Шестерня — один из компонентов, которые широко используются практически во всех видах машин. В этой статье мы поговорим о шестернях и их различных типах. Итак, продолжим.
Что такое шестерня?
Можно сказать, что шестерня — это деталь машины с зубьями, нарезанными вокруг конусообразной или цилиндрической поверхности на равном расстоянии друг от друга. Обычно две шестерни находятся в зацеплении и используются для передачи усилий и вращения на ведомый вал от ведущего вала. Зубчатые колеса можно разделить по их форме, например, циклоидальные, эвольвентные и трохоидальные.
Кроме того, шестерни также можно классифицировать в зависимости от положения их вала: шестерни с пересекающимися валами, шестерни с параллельными валами, шестерни с непересекающимися и непараллельными валами. По словам Архимеда, использование зубчатых колес привлекло внимание еще в Древней Греции в до н.э. Однако со временем их новые типы продолжали появляться.
Типы передач
Зубчатые передачи можно разделить на различные типы, такие как прямозубые, косозубые, червячные, зубчатые рейки, конические и т. д. Как правило, их классификация может быть сделана с учетом положения их осей, например, пересекающиеся валы, непересекающиеся валы и параллельные валы. валы.
Для обязательной передачи усилия в механических конструкциях необходимо понимать различные типы передач. Даже если вы выбрали общий тип передачи, все равно рекомендуется учитывать такие факторы, как класс точности, размеры, необходимость термообработки или шлифования зубьев, эффективность и допустимый крутящий момент.
Далее мы дадим общий обзор различных передач. Между тем, вы можете ознакомиться с их техническими аспектами, чтобы получить более подробную техническую информацию об этих типах передач.
Итак, начнем с различных типов шестерен:
- Цилиндрическое прямозубое колесо
Зубчатые колеса, имеющие цилиндрические делительные поверхности, называются цилиндрическими. Технически цилиндрические шестерни относятся к группе шестерен с параллельными валами. В этих шестернях линия зубьев параллельна и прямая валу.
Благодаря большей точности и плавности передачи мощности прямозубые шестерни широко используются в различных отраслях промышленности. Вторым фактором, который делает их подходящим выбором, является простота производства и меньшие затраты. Эти шестерни не воспринимают нагрузки в осевом направлении. Передача мощности становится возможной благодаря зацеплению двух шестерен: одной чуть большей, называемой шестерней, и второй, несколько меньшей, называемой шестерней.
Рис. 1. Эскиз прямозубой шестерни.
- Винтовая передача
Подобно прямозубым шестерням, косозубые шестерни также используются с параллельными валами. Это цилиндрические шестерни с извилистыми зубьями. По сравнению с прямозубыми, косозубые шестерни имеют лучшее зацепление зубьев и работают с большей бесшумностью, чем прямозубые. Поскольку косозубые шестерни могут легко передавать большие нагрузки, их обычно предпочитают для высокоскоростных применений.
В отличие от прямозубых передач, косозубые передачи испытывают нагрузки в осевом направлении, что приводит к необходимости использования упорного подшипника. Косозубые шестерни бывают как с левосторонним, так и с правосторонним скручиванием, а для зацепляющейся пары должна быть противоповоротная шестерня.
Рисунок 2: Эскиз винтовой передачи.
- Стойка передач
Зубчатая рейка представляет собой зубья одинакового размера и формы, вырезанные на одинаковом расстоянии вдоль прямого стержня или плоской поверхности. Опять же, цилиндрическая шестерня имеет радиус, равный шагу цилиндра, и передает мощность путем зацепления с цилиндрической шестерней. Он преобразует вращательное движение в линейное.
Между тем, зубчатая рейка также может быть разработана для реек со спиральными зубьями и реек с прямыми зубьями, но с той же прямой линией зубьев. Когда дело доходит до соединения зубчатых реек встык, это осуществляется путем механической обработки концов зубчатой рейки.
Рисунок 3. Эскиз зубчатой рейки.
- Коническая передача
Конические шестерни конической формы используются для передачи усилия между двумя валами, которые пересекаются друг с другом в одной точке, которая называется пересекающимся валом. Он имеет форму конуса, поскольку его зубья и делительная поверхность имеют форму конуса.
Помимо этого, конические передачи можно еще разделить на разные типы:
- Косозубые конические шестерни
- Прямоконические шестерни
- Угловые конические передачи
- Спиральные конические шестерни
- Гипоидные передачи
- Конические шестерни Zerol и
- Митральные шестерни
Рисунок 4. Эскиз конической шестерни.
- Спирально-коническая шестерня
Как видно из названия, спирально-коническая передача представляет собой тип конической шестерни, но с изогнутыми линиями зубьев. Коэффициент контакта зубьев у спирально-конических шестерен больше, чем у прямоконических. Вот почему спирально-конические шестерни обладают большей прочностью и большей эффективностью по сравнению с прямоконическими шестернями. Но из-за увеличенного коэффициента контакта зубьев спирально-конические шестерни создают больше шума и вибрации.
С другой стороны, изготовление спирально-конических передач сложнее, чем прямоконических. Поскольку зубья изогнуты, силы тяги действуют в осевом направлении.
При этом, если для спирально-конической передачи угол закручивания равен нулю, ее будем называть нулевой конической передачей.
Рисунок 5: Эскиз спирально-конической шестерни.
- Винтовая передача
Две одинаковые ручные косозубые шестерни образуют винтовую передачу, при этом угол закрутки между ними составляет 45 градусов на непересекающемся и непараллельном валу. Несущая способность винтовой передачи низкая, так как точка контакта между двумя шестернями также очень мала. Так что для передачи большей мощности винтовые передачи заведомо не подходят.
В винтовых передачах мощность передается за счет скольжения поверхностей зубьев, что требует смазки для правильного обслуживания этих передач. При этом нет ограничений на количество шестеренок, которые вы хотите прикрепить, и вы можете сформировать желаемую комбинацию из нескольких зубьев.
Рисунок 6: Эскиз винтовой передачи.
- Митра Шестерня
Конические шестерни с передаточным числом 1 называются угловыми. Угловые шестерни обычно используются для изменения направления передачи мощности, не влияя на скорость. В основном существует два типа угловых шестерен: прямая угловая шестерня и спиральная угловая шестерня.
Спиральные угловые шестерни создают осевое усилие в осевом направлении, и это является причиной использования упорного подшипника со спиральными угловыми шестернями.
Кроме того, угловые шестерни, отличные от угла вала 90 градусов, известны как угловые угловые шестерни.
Рисунок 7: Эскиз угловой передачи.
- Червячный редуктор
Червячная передача состоит из двух разных компонентов: первый представляет собой червяк, образованный резьбой на валу, а второй компонент представляет собой сопряженную шестерню, представляющую собой червячное колесо. Оба эти компонента на непересекающемся валу называются червячной передачей. На данном эскизе и червяк, и червячное колесо имеют цилиндрическую форму, но могут иметь и другую форму.
Коэффициент контакта между червяком и червячным колесом относительно ниже, что затрудняет передачу больших нагрузок. Однако с помощью типа песочных часов коэффициент контакта можно увеличить.
Кроме того, контакт между червяком и червячным колесом является скользящим, поэтому для уменьшения трения необходима смазка. Во-вторых, червяк изготовлен из жесткого материала, а червячное колесо — из мягкого материала для уменьшения трения. Хоть этот узел и пригоден только для более миниатюрной передачи нагрузки, он довольно плавный.
Кроме того, когда угол опережения между червяком и червячным колесом небольшой, может возникнуть функция самоблокировки.
Рисунок 8: Эскиз червячной передачи.
- Внутренняя передача
Внутренние шестерни имеют зубья на внутренней стороне конуса или цилиндра, и каждая внутренняя шестерня соединена с внешней шестерней. Основной целью использования внутренних зубчатых передач является соединение валов зубчатого типа и планетарные передачи. Когда дело доходит до внутренней и внешней зубчатой передачи, существуют определенные ограничения по количеству зубьев, и эти ограничения обусловлены эвольвентным натягом, проблемами триммирования и трохоидным натягом.
Когда внутренние и внешние шестерни находятся в зацеплении, направление вращения обеих шестерен одинаково. Но когда внутренние и внешние шестерни находятся в зацеплении, направленность их вращения противоположна.
Рисунок 9: Эскиз внутреннего механизма.
Соответственно, это некоторые из наиболее часто используемых типов передач. Теперь давайте посмотрим на основные термины, используемые в зубчатых передачах, и их номенклатуру:
Терминология и номенклатура зубчатых передач
Знание терминологии, используемой для зубчатых передач, становится неизбежным для более глубокого понимания сложных концепций зубчатых колес.
Такое наглядное представление поможет вам лучше понять механизм работы шестерен. Между тем, преуменьшение терминологии для шестерен также будет легко понять:
- Червь
- Червячное колесо
- Шестерня
- Угловая передача
- Спирально-коническая передача
- Внутренняя передача
- Зубчатая муфта
- Винтовая передача
- Прямоконическая шестерня
- Цилиндрическое прямозубое колесо
- Трещотка
- собачка
- Стойка
- Эвольвентные шлицевые валы и втулки
- Винтовая передача
По ориентации осей шестерен их можно разделить на следующие категории:
- Для цилиндрической шестерни, внутренней шестерни, зубчатой рейки и косозубой шестерни оси ориентации параллельны.
- Пересекающиеся оси поддерживают угловую, прямоугольную и специальную коническую передачу.
- Червяк, червячное колесо, червячная передача и винтовая передача имеют непараллельные и непересекающиеся оси.
- Зубчатая муфта, эвольвентный шлицевой вал и втулка, собачка и храповик имеют другие оси.
В чем разница между звездочкой и шестерней?
Мы знаем, что шестерня работает в сборе и зацепляется с другой шестерней, но звездочка зацепляется с цепью, а не с шестерней. Очень гнездо к звездочке, там есть деталь, чем-то похожая на шестеренку, но она храповая, и двигаться ей разрешено только в одном направлении.
Классификация различных зубчатых передач с точки зрения позиционных связей с присоединенным валом
- В цилиндрических, косозубых, реечных и внутренних шестернях используются параллельные валы. Обычно эти шестерни предназначены для передачи большей мощности.
- Если два вала шестерен пересекаются, тип шестерни будет конической. Конические передачи также имеют высокий КПД передачи.
- Если валы двух шестерен не параллельны и не пересекаются, тип передачи может быть червячным или винтовым. Поскольку между ними имеется скользящий контакт, при использовании этих шестерен предпочтительна только нижняя передача мощности.
Класс точности зубчатых передач
Класс точности используется, когда различные типы зубчатых колес группируются по их точности. Класс точности обычно устанавливается различными стандартами, такими как JIS, AGMA, DIN, ISO и т. д.
Например, JIS определяет отклонение спирали, ошибку профиля зуба, ошибку биения и ошибку шага.
Существование скрежетания зубами
Наличие стачивания зубьев оказывает существенное влияние на работоспособность шестерни. Поэтому при рассмотрении типов зубчатых колес шлифованию зубьев отводится важная роль. Шлифование зубчатого колеса повышает качество зубчатого колеса, делая его работу более тихой и плавной, увеличивает способность передачи усилия и влияет на прецизионное стекло. Но шлифовка увеличивает стоимость шестерни, что не является предпочтительным для всех шестерен, поэтому мы используем другой экономичный метод повышения точности, называемый бритьем с помехами при бритье.
Виды формы зубов
Шестерни классифицируются по форме зубьев на такие категории, как
- Эвольвентная форма зуба
- Циклоидная форма зуба
- Трохоидная форма зуба
В упомянутых выше зубчатых передачах в основном используются эвольвентные передачи. Их качество легкого изготовления и правильного зацепления, даже если межосевое расстояние немного отличается, делает их желательными для широкого использования. Зубья циклоидной формы в основном используются при производстве часов, а зубцы трохоидной формы используются в насосах.
Создание шестеренок
Про шестерни сказано, что
«Шестерни — это колеса с зубьями, их иногда называют зубчатыми колесами».
Механические компоненты, используемые для передачи вращения и мощности от одного вала к другому, называются шестернями. Если один вал содержит по окружности зубья идеальной формы таким образом, что при вращении эти зубья идеально помещаются между зубьями другого вала. Таким образом, это механический компонент, который передает мощность по принципу ведущего вала, приводя в движение ведомый вал. Это редкий случай, когда одна сторона совершает линейное движение (также называемое вращательным движением вокруг бесконечной точки); это называется стойка.
Мощность и вращение могут передаваться от одного вала к другому разными способами, например, посредством трения качения и передачи вращения. Несмотря на небольшой размер и очень простую конструкцию, шестерни служат нам многими полезными способами, такими как передача мощности, очень точная угловая скорость и передаточное число с минимальными потерями мощности и длительным сроком службы.
Зубчатые передачи широко используются: от часов и небольших точных измерительных приборов до систем передачи самолетов и кораблей. Они считаются одними из наиболее важных механических компонентов, имеющих разнообразное применение, и из-за их важности перечислены вместе с винтами и подшипниками.
Существует множество передач, но наиболее распространены те, которые используются для передачи передаточного отношения между двумя параллельными валами, расположенными на определенном расстоянии. Шестерни, показанные на рисунке, имеют зубья, параллельные валу, и называются прямозубыми. Это самый популярный тип шестерен.
.
Рисунок 10. Прямозубая шестерня.
Существуют и другие типы передач, называемые фрикционными передачами. Это наиболее простые и широко используемые компоненты для передачи угловой скорости между двумя параллельными валами. Этот процесс осуществляется с помощью двух цилиндров, диаметры которых обратно пропорциональны их скорости. Один ведет другого плавно и без пробуксовок. Для передачи скорости в обратном направлении контакт цилиндров осуществляется с внешней стороны. И для того же направления подключение происходит с внутренней стороны. Передача происходит за счет трения между поверхностями двух цилиндров.
Тем не менее, мы не можем избежать проскальзывания между этими двумя из-за природы контакта, поэтому желаемая передача не достигается. Для передачи большой мощности требуются большие контактные силы, что приводит к высоким нагрузкам на подшипники. Такая система не подходит для передачи значительного количества энергии по вышеуказанным причинам. Итак, чтобы избежать таких проблем, работает идея создания зубцов на поверхности цилиндров, из которых пара или более всегда будут оставаться в контакте друг с другом, обеспечивая большее трение и надежное сцепление при движении.
Зубья ведущего вала толкают зубья ведомого вала, приводя его в движение, обеспечивая передачу мощности. Она известна как цилиндрическая шестерня, а другая, на которой вырезаны зубья, называется шаговым цилиндром. Зубчатые передачи представляют собой дальнейшее развитие цилиндрических передач.
Рисунок 11: Цилиндры наклона
Когда два вала пересекаются, ориентиром для резьбовых зубьев являются контактирующие конусы. Эти шестерни называются коническими, как показано на рисунке. Основание, на котором вырезаны зубцы, называется делительным конусом.
Рисунок 12. Конические шестерни.
Рисунок 13: Конусы тангажа
В случае двух непараллельных непересекающихся валов точки контакта качения на криволинейных поверхностях отсутствуют. В зависимости от того, какой тип шестерни мы изготавливаем, на вращающихся и соприкасающихся поверхностях вырезаются зубья. Во всех системах зубчатых передач важно учитывать профили зубьев, чтобы обеспечить относительное движение вращающихся и контактирующих опорных поверхностей и обеспечить их соответствие друг другу.
Во время движения шестерни считаются твердыми телами. Типичные компоненты скорости двух шестерен должны быть равны, чтобы поддерживать передаточное число угловых скоростей в точке контакта поверхностей зубьев шестерен без столкновения или разделения. Мы также можем сказать это так, что относительное движение в ожидаемом направлении и движение происходит только в точке контакта поверхностей зубов.
Чтобы формы зубьев соответствовали упомянутым выше требованиям, общий метод обволакивания поверхностей может дать нам желаемую форму зуба.
Пожалуйста, выберите одну сторону шестерни A и считайте ее изогнутой поверхностью FA. И приведите обе шестерни в относительное движение. Затем нарисуйте последовательные положения криволинейной поверхности FA в системе координат, прикрепленной к шестерне B. Представьте ее поверхность FB шестерни B, рассматривая огибающую этой группы кривых. Из теории оболочки можно сделать вывод, что две шестерни находятся в относительном движении и находятся в линейном контакте друг с другом.
Формы зубов также можно получить следующим методом. Помимо шестерен A и B, рассмотрим шестерню C в сетке с относительным движением. Эта воображаемая шестерня C в сетке имеет поверхность FC и соответствующее относительное перемещение. Используя первый метод, охватим последовательные положения на поверхности FC в относительном движении ТВС с линейным контактом РАК. Повторите процесс с поверхностью FB с FC. Теперь поверхности зубьев FA и FB можно узнать, используя воображаемую поверхность FC.
Пути использования передач в механических системах
Основная цель шестерен — передача мощности, но, в зависимости от идеи, их также можно использовать в качестве элементов машины разными способами. Ниже приводится краткое описание некоторых методов:
- Механизм захвата:
Из двух прямозубых шестерен можно сделать захватывающий механизм, удерживающий заготовку в разных ситуациях. Он работает по принципу, что обе шестерни имеют одинаковый диаметр и движутся несогласованно, так что если одна ведущая дает задний ход, ведомая также меняет ход. Регулируя угол раскрытия, мы можем прочно захватывать заготовки разного размера в захватах, соединенных с этими шестернями. Таким образом, из них можно сделать универсальную захватную машину.
- Механизм прерывистого движения
Женевский механизм также известен как механизм прерывистого движения. Из-за используемых в нем узкоспециализированных механических компонентов он стоит дорого. Недорогой и простой механизм прерывистого действия также можно получить, используя шестерни с отсутствующими зубьями. Отсутствие зубьев здесь означает, что любое количество зубьев удалено от основания поверхности шестерни. Шестерня, соединенная с отсутствующим зубом, будет вращаться до тех пор, пока она находится в контакте с имеющимися зубьями, и движение остановится, когда она столкнется с пустым пространством ведущей шестерни. В то же время он оказывает удручающее влияние на переключение передач, если на него толкает какая-либо внешняя сила при выключенных передачах. Необходимо сохранить свое положение, что может сделать фрикционный тормоз.
- Специальный механизм передачи энергии:
Обгонная муфта представляет собой механизм, допускающий вращательное движение только в одном направлении. При установке на ступени редуктора можно создать механизм для передачи однонаправленного вращательного движения.
Этот механизм может создать систему, которая будет хорошо работать с двигателем при включенном электричестве, но приводится в движение силой пружины при выключении.
Редуктор скорости приводится в действие посредством установки внутри пружины, будь то торсионная винтовая пружина или спиральная пружина, установленная так, что ведомый вал движется в противоположном направлении. После полного завода пружины двигатель прекращает вращение, и в дело вступает электромагнитная тормозная система. Когда двигатель выключается и нажимается тормоз, сила пружины перемещает выходной вал в направлении, противоположном тому, в котором работает двигатель. Этот тип машины в основном используется для закрытия клапанов в случае сбоя питания и называется аварийным отключением с пружинным возвратом.
Почему закупка передач затруднена
Нет стандартного оборудования
Зубчатые передачи широко используются во всем мире почти во всех сложных механических системах с древних времен и имеют решающее значение, но не существует установленных стандартов для проектирования зубчатых передач. Что касается класса и точности зубчатых колес, в разных странах используются разные отраслевые стандарты, такие как AGMA (США), JIS (Япония), DIN (Германия) и т. д. Но не существует конкретных стандартов для основных факторов, определяющих зубчатые колеса, таких как диаметр, размер, диаметр отверстия, прочность материала, форма зубьев. Никакого единого подхода не применяется, каждый проектирует снаряжение в соответствии со своими конкретными требованиями.
Разнообразные характеристики оборудования
Как обсуждалось в предыдущем абзаце, существует множество спецификаций передач. Учитывая простые шестерни как исключительный случай, не будет преувеличением сказать, что «их столько видов, сколько мест, где используются шестерни». Среди зубчатых передач распространено то, что при совпадении таких характеристик, как шаг зубьев, количество зубьев и угол давления, шестерню определяют различные другие характеристики, такие как ширина торца, термообработка, размер отверстия, шероховатость поверхности после шлифования, конечная твердость. Именно поэтому шестерню практически невозможно заменить на другую. Вероятность того, что снаряжение будет совместимо с другими, очень мала.
Нет возможности получить желаемые механизмы
Шестерня в машине могла быть изношена или сломана, и мы искали эту шестерню на рынке, но тщетно. Эту проблему легко решить, если в руководстве пользователя машины есть рисунок шестерни. Вы можете снова изготовить это оборудование. Или другой вариант: вы можете связаться с производителем машины, и он согласится изготовить для вас новую подобную передачу. Но что произойдет, если, к сожалению, оба этих способа недоступны; в инструкции нет рисунка и производителя тоже нет?
Вы можете получить производственный чертеж нарисованной шестерни, но это требует специальных знаний и является непростой задачей. Производители зубчатых передач также могут столкнуться с этой проблемой из-за отсутствия знаний о спецификациях зубчатых передач. Восстановление изношенного или сломанного механизма требует большой инженерной работы.
Себестоимость производства высока в случае одной передачи
Когда машина, использующая зубчатую передачу, производится в больших масштабах, шестерня также производится в больших количествах с точными характеристиками, и ее стоимость остается в пределах ограничений. Более крупное производство требует того же объема работы с меньшими затратами на единицу продукции, что в сочетании с большим количеством продукции резко снижает затраты на оборудование. А что делать, если нам нужно изготовить для нашей машины одну или две шестерни. Это довольно дорогая задача. Производство передач за один прием для 500 станков по сравнению с выпуском одной или двух штук показывает значительную разницу в себестоимости. Подобная ситуация также возникает, когда кто-то производит прототип новой машины и должен изготовить номинальное количество оборудования.
Возможность использования стандартов передач
Если вы проектируете новую машину и характеристики ее шестерен совпадают с некоторыми шестернями производителя, описанные выше проблемы можно решить этими способами.
- При проектировании машины можно избежать создания нового и специфического механизма для машины.
- Можно использовать 2D- и 3D-модели CAD, расчеты прочности и печатные чертежи деталей, предоставленные изготовленным механизмом.
- Если для испытания машины вам нужна только одна передача, производители выпускают стандартные шестерни, которые вы можете использовать.
Если вы используете в машине шестерню и вам необходимо ее заменить, вы можете сделать это с помощью какой-либо стандартной шестерни производителя или шестерни со вторичной операцией. Вы можете избежать неудобств, связанных с выполнением задач, описанным выше способом.
- Рисуем новую модель
- Ищите рисунок
- Ищем производителя по производству зубчатых колес.
- Высокая стоимость производства