Типы передач

1. Введение

Многие типы шестерен являются важной частью бесчисленных механических систем., Встречается повсюду: от автомобилей до промышленного оборудования и даже бытовой электроники..

Они работают путем передачи вращательной силы между компонентами машины., позволяющий точно контролировать движение, скорость, и крутящий момент.

Редукторы необходимы для бесперебойной и эффективной работы машин., с различными типами передач, подходящими для различных применений.

2. Что такое шестерня?

Шестерня — это зубчатый механический компонент, который входит в зацепление с другой зубчатой ​​частью., часто другая передача, для передачи крутящего момента и движения. Шестерни могут увеличить крутящий момент, жертвуя скоростью., или они могут повысить скорость за счет крутящего момента.

Эффективность и функциональность шестерен зависят от их формы., размер, материал, и как они взаимодействуют друг с другом.

3. Различные параметры шестерен

Понимание параметров зубчатых передач имеет решающее значение для проектирования эффективных и надежных зубчатых систем.. Эти параметры влияют на зацепление шестерен., какую нагрузку они могут выдержать, и их общая производительность в различных приложениях. Вот обзор основных параметров:

1. Количество зубов

Количество зубьев на шестерне является фундаментальным параметром, влияющим на ее передаточное число и производительность.. Он определяет способность шестерни входить в зацепление с другой шестерней и влияет на выходную скорость и крутящий момент..

• Передаточное число: Соотношение числа зубьев на двух зацепляющихся шестернях определяет соотношение скорости и крутящего момента..
  Например, шестерня с 20 зубья входят в зацепление с шестерней 40 зубья имеют передаточное число 1:2, это означает, что большая шестерня будет вращаться со скоростью вдвое меньшей, чем меньшая, но с удвоенным крутящим моментом..

2. Вся глубина

Полная глубина относится к общей глубине зуба шестерни., который включает в себя как дополнение, так и дедендум. Это важно для обеспечения правильного зацепления с соседними шестернями..

• Приложение: Высота зуба шестерни над делительной окружностью.
• Чтобы быть отданным: Глубина зуба ниже делительной окружности.

Общая глубина важна для определения прочности шестерни и пространства, необходимого для беспрепятственного зацепления зубьев шестерни..

3. Питч-круг

Делительная окружность — это воображаемая окружность, которая катится без проскальзывания по делительной окружности сопряженной шестерни.. Крайне важно убедиться, как шестерни взаимодействуют и зацепляются друг с другом..

• Диаметр шага: Диаметр делительной окружности. Он используется для расчета передаточного числа и обеспечения правильного зацепления шестерен..

4. Корневой круг

Корневая окружность — это окружность, проходящая через дно канавок зубьев шестерни.. Он определяет минимальный диаметр шестерни и важен для понимания ее прочности и долговечности..

• Диаметр корня: Диаметр окружности, соединяющей основания зубов.

5. Внешний круг

Внешний круг, или внешний диаметр, это окружность, проходящая через кончики зубьев шестерни. Это важно для определения габаритных размеров и зазора шестерни..

• Внешний диаметр: Диаметр измеряется от кончика одного зуба до кончика противоположного зуба..

6. Диаметр шага

Делительный диаметр — это диаметр делительной окружности, который является критическим параметром для расчета передаточного числа и обеспечения правильного зацепления между шестернями..

• Формула: Диаметр шага = количество зубьев / Диаметральный шаг (для имперских единиц) или Диаметр шага = (Количество зубов * Модуль) (для метрических единиц).

7. Круговой шаг

Круговой шаг — это расстояние между соответствующими точками на соседних зубьях., измеряется по делительной окружности. Важно обеспечить правильное зацепление и соосность зубчатых колес..

• Формула: Круговой шаг = π * Диаметр шага / Количество зубов.

8. Модуль

Модуль является мерой размера зубов., определяется как отношение делительного диаметра к числу зубьев.. Он используется в метрической системе для стандартизации размеров шестерен..

• Формула: Модуль = Диаметр шага / Количество зубов.

9. Диаметральный шаг

Диаметральный шаг — это количество зубьев на дюйм делительного диаметра.. Он используется в британской системе для стандартизации размеров шестерен и является обратным модулю..

• Формула: Диаметральный шаг = количество зубьев / Диаметр шага.

10. Круглая толщина

Толщина круга — это толщина зуба шестерни, измеренная по делительной окружности.. Это влияет на прочность передачи и эффективность передачи мощности..

• Формула: Круглая толщина = Круговой шаг / 2.

4. Как работают шестерни?

Шестерни – это механические устройства., обычно круглый, с зубцами по краям, используемыми для передачи вращательной силы и крутящего момента в машинах.

Работаем парами, шестерни зацепляются за зубья, чтобы предотвратить проскальзывание. В круговых шестернях, скорость вращения и крутящий момент остаются постоянными, в то время как некруглые шестерни создают переменные передаточные числа скорости и крутящего момента..

Для поддержания постоянной скорости и крутящего момента, важно точное формирование профиля зубчатого колеса. Когда меньшая шестерня, или шестерня, управляет системой, снижает скорость и увеличивает крутящий момент.

Наоборот, если шестерня находится на ведомом валу, скорость увеличивается, а крутящий момент уменьшается.

Валы, удерживающие шестерни, должны быть расположены правильно и могут быть расположены параллельно., непараллельный, пересекающийся, или непересекающиеся конфигурации. Эти валы действуют как рычаги для передачи вращения и энергии между шестернями..

Ключевые результаты применения зубчатых систем включают в себя::

• Увеличение скорости: В зубчатой ​​паре, где имеется 40 зубы и прочее 20, меньшая шестерня вращается в два раза быстрее для поддержания синхронизации., что приводит к более высокой скорости, но уменьшенному крутящему моменту.
• Увеличение силы: Меньшая шестерня с меньшим количеством зубьев снижает скорость, но увеличивает силу., требующий большего крутящего момента для вращения.
• Изменить направление: Когда две шестерни зацепляются, они вращаются в противоположных направлениях. Специализированные шестерни используются для эффективного изменения направления или углов вращения..

5. Какова конструкция шестерен?

В промышленных применениях используются различные шестерни., каждый предназначен для определенных целей. Основные характеристики, которые различаются между этими передачами, включают::

• Форма шестерни
• Конструкция и конфигурация зуба
• Конфигурация зубчатых осей

Форма шестерни

Шестерни могут быть цилиндрическими. (стимулировать, спиральный) или конический (скос) на основе их применения. Форма влияет на то, насколько хорошо зацепляются шестерни., количество силы, с которой они могут справиться, и сколько шума они создают.

Прямозубые шестерни, например, громкие на высоких скоростях, в то время как косозубые шестерни обеспечивают более тихую и плавную работу благодаря расположенным под углом зубьям..

Конструкция и конфигурация зуба

Шестерни могут иметь разные профили зубьев., каждый подходит для конкретных задач. Прямые зубы (прямозубые шестерни) хорошо работать для простого, низкоскоростные приложения, в то время как винтовые или спиральные зубы (спиральный, конические шестерни) обеспечить более плавное включение и большую эффективность на более высоких скоростях.

Конфигурация зубчатых осей

• Параллельно: В параллельных конфигурациях, валы расположены в одной плоскости, а ведущая и ведомая шестерни вращаются в противоположных направлениях. Эта установка обычно обеспечивает высокую эффективность передачи движения.. Примеры включают косозубые передачи и реечные системы..
• Пересекающиеся: Для пересекающихся конфигураций, валы пересекаются в одной точке в одной плоскости, обеспечение высокой эффективности передачи, аналогичной параллельным установкам. Конические шестерни являются ярким примером этого типа..
• Непараллельные и непересекающиеся: В конфигурациях, где валы не параллельны и не пересекаются., это означает, что они не выровнены и не находятся в одной плоскости, КПД передачи обычно ниже. Червячные передачи являются примером этой категории..

6. Какие материалы используются в шестернях?

Материал, из которого изготовлены шестерни, существенно влияет на их характеристики., долговечность, и пригодность для конкретных применений. Различные материалы обладают разной степенью прочности., износостойкость, и коррозионная стойкость.

Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых материалов в производстве зубчатых передач.:

Прокатная сталь

Прокатная сталь обычно используется для изготовления зубчатых колес из-за ее высокой прочности и ударной вязкости.. Его производят путем горячей или холодной прокатки стали через ряд роликов., улучшение его структуры и улучшение механических свойств.

Редукторы из прокатной стали часто используются в тяжелых условиях эксплуатации., например, автомобильные трансмиссии и промышленное оборудование, там, где долговечность и ударопрочность имеют решающее значение.

Холоднокатаная сталь

Холоднокатаная сталь подвергается процессу, при котором сталь охлаждается после прокатки., что улучшает его прочность и чистоту поверхности. Этот процесс обеспечивает лучшую точность размеров и более гладкую поверхность, чем горячекатаная сталь..

Шестерни из холоднокатаной стали часто используются в прецизионном оборудовании, требующем жестких допусков., такие как часы и прекрасные инструменты, а также автомобильное и промышленное применение.

Сплавы инструментальной стали

Сплавы инструментальных сталей известны своей твердостью., износостойкость, и способность выдерживать высокие температуры. Они идеально подходят для изготовления зубчатых передач, подвергающихся экстремальным нагрузкам и ударам..

Эти сплавы обычно содержат высокий уровень углерода., хром, и другие элементы, такие как ванадий или вольфрам., которые повышают их прочность и долговечность.. Шестерни из инструментальной стали используются в таких приложениях, как режущие инструменты и промышленное оборудование..

Железные сплавы

Железные сплавы, включая чугун и ковкий чугун, широко используются в производстве зубчатых передач.. Чугунные шестерни обладают хорошей износостойкостью., гашение вибрации, и обрабатываемость, что делает их подходящими для больших, низкоскоростные передачи, используемые в таких приложениях, как конвейерные системы и тяжелая техника..

Ковкий чугун обеспечивает лучшую прочность, чем чугун., обеспечение баланса между прочностью и ударопрочностью.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь предпочтительна для зубчатых передач, требующих высокой коррозионной стойкости и долговечности.. Он содержит хром, образует на поверхности защитный оксидный слой, предотвращение ржавчины и коррозии.

Шестерни из нержавеющей стали часто используются в оборудовании пищевой промышленности., морское применение, и средах, где присутствует влага или химические вещества.

Медные сплавы

Медные сплавы, такие как латунь и бронза, используются в передачах с низким коэффициентом трения., коррозионная стойкость, и простота обработки имеют важное значение.

Эти шестерни обычно используются в приложениях, требующих более тихой работы и меньшего износа., такие как червячные передачи, подшипники, и втулки.

Медные сплавы также ценятся за свою электропроводность., что делает их пригодными для некоторых специализированных электрических устройств.

Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы легкие и устойчивые к коррозии, что делает их пригодными для передач, используемых в условиях малой нагрузки., высокоскоростные приложения.

Шестерни из алюминия обычно встречаются в аэрокосмической отрасли., робототехника, и автомобильная промышленность, где снижение веса является приоритетом.

Хоть и не так прочно, как сталь, алюминиевые сплавы можно обрабатывать или покрывать для повышения их прочности и износостойкости..

Пластиковые шестерни

Пластиковые шестерни легкие., устойчивый к коррозии, и предлагаем плавное, тихая работа.

Обычно изготавливается из таких материалов, как нейлон., ацеталь, или поликарбонат, пластиковые шестерни часто используются в приложениях, требующих низкого уровня шума и низкого трения., например, принтеры, бытовая техника, и маленькие машины.

Хотя они не могут выдержать такую ​​​​большую нагрузку, как металлические шестерни., пластиковые шестерни идеальны для маломощных, экономичные решения.

7. Типы передач

Шестерни классифицируются по форме зубьев., конфигурация вала, и конкретная цель. Понимание различных типов зубчатых передач необходимо для выбора подходящей передачи, обеспечивающей эффективную передачу усилия в механических конструкциях..

В зависимости от формы зуба

1. Прямозубые шестерни

• • Внешние цилиндрические шестерни: Самый распространенный вид снастей., с прямыми зубьями, параллельными оси шестерни. Эти шестерни используются для передачи мощности между параллельными валами и известны своей эффективностью и простотой..
  • Внутренние цилиндрические шестерни: Аналогичны внешним прямозубым шестерням, зубья нарезаны на внутренней поверхности зубчатого венца. Они используются в приложениях, где необходима экономия места., такие как планетарные системы передач.

2. Косозубые шестерни

• • Одиночный спиральный: Эти шестерни имеют угловые зубья., которые обеспечивают более плавную и тихую работу, чем цилиндрические шестерни.. Угол зубьев обеспечивает постепенное зацепление., снижение шума и стресса во время работы.
  • Двойная спираль: Также известный как шестерни «елочка»., у них есть два набора противоположных винтовых зубов.. Конструкция исключает осевое усилие., что делает их пригодными для тяжелой техники с высокими нагрузками.
  • Винтовые шестерни: Похоже на косозубые шестерни, они используются в приложениях, где необходимы непараллельные валы. Они предназначены для передачи крутящего момента между двумя непересекающимися валами..

3. Конические шестерни

• • Прямые шестерни: Конические шестерни с прямыми зубьями используются для передачи движения между пересекающимися валами., обычно под углом 90 градусов. Они эффективны, но могут быть шумными под нагрузкой..
  • Спиральные шестерни: У них кривые зубы, которые обеспечивают более плавную работу и более высокую грузоподъемность, чем прямоконические шестерни.. Они идеально подходят для высокоскоростных приложений..
  • Митральные шестерни: Тип конической передачи, в которой передаточное число 1:1, обычно используется в приложениях, требующих одинаковой скорости, но изменения направления.
  • Гипоидные передачи: Эти шестерни имеют смещенные оси., обеспечивает более высокую передачу крутящего момента и более тихую работу. Они обычно встречаются в автомобильных дифференциалах..
  • Нулевые Гирс: Гибрид прямых и спирально-конических шестерен., предлагая компромисс между бесперебойной работой и простотой производства.
  • Корончатые конические шестерни: Коническая шестерня, у которой зубья перпендикулярны поверхности шестерни., предлагаем уникальные угловые конфигурации.

4. Шестерни «елочка»
   Шестерни «елочка» имеют V-образный рисунок зубьев и известны своей способностью выдерживать большие нагрузки без создания значительного осевого усилия.. Эти шестерни часто используются в крупных промышленных машинах и кораблях..

1. 4. Реечные шестерни
      Линейная зубчатая передача, в которой шестерня (круговая шестерня) зацепления с линейной передачей (стойка) преобразовать вращательное движение в линейное движение, широко используется в рулевых системах и железных дорогах.

4. Червячные передачи
   Червячные передачи состоят из червяка (винтовая шестерня) и червячное колесо. Они обеспечивают высокое снижение крутящего момента в компактных помещениях и используются в конвейерных системах и лифтах..

   

Специальные типы передач

1. Внутренние шестерни
   Внутренние шестерни имеют зубья, вырезанные на внутренней стороне круглого кольца.. Они часто сочетаются с внешними цилиндрическими шестернями в планетарных системах передач для достижения высокого крутящего момента и экономии пространства..
2. Дифференциальные передачи
   Используется в основном в автомобильных системах., Дифференциальные шестерни позволяют колесам вращаться с разной скоростью, сохраняя при этом распределение крутящего момента., необходим для плавного прохождения поворотов.
3. Планетарные передачи
   Планетарные передачи состоят из центральной солнечной шестерни., планетарные шестерни, и внешнее кольцо (внутренняя передача). Эта конструкция обеспечивает высокую плотность крутящего момента и широко используется в автоматических трансмиссиях и промышленном оборудовании..

   

4. Звездочки
   Звездочки используются в цепных передачах., с зубьями, предназначенными для сцепления с цепью или ремнем. Их обычно можно найти в велосипедах., мотоциклы, и конвейерные системы.
5. Сплайновые шестерни
   Эти шестерни имеют канавки или зубья по всей длине и используются в механических муфтах., позволяющий передавать крутящий момент, допуская при этом некоторое перемещение вдоль оси.
6. Нейлоновые шестерни
   Нейлоновые шестерни легкие и устойчивы к коррозии., предлагая гладкий, тихая работа. Их обычно используют в небольших, приложения с низким энергопотреблением, такие как принтеры и бытовая техника.

   

7. Задние передачи
   Встречается в автомобильных дифференциалах., задние шестерни обеспечивают передачу высокого крутящего момента и необходимы для обеспечения правильной скорости колес во время поворотов автомобиля..
8. Маленькие шестеренки
   Маленькие шестерни используются в приложениях, где требуются компактные размеры и точное управление движением., например, в часах, инструменты, и мелкая техника.

8. Рекомендации по проектированию зубчатых передач

Несколько факторов влияют на конструкцию шестерни., обеспечение соответствия выбранной передачи производительности, расходы, и требования к долговечности:

• Бюджет: Высокопроизводительные материалы, например, нержавеющая сталь и инструментальная сталь, дороже, чем основные металлы, такие как чугун.
• Пространственные ограничения: В компактных устройствах часто используются планетарные передачи., которые обеспечивают передачу высокого крутящего момента при небольшой занимаемой площади..
• Потребности в передаче: Высокоскоростные применения могут отдавать предпочтение косозубым или коническим передачам для обеспечения плавной работы., пока на низкой скорости, в задачах с высоким крутящим моментом часто используются червячные или прямозубые передачи..
• Условия обслуживания: Суровые условия, например, те, которые связаны с влажностью или химикатами, могут потребоваться устойчивые к коррозии материалы, такие как нержавеющая сталь или нейлон..

9. Применение передач

Шестерни используются во многих отраслях промышленности для контроля скорости., крутящий момент, и направление движения. Ключевые приложения включают в себя:

• Автомобильные системы рулевого управления: Реечные шестерни преобразуют вращательное движение в линейное движение., позволяющий точно контролировать рулевое управление.
• Редукторы: Найден в автомобилях, промышленное оборудование, и ветряные турбины, коробки передач регулируют скорость и крутящий момент.
• Аэрокосмическая промышленность: Шестерни используются в системах управления полетом и двигателях для плавности хода., эффективная передача энергии.
• Сельскохозяйственная техника: Тракторы и комбайны используют зубчатые передачи для управления мощностью двигателя и привода орудий..

Таблица для каждого типа применения передач

Типы снаряжения	Названия передач	Типичные продукты
Шпора	Прямозубая передача	Часы Поезда Самолет Стиральные машины Электростанции
спиральный	Одинарная косозубая передача Двойная косозубая передача Шестерня «елочка» Винтовая передача	Автомобильная промышленность Часы Системы полива Бытовые инструменты
Фаска	Прямоконическая шестерня Спирально-коническая передача Угловая передача Косозубая коническая передача Гипоидная передача Нулевая передача Коронная шестерня	Насосы Поезда Самолет Электростанции
Червь	Червячная передача	Лифты Автомобильная промышленность
Стойка передач	Реечный механизм	Весы Поезда