пластиковая шестерня, шестеренка, шестеренки

Источник: http://irontub.ru/shesterni-i-zubchatye-kolesa/2015-10-17/naznachenie-i-vidy-zubchatykh-peredach

Конструирование зубчатых колес

При конструировании зубчатого колеса учитывают материал, из которого оно будет изготовлено, требуемый диаметр и способ получения заготовки.

Стальные зубчатые колеса

Зубчатые колеса диаметром до 150 мм в единичном и мелкосерийном производстве обычно изготовляют из круглого проката; в средне-, крупносерийном и массовом производстве предпочтительнее применять кованые или штампованные заготовки, имеющие более высокие механические характеристики.

Шестерни изготовляют за одно целое с валом (вал-шестерня) (рис. 1, а, б) или делают съемными, если расстояние χ от впадины зуба до шпоночного паза (рис. 2) больше 2,5 mn для цилиндрических шестерен и 1,8 me для конических.

В случае цельной конструкции увеличивается жесткость вала и уменьшается общая стоимость вала и шестерни. Разъемная конструкция позволяет выполнить шестерню и вал из разных материалов, а при поломке одной детали вторую оставить без замены. На рис.

1, а показана конструкция вала-шестерни, когда диаметр впадин зубьев df1 превышает диаметр вала dб.п. (диаметр буртика подшипника), что обеспечивает свободный выход инструмента при нарезании зубьев. При df1 < dб.п. (рис.

1, б) выход фрезы lвых определяют прочерчиванием по ее наружному диаметру Dф, который принимают по табл. 1 в зависимости от mn и степени точности передачи.

Цилиндрические зубчатые колеса диаметром до 400… 500 мм (в отдельных случаях до 600 мм) можно выполнять коваными, штампованными, литыми или сварными.

Конструктивные элементы зубчатых колес показаны на рис. 3.

Типовые конструкции зубчатых колес и основные соотношения их элементов даны на рис. 4—8. Кованые заготовки для зубчатых колес применяют при наружном диаметре колеса 4,df < 200 мм или при нешироких колесах (ψba < 0,2) диаметром da до 400 мм.

Внутреннюю поверхность обода, наружную поверхность ступицы и поверхности диска штампованных колес обычно не обрабатывают. Конструкция литого колеса дана на рис. 5.

Таблица 1. Значения диаметра фрезы Dф, мм

Степень прочностипередачиНоминальный модуль mn, мм

2…2,25	2,25…2,75	3…3,75	4…4,5	5…5,5	6…7
78…10	9070	10080	11290	125100	140112	160125

Рис. 1. Конструкция вала — шестерни Рис. 2. Элемент шестерни при шпоночном соединении Рис. 3. Конструктивные элементы колес: a — цилиндрического; б — конического; в — червячного

Источник: https://metiz-bearing.ru/peredachi/konstryirovanie_zybchatuh_koles.html

Детали машин



Выбор материала зубчатых колес зависит от назначения передачи и условия ее работы, а также габаритных размеров. При этом необходимо обеспечить контактную и изгибную прочность зубьев колес, сопротивление заеданию и изнашиванию.

Чаще всего для изготовления зубчатых колес применяют стали, реже – чугуны и пластмассы. Еще реже для изготовления зубчатых колес используют другие материалы — цветные металлы, и даже камень и дерево.

***

Зубчатые колеса из стали

Основными материалами для изготовления зубчатых колес силовых передач служат термически обрабатываемые стали. В зависимости от твердости рабочих поверхностей зубьев после термообработки зубчатые колеса можно условно разделить на две группы.

Первая группа – зубчатые колеса с твердостью поверхностей зубьев Н ≤ 350 НВ. Материалами для колес этой группы служат углеродистые стали марок 40, 45, 50Г, легированные стали марок 40Х, 45Х, 40ХН и др. Термообработку – улучшение, нормализацию – производят до нарезания зубьев.

Твердость сердцевины зуба и его рабочей поверхности для улучшенных колес одинакова. Колеса при твердости поверхностей зубьев Н ≤ 350 НВ хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению. Применяют зубчатые колеса первой группы в слабо- и средненагруженных передачах.

В настоящее время область применения улучшенных зубчатых передач сокращается.

Твердость шестерни прямозубой передачи рекомендуется принимать на 25…30 НВ больше твердости колеса. Это способствует прирабатываемости, сближению долговечности шестерни и колеса, повышению сопротивления заеданию зубчатых колес.

Для косозубых передач твердость рабочих поверхностей зубьев шестерни желательна по возможности большая, поскольку с ее ростом увеличивается несущая способность передачи по критерию контактной прочности.

Если в прямозубой передаче в процессе зацепления пары зубьев контактная линия зацепления движется параллельно основанию зуба, то в косозубой передаче контактная линия зацепления наклонена к основанию зуба и проходит одновременно по поверхностям головки и ножки зубьев.

Ножки зубьев обладают меньшей стойкостью против выкрашивания, чем головки, так как у них неблагоприятное сочетание направления скольжения и перекатывания зубьев. Следовательно, ножка зуба колеса, работающая с головкой зуба шестерни, начнет выкрашиваться в первую очередь.

При этом вследствие наклона контактной линии нагрузка (полностью или частично) передается на головку зуба колеса, работающую с ножкой зуба шестерни. Слабая ножка зуба колеса разгружается, и выкрашивание уменьшается.

Дополнительная нагрузка ножки зуба шестерни не опасна, поскольку она изготовлена из более стойкого материала. Применение высокотвердой шестерни позволяет дополнительно повысить нагрузочную способность косозубых передач до 30%.

Повышение твердости достигают применением различных методов поверхностного упрочнения.

Вторая группа – колеса с твердостью рабочих поверхностей Н > 45 HRC (Н > 350 НВ). При Н > 350 НВ твердость материала измеряется по шкале HRC (1 HRC = 10 НВ).

Поверхностная закалка зубьев с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ) в течение 20…50 с целесообразна для зубчатых колес с модулем более 2 мм. При малых модулях мелкий зуб прокаливается насквозь, что приводит к его короблению и делает зуб хрупким. Для закалки ТВЧ применяют стали марок 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ. Твердость на поверхностях зубьев Н = 45…53 HRC.

Цементация – длительное поверхностное насыщение углеродом на глубину 0,3m (модуля зацепления) с последующей закалкой. Наряду с большой твердостью (Н = 56…63 HRC) поверхностных слоев цементация обеспечивает и высокую прочность зубьев на изгиб. Для цементации применяют стали марок 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ.

Азотирование (насыщение азотом) обеспечивает особо высокую твердость (Н = 58…65 HRC) поверхностных слоев зубьев. Оно сопровождается малым короблением и позволяет получить зубья высокой точности без доводочных операций.

Азотированные колеса не применяют при ударных нагрузках (из-за опасности растрескивания тонкого упрочненного слоя толщиной 0,2…0,3 мм) и при работе в загрязненной абразивом среде (из-за опасности истирания).

Для азотируемых колес применяют стали марок 38Х2МЮА, 40ХНМА.

Нитроцементация – насыщение поверхностных слоев зубьев углеродом и азотом с последующей закалкой – обеспечивает им высокую прочность, износостойкость и сопротивление заеданию. Процесс нитроцементации протекает с достаточно высокой скоростью. В связи с тем, что толщина насыщенного слоя и деформации малы, последующее шлифование зубьев не применяют.

Зубья колес с твердостью Н > 45 HRC нарезают до термообработки. Отделку зубьев производят после термообработки. Передачи с твердыми (Н > 45 HRC) рабочими поверхностями зубьев плохо прирабатываются, и обеспечивать в таких передачах разность твердости зубьев шестерни и колеса не требуется.

***

Выбор марок сталей для зубчатых колес

Без термической обработки механические характеристики всех сталей близки, поэтому применение легированных сталей без термообработки нерационально ввиду их более высокой стоимости. Прокаливаемость сталей различна: высоколегированных – наибольшая, углеродистых – наименьшая.

Стали с плохой прокаливаемостью при больших сечениях заготовок нельзя термически обработать до высокой твердости. Поэтому марку стали для зубчатых колес выбирают с учетом размеров их заготовок (поковок).

На рис. 1, а – в показаны эскизы заготовок червяка, вала-шестерни и колеса с выемками.

• Характеристики механических свойств сталей, применяемых для изготовления зубчатых колес, после термообработки приводятся в справочных таблицах.
• При поверхностной термической или химико-термической обработке зубьев механические характеристики сердцевины зуба определяет предшествующая термическая обработка (улучшение).
• Характеристики сталей зависят не только от химического состава и вида термообработки, но и от предельных размеров заготовок.

Расчетные размеры заготовки Dзаг и Sзаг (рис. 1) не должны превышать предельных значений D и S, приводимых в справочных таблицах для данного вида стали.

***



Применяют следующие стали и виды термической обработки (ТО):

I – марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ. ТО колеса – улучшение, твердость 235…262 НВ. ТО шестерни – улучшение, твердость 269…302 НВ.

II – марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 40Х, 40ХН, 35ХМ. ТО колеса – улучшение, твердость 235…262 НВ, ТО шестерни – улучшение с последующей закалкой ТВЧ, твердость 45…50 HRC, 48…53 HRC и др. (зависит от марки стали).

III – марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 40Х, 40ХН, 35ХМ. ТО колеса и шестерни одинакова – улучшение с последующей закалкой ТВЧ, твердость 45…50 HRC, 48…53 HRC и др. (зависит от марки стали).

IV – марки сталей различны для колеса и шестерни. Для колеса: 40Х, 40ХН, 35ХМ. ТО колеса – улучшение и последующая закалка ТВЧ, твердость 45…50 HRC, 48…53 HRC (зависит от марки стали). Марки сталей для шестерни: 20Х, 20ХНМ, 18ХГТ. ТО шестерни – улучшение, затем цементация и закалка; твердость 56…63 HRC.

V – марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 20Х, 20ХНМ, 18ХГТ. ТО колеса и шестерни одинакова – улучшение, затем цементация и закалка; твердость 56…63 HRC.

Несущая способность зубчатых передач по контактной прочности тем выше, чем выше поверхностная твердость зубьев.

Наибольшие контактные напряжения σH возникают в тонком поверхностном слое материала зубьев. Поэтому для повышения его контактной прочности достаточно упрочнить только поверхностный слой зубьев.

Для зубчатых передач толщина этого слоя составляет (0,2…0,3)m – модуля зацепления.

На практике это достигается поверхностными термическими или химико-термическими упрочнениями, которые в несколько раз повышают нагрузочную способность передач по сравнению с улучшенными сталями.

1. Однако при назначении твердости рабочих поверхностей зубьев следует иметь в виду, что большей твердости соответствуют более сложная технология изготовления зубчатых колес и небольшие размеры передачи.
2. ***

Стальное литье

Стальное литье применяют при изготовлении крупных зубчатых колес (d0 > 500 мм). Марки сталей – 35Л…55Л. Литые колеса подвергают нормализации.

***

Чугуны

Чугуны применяют для изготовления зубчатых колес тихоходных открытых передач. Марки серых чугунов – СЧ20…СЧ35, а также высокопрочных чугунов – ВЧ35…ВЧ50 (с шаровидным графитом и добавкой магния). Зубья чугунных колес хорошо прирабатываются, могут работать в условиях ограниченного смазывании.

• Существенный недостаток — пониженная прочность на изгиб, поэтому габариты чугунных колес значительно больше, чем стальных.
• ***

Пластмассы

Пластмассы в качестве материала зубчатых колес применяют в быстроходных слабонагруженных передачах для шестерен, работающих в паре с металлическими колесами. Зубчатые колеса из пластмасс отличаются бесшумностью работы, плавностью хода, неприхотливостью к смазыванию.

1. Наиболее широко в качестве материала зубчатых колес используется текстолит (марок ПТ и ПТК), капролон, полиформ-альдегид, фенилон.
2. ***
3. Конструкции зубчатых колес и технология их изготовления



Главная страница

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Источник: http://k-a-t.ru/detali_mashin/24-dm_zubchatye16/index.shtml

Шестерня vs зубчатое колесо

Часто участникам портала приходится изготавливать зубчатые колеса и шестерни.

Но мало кто задается вопросом, в чем их отличие?Недавно на полях одного топика, посвященного шестеренному насосу возник спор, что есть шестерня? Может ли быть две шестерни в паре? И чем шестерня отличается от зубчатого колеса, или это одно и то же?Приводились разные мнения, перечислю некоторые -1) Шестерни и зубчатые колеса — это одно и то же. Синонимы.Вывод — те кто говорит, что изготовит 'шестерни и зубчатые колеса', на самом деле говорит 'масло масляное' и врет, что это разные вещи.

• 2) ШЕСТЕРНЯ
• зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев, а при равенстве их — ведущее зубчатое колесо.
• Большой энциклопедический политехнический словарь, 2004
• Шестерня — Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев.
• При одинаковом числе зубьев зубчатых колес передачи шестерней называется ведущее зубчатое колесо.

Почему так?Согласно ГОСТ 16530-83 'Передачи зубчатые общие термины определения и обозначения',

Вывод — из двух зубчатых колес, работающих в паре, только одна называется шестерня, а второе — колесо. Шестерня, это то зубчатое колесо, которое, как правило, крутится с большей угловой скоростью.

1. 3) Согласно ГОСТ 17398-72 'Насосы. Термины и определения', Шестеренный насос —
2. Зубчатый насос с рабочими органами в виде шестерен, обеспечивающих геометрическое замыкание рабочей камеры и передающих крутящий момент.
3. Слово 'шестерня' в единственном числе этот ГОСТ не употребляет вообще, и определения понятия 'шестерни' также не содержит. Остается только попробовать вывести это определение из текста формулировки, от обратного:
4. Шестерни — рабочие органы зубчатого насоса, обеспечивающие геометрическое замыкание рабочей камеры и передающие крутящий момент.

Вывод — два рабочих органа, всегда работающих только в паре, этот ГОСТ называет шестернями, и их в единственном числе не бывает, как ножниц (если вынуть из насоса один рабочий орган, то он не станет шестерней, так как он один не может обеспечить геометрическое замыкание рабочей камеры и передавать крутящий момент согласно функции из ГОСТ 17398-72), а если их разобрать на две части, то каждая часть должна называться 'половина шестерен', а не 'одна шестерня', так же как 'половина ножниц', а не 'одна ножница'…

При этом такие шестерни вообще не являются зубчатыми колесами, и не являются зубчатой передачей, в понимании ГОСТ 16530-83, потому что в этом случае, только один рабочий орган был бы шестерней, а второй бы стал колесом, и вместе они не назывались бы шестернями.

Тем самым эти шестерни, не те шестерни, которые зубчатые колеса в зубчатых передачах, а те шестерни, которые рабочие органы в зубчатом насосе.

И в речи тоже надо добавлять, мол 'шестерни для зубчатых насосов', 'ведущая/ведомая половина шестерен для зубчатых насосов' или 'шестерня для зубчатых передач'…

4) Так как согласно ГОСТ 17398-72 шестеренный насос это зубчатый насос с рабочими органами в виде шестерен…, то эти рабочие органы лишь похожи на шестерни или зубчатые колеса, но таковыми не являются. И обсуждаемый термин всегда следует понимать так, как говорится в ГОСТ 16530-83 и в словарях.

5) В классической технической литературе, рабочие органы зубчатых насосов называли — зубчатки. И любые зубчатые колеса тоже называли зубчатками.

Зубчатки в зубчатой передаче, могли быть либо шестернями, либо колесами, в зависимости от того, какое положение они там занимают. А в реверсивных передачах с равными зубчатками, одни и те же зубчатки вообще могли быть то шестерней, то колесом, в зависимости от направления вращения.

• Как видно, ни стандарт ни словарь впрямую не определяет шестерню, как деталь насоса, а только как звено зубчатой передачи, и даже исключают саму возможность существования двух шестерен в паре, так как в паре одинаковых зубчатых колес, только одна становится шестерней — ведущая.
• Отсюда и возник вопрос к сообществу — как следовало бы называть рабочие органы зубчатого насоса, что бы не путать 'шестерню'c 'шестернями', и 'шестерни' с 'зубчатыми колесами'?
• При том, что ГОСТы СССР реально уже не действуют в РФ на обязательных условиях.
• Прошу высказываться, какое из приведенных мнений вы поддерживаете?
• А для тренировки понимания глубины и сложности вопроса, сначала предлагаю решить задачку —
• Является ли насос с рабочими органами, представляющими собой прямозубые колеса с зацеплением Новикова, 'шестеренным насосом', а пару этих колес — 'шестернями', в понимании ГОСТ 17398-72?

Источник: https://3dtoday.ru/questions/shesternya-vs-zubchatoe-koleso/