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.
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 редукторСегментная 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:
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.
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.
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.
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.
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.
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:
где - 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 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 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.
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 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.
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.
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.
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 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.
В планетарной передаче одна или несколько осей шестерни перемещаются. Примеры: солнечная и планетарная передача (см. Ниже), циклоидальный привод, автоматические трансмиссии и механические дифференциалы.
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 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, 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.
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.
Некоторые другие параметры спирали можно просматривать либо в нормальной, либо в поперечной плоскостях. Нижний индекс n обычно указывает на нормальный.
Индекс w обозначает червяк, индекс g обозначает шестерню.
Линия контакта
Путь действия
Линия действия
Плоскость действия
Линии контакта (косозубая передача)
Дуга действия
Длина действия
Предельный диаметр
Смещение поверхности
Зона действия
Толщина зуба
Соотношение толщин
Толщина хорды
Измерение диапазона зуба по штифтам
Измерение диапазона
Длинные и короткие добавления зубов
- 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.
Шаг
Шаг
Шаг базового шага
Основные шаги
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.
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.
Профиль прямозубой шестерни
Выточка
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.
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.
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.
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 .
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.
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.
Библиография
На Викискладе есть материалы, связанные с Зубчатые колеса. |