Зубчатые передачи: виды, типы, классификация

Чтобы передать усилие в механическом устройстве еще совсем недавно использовался метод ременного переноса, в котором важное значение имел ремень. Ремень подвергался усиленному износу и подлежал частой замене. При использовании метода зубчатой передачи ремень как переходник исключается из системы, а вместо него реализуется сцепление непосредственно между элементами.

В терминологии непрофессионалов зубчатые передачи – это вращающиеся механические элементы, которые обычно используются для передачи вращения от одного элемента к другому. Простыми словами, шестерня – это вращающийся механический элемент, используемый для передачи крутящего момента от одной детали к другой.

Для этого их внешние обода непосредственно соприкасаются друг с другом, имея общие черты в виде зубьев соприкасающихся колес, так что вращательное движение одной зубчатой передачи приводит к вынужденному движению другой. Такая передача крутящего момента очень эффективна и результативна, так как при этом теряется очень мало энергии. Одним из основных плюсов использования зубчатых передач является то, что они обеспечивают максимальную выходную мощность. Различные зубчатые передачи могут работать с разной скоростью, передавать различные величины крутящего момента и даже преобразовывать горизонтальное движение в вертикальное.

Кроме того, обработка зубчатых колес может быть осуществлена таким образом, чтобы выдерживать очень высокие скорости вращения и силы, сохраняя при этом высокий уровень эффективности. Такая эффективность, а также их универсальность, сделала деталь зубчатое колесо популярной еще с древних времен, и сегодня их можно встретить практически везде, от самолетов до часовых механизмов.

Использование зубчатых передач можно проследить на протяжении тысячелетий, при этом основные элементы и конструкция сохранили свою актуальность и по сей день.

Многие люди, возможно, не знают, но сегодня на рынке существует целый ряд различных видов зубчатых колес.  Каждый инженер-механик должен иметь базовое понимание основных типов существующих зубчатых передач.

Данный механизм в своем составе деталей является технически простым. Состоит он из небольшого количества элементов. Как правило, узлы, которые имеют простую конфигурацию, имеют наиболее больший срок службы, чем устройства со сложными механизмами. Независимо от того, насколько продвинулся технический прогресс, простые устройства выходят из строя намного реже. Этот факт делает его популярным в использовании и в наше время.

Тот факт, что это не все конструктивные преимущества, о которых вам будет полезно знать. Рассмотрим несколько подробно составляющие зубчатого колеса:

• Корпус является незаменимой частью узла и присутствует в каждом виде передач. Служит для фиксации деталей при их работе и необходим для содержания в нем смазочных материалов. Материал, из которого производят корпус, должен быть стойким к коррозии, как правило — это чугун. Форма корпуса зависит от модели механизма, и в какой сфере деятельности он будет работать.
• Второй деталью, о которой хотелось бы рассказать – зубчатые колеса. Когда разговор идет о колесах, на ум сразу приходит слово шестерни. В работе участвуют две шестерни, которые взаимодействуют друг с другом и передают крутящий момент. Одна шестерня является ведущей, вторая ведомой. Сила момента зависит от габаритов шестерней, количества зубьев, модуля и силы зацепления.
• Вал является главной деталью в устройстве. Его задача заключается в передаче вращения зубчатому колесу с помощью зацепления зубьев этих двух деталей. Сам вал заставляет вращаться электродвигатель, он и является источником запуска всего устройства. Чтобы валы держались в корпусе и могли свободно вращаться, они сажаются на подшипники, методом запрессовки. Форма вала зависит от конструкции механизма и может быть исполнен в самых разных вариациях, например в ступенчатом виде.

Если говорить о шестернях, то немаловажным моментом является их форма. Друг от друга они могут отличаться количеством зубьев, их формой и углом наклона. Конкретный вид подбирается в зависимости от типа механизма и его характеристик. Шестерня и зубчатые колеса и есть основа всего движения, отсюда и вытекает название узла – зубчатая передача.

На сегодняшний день уже существует большое количество различных градаций и признаков, по которым классифицируют зубчатые передачи. В зависимости от того какой вид исполнения выбрать, зависит главный параметр всего узла, это долговечность его работы и надежность. Также сюда можно добавить разные варианты нужных характеристик.

Рассмотрим несколько видов и признаков классификации зубчатых передач:

• Параллельные и пересекающиеся типы, различаются расположением осей относительно друг друга. Третий существующий вид — перекрещивающийся. Наиболее надежным и технически простым является параллельный тип. Если судить популярность по продажам, то лидирующую позицию занимает именно он. Зачастую возникает потребность в решении нестандартных задач, тогда приходится искать другие способы. Оси, так называемые крепежные устройства для колес.
• Внутренние и наружные типы, основываются на расположении зубьев. Стоит учитывать, что их производительность зависит от всей конструкции. Выделить среди них какой то один нельзя, все зависит от конкретных задач. На практике наиболее востребованный в работе, наружный, но это не говорит о том, что он эффективнее справится с задачами.
• Стоит отметить классификацию по форме и конструкции корпуса, которые мы описывали выше. Тут мы не сказали о том, что бывают закрытые и открытые виды. Открытые отличаются тем, что могут работать без смазочного материала, на сухую. Закрытые могут исправно и долго функционировать только при наличии достаточного уровня смазки.
• В зависимости от потребности увеличить количество оборотов или уменьшить их, существуют понижение и повышение передач. Для каждой цели выбирают свой тип.

Внимание заслуживает такой параметр как величина окружности. По ней определяют три подвида, тихоходные, быстроходные и среднескоростные. Выбирать тут стоит в зависимости от ваших потребностей в определенных характеристиках.

Существует много различных видов зубчатых передач, предназначенных для различного вида использования, и все типы характеризуются положением соединенной оси или вала, которые могут быть параллельными, пересекающимися или не параллельными и не пересекающимися, а также формой зубьев. Давайте рассмотрим классификацию зубчатых механических передач:

Цилиндрические зубчатые передачи

Один из самых распространенных типов зубчатых колес – цилиндрическая прямозубая шестерня благодаря своей простоте, широкому спектру применения и экономичности. Цилиндрические зубчатые передачи воспринимают и передают радиальные нагрузки и, как правило, используются при низких скоростях вращения, так как они имеют большую шумность на высоких скоростях. Так же есть вариант установки эвольвентной разновидности устройства.

Конические передачи

Конический тип зубчатого колеса относятся к устройству пересекающихся осей/валов, поэтому их соединение осуществляется под вертикальным углом наклона. Их форма коническая, а зубья могут быть как прямыми, так и спиральными для более тихой работы. Хотя угол 90 градусов между пересекающимися осями не является обязательным, они, как правило, встречаются в таком исполнении и имеют одинаковое количество зубьев, так что скорость вращения между ними одинакова. Этот тип конических зубчатых колес называется митровой передачей и используется в тех случаях, когда изменение скорости не требуется. Любой другой угол и разность числа зубьев называется просто конической передачей.

Гипоидные передачи

Гипоидные зубчатые колеса очень похожи на конические со спиральным расположением зубьев, главное отличие заключается в том, что их оси вращения не совпадают. Как следствие, конструкция зубьев, должна быть очень тщательно рассчитана по их углу наклона. Обычно они используются в тех случаях, когда требуется снижение или повышение скорости, поэтому их часто можно встретить в автомобильных трансмиссиях, которые допускают более компактную конструкцию.

Червячные зубчатые передачи

Червячные передачи – это тип передачи, состоящий из цилиндрического зубчатого колеса, которое похоже на коническую шестерню. При этом она также включает в себя вал зубчатой передачи (червячный вал), которая имеет винтовую резьбу, расположенную в параллельной плоскости, но при осевом вращении 90 градусов по отношению к первому элементу. Благодаря плотному соединению двух элементов, червячные зубчатые колеса работают бесшумно и не вызывает вибраций. Чаще всего червячная передача применяется там, где решающими характеристиками являются частота вращения, фиксация и точность. Типичным примером такого типа зубчатых передач являются ключи настройки в струнных музыкальных инструментах.

Червячные зубчатые колеса имеют зубья особой формы. Благодаря применению червячных передач можно уменьшить число оборотов, так как при всего одном обороте одно-заходного червяка колесо проворачивается на один зуб. Бывают и многозаходные червяки. Передаточное отношение червячной пары рассчитывается по специальной формуле. Червячная пара работает только при обильной смазке, уменьшающей трение.   При расчетах геометрических параметров нужно учитывать нюансы конструкционного плана. При работе соприкасаются боковые стороны — это основная точка поверхности, которая передает импульс. Поэтому угол подбирается с учетом смещения, чтобы зубчатое колесо и червячный вал не заблокировались при некорректной работе. 

Реечные зубчатые передачи

Они являются цилиндрическими зубчатыми колесами, соединенной с прямой зубчатой рейкой, при этом один из ее элементов стабильно фиксируется в нужном положении, а другой движется влево и вправо, подобно червячной передаче. Типичным применением зубчатой рейки и зубчатого колеса является рулевое колесо, на котором фиксируется положение цилиндрической зубчатой шестеренки, а рейка перемещается в одну из сторон, после чего стяжные стержни и рулевой рычаг поворачиваются для поворота колес. Поскольку скорость вращения зубчатой рейки и зубчатого колеса очень низкая, зубы не нужно наклонять или закручивать, и они не издают никаких звуков или вибраций.

Зубчато-ременная передача является гибридной моделью, где в паре с зубчатым колесом работает ремень. Тип такой передачи обладает некоторыми преимуществами, такими как: низкий шум работы, отсутствием проскальзывания ремня, стабильность в работе на больших оборотах.

Планетарные передачи

В таком механизме ось колеса подвижна и может перемещаться. То есть, шестерни не крутятся одновременно, а более мелкое бежит по крупному. При этом ось также должна двигаться по траектории круга, постоянно изменяя свое положение. Планетарная передача отличается небольшим весом и размерами. Но стоит отметить, что даже с небольшими габаритами планетарные шестерни дают высокое передаточное число, а так же обладают низким уровнем шума при работе.

В наше время уже есть много вариаций планетарных передач которые отличаются типом и разным расположением зубчатых колес. Зубчатые косела такого типа находят свое применение в машиностроении, в самолетной технике и различном станочном, металлорежущем оборудовании.

Главным фактором колеса в зубчатой передаче являются зацепы или зубья. Зубья подразделяются на:

• прямыми без отклонений по оси: такие колеса используется повсеместно.
• косыми: намного улучшают уровень сцепления, но ухудшают КПД и эксплуатационные сроки;
• шевронные позволяют снизить нагрузки на подшипник. Так как оси не давят на элемент, это выгодно при продолжительной работе;

внутренние — работают практически бесшумно и отлично функционируют на изгиб.

В машиностроении зубчатые передачи, в том числе, выполняют и силовые функции: нагрузки на зубья могут исчисляться тоннами. Обычно изготовление зубчатых колес предусматривает использование стали. Более мягкая сталь может использоваться для изготовления подшипников и валов. Для изготовления колес берут максимально жесткую сталь, так как они подвергаются максимальной нагрузке. Обычно материалы зубчатых колес — это не просто легированная или углеродная сталь, но и особые методы обработки — азотирование, закалка поверхностного уровня, цементирование.

В середине зацепы делаются более мягкими, чем на поверхности. Если зубья будут одинаково твердыми по всему объему, то они при постоянных нагрузках начнут ломаться и станут хрупкими. Этого допускать нельзя. 

Поэтому каждая деталь после изготовления проходит дополнительно термическую закалку. В большинстве случаев термообработки хватает для повышения надежности деталей, но при изготовлении деталей для эксплуатации в высокоточных приборах требуется дополнительная обработка зубчатых колес — шлифовка. 

Появление зубчатых передач — это эволюционный шаг в производстве передач, поэтому оспаривать их достоинства нет смысла. Все преимущества таких механизмов бросаются в глаза:

• длительный срок эксплуатации объясняется простотой механизма, отсутствием ломких деталей, прочностью металла, применяющегося при изготовлении деталей и наличием закаленной части, которая соприкасается с зубьями шестерни-партнера;
• простая регулировка скорости, зависящая от установки, настройки и пр.;
• высокий уровень КПД;
• компактность — это важнейший плюс, так как малый размер узла позволяет сэкономить место, а в итоге — сделать более компактным сам конечный механизм.

Есть конечно и определенные недостатки:

• во время работы не получится изменить темп;
• не получится сделать механизм в условиях гаража кустарным методом, как, например, муфту;
• наличие шума: чем выше скорость, тем громче звук работающего механизма. Зацепление зубьев не может быть бесшумным. 

Морское оборудование. Используется на различных судах, таких как быстроходные паромные суда, роскошные яхты, фрегаты и катера. Эти устройства обычно более мощные и удовлетворяют самым современным требованиям. Материалы зубчатых колес стойкие к коррозии и усталости. Как правило, используются планетарные редукторы, червячные передачи и планетарные редукторы.

Конвейерные системы. Зубчатые передачи также используются в конвейерных системах для оптимизации работы механических систем. С помощью зубчатых передач товары транспортируются из одного места в другое.

Зубчатые передачи для электростанций. Электростанция использует высококачественные и высокоточные зубчатые передачи для использования в энергетическом оборудовании и машинах. Они используются для работы на высоких скоростях. Обычно используются зубчатые колеса с параллельным и планетарным приводом.

Редукторы ветряных турбин. Ветряная турбина использует зубчатые передачи, чтобы заставить вращаться низкоскоростные лопасти быстрее. Типы используемых зубчатых передач: планетарные редукторы, цилиндрические шестерни и червячные передачи.

Автомобильные редукторы. Автомобильная промышленность нуждается в автомобильных редукторах для обеспечения высокого крутящего момента и плавного и бесшумного преобразования механической энергии. В качестве автомобильных передач используются механические коробки передач, полуавтоматические коробки передач или коробки автоматы.

Сельскохозяйственные зубчатые передачи. Сельскохозяйственные редукторы широко используются в агропромышленном комплексе. Сельскохозяйственные редукторы используются в таких процессах, как обработка почвы, посев, вспашка, ирригация, борьба с вредителями и насекомыми и т.д. Сельскохозяйственный автомобиль, трактор также использует все эти шестерни в своих механизмах. Применяют такие виды зубчатых колес: спиральные, цилиндрические, червячные и звездообразные.

Горнопромышленные редукторы. Многие типы зубчатых передач нашли место в горнодобывающей промышленности для обеспечения эффективной работы машин при передаче энергии, как на наземных, так и на подземных работах. Типы зубчатых передач: прямоугольная зубчатая передача, параллельная зубчатая передача и червячный привод.

Зубчатые колеса с муфтами. Многие из этих шестерней используются в качестве приводов мельниц на цементных заводах, сахарных заводах, провисающих мельницах, трубопрокатных станах, угольных мельницах, золоторудных заводах, песчаных заводах и многих других. Это цилиндрические зубчатые колеса, торцевые зубчатые колеса, спиральнозубые конические шестерни.

В огромном количестве промышленных сфер используются зубчатые передачи: от высокоточных измерительных и даже лабораторных приборов до буровых установок. Они нашли применение в ДВС, а значит присутствуют в любом виде транспорте, а также в станках, конвейерах и пр. 

С компанией МеталлСервис вы обязательно сможете подобрать правильную деталь для своего производства. Мы выполняем нарезание зубчатых колес на заказ для разных промышленных механизмов в соответствии с техзаданием заказчика. Если вам необходима любая деталь из металла, звоните нам прямо сейчас. Мы выполним металлообработку по техзаданию или чертежу на заказ из любой марки стали включая нержавеющую.

Наша компания работает на своих станочных мощностях, что позволяет выполнять работы не только быстрее посредников, но и с более выгодной ценой за токарные услуги.

Работаем с любыми видами стали:

• Черные виды сталей;
• Цветные стали;
• Нержавеющие стали;
• Чугун.

Мы оказываем полный спектр услуг по производству зубчатых передач и всех видов металлообработки на современном, точном оборудовании с помощью качественного режущего инструмента, что позволяет нашим специалистам получать максимальной точности детали с чертежом заказчика.

Наши специалисты отдела металлообработки готовы принять заказы, обсудить с заказчиком все нюансы и пожелания, рассчитать заявку по срокам и стоимости изготовления в течение одного рабочего дня. Зубчатые передачи можно заказать на сайте https://metall-servise.ru/