Шестерня

редактировать
Вращающаяся деталь круглой машины с зубьями, которые входят в зацепление с другой зубчатой ​​частью

Две зацепляющиеся шестерни, передающие вращательное движение. Поскольку большая шестерня вращается медленнее, ее крутящий момент пропорционально больше. Одна тонкость этой конкретной компоновки заключается в том, что линейная скорость при делительном диаметре одинакова на обеих шестернях. Несколько редукторов в микроволновой печи (мерная лента показывает шкалу) Чугун врезное колесо с деревянными зубьями (приводимое в движение внешним водяным колесом ) в зацеплении с чугунным зубчатым колесом, соединенным со шкивом с приводным ремнем. Масляная мельница в Сторкенсоне (Haut-Rhin ), Франция.

A шестерня - это вращающаяся круглая деталь машины, имеющая нарезанные зубья или, в случай зубчатого колеса или зубчатого колеса, вставленные зубья (называемые зубьями), которые входят в зацепление с другой зубчатой ​​частью для передачи крутящего момента. Шестеренка может также неофициально называться шестеренкой . Редукторные устройства могут изменять скорость, крутящий момент и направление источника питания. Зубчатые колеса разных размеров изменяют крутящий момент, создавая механическое преимущество за счет своего передаточного числа, и, таким образом, могут считаться простой машиной. скорости вращения и крутящие моменты двух зацепляющих шестерен различаются пропорционально их диаметрам. Зубья на двух зацепляющих шестернях имеют одинаковую форму.

Две или более зацепляющих шестерни, работающие последовательно, называются зубчатой ​​передачей или трансмиссией. Шестерни в трансмиссии аналогичны колесам в системе перекрестных ременных шкивов . Преимущество шестерен в том, что зубья шестерни предотвращают проскальзывание. В трансмиссиях с несколькими передаточными числами, таких как велосипеды, мотоциклы и автомобили, термин «передача» (например, «первая передача») относится к передаточному отношению, а не к реальной физической передаче. Этот термин описывает аналогичные устройства, даже если передаточное число является непрерывным, а не дискретным, или когда устройство фактически не содержит шестерен, как в бесступенчатой ​​трансмиссии.

Кроме того, шестерня может зацепляться с линейной зубчатой ​​частью., называется стойкой, производя перемещение вместо вращения.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Этимология
  • 3 Сравнение с приводными механизмами
  • 4 Типы
    • 4.1 Внешняя и внутренняя шестерни
    • 4.2 Цилиндр
    • 4.3 Винтовой
      • 4.3. 1 Косые шестерни
    • 4.4 Двойные косозубые
    • 4.5 Конические
    • 4.6 Спиральные конические
    • 4.7 Гипоидные
    • 4.8 Корона
    • 4.9 Червяк
    • 4.10 Некруглые
    • 4.11 Рейка и шестерня
    • 4.12 Эпициклический
      • 4.12.1 Солнце и планетарная передача
    • 4.13 Гармоническая передача
    • 4.14 Зубчатая передача
    • 4.15 Циклоидальная передача
    • 4.16 Магнитная передача
  • 5 Номенклатура
    • 5.1 Общие положения
    • 5.2 Цилиндрическая шестерня
    • 5.3 Червячная шестерня
    • 5.4 Контакт зубьев
    • 5.5 Толщина зуба
    • 5.6 Шаг
  • 6 Люфт
  • 7 Переключение шестерен
  • 8 Профиль зуба
  • 9 Материалы шестерен
  • 10 Стандартные шаги и модульная система
  • 11 Производство
  • 12 Модель шестерни в современной физике
  • 13 Механизм шестерни в естественном мире
  • 14 См. Также
  • 15 Ссылки
  • 16 Дополнительная литература
  • 17 Внешние ссылки

История

Ранние образцы шестерен датируются 4 веком до нашей эры в Китае (времена Чжань Го - Лат. е Восток династия Чжоу ), которые сохранились в Лоянском музее провинции Хэнань, Китай. Самые ранние сохранившиеся шестерни в Европе были найдены в антикиферском механизме, примере очень раннего и сложного зубчатого механизма, предназначенного для расчета астрономических положений. Время его постройки сейчас оценивается между 150 и 100 годами до нашей эры. Шестерни появляются в работах, связанных с Героем Александрии, в Римском Египте около 50 г. н.э., но их можно проследить до механики Александрийской школы в III- век до н.э. Птолемейский Египет, и были сильно развиты греческим полиматом Архимедом (287–212 гг. до н.э.).

Одноступенчатый редуктор

Сегментная шестерня, которая принимает / передает возвратно-поступательное движение от / к зубчатому колесу, состоящему из сектора круговой шестерни / кольца с зубьями на периферии, была изобретена арабским инженером Аль-Джазари в 1206. червячная передача была изобретена на Индийском субконтиненте для использования в роликовых хлопкоочистительных машинах где-то в XIII – XIV веках. Дифференциальные шестерни, возможно, использовались в некоторых китайских колесницах, указывающих на юг, но первое поддающееся проверке использование дифференциальных шестерен было британским часовщиком Джозефом Уильямсоном в 1720 году.

Примеры использования раннего снаряжения:

Этимология

Слово «шестерня», вероятно, происходит от древнескандинавского gørvi (множественное число gørvar) 'одежда, снаряжение', относящееся к gøra, gørva 'делать, конструировать, строить; установить в порядке, подготовить, 'глагол, распространенный в древнескандинавском языке, «используется в широком диапазоне ситуаций, от написания книги до заправки мяса». В этом контексте значение «зубчатое колесо в машинах» впервые засвидетельствовано 1520-ми годами; особый механический смысл «частей, с помощью которых двигатель сообщает движение» - с 1814 г.; конкретно транспортного средства (велосипеда, автомобиля и т. д.) к 1888 г.

Деревянное зубчатое колесо, приводящее в движение шестерню фонаря или зубчатую передачу Литое зубчатое колесо (вверху), зацепляющееся с зубчатым врезным колесом (внизу). Деревянные шестеренки удерживаются гвоздями.

Винтик - это зуб на колесе. От среднеанглийского cogge, от древнеанглийского (сравните норвежский kugg ('винтик'), шведский kugg, kugge ('cog, зуб ')), от протогерманского * kuggō (сравните голландский kogge (' cogboat '), немецкий Kock), с протоиндоевропейский * gugā ('горб, мяч') (ср. литовский gugà ('вершина, горб, холм'), от PIE * gēw- ('сгибаться, арка '). Впервые употреблено ок. 1300 г. в значении «колесо с зубьями или зубьями; конец 14 века -« зуб на колесе »; зубчатое колесо начала 15 века.

Исторически зубьями были зубья. изготовлено из дерева, а не из металла, а зубчатое колесо технически состояло из ряда деревянных зубцов шестерни, расположенных вокруг врезного колеса, причем каждый зуб образовывал тип специализированного «сквозного» пазового и шипового соединения. Колесо может быть из дерева, чугуна или другого материала. Деревянные зубья раньше использовались, когда нельзя было разрезать большие металлические шестерни, когда литой зуб не имел даже приблизительно правильной формы или размера колесо делало производство непрактичным.

Зубья часто делались из клена дерева. В 1967 году производственная компания Thompson Manufacturing Company из Ланкастера, штат Нью-Гэмпшир все еще вела очень активный бизнес по поставке десятков тысяч зубчатых колес с кленовыми шестернями в год, в основном для использования на бумажных фабриках и мельницы, некоторым из которых более 100 лет. Поскольку деревянный зубец выполняет ту же функцию, что и металлический зуб из литого или механически обработанного металла, это слово было применено как расширение к обоим, и различие в целом было потеряно.

Сравнение с приводными механизмами

Определенное передаточное отношение зубьев шестерен обеспечивает преимущество перед другими приводами (такими как тяговые приводы и клиновые ремни ) в точных машинах, таких как часы, которые зависят от точного отношения скоростей. В случаях, когда привод и ведомый элемент расположены близко друг к другу, шестерни также имеют преимущество перед другими приводами в уменьшенном количестве требуемых деталей. Обратной стороной является то, что зубчатые передачи более дороги в производстве, а их требования к смазке могут повлечь более высокие эксплуатационные расходы в час.

Типы

Внешняя и внутренняя шестерни

Внутренняя шестерня

Внешняя шестерня - это шестерня с зубьями, сформированными на внешней поверхности цилиндра или конуса. И наоборот, внутренняя шестерня - это зубчатая передача, зубья которой сформированы на внутренней поверхности цилиндра или конуса. Для конических шестерен внутренняя шестерня - это шестерня с углом наклона, превышающим 90 градусов. Внутренние шестерни не вызывают изменения направления выходного вала.

Цилиндрическая зубчатая передача

Цилиндрическая шестерня

Цилиндрические шестерни или прямозубые шестерни являются простейшими типами шестерен. Они состоят из цилиндра или диска с радиально выступающими зубьями. Хотя зубья не являются прямыми (но обычно имеют особую форму для достижения постоянного передаточного числа, в основном эвольвента, но реже циклоидальная ), край каждого зуба прямой и выровненный параллельно оси вращения. Эти шестерни правильно зацепляются друг с другом только в том случае, если они установлены на параллельных валах. Нагрузки на зубья не создают осевое усилие. Цилиндрические шестерни превосходны на средних скоростях, но имеют тенденцию к шуму на высоких скоростях.

Спиральная

Винтовая шестерня с внешним контактом в действии Цилиндрические шестерни. Вверху: параллельная конфигурация. Внизу: перекрестная конфигурация

Цилиндрические зубчатые колеса или зубчатые колеса с «сухим фиксированием» лучше, чем прямозубые. Передние кромки зубьев не параллельны оси вращения, а расположены под углом. Поскольку шестерня изогнута, этот наклон делает форму зуба сегментом спирали. Цилиндрические зубчатые колеса могут быть зацеплены параллельно или в перекрестном направлении. Первое относится к случаям, когда валы параллельны друг другу; это наиболее распространенная ориентация. В последнем случае валы не параллельны, и в этой конфигурации шестерни иногда называют «косыми шестернями».

Угловые зубья входят в зацепление более плавно, чем зубья прямозубой шестерни, в результате чего они работают более плавно и тихо. В параллельных косозубых зубчатых колесах каждая пара зубьев сначала входит в контакт в одной точке на одной стороне зубчатого колеса; затем движущаяся кривая контакта постепенно увеличивается по поверхности зуба до максимума, а затем отступает, пока зубцы не нарушают контакт в одной точке на противоположной стороне. В прямозубых зубчатых колесах зубья внезапно встречаются на линии контакта по всей своей ширине, вызывая напряжение и шум. Прямозубые шестерни на высоких оборотах издают характерный вой. По этой причине прямозубые цилиндрические шестерни используются в низкоскоростных приложениях и в ситуациях, когда снижение шума не является проблемой, а косозубые шестерни используются в высокоскоростных приложениях, при передаче большой мощности или где снижение шума важно.. Скорость считается высокой, если скорость по продольной оси превышает 25 м / с.

Недостатком косозубых шестерен является результирующее осевое усилие вдоль оси шестерни, которое необходимо компенсировать соответствующими упорные подшипники. Однако эту проблему можно превратить в преимущество при использовании зубчатой ​​передачи в елочку или двойной косозубой шестерни, которая не имеет осевой тяги, а также обеспечивает самовыравнивание шестерен. Это приводит к меньшей осевой нагрузке, чем у сопоставимой цилиндрической зубчатой ​​передачи.

Вторым недостатком косозубых шестерен также является более высокая степень трения скольжения между зубьями зацепления, что часто устраняется добавками в смазку.

Косые шестерни

Для «перекрестной» или «косой» конфигурации шестерни должны иметь одинаковый угол давления и нормальный шаг; однако угол наклона спирали и рукоятка могут быть разными. Взаимосвязь между двумя валами фактически определяется углом (углами) спирали двух валов и вращением, как определено:

E = β 1 + β 2 {\ displaystyle E = \ beta _ {1} + \ beta _ {2}}E = \ beta _ {1} + \ beta _ {2} для шестерен с одинаковой рукой,
E = β 1 - β 2 {\ displaystyle E = \ beta _ {1} - \ beta _ {2}}E = \ beta _ {1} - \ beta _ {2} для шестерен с противоположной стороны,

где β {\ displaystyle \ beta}\ beta - угол винтовой линии шестерни. Скрещенная конфигурация менее надежна с механической точки зрения, поскольку между шестернями имеется только точечный контакт, тогда как в параллельной конфигурации - линейный контакт.

Довольно часто используются косозубые шестерни с углом наклона винтовой линии зубчатого колеса, имеющего отрицательный угол наклона спирали другого; такую ​​пару можно также назвать имеющей правую спираль и левую спираль с равными углами. Два равных, но противоположных угла складываются в ноль: угол между валами равен нулю, то есть валы параллельны. Если сумма или разность (как описано в приведенных выше уравнениях) не равна нулю, валы перекрещиваются. Для валов, пересеченных под прямым углом, углы винтовой линии являются одинаковыми, потому что они должны составлять 90 градусов. (Так обстоит дело с шестернями на иллюстрации выше: они правильно зацепляются в перекрестной конфигурации: для параллельной конфигурации один из углов винтовой линии должен быть изменен на противоположный. Изображенные шестерни не могут зацепляться с параллельными валами.)

Двойные косозубые

шестерни в елочку

Двойные косозубые шестерни преодолевают проблему осевого усилия, создаваемого одинарными косозубыми шестернями, с помощью двойной набор зубов, наклоненных в разные стороны. Двойную косозубую шестерню можно рассматривать как две зеркальные косозубые шестерни, установленные близко друг к другу на общей оси. Эта конструкция нейтрализует чистую осевую нагрузку, поскольку каждая половина шестерни толкает в противоположном направлении, в результате чего результирующая осевая сила равна нулю. Такое расположение также может устранить необходимость в упорных подшипниках. Однако двойные косозубые шестерни сложнее изготовить из-за их более сложной формы.

Шестерни в елочку - это особый вид косозубых шестерен. У них нет паза посередине, как у некоторых других двойных косозубых шестерен; две зеркальные косозубые шестерни соединены вместе так, что их зубья образуют V-образную форму. Это также применимо к коническим зубчатым колесам, как в главной передаче автомобиля Citroën Type A.

. Для обоих возможных направлений вращения существует два возможных варианта расположения противоположно ориентированные косозубые шестерни или поверхности шестерен. Одно устройство называется стабильным, а другое - нестабильным. В устойчивом расположении поверхности косозубой шестерни ориентированы так, что каждая осевая сила направлена ​​к центру шестерни. В нестабильной конструкции обе осевые силы направлены от центра шестерни. В любом случае общая (или чистая) осевая сила на каждой шестерне равна нулю, когда шестерни выровнены правильно. Если шестерни смещаются в осевом направлении, нестабильная конструкция создает результирующую силу, которая может привести к разборке зубчатой ​​передачи, в то время как стабильная конструкция создает чистую корректирующую силу. Если направление вращения меняется на противоположное, направление осевых усилий также меняется на противоположное, поэтому стабильная конфигурация становится нестабильной, и наоборот.

Стабильные двойные косозубые шестерни могут напрямую заменяться цилиндрическими шестернями без необходимости использования других подшипников.

Коническая зубчатая передача

Коническая шестерня, приводящая в движение запорную заслонку Деревянные зубцы, установленные в конические врезные колеса, приводящие в движение жернов. Обратите внимание на деревянные цилиндрические цилиндрические шестерни на заднем плане.

Коническая шестерня имеет форму правильного круглого конуса с большей частью срезанного кончика. Когда две конические шестерни входят в зацепление, их воображаемые вершины должны находиться в одной точке. Их оси валов также пересекаются в этой точке, образуя произвольный непрямой угол между валами. Угол между валами может быть любым, кроме нуля или 180 градусов. Конические шестерни с равным количеством зубьев и осями вала под углом 90 градусов называются косыми (США) или косыми (Великобритания) шестернями.

Спиральные конические шестерни

Спирально-конические шестерни

Спирально-конические шестерни могут быть изготовлены как типы Gleason (дуга окружности с непостоянной глубиной зуба), типы Oerlikon и Curvex (дуга окружности с постоянной глубиной зуба), Klingelnberg Cyclo- Паллоид (эпициклоида с постоянной глубиной зубца) или паллоид Клингельнберга. Спирально-конические зубчатые колеса имеют те же преимущества и недостатки по сравнению со своими собратьями с прямым нарезанием, что и косозубые зубчатые колеса с цилиндрическими зубчатыми колесами. Прямые конические шестерни обычно используются только на скоростях ниже 5 м / с (1000 футов / мин) или, для малых передач, 1000 об / мин

Примечание: профиль зуба цилиндрической шестерни соответствует эвольвенте, но конический профиль зуба шестерни до восьмигранника. Все традиционные генераторы конических зубчатых колес (такие как Gleason, Klingelnberg, Heidenreich Harbeck, WMW Modul) производят конические зубчатые колеса с восьмигранным профилем зубьев. ВАЖНО: Для 5-осевых конических зубчатых колес с фрезерованием важно выбрать такой же расчет / компоновку, как и при обычном методе производства. Упрощенные расчетные конические шестерни на основе эквивалентного цилиндрического зубчатого колеса нормального сечения с эвольвентной формой зуба демонстрируют отклоняющуюся форму зуба с уменьшенной прочностью зуба на 10-28% без смещения и на 45% со смещением [Дисс. Hünecke, TU Dresden]. Кроме того, «эвольвентные конические зубчатые передачи» вызывают больше шума.

Гипоидная

Гипоидная шестерня

Гипоидная шестерня напоминает спирально-конические шестерни, за исключением того, что оси валов не пересекаются. Поверхности деления кажутся коническими, но для компенсации смещения вала они на самом деле являются гиперболоидами вращения. Гипоидные шестерни почти всегда рассчитаны на работу с валами под углом 90 градусов. В зависимости от того, на какую сторону смещен вал относительно наклона зубьев, контакт между зубьями гипоидной шестерни может быть даже более плавным и постепенным, чем с зубьями спирально-конической шестерни, но также иметь скользящее действие вдоль зубьев зацепления при вращении. и поэтому обычно требуются некоторые из наиболее вязких типов трансмиссионного масла, чтобы избежать его вытеснения с поверхностей сопрягаемых зубьев, масло обычно обозначается HP (для гипоида), за которым следует число, обозначающее вязкость. Кроме того, шестерня шестерня может быть сконструирована с меньшим количеством зубьев, чем спиральная коническая шестерня, в результате чего передаточные числа 60: 1 и выше достижимы при использовании одного набора гипоидных шестерен. Этот тип шестерни наиболее распространен в приводных механизмах автотранспортных средств совместно с дифференциалом . В то время как обычный (негипоидный) зубчатый венец и шестерня подходит для многих применений, он не идеален для трансмиссии транспортных средств, поскольку создает больше шума и вибрации, чем гипоидный. Вывод на рынок гипоидных шестерен для массового производства был инженерным усовершенствованием 1920-х годов.

Корона

Коронная шестерня

Коронная шестерня или коническая шестерня - это особая форма конической шестерни, зубья которой выступают под прямым углом к ​​плоскости колеса; по своей ориентации зубы напоминают острие на коронке. Коронная шестерня может точно зацепляться только с другой конической шестерней, хотя коронная шестерня иногда зацепляется с прямозубой шестерней. Коронная шестерня также иногда зацепляется со спусковым механизмом , например, в механических часах.

Червяк

Червячная передача Червяк с четырьмя пусками

Червяки напоминают винты. Червяк находится в зацеплении с червячным колесом, которое похоже на прямозубое колесо ..

Червячные передачи - это простой и компактный способ достижения высокого крутящего момента и низкого передаточного числа. Например, косозубые шестерни обычно ограничиваются передаточным числом менее 10: 1, в то время как червячные передачи варьируются от 10: 1 до 500: 1. Недостатком является возможность значительного скольжения, что приводит к низкой эффективности.

Червячная шестерня - это разновидность косозубой шестерни, но ее угол наклона винтовой линии обычно несколько велик (около 90 градусов), а ее корпус обычно довольно длинные в осевом направлении. Эти атрибуты придают ему черты винта. Различие между червяком и косозубой шестерней состоит в том, что по крайней мере один зуб остается для полного вращения вокруг спирали. Если это происходит, то это «червь»; если нет, то это «косозубая шестерня». У червя может быть всего один зуб. Если этот зуб сохраняется в течение нескольких оборотов по спирали, на поверхности у червя появляется более одного зуба, но на самом деле вы видите один и тот же зуб, появляющийся через определенные промежутки времени по длине червя. Применяется обычная номенклатура винтов: однозубый червяк называется однозаходным или однозаходным; червяк с более чем одним зубом называется многонитевым или многозаходным. Угол наклона спирали червяка обычно не указывается. Вместо этого дается угол подъема, равный 90 градусам минус угол наклона спирали.

В червячной передаче червяк всегда может приводить в движение шестерню. Однако, если шестерня попытается запустить червяк, это может или не может быть успешным. В частности, если угол опережения небольшой, зубья шестерни могут просто сцепиться с зубьями червяка, потому что составляющая силы по окружности червяка недостаточна для преодоления трения. Однако в традиционных музыкальных шкатулках зубчатая передача приводит в движение червяк, имеющий большой угол наклона спирали. Эта сетка приводит в движение лопатки ограничителя скорости, установленные на валу червяка.

Червячные передачи, которые блокируются, называются самоблокирующимися, что может быть использовано с пользой, например, когда требуется установить положение механизма путем поворота червяка и затем пусть механизм удерживается в этом положении. Примером может служить головка машины , встречающаяся на некоторых типах струнных инструментов.

. Если зубчатая передача в червячной передаче является обычной косозубой передачей, достигается только одна точка контакта. Если требуется передача мощности от средней до высокой, форма зуба шестерни изменяется для достижения более тесного контакта, заставляя обе шестерни частично охватывать друг друга. Для этого они должны быть вогнутыми и соединяться в седловой точке ; это называется конусом или «двойным охватом».

Червячные передачи могут быть правосторонними или левосторонними, в соответствии с давно установившейся практикой для винтовой резьбы.

Некруглое

Некруглое шестерня

Некруглые шестерни предназначены для специальных целей. В то время как обычная шестерня оптимизирована для передачи крутящего момента на другой зацепленный элемент с минимальным шумом и износом и максимальной эффективностью, основная цель некруглой шестерни может заключаться в изменении передаточного числа , смещения оси колебания и не только. Общие области применения включают текстильные машины, потенциометры и бесступенчатые трансмиссии.

Рейка и шестерня

Рейка и шестерня

Рейка представляет собой зубчатый стержень или шток, который можно рассматривать как секторная шестерня с бесконечно большим радиусом кривизны. Крутящий момент можно преобразовать в линейную силу путем зацепления рейки с круглой шестерней, называемой шестерней: шестерня вращается, а рейка движется по прямой линии. Такой механизм используется в автомобилях для преобразования вращения рулевого колеса в движение тяги рулевого колеса слева направо.

Стойки также используются в теории геометрии зубчатых колес, где, например, форма зуба сменного набора зубчатых колес может быть указана для зубчатой ​​рейки (бесконечный радиус), а формы зуба для зубчатых колес конкретных актуальных радиусы затем выводятся из этого. Зубчатая передача реечного типа также используется в зубчатой ​​рейке.

Эпициклическая

планетарная передача

В планетарной передаче одна или несколько осей шестерни перемещаются. Примеры: солнечная и планетарная передача (см. Ниже), циклоидальный привод, автоматические трансмиссии и механические дифференциалы.

Солнце и планетарная передача

Солнечная (желтая) и планетарная (красная) передача

Солнечная и планетарная передача - это метод преобразования возвратно-поступательного движения в вращательное движение, который использовался в паре. двигатели. Джеймс Ватт использовал его на своих первых паровых двигателях, чтобы обойти патент на кривошип , но он также давал преимущество увеличения скорости маховика, чтобы Ватт мог использовать более легкий маховик.

На иллюстрации солнце желтое, планета - красная, возвратно-поступательный рычаг - синий, маховик - зеленый, а приводной вал - серый.

Гармоническая передача

Гармоническая передача

Гармоническая передача или волновая передача - это специализированный зубчатый механизм, часто используемый в промышленной управлении движением, робототехнике и аэрокосмической отрасли за его преимущества перед традиционными зубчатыми передачами, включая отсутствие люфта, компактность и высокие передаточные числа.

Хотя диаграмма не демонстрирует правильную конфигурацию, это «зубчатая передача», обычно с гораздо большим числом зубьев, чем у традиционной шестерни, чтобы обеспечить более высокую степень точности.

Клеточная шестерня

Клеточная шестерня в ветряной мельнице Пантиго, Лонг-Айленд (с отключенным ведущим колесом)

Клеточная шестерня, также называемая фонарной шестерней или фонарной шестерней, имеет цилиндрические стержни для зубьев, параллельных оси и расположены по кругу вокруг него, как прутья на круглой птичьей клетке или фонаре. Узел скрепляется дисками на каждом конце, в которые вставлены стержни зубьев и ось. Зубчатые шестерни более эффективны, чем сплошные шестерни, и грязь может попадать через стержни, а не застревать и увеличивать износ. Они могут быть изготовлены с помощью очень простых инструментов, поскольку зубья формируются не резанием или фрезерованием, а скорее путем сверления отверстий и вставки стержней.

Иногда используемое в часах зубчатое колесо всегда должно приводиться в движение зубчатым колесом, а не использоваться в качестве привода. Первоначально консервативные производители часов не одобряли клеточный механизм. Он стал популярным в башенных часах, где грязные условия труда были наиболее распространенным явлением. Их часто использовали в отечественных американских часовых механизмах.

Циклоидальная шестерня

Магнитная шестерня

Все зубцы каждого компонента шестерни магнитной шестерни действуют как постоянный магнит с периодическим чередованием противоположных магнитных полюсов на сопряженных поверхностях. Компоненты редуктора устанавливаются с возможностью люфта, как и другие механические редукторы. Хотя они не могут оказывать такое же усилие, как традиционные шестерни, такие шестерни работают, не касаясь друг друга, поэтому они невосприимчивы к износу, имеют очень низкий уровень шума и могут проскальзывать без повреждений, что делает их очень надежными. Их можно использовать в конфигурациях, которые невозможны для шестерен, которые должны физически соприкасаться, и могут работать с неметаллическим барьером, полностью отделяющим движущую силу от нагрузки. Магнитная муфта может передавать силу в герметичный корпус без использования радиального уплотнения вала , которое может протекать.

Номенклатура

Общие

Слова-шестерни. png

Вращательная частота, n
Измеряется во времени вращения, например оборотов в минуту (Об / мин или об / мин).
Угловая частота, ω
Измеряется в радианах в секунду. 1 об / мин = 2π рад / мин = π / 30 рад / сек.
Количество зубьев, N
Сколько зубцов у шестерни, целое число. В случае червяков это количество заходов резьбы, которое имеет червяк.
Шестерня, колесо
Большая из двух взаимодействующих шестерен или отдельная шестерня.
Шестерня
Меньшая из двух взаимодействующих шестерен.
Путь контакта
Путь, по которому следует точка контакта между двумя зубьями шестерни, находящимися в зацеплении.
Линия действия, напорная линия
Линия, по которой направлена ​​сила между двумя зубьями зубчатой ​​передачи. Он имеет то же направление, что и вектор силы. В общем, линия действия меняется от момента к моменту в течение периода зацепления пары зубов. Однако для эвольвентных зубчатых колес сила между зубьями всегда направлена ​​по одной и той же линии, то есть линия действия постоянна. Это означает, что для эвольвентных зубчатых колес путь контакта также является прямой линией, совпадающей с линией действия - что действительно так.
Ось
Ось вращения шестерни; центральная линия вала.
Точка тангажа
Точка, где линия действия пересекает линию, соединяющую две оси шестерен.
Шаг окружности, делительная линия
Круг с центром и перпендикулярно оси, проходящий через точку деления. Предварительно заданное диаметральное положение на шестерне, в котором определены толщина круглого зуба, угол давления и углы винтовой линии.
Диаметр шага, d
Предварительно заданное диаметральное положение на шестерне, где толщина кругового зуба, Определены угол давления и углы винтовой линии. Стандартный делительный диаметр является расчетным размером и не может быть измерен, но это место, где производятся другие измерения. Его значение основано на количестве зубцов (N), нормальный модуль (mn; или нормальный диаметральный шаг, P d), и угол наклона спирали (ψ {\ displaystyle \ psi}\ psi ):
d = N mn cos ⁡ ψ {\ displaystyle d = {\ frac {Nm_ {n}} {\ cos \ psi}}}d = {\ frac {Nm_ {n}} {\ cos \ psi}} в метрических единицах или d = NP d cos ⁡ ψ {\ displaystyle d = {\ frac {N} {P_ {d} \ cos \ psi}}}d = {\ frac {N} {P_ {d} \ cos \ psi}} в британских единицах.
Модуль или модуль, м
Так как нецелесообразно вычислять круговой шаг с иррациональными числами, инженеры-механики обычно используют коэффициент масштабирования, который заменяет его на обычное значение. Он известен как модуль или модуль колеса и определяется просто как:
m = p / π {\ displaystyle m = p / \ pi }m = p / \ pi
, где m - модуль, а p - круговой шаг. единицами измерения модуля обычно являются миллиметры ; английский модуль иногда используется с единицами измерения дюймов. Когда диаметральный шаг DP выражен в английских единицах,
m = 25,4 / DP {\ displaystyle m = 25,4 / DP}m=25.4/DPв условных метрических единицах.
расстояние между двумя осями beco mes:
a = m (z 1 + z 2) / 2 {\ displaystyle a = m (z_ {1} + z_ {2}) / 2}a = m (z_1 + z_2) / 2
где a - расстояние по оси, z 1 и z 2 - количество зубцов (зубьев) для каждого из двух колес (шестерен). Эти числа (или, по крайней мере, одно из них) часто выбираются среди простых чисел, чтобы создать равномерный контакт между каждой зубчатой ​​шестерней обоих колес и, таким образом, избежать ненужного износа и повреждений. Равномерный износ шестерен достигается за счет обеспечения того, чтобы количество зубьев двух зубчатых колес, зацепленных вместе, было относительно взаимозаменяемым ; это происходит, когда наибольший общий делитель (GCD) каждого числа зубьев шестерни равен 1, например НОД (16,25) = 1; если требуется передаточное число 1: 1, между двумя шестернями может быть вставлена ​​относительно основная шестерня; это поддерживает передаточное число 1: 1, но меняет направление передачи; В этом случае может быть вставлена ​​вторая относительно первичная шестерня для восстановления исходного направления вращения при сохранении равномерного износа всех 4 шестерен. Инженеры-механики, по крайней мере в континентальной Европе, обычно используют модуль вместо кругового шага. Модуль, как и круговой шаг, может использоваться для всех типов зубцов, а не только для прямых зубцов на основе Evolvent.
Рабочие диаметры шага
Диаметры, определяемые из количество зубьев и межосевое расстояние, на котором работают шестерни. Пример шестерни:
d w = 2 a u + 1 = 2 a z 2 z 1 + 1. {\ displaystyle d_ {w} = {\ frac {2a} {u + 1}} = {\ frac {2a} {{\ frac {z_ {2}} {z_ {1}}} + 1}}.}d_w = \ frac {2a} {u + 1} = \ frac {2a} {\ frac {z_2} {z_1} +1}.
Pitch surface
In cylindrical gears, cylinder formed by projecting a pitch circle in the axial direction. More generally, the surface formed by the sum of all the pitch circl как движение по оси. Для конических зубчатых колес это конус.
Угол действия
Угол с вершиной в центре зубчатого колеса, одна ножка находится в точке первого контакта сопряженных зубьев, другая ножка - в точке, где они разъединяются.
Дуга действия
Сегмент делительной окружности, ограниченный углом действия.
Угол давления, θ {\ displaystyle \ theta}\ theta
Сумма угла между направлением, в котором зубья действуют друг на друга, и линией, соединяющей центры двух шестерен. Для эвольвентных зубчатых колес зубья всегда оказывают усилие вдоль линии действия, которая для эвольвентных зубчатых колес является прямой линией; и, таким образом, для эвольвентных шестерен угол давления постоянен.
Внешний диаметр, D o {\ displaystyle D_ {o}}D_{o}
Диаметр шестерни, измеренный от вершин зубьев..
Диаметр корня
Диаметр шестерни, измеренный у основания зуба.
Дополнение, a
Радиальное расстояние от продольной поверхности до крайняя точка зуба. a = (D o - D) / 2 {\ displaystyle a = (D_ {o} -D) / 2}a=(D_o-D)/2
Dedendum, b
Радиальное расстояние от глубины впадины зуба на поверхность поля. b = (D - диаметр корня) / 2 {\ displaystyle b = (D - {\ text {root Diameter}}) / 2}b = (D- \ text {корневой диаметр}) / 2
Вся глубина, ht {\ displaystyle h_ {t} }h_{t}
Расстояние от вершины зуба до корня; он равен добавочной части плюс вершина или рабочей глубине плюс зазор.
Зазор
Расстояние между корневой окружностью шестерни и дополнительной окружностью ее ответной части.
Работа глубина
Глубина зацепления двух шестерен, то есть сумма их рабочих сложений.
Круговой шаг, p
Расстояние от одной поверхности зуба до соответствующей грань соседнего зуба той же шестерни, измеренная по делительной окружности.
Диаметр диаметра, DP
DP = N / d = π / p {\ displaystyle DP = N / d = \ pi / p}DP = N / d = \ pi / p
Отношение количества зубьев к делительному диаметру. Может быть измерено в зубах на дюйм или зубах на сантиметр, но обычно используется в единицах на дюйм диаметра. Модуль, м, в метрических единицах
DP = 25,4 / м {\ displaystyle DP = 25,4 / m}DP = 25,4 / м в английских единицах
Базовый круг
В эвольвентных зубчатых колесах профиль зуба создается эвольвентой основной окружности. Радиус основной окружности несколько меньше, чем радиус делительной окружности
Базовый шаг, нормальный шаг, pb {\ displaystyle p_ {b}}p_b
В эвольвентных зубчатых колесах расстояние от одной грани от зуба к соответствующей поверхности соседнего зуба на той же шестерне, измеренное по основной окружности
Пересечение
Контакт между зубьями, кроме предполагаемых частей их поверхностей
Взаимозаменяемый набор
Набор шестерен, каждая из которых должным образом стыкуется с любой другой

Винтовой шестерней

Угол наклона спирали, ψ {\ displaystyle \ psi}\ psi
Угол между касательная к спирали и оси шестерни. В предельном случае прямозубого колеса он равен нулю, хотя его также можно рассматривать как угол гипотенузы.
Нормальный круговой шаг, pn {\ displaystyle p_ {n}}p_{n}
Круговой шаг в плоскости, перпендикулярной зубьям.
Поперечный круговой шаг, p
Круговой шаг в плоскости вращения шестерни. Иногда просто называют «круговой шаг». p n = p cos ⁡ (ψ) {\ displaystyle p_ {n} = p \ cos (\ psi)}p_n = p \ cos (\ psi)

Некоторые другие параметры спирали можно просматривать либо в нормальной, либо в поперечной плоскостях. Нижний индекс n обычно указывает на нормальный.

Червячная передача

Свинец
Расстояние от любой точки резьбы до соответствующей точки на следующем витке той же резьбы, измеренное параллельно оси.
Линейный шаг, p
Расстояние от любой точки на резьбе до соответствующей точки на соседней резьбе, измеренное параллельно оси. Для червяка с одной резьбой шаг и линейный шаг одинаковы.
Угол подъема, λ {\ displaystyle \ lambda}\ lambda
Угол между касательной к спирали и плоскостью, перпендикулярной осью. Обратите внимание, что дополнение к верху наклона винтовой линии обычно дается для косозубых шестерен.
Диаметр шага, d w {\ displaystyle d_ {w}}d_ {w}
То же, что описано ранее в этом списке. Обратите внимание, что для червяка по-прежнему измеряется в плоскости, перпендикулярной оси шестерни, а не в наклонной плоскости.

Индекс w обозначает червяк, индекс g обозначает шестерню.

Зубчатый контакт

Точка контакта
Любая точка, в которой два профиля зуба касаются друг друга.
Линия контакта
Линия или кривая, по которой две поверхности зуба касаются друг друга.
Путь действия
Географическое место последовательных точек контакта между парой зубьев шестерни, во время фазы взаимодействия. Для сопряженных зубьев шестерни путь действия проходит через точку тангажа. Это след поверхности действия в плоскости вращения.
Линия действия
Путь действия для эвольвентных шестерен. Это прямая линия, проходящая через точку наклона и касательная к обеим базовым окружениям.
Поверхность действия
Воображаемая поверхность, на которой происходит контакт между двумя взаимодействующими поверхностями зубьев. Это сумма траекторий действия во всех секций зубьев зацепления.
Плоскость действия
Поверхность действия для эвольвентных зубчатых колес с параллельными осями с прямозубыми или косозубыми зубьями. Он касается основного цилиндров.
Зона действия (зона контакта)
Для эвольвентных шестерен с параллельной осью и прямозубых или косозубых зубьев - это прямоугольная область в плоскости действия ограничена длиной действия и эффективной шириной поверхности.
Путь контакта
Кривая на любой поверхности зуба, вдоль которой происходит теоретический точечный контакт во время зацепления шестерен с корончатыми поверхностями зубьев или шестерен, которые обычно входят в контакт только с одним точечным контактом.
Продолжительность действия
Расстояние на линии действия, через точку контакта перемещается во время действия профиля зуба.
Дуга действия, Q t
Дуга делительной окружности, по которой профиль движется от начала до конца контакта с сопряженным профилем.
Дуга подхода, Q a
дуга делительной окружности, по которой профиль перемещается от начала контакта до точки контакта, достигающей точки деления.
Дуга выемки, Q r
Дуга делительной окружности, по которой профиль перемещается от точки в точке деления до конца контакта.
Коэффициент контакта, м c, ε
Число угловых шагов, на поверхности которых зуба поворачивается от начала до конца контакта. Проще говоря, его можно определить как среднее число зубьев, находящихся в контакте в течение периода, в течение которого проходит контакт с сопряженной шестерней.
Передаточное отношение поперечного контакта, м p, ε α
Коэффициент контакта в поперечной плоскости. Это отношение угла действия к угловому шагу. Для эвольвентных зубчатых колес он наиболее точно определен как отношение длины действия к базовому шагу.
Передаточное отношение торцевого контакта, м F, ε β
Коэффициент контакта в осевой плоскости, или отношение ширины грани к осевому шагу. Для конических и гипоидных зубчатых колес это отношение переднего хода к круговому шагу.
Общее передаточное отношение, м t, ε γ
Сумма передаточного отношения поперечного контакта и торцевого контакта отношения.
ϵ γ = ϵ α + ϵ β {\ displaystyle \ epsilon _ {\ gamma} = \ epsilon _ {\ alpha} + \ epsilon _ {\ beta}}\ epsilon_ \ gamma = \ epsilon_ \ alpha + \ epsilon_ \ beta
mt = mp + m F {\ displaystyle m _ {\ rm {t}} = m _ {\ rm {p}} + m _ {\ rm {F}}}m _ {\ rm t} = m _ {\ rm p} + m _ {\ rm F}
Модифицированное передаточное отношение, м o
Для конических шестерен квадратный корень из суммы квадратов коэффициентов поперечного и торцевого контакта.
mo = mp 2 + m F 2 {\ displaystyle m _ {\ rm {o}} = {\ sqrt {m _ {\ rm {p}} ^ {2} + m _ {\ rm {F} } ^ {2}}}}m _ {\ rm o} = \ sqrt {m _ {\ rm p} ^ 2 + m _ {\ rm F} ^ 2}
Предельный диаметр
Диаметр на шестерне, при котором линия действия пересекает максимальную (или минимальную для внутренней шестерни) дополнительную окружность сцепного устройства. Это также называется началом активного профиля, началом концом контакта или концом активного профиля.
Начало активного профиля (SAP)
Пересечение предельного диаметра и эвольвентный профиль.
Торцевое продвижение
Расстояние на делительной окружности, через которое происходит спиральное или спиральное перемещение из положения, в котором контакт начинается на одном конце следа зуба на шаговую поверхность до положения, при котором контакт прекращается на другом конце.

Толщина зуба

Циркулярная толщина
Длина дуги между двумя сторонами зуба зубчатого колеса, на пределах ИГД круг.
Поперечная круговая толщина
Циркулярная толщина в поперечной плоскости.
Нормальная круговая толщина
Круговая толщина в нормальной плоскости. В косозубой передаче ее можно рассматривать как длину дуги нормальной спирали.
Осевая толщина
В косозубых зубчатых колесах и червяках толщина зуба в осевом поперечном сечении при стандартном продольном диаметре.
Толщина стандартной окружности
В эвольвентных зубах, длина дуги на основе окружающей среды между двумя эвольвентными кривыми, образующими профиль зуба.
Нормальная хордальная толщина
Длина хорды, которая образует дугу толщины окружности в плоскости, перпендикулярной продольной спирали. Может быть выбран любой измерительный диаметр, не обязательно стандартный делительный диаметр.
Хордальная добавка (высота хорды)
Высота от вершины зуба до хорды, проходящей через дугу толщины окружности. Может быть выбран любой измерительный диаметр, не обязательно стандартный делительный диаметр.
Смещение профиля
Смещение профиля рейки определение линии от эталонного цилиндра, сделанное не мерным путем деления на нормальный модуль. Он используется для определения толщины зуба, часто для нулевого зазора.
Стеллаж сдвиг
смещение инструмента базовой линии от опорного цилиндра, сделанного безразмерного путем деления нормального модуля. Он используется для указания толщины зуба.
Измерение по штифту
Измерение расстояния, проведенного по штифту, расположенному в пространстве зуба, и контрольной поверхности. Базовая поверхность может быть осью зубчатого колеса, покрытая поверхностью или одним или двумя штифтами, расположенными в пространстве между первым зубьями. Это используется для определения толщины зуба.
Измерение диапазона
Измерение расстояния между зубьями в нормальной плоскости. Пока измерительное устройство параллельные измерительные поверхности, которые должны проходить по линии, касательной к основному цилиндру. Используется для определения толщины зуба.
Модифицированные дополнительные зубья
Зубья шестерни зацепления, одна или обе из которых имеют нестандартные зубцы.
Зубья на всю глубину
Зубья, в которой рабочая глубина равна 2.000, деленная на нормальный диаметр диаметра шаг.
Шпоночные зубья
Зубья, в которых рабочая глубина меньше 2.000, деленная на нормальный диаметр диаметра шаг.
Равные дополнительные зубья
Зубья, в которых две зацепляющие шестерни имеют равные слагаемые.
Длинные и короткие зубья слагаемых
Зубья, которые добавлены две зацепляющие шестерни неравны.

Шаг

- это расстояние между точкой на одном зубе и положение на соседнем зубе. Это размер, измеряемый вдоль линии или кривой в частном, нормальном или осевом направлениях. Использование шага одного слова без уточнения может быть неоднозначным, и по этой причине использовать специальные обозначения, такие как поперечный круговой шаг, нормальный базовый шаг, осевой шаг.

Круговой шаг, p
Расстояние дуги по заданной делительной окружности или делительной линии между профилми соседних зубцов.
Поперечный круговой шаг, p t
Круговой шаг в поперечной плоскости.
Нормальный круговой шаг, p n, p e
Круговой шаг в нормальной плоскости, а также длину дуги вдоль винтовой линии с нормальным шагом между зубьями или резьбой.
Осевой шаг, p x
Линейный шаг в осевой плоскости и на делительной поверхности. В косозубых зубчатых колесах и червяках осевой шаг имеет одинаковое значение на всех диаметрах. В зубчатых передачах других типов осевой шаг может быть ограничена поверхность наклона и может быть круглым. Термин осевой шаг предпочтительнее термина линейный шаг. Осевой шаг винтового червяка и круговой шаг его червячной передачи одинаковы.
Нормальный базовый шаг, p N, p bn
Эвольвентно-косозубая шестерня - это базовый шаг в нормальной плоскости. Это нормальное расстояние между параллельными спиральными эвольвентными поверхностями на плоскости действия в нормальной плоскости длина дуги на нормальной спирали. Это постоянное расстояние в любой косозубой эвольвентной шестерне.
Поперечный базовый шаг, p b, p bt
В эвольвентной шестерне шаг находится на основной окружности или вдоль линии действия. Соответствующие зубьев эвольвентной шестерни соответствуют параллельные кривые, а основной шаг - это постоянное и среднее расстояние между ними по общей нормали в поперечной плоскости.
Диаметр диаметра (поперечный), P d
Отношение зубьев стандартного делительного количества в дюйммах.
п d = N d = 25,4 m = π p {\ displaystyle P _ {\ rm {d}} = {\ frac {N} {d}} = {\ frac {25.4} {m}} = {\ frac {\ pi} {p}}}P _ {\ rm d} = \ frac {N} {d} = \ frac {25,4} {m} = \ frac {\ pi } {p}
Нормальный диаметр диаметра, P nd
Значение диаметрального шага в нормальной плоскости косозубой передачи или червяка.
P nd = P d cos ⁡ ψ {\ displaystyle P _ {\ rm {nd}} = {\ frac {P _ {\ rm {d}}} {\ cos \ psi}}}P _ {\ rm nd} = \ frac {P _ {\ rm d}} ​​{\ cos \ psi}
Угловой шаг, θ N, τ
Угол, образованный круговым шагом, обычно выражаемый в радианах.
τ = 360 z {\ displaystyle \ tau = {\ frac {360} {z}}}\ tau = \ frac {360} {z} градусов или 2 π z {\ displaystyle {\ frac {2 \ pi} { z}}}\ frac {2 \ pi} {z} радиан

люфт

люфт - ошибка в движении, которое, когда шестерни меняют направление. Он существует потому, что всегда существует некоторый зазор между задней ведущей поверхностью и передней поверхностью зуба за ним на ведомой шестерне, и этот зазор должен быть закрыт, прежде чем сила может быть передана в новом направлении. Термин «люфт» также обозначение обозначения размера зазора, а не только для явления, он вызывает; таким образом, можно сказать, что пара шестерен имеет, например, «люфт 0,1 мм». Пара шестерен может быть спроектирована так, чтобы иметь нулевой люфт, но это предполагает совершенство производства, однородные характеристики теплового расширения во всей системе и отсутствие смазки. Поэтому зубчатые пары рассчитаны на некоторый люфт. Обычно это достигается за счет уменьшения толщины зуба каждой шестерни желаемого зазора. Однако в большой шестерни и маленькой шестерни люфт обычно полностью снимается с шестерни, и шестерня получает зубья полного размера. Люфт также может быть обеспечен за счет большего разведения шестерен. Люфт зубчатой ​​передачи равенство люфта каждой пары шестерен, поэтому в длинных поездах люфт может стать проблемой.

В ситуациях, требующих одной точности, таких как контрольно-измерительные приборы и управление, люфт можно минимизировать с помощью нескольких методов. Например, шестерня может быть разделена по плоскости, перпендикулярной оси, одна половина прикреплена к валу обычным образом, а другая половина размещена рядом с ним, чтобы свободно вращаться вокруг вала, но с пружинами между двумя половинами, обеспечивающими относительный крутящий момент между ними, так что что фактически получается одно зубчатое колесо с расширяющимися зубьями. Другой метод заключается в сужении зубьев в осевом направлении и верхней части скольжения шестерни в осевом направлении для компенсации провисания.

Переключение передач

В некоторых машинах (например, автомобилях) необходимо проверить передаточное число в соответствии с требуемым процессом, известным как переключение передач или переключение передач. Существует несколько способов переключения передач, например:

Переключение передач в автомобилях приводит к нескольким последствиям. В случае шума автомобиля, более высокого уровня уровня звука излучаются, когда автомобиль включен на более низкие передачи. Расчетный срок шестерен с меньшим передаточным числом службы короче, поэтому можно использовать более дешевые шестерни, которые тенденции генерируют больше шума из-за меньшего отношения перекрытия и более низкой жесткости зацепления и т. Д., Чем косозубые шестерни, используемые для высоких передаточных чисел. Этот факт использовался для анализа звука, создаваемых транспортных средств, с конца 1960-х годов был включен в моделирование шума городских дорог и соответствующий дизайн городских шумозащитных барьеров вдоль дорог.

Зуб. профиль

Профиль - это одна сторона зуба в поперечном сечении между внешней окружностью и окружностью. Обычно профиль - это кривая пересечения поверхности зуба и плоскости или поверхности, перпендикулярной к поверхности наклона, такой как поперечная, нормальная или осевая плоскость.

Кривая скругления (корневая кромка) - это вогнутая часть профиля зуба, где она соединяется с нижней частью пространства зуба.

Как включается в начало, достижение нефлуктующего отношения скоростей зависит от профиля зубов. Трение и износ между двумя шестернями также зависит от профиля зуба. Существует множество профилей зубьев, обеспечивающих постоянное соотношение скоростей. Во многих случаях, предусмотрена произвольную форму зуба, можно разработать профиль зуба ответной шестерни, который обеспечивает постоянное передаточное отношение. Однако в наше время часто используются два профиля зубьев постоянной скорости: циклоида и эвольвентная. Циклоида была более распространена до конца 1800-х годов. С тех пор эвольвента в значительной степени вытеснила ее, особенно в приводах. В некотором смысле циклоида является более интересной и гибкой формой; однако эвольвента имеет два преимущества: ее легче изготавливать и она позволяет изменять расстояние между центрами шестерен в некотором диапазоне без нарушения постоянства передаточного отношения. Циклоидные шестерни работают правильно только при правильном межосевом расстоянии. Циклоидальные шестерни все еще используются в механических часах.

поднутрение - это состояние в сформированных зубьях шестерни, когда любая часть кривой сопряжения лежит внутри линии, касательной к рабочему профилю в точке соединения с галтелем. Поднутрение может быть сделано намеренно для облегчения чистовых операций. С подрезкой кривая сопряжения пересекает рабочий профиль. Без поднутрения кривая сопряжения и рабочий профиль имеют общую касательную.

Зубчатые материалы

Деревянные шестерни старинной ветряной мельницы

В производстве шестерен используются многочисленные цветные сплавы, чугун, порошковая металлургия и пластмассы. Однако чаще всего используются стали из-за их высокого отношения прочности к весу и низкой стоимости. Пластик обычно используется там, где важны его стоимость или вес. Правильно спроектированная пластиковая шестерня может заменить сталь во многих случаях, потому что она обладает многими желательными свойствами, включая устойчивость к загрязнениям, зацепление на низких скоростях, способность довольно хорошо «пропускать» и возможность изготовления из материалов, не нуждающихся в дополнительной смазке. Производители использовали пластиковые шестерни для снижения затрат на потребительские товары, включая копировальные машины, оптические запоминающие устройства, дешевые динамо-машины, бытовое аудиооборудование, серводвигатели и принтеры. Еще одним преимуществом использования пластмасс ранее (например, в 1980-х годах) было сокращение затрат на ремонт некоторых дорогих машин. В случае сильного заедания (например, бумаги в принтере) пластмассовые зубья шестерни будут оторваны от подложки, позволяя приводному механизму затем свободно вращаться (вместо того, чтобы повредить себя, пытаясь противостоять застреванию). Такое использование «жертвенных» зубьев шестерни позволило избежать разрушения гораздо более дорогого двигателя и связанных с ним деталей. В более поздних конструкциях этот метод был заменен использованием муфт и двигателей с ограничением крутящего момента или тока.

Стандартные шаги и модульная система

Хотя шестерни могут изготавливаться с любым шагом, для удобства и взаимозаменяемости часто используются стандартные шаги. Шаг - это свойство, связанное с линейными размерами, и поэтому оно отличается от того, указаны ли стандартные значения в британской (дюйм) или метрической системе. Используя измерения в дюймах, выбираются стандартные значения диаметрального шага с единицей измерения «на дюйм»; диаметральный шаг - это количество зубьев шестерни с делительным диаметром один дюйм. Общие стандартные значения для цилиндрических зубчатых колес: 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 24, 32, 48, 64, 72, 80, 96, 100, 120 и 200. Некоторые стандартные шаги, такие как поскольку размеры 1/10 и 1/20 дюйма, которые связаны с линейной зубчатой ​​рейкой, на самом деле являются (линейными) значениями кругового шага с единицами измерения «дюймы»

Когда размеры зубчатых колес указаны в метрической системе, спецификация шага обычно в терминах модуля или модуля, который фактически представляет собой измерение длины по делительному диаметру. Термин «модуль» означает деленный на количество зубьев средний диаметр в миллиметрах. Когда модуль основан на дюймовых измерениях, он известен как английский модуль, чтобы избежать путаницы с метрическим модулем. Модуль - это прямой размер, в отличие от диаметрального шага, который является обратным размером («количество ниток на дюйм»). Таким образом, если делительный диаметр шестерни составляет 40 мм, а количество зубьев 20, модуль равен 2, что означает, что на каждый зуб приходится 2 мм делительного диаметра. Предпочтительные стандартные значения модуля: 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,8, 1,0, 1,25, 1,5, 2,0, 2,5, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40 и 50.

Производство

По состоянию на 2014 год примерно 80% всех зубчатых колес, производимых во всем мире, производится методом формования нетто. Формованные зубчатые передачи обычно изготавливаются из порошковой металлургии или из пластмассы. Многие шестерни уже готовы, когда они покидают форму (включая литые под давлением пластмассовые и литые под давлением металлические шестерни), но порошковые металлические шестерни требуют спекания и песка. отливки или отливки по выплавляемым моделям требуют зубофрезерования или другой механической обработки для их окончательной обработки. Наиболее распространенной формой зубонарезания является зубофрезерование, но также существуют зубофрезерование, фрезерование и протяжка. 3D-печать как метод производства быстро расширяется. Для металлических шестерен в трансмиссиях легковых и грузовых автомобилей зубья проходят термообработку, чтобы сделать их твердыми и износостойкими, при этом сердечник остается мягким и круто. Для больших шестерен, склонных к короблению, используется закалочный пресс .

Модель шестерен в современной физике

Современная физика приняла модель шестерен по-разному. В девятнадцатом веке Джеймс Клерк Максвелл разработал модель электромагнетизма, в которой силовые линии магнитного поля были вращающимися трубками с несжимаемой жидкостью. Максвелл использовал зубчатое колесо и назвал его «холостым колесом», чтобы объяснить электрический ток как вращение частиц в направлении, противоположном направлению вращающихся силовых линий.

Совсем недавно квантовая физика использует в своей модели «квантовые шестеренки». Группа шестерен может служить моделью для нескольких различных систем, таких как искусственно созданное наномеханическое устройство или группа кольцевых молекул.

трехволновая гипотеза сравнивает волну - двойственность частиц на коническое зубчатое колесо.

Зубчатый механизм в мире природы

Issus coleoptratus Функционирующий зубчатый механизм, обнаруженный в Issus coleoptratus, вид кузнечиков, распространенных в Европа

Раньше шестеренчатый механизм считался исключительно искусственным, но в 2013 году ученые из Кембриджского университета объявили о своем открытии, что ювенильная форма обычного насекомого Issus (виды Issus coleoptratus ), найденный во многих европейских садах, имеет на задних лапах зубчатый механизм. Каждая ножка имеет полосу 400 микрометров, радиус шага 200 микрометров, с 12 полностью сцепленными прямозубыми зубьями, включая скругленные изгибы у основания каждого зуба для снижения риска порезов. Шарнир вращается, как механическая шестерня, и синхронизирует ноги Иссуса при прыжке с точностью до 30 микросекунд, предотвращая рыскание.

См. Также

  • значок Инженерный портал

Ссылки

Библиография

Дополнительная литература

  • Американская ассоциация производителей зубчатых колес ; Американский национальный институт стандартов (2005 г.), Номенклатура передач: определения терминов с символами (изд. ANSI / AGMA 1012-F90), Американская ассоциация производителей шестерен, ISBN 978-1-55589-846- 5.
  • Бакингем, Эрл (1949), Аналитическая механика зубчатых колес, McGraw-Hill Book Co..
  • Кой, Джон Дж.; Townsend, Dennis P.; Зарецкий, Эрвин В. (1985), Gearing (PDF), NASA Отдел научно-технической информации, NASA-RP-1152; Технический отчет AVSCOM 84-C-15.
  • Кравченко А.И., Бовда А.М. Шестерня с магнитной парой. Пат. Украины Н. 56700 - Бул. № 2, 2011 - F16H 49/00.
  • Склейтер, Нил. (2011). «Шестерни: устройства, приводы и механизмы». Справочник по механизмам и механическим устройствам. 5-е изд. Нью-Йорк: Макгроу Хилл. С. 131–174. ISBN 9780071704427. Чертежи и конструкции различных передач.
  • «Колеса, которые не могут проскальзывать». Popular Science, февраль 1945 г., стр. 120–125.

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Зубчатые колеса.
Последняя правка сделана 2021-05-21 13:41:19
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте