Зубчатые передачи: виды, типы, классификация

В современных механических устройствах передача усилия от основного элемента к остальным может быть организована по-разному. Зубчатая передача — одна из самых распространенных конструкций для распределения крутящего момента от источника мощности к потребителю.

Что такое зубчатая передача

Зубчатой передачей называют механизм, выполняющий передачу мощности вращением. Ключевое отличие такого механизма от других видов — передача движения как минимум двумя зубчатыми конструкциями, образующими пару зацепления.

Устройство

Существует несколько видов зубчатых передач. Их конструкция всегда включает в себя такие элементы:

Монтажную опору или корпус. Деталь нужна для фиксации зубчатых колес передачи. Движущиеся элементы крепятся на опоре таким образом, чтобы их оси оставались неподвижными относительно друг друга. Корпус обычно производят из прочных устойчивых к коррозии материалов — чугуна или нержавеющей стали.

Зубчатые колеса или шестерни. Компоненты взаимодействуют друг с другом и передают крутящий момент. Одно зубчатое колесо — ведущее, а второе — ведомое. Материал, форму, количество зубьев и другие характеристики зубчатого колеса выбирают исходя из особенностей механизма, в котором оно будет работать.

Вал. Центральный элемент конструкции, отвечающий за передачу мощности зубчатым колесам и работу устройства. Форма вала зависит от конфигурации и назначения устройства. В некоторых случаях вал образует единое целое с зубчатым колесом. Такую конструкцию называют валом-шестерней.

Функционал

В составе механизмов зубчатые передачи могут выполнять разные функции:

• передавать усилие между валами;
• преобразовывать вращательное движение в поступательное;
• служить механическим редуктором — уменьшать или увеличивать вращение и крутящий момент.

Простая и надежная конструкция помогает работать различному оборудованию и механизмам.

Достоинства и недостатки

У зубчатой передачи в сравнении с ременной есть ряд достоинств:

• длительный срок эксплуатации;
• простое позиционирование осей;
• высокий КПД;
• компактные размеры механизма;
• отсутствие проскальзывания;
• высокая нагрузочная способность.

Зубчатые передачи универсальны — могут применяться в широком диапазоне скоростей, мощностей и передаточных отношений.

К недостаткам можно отнести строгие требования к точности изготовления элементов. От того, насколько качественно будут изготовлены колеса, зависит надежность всего механизма. Также к минусам можно причислить шум во время работы. Каким бы «‎тихим» не был профиль зубьев, соприкосновение металлических деталей не может происходить беззвучно.

Области применения

Зубчатый механизм нашел широкое применение в машиностроении и производстве различных устройств. Такую передачу можно увидеть в редукторах транспорта, в конструкции сельскохозяйственного, энергетического, промышленного и другого оборудования, в механизмах измерительных приборов и бытовой техники.

Например, зубчатая передача между коленвалом и карданным валом автомобиля изменяет форму мощности, выдаваемую двигателем. Без этого механизма на колеса автомобиля передавалась бы избыточная скорость с низким крутящим моментом, недостаточным для того, чтобы машина тронулась с места.

Зубчатые шестерни со ступицей под расточку   перейти в раздел 

Классификация зубчатых передач

Единой классификации не существует, но есть отличительные признаки, позволяющие выделить группы зубчатых передач. Различие между разными видами передач заключается преимущественно в параметрах колес.

По форме профиля зубьев

Профиль может быть:

• Эвольвентным — с округлым основанием. Такие зубья обеспечивают зацепление с постоянным передаточным отношением.
• Круговым (передача Новикова) — с выпуклой вершиной и вогнутой ножкой зуба. Такие зубья увеличивают нагрузочную способность зубчатой передачи, снижают уровень шума и чувствительность к перекосу колес.
• Циклоидальным — образованным из гипо- и эпициклоид. Плавный контур позволяет реализовать зацепление с минимальным количеством зубьев, оптимальное для высокоэффективных роторных машин.

В машиностроении наиболее распространены передачи с эвольвентным профилем

По типу зубьев

Шестерни могут иметь различную конфигурацию в зависимости от формы зубьев. Колеса бывают:

• Прямозубыми. Зубья расположены в радиальных плоскостях, линия контакта параллельна оси вращения. Достоинства таких колес — высокий КПД и низкая стоимость. Недостатки — низкий крутящий момент (в сравнении с косозубыми и шевронными) и высокий уровень шума в работе.
• Косозубыми. Криволинейные зубья относительно оси вращения располагаются под углом. Такие колеса обеспечивают плавное зацепление, низкий уровень шума, способны передавать больший крутящий момент. Винтовая форма увеличивает площадь трения, поэтому при использовании таких шестерен не избежать потерь мощности на нагрев.
• Шевронными. Зубья V-образной формы обеспечивают максимальное зацепление при вращении и снимают осевую нагрузку с вала, поэтому в конструкцию можно не включать упорные подшипники.
• С круговыми зубьями (зубьями Новикова). Полукруглая форма позволяет зубчатой передаче работать плавно и тихо, с сохранением высокой нагрузочной способности. Минусы таких колес — сниженный КПД, ресурс и сложность производства.

Прямозубые колеса в составе зубчатой передачи можно встретить в самых разных устройствах: от простейших редукторов до сложной техники. Косозубые обычно выбирают для высокоскоростных механизмов или зубчатых передач, которые должны работать тихо. Шевронные и с круговыми зубьями шестерни чаще всего используют в передачах высоконагруженных механизмов.

По расположению осей валов

Оси валов могут располагаться параллельно, пересекаться и перекрещиваться. Самый распространенный, простой и надежный тип зубчатых передач — с параллельными осями. Крутящий момент в таких передачах могут передавать прямозубые, косозубые и шевронные колеса.

В передачах с пересекающимися осями используют колеса с прямыми и криволинейными зубьями. Конструкция зубчатой передачи с косозубыми колесами и осями валов, пересекающимися под углом 90°, встречается преимущественно в кинематических цепях приборов. Это связано с большим скольжением в зацеплении, износом и заеданием даже при небольших нагрузках.

По форме поверхностей колес

Колеса могут быть цилиндрическими, коническими или секторными.

Цилиндрические

Шестерни в форме цилиндра с прямыми зубьями — самые распространенные благодаря простоте и низкой стоимости конструкции.

Косозубые цилиндрические встречаются реже — они дороже, зато отличаются меньшим уровнем шума при высокой скорости вращения и хорошо справляются даже с высокими нагрузками. Рабочая пара косозубых цилиндрических шестерен в составе зубчатой передачи состоит из колес с правым и левым наклоном нарезки зубьев.

Цилиндрические колеса с шевронными зубьями применяют реже всего. Такие шестерни отличаются компактными размерами и плавным ходом, но стоят дороже остальных вариантов.

Все три вида шестерен могут передавать вращение только между параллельно расположенными валами.

Конические

Шестерни в форме усеченного конуса способны менять направление подачи мощности, так как валы в конических передачах размещаются под углом. Конические колеса могут иметь прямые или криволинейные зубья.

Прямозубые конические шестерни обычно применяют для зубчатых передач с невысокими скоростными характеристиками. Модели с тангенциальными (наклонными) зубьями, напротив, могут использоваться в высокоскоростных механизмах, но встречаются редко из-за высокой стоимости изготовления.

Компромиссный вариант — конические колеса с круговыми (спиральными) зубьями. Они обеспечивают высокий КПД зубчатой передачи за счет контакта сразу двух пар зубьев при зацеплении. Непрерывный контакт делает ход плавным и бесшумным даже на высокой скорости вращения.

В классификацию конических шестерен также входят гипоидные (гиперболоидные) колеса. Высота зуба в них пропорционально уменьшается от внешнего к внутреннему диаметру, а оси вращения пары шестерен не совпадают. Конфигурация колеса обеспечивает контакт нескольких пар зубьев, плавный ход и низкий уровень шума. Гипоидную передачу выбирают для механизмов высокой точности.

Секторные

Секторная шестерня может быть цилиндрической или конической формы. В отличие от «‎стандартных» колес, такие шестерни оснащаются зубьями не по всей длине окружности. Применяются в передачах, где не требуется вращение колеса на полный оборот.

По другим параметрам

Передача может быть тихоходной, среднескоростной или быстроходной. Тихоходные демонстрируют окружную скорость колеса до 3 м/с, среднескоростные — 3–15 м/с, быстрые — более 15 м/с.

Классификация по направлению вращения шестерен включает механизмы:

• С внутренним зацеплением, где колеса вращаются в одном направлении. Передачу с внутренним зацеплением обычно выбирают для ограниченных по габаритам конструкций. Также она может использоваться в планетарных редукторах.
• С внешним — с противоположным направлением вращения. Такие механизмы универсальны и могут применяться в любых конструкциях.

По конструктивному исполнению зубчатые механизмы бывают:

• закрытыми, расположенными в корпусе, изолирующем механизм от внешней среды;
• открытыми — с прямым доступом ко всем элементам конструкции.

По конфигурации

Конструкция классической зубчатой передачи включает два колеса. Но есть и другие варианты, которые тоже можно отнести к зубчатому типу.

Червячная передача состоит из вала с винтовой параллельной резьбой и зубчатого колеса. Оси элементов не пересекаются. Такая пара отличается компактными размерами, плавностью, низким уровнем шума и отсутствием вибраций. К недостаткам червячных пар можно отнести малый КПД из-за проскальзывания. А также — значительное трение, способствующее повышенному выделению тепла. Такая пара требует высокой точности настройки и нуждается в обильном смазывании.

Реечная передача состоит из цилиндрического зубчатого колеса и прямой зубчатой рейки. Один из элементов зафиксирован, а второй движется в заданном направлении. Эта передача отличается низкой скоростью вращения в сочетании с высоким КПД и стабильностью передаточного числа. Простота конструкции сделала реечную передачу востребованной в производстве станков и конвейерного оборудования.

Где приобрести

В каталоге компании ISKRA представлен большой выбор конических и цилиндрических шестерен, реек, соединительных деталей и других компонентов зубчатой передачи. Мы выпускаем широкий модельный и размерный ряд комплектующих из прочной износостойкой стали. Оформите заказ на сайте, позвоните или закажите обратный звонок, чтобы выгодно купить детали от производителя.

Зубчатые шестерни со ступицей и калеными зубьями   перейти в раздел                              Зубчатые шестерни со ступицей под расточку     перейти в раздел