Какие зубчатые передачи бывают: Виды зубчатых передач.

alexxlab | 10.11.1995 | 0 | Разное

Содержание

виды, материалы для изготовления, способы обработки и расчёты зацеплений

Большинство механических передач включает в себя зубчатые зацепления. Зубчатые передачи используются для изменения скоростей вращательного движения, направлений вращения и моментов. Они служат для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот, для изменения пространственного расположения элементов трансмиссии и осуществления многих других функций, необходимых для работы машин и механизмов.

Механизмы зубчатых передач

Зубчатые зацепления применяются для передачи вращательного движения от двигателя к исполнительному органу.

При этом производятся необходимые преобразования движения, изменение частоты вращения, крутящего момента, направления осей вращения.

Для всего этого служат различные виды передач. Классификация видов зубчатых передач по расположению осей вращения:

  1. Цилиндрическая передача состоит из колёсной пары обычно с разным числом зубьев. Оси зубчатых колёс в цилиндрической передаче параллельны. Отношение чисел зубьев называется передаточным отношением. Малое зубчатое колесо называется шестернёй, большое — колесом. Если шестерня ведущая, а передаточное число больше единицы, то говорят о понижающей передаче. Частота вращения колеса будет меньше частоты вращения шестерни. Одновременно при уменьшении угловой скорости увеличивается крутящий момент на валу. Если передаточное число меньше единицы, то это повышающая передача.
  2. Коническое зацепление. Характеризуется тем, что оси зубчатых колёс пересекаются и вращение передаётся между валами, которые расположены под определённым углом. В зависимости от того, какое колесо в передаче ведущее, они тоже могут быть повышающими и понижающими.
  3. Червячная передача имеет скрещивающиеся оси вращения. Большие передаточные числа получаются из-за соотношения числа зубьев колеса и числа заходов червяка. Червяки используются одно-, двух- или четырехзаходные. Особенностью червячной передачи является передача вращения только от червяка к червячному колесу. Обратный процесс невозможен из-за трения. Система самотормозящаяся. Этим обусловлено применением червячных редукторов в грузоподъёмных механизмах.
  4. Реечное зацепление. Образовано зубчатым колесом и рейкой. Преобразует вращательное движение в поступательное и наоборот.
  5. Винтовая передача. Применяется при перекрещивающихся валах. Из-за точечного контакта зубья зацепления подвержены повышенному износу под нагрузкой. Применяются винтовые передачи чаще всего в приборах.
  6. Планетарные передачи — это зацепления, в которых применяются зубчатые колёса с подвижными осями. Обычно имеется неподвижное наружное колесо с внутренней резьбой, центральное колесо и водило с сателлитами, которые перемещаются по окружности неподвижного колеса и вращают центральное. Вращение передаётся от водила к центральному колесу или наоборот.

Нужно различать наружное и внутреннее зацепление. При внутреннем зацеплении зубья большего колеса располагаются на внутренней поверхности окружности, и вращение происходит в одном направлении. Это основные виды зацеплений.

Существует огромное количество возможностей для их сочетания и использования в различных кинематических схемах.

Форма зуба

Зацепления различаются по профилю и типу зубьев. По форме зуба различают эвольвентные, круговые и циклоидальные зацепления. Наиболее часто используемыми являются эвольвентные зацепления. Они имеют технологическое превосходство. Нарезка зубьев может производиться простым реечным инструментом. Эти зацепления характеризуются постоянным передаточным отношением, не зависящим от смещения межцентрового расстояния. Но при больших мощностях проявляются недостатки, связанные с небольшим пятном контакта в двух выпуклых поверхностях зубьев. Это может приводить к поверхностным разрушениям и выкрашиванию материала поверхностей.

В круговых зацеплениях выпуклые зубья шестерни сцепляются с вогнутыми колесами и пятно контакта значительно увеличивается. Недостатком этих передач является то, что появляется трение в колёсных парах. Виды зубчатых колёс:

  1. Прямозубые. Это наиболее часто используемый вид колёсных пар. Контактная линия у них параллельна оси вала. Прямозубые колёса сравнительно дешевы, но максимальный передаваемый момент у них меньше, чем у косозубых и шевронных колёс.
  2. Косозубые. Рекомендуется применять при больших частотах вращения, они обеспечивают более плавный ход и уменьшение шума. Недостатком является повышенная нагрузка на подшипники из-за возникновения осевых усилий.
  3. Шевронные. Обладают преимуществами косозубых колёсных пар и не нагружают подшипники осевыми силами, так как силы направлены в разные стороны.
  4. Криволинейные. Применяются при больших передаточных отношениях. Менее шумные и лучше работают на изгиб.

Прямозубые колёсные пары имеют наибольшее распространение. Их легко проектировать, изготавливать и эксплуатировать.

Материалы для изготовления

Основной материал для изготовления колёсных пар — это сталь. Шестерня должна иметь более высокие прочностные характеристики, поэтому колёса часто изготавливают из разных материалов и подвергают разной термической или химико-термической обработке. Шестерни, изготовленные из легированной стали, подвергают поверхностному упрочнению методом азотирования, цементации или цианирования. Для углеродистых сталей используется поверхностная закалка.

Зубья должны обладать высокой поверхностной прочностью, а также более мягкой и вязкой сердцевиной. Это предохранит их от излома и износа поверхности. Колёсные пары тихоходных машин могут быть изготовлены из чугуна. В различных производствах применяются также бронза, латунь и различные пластики.

Способы обработки

Зубчатые колёса изготавливаются из штампованных или литых заготовок методом нарезания зубьев. Нарезание производится методами копирования и обкатки. Обкатка позволяет одним инструментом вырезать зубья различной конфигурации. Инструментами для нарезания могут быть долбяки, червячные фрезы или рейки. Для нарезания методом копирования используются пальцевые фрезы. Термообработка производится после нарезки, но для высокоточных зацеплений после термообработки применяется ещё шлифовка или обкатка.

Обслуживание и расчёт

Техобслуживание заключается в осмотре механизма, проверке целостности зубьев и отсутствия сколов. Проверка правильности зацепления производится при помощи краски, наносимой на зубья. Изучается величина пятна контакта и его расположение по высоте зуба. Регулировка производится установкой прокладок в подшипниковых узлах.

Сначала надо определиться с кинематическими и силовыми характеристиками, необходимыми для работы механизма. Выбирается вид передачи, допустимые нагрузки и габариты, затем подбираются материалы и термообработка. Расчёт включает в себя выбор модуля зацепления, после этого подбираются величины смещений, число зубьев шестерни и колеса, межосевое расстояние, ширина венцов. Все значения можно выбирать по таблицам или использовать специальные компьютерные программы.

Главными условиями, необходимыми для длительной работы зубчатых передач, являются износостойкость контактных поверхностей зубьев и их прочность на изгиб.

Достижению хороших характеристик и уделяется основное внимание при проектировании и изготовлении зубчатых механизмов.

41.Виды зубчатых передач

Виды зубчатых передач

Зубчатые передачи являются разновидностью механических передач, работающих на принципе зацепления. Их используют для передачи и преобразования вращательного движения между валами.

Зубчатые передачи отличаются высоким КПД (для одной ступени – 0,97- 0,99 и выше), надежностью и длительным сроком службы, компактностью, стабильностью передаточного отношения из-за отсутствия проскальзывания. Зубчатые передачи применяют в широком диапазоне скоростей (до 200 м/сек), мощностей (до 300 МВт). Размеры зубчатых колес могут быть от долей миллиметра до нескольких метров.

К недостаткам можно отнести сравнительно высокую сложность изготовления, необходимость нарезания зубьев с высокой точностью, шум и вибрация при высоких скоростях, большую жесткость, не позволяющая компенсировать динамические нагрузки.

Передаточные числа в редукторных передачах могут достигать 8, в открытых передачах – до 20, в коробках передач – до 4.

По расположению зубьев различают передачи с наружным и внутренним зацеплением.

Конструктивно зубчатые передачи большей частью выполняются закрытыми в общем жестком корпусе, что обеспечивает высокую точность сборки. Лишь тихоходные передачи (v < 3 м/сек) с колесами значительных размеров, нередко встроенных в конструкцию машин (например, в механизмах поворота подъемных кранов, станков), изготавливаются в открытом исполнении.

Чаще всего зубчатые передачи применяют в качестве замедлительных (редукторов), т.е. для уменьшения частоты вращения и увеличения вращающего момента, но также с успехом используются для повышения скорости вращения (мультипликаторы).

Для предохранения рабочих поверхностей зубьев от заедания и абразивного износа, а также для уменьшения потерь на трение и связанного с этим нагревания, применяют смазку. Закрытые передачи обычно смазываются жидкими минеральными маслами, окунанием колес или принудительной подачей масла к зацепляющимся зубьям. Открытые передачи смазываются консистентными смазками, периодически наносимыми на зубья.

о расположению зубьев различают передачи с наружным (рис. 2.1а-в) и внутренним зацеплением (рис. 2.1г).

По профилю зубьев колес передачи подразделяют: на передачи с эвольвентным зацеплением, в котором профили зубьев очерчены

эвольвентами; на передачи с циклоидальным профилем; на передачи с зацеплением Новикова. Далее в пособии будут описываться только передачи эвольвентного профиля с наружным зацеплением.

Шестерня – это зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев (чаще всего – ведущее). Колесо – это зубчатое колесо передачи с большим числом зубьев. Термин “зубчатое колесо” можно применять как к шестерне, так и к колесу зубчатой передачи.

Цилиндрические зубчатые передачи бывают прямозубыми,

косозубыми и шевронными.

Прямозубые колеса (рис. 2.1а) применяют преимущественно при невысоких и средних окружных скоростях, при большой твердости зубьев (когда динамические нагрузки от неточностей изготовления невелики по сравнению с полезными), в планетарных передачах, в открытых передачах, а также при необходимости осевого перемещения колес (в коробках передач).

ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Червячных передач (или винт) можно рассматривать как передачу одного зуба

Червячные передачи имеют некоторые особые свойства, которые делают их отличимых от других передач. Во-первых, они могут достичь очень высоких передач произведенных за одну движение.Потому что большинство червячных передач имеет только один нагруженный зуб, передаточное отношение это просто число зубьев на соединение передач. Например, червячных пара передач в паре с 40-

зубый цилиндрический редуктор имеет соотношение 40:1. Во-вторых, червячные передачи имеют гораздо более высокие трения (и ниже эффективность), чем другие типы передач. Это потому, что профиль зуба червячных передач постоянно скользят по зубам сопряженных передач. Это трение становится выше, тем больше нагрузка на передачу. Наконец, червячая передача не может работать с обратным эффектом . В анимации ниже , червячные передачи на зеленой оси ведет синие зубчатое колесо на красной оси. Но если вы включите красную ось в качестве ведущей , то червячных передач не получится. Это свойство передачи может применяться для остановки -блокировки вещи на определенном месте, без скатывания назад , например ворота гаража.

ЛИНЕЙНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Это средство преобразования вращательного движения от оси вращения или шестерни в поступательное движение зубчатой рейки. Шестерня вращается , и толкает рейку вперед , поскольку в ней перемещаются зубы шестерни . Регулируется например меньшим количеством зубов на ведущей шестерни и большим на рейке . движение в рейки будет пропорционально количеству зубьев на шестерне

ДИФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА

Дифференциал — это механическое устройство, которое передает крутящий момент с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга. Такая передача момента возможна благодаря применению так называемого планетарного механизма. В автомобилестроении, дифференциал является одной из ключевых деталей трансмиссии. В первую очередь он служит для передачи момента от коробки передач к колёсам ведущего моста.

Почему для этого нужен дифференциал ? В любом повороте, путь колеса оси, двигающегося по короткому (внутреннему) радиусу, меньше, чем путь другого колеса той же оси, которое проходит по длинному (внешнему) радиусу. В результате этого, угловая скорость

вращения внутреннего колёса должна быть меньше угловой скорости вращения внешнего колеса. В случае с не ведущим мостом, выполнить это условие достаточно просто, так как оба колеса могут не быть связанными друг с другом и вращаться независимо. Но если мост ведущий, то необходимо передавать крутящий момент одновременно на оба колеса (если передавать момент только на одно колесо, то возможность управления автомобилем по современным понятиям будет очень плохой). При жесткой же связи колёс ведущего моста

и передачи момента на единую ось обоих колёс, автомобиль не мог бы нормально поворачивать, так как колеса, имея равную угловую скорость, стремились бы пройти один и тот же путь в повороте. Дифференциал позволяет решить эту проблему: он передаёт крутящий

момент на раздельные оси обоих колёс (полуоси) через свой планетарный механизм с любым соотношением угловых скоростей вращения полуосей. В результате этого, автомобиль может нормально двигаться и управляться как на прямом пути, так и в повороте.

Изготовление зубчатых, червячных колес большого диаметра

Зубчатые передачи имеются почти во всех сборочных единицах промышленного оборудования, с их помощью изменяют по величине и направлению скорости движущихся частей станков, передают от одного вала к другому усилия и крутящие моменты. В зубчатой передаче движение передается с помощью пары зубчатых колес. В практике меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, а большее — колесом, а термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и к колесу. Зубчатое колесо сидящее на ведущем валу, называют ведущим, а сидящее на ведомом валу — ведомым. Число зубьев зубчатого колеса обозначается буквой z.

В зависимости от взаимного расположения геометрических осей валов зубчатые передачи бывают: цилиндрические, конические и винтовые. Зубчатые колеса для промышленного оборудования изготавливают с прямыми, косыми и угловыми (шевронными) зубьями. По профилю зубьев, зубчатые передачи различают: эволь-вентные и циклоидальные. Помимо зубчатых передач с эволь-вентным зацеплением в редукторах применяют передачу Новикова с круговым профилем зубьев. Передача Новикова позволяет применять колеса с малым числом зубьев, а значит, имеет большое передаточное число и может передавать значительные мощности. Циклоидальное зацепление используется в приборах и часах. Цилиндрические зубчатые колеса с прямым зубом служат в передачах с параллельно расположенными осями валов и монтируются на последних неподвижно или подвижно.

Зубчатые колеса с косым зубом применяют для передачи движения между валами, оси которых пересекаются в пространстве, а в ряде случаев и между параллельными валами, например, когда в передаче должны сочетаться повышенная окружная скорость колес и бесшумность их работы при больших передаточных отношениях до 15:1. Косозубые колеса монтируют на валах только неподвижно.

Компания ООО «Симиди Рус», по вашим чертежам, в короткие сроки, изготовит зубчатые колеса из качественных легированных конструкционных сталей с последующим улучшением и закалкой зуба.

от 500 до 2000   масса до 2 тонн

 

 

Цилиндрические зубчатые передачи профиля зуба

Наибольшее распространение в различных технических формах имеет эвольвента окружности (рис. 232). На чертеже (рис. 233) показана цилиндрическая зубчатая передача, профиль зубьев которой имеет форму эвольвенты окружности (так называемое эвольвентное зацепление). Эвольвентный профиль встречается также в червячных зубчатых передачах.  [c.178]

Разновидности зубчатых зацеплений. Цилиндрические зубчатые передачи наружного и внутреннего зацепления эвольвентного профиля бывают прямозубые, косозубые со спиральными зубьями (геликоидальные), одинарные, блочные, шевронные, многорядные косозубые и многорядные шевронные. Конические зубчатые колеса эвольвентного профиля бывают прямозубые, косозубые, с криволинейными зубьями, шевронные.  [c.306]


Стандарт допусков цилиндрических зубчатых передач распространяется на передачи с металлическими, механически обработанными цилиндрическими зубчатыми колесами эвольвентного зацепления с углом профиля исходного контура 20°. Стандарт охватывает колеса размером от 40 до 2000 мм и модулями от 1 до 20 мм внешнего и внутреннего зацепления с прямыми, косыми и шевронными зубьями.  [c.398]

Таким образом, цилиндрическая зубчатая передача — это трехзвенный механизм с одной высшей кинематической парой, воспроизводимой поочередно вступающими в контакт сопряженными профилями зубьев.  [c.77]

Помимо чисел зубьев и /2 заданными являются модуль /и и параметры исходного контура эвольвентной цилиндрической зубчатой передачи по ГОСТ 13755 — 81 (рнс. 6.1, а) угол главного профиля а=20° коэффициент высоты головки Лкоэффициент высоты ножки А/= 1,25 коэффициент граничной высоты А/ = 2 А, =2А + с —/у (1—8ша) коэффициент радиуса кривизны переходной кривой р/ = 0,38 коэффициент глубины захода  [c.225]

Требуемая высокая точность зубчатых колес зависит не только от точности зуборезного инструмента, но и от точности работы станка, состояния заготовок, и технологического процесса зубонарезания. Установленные нормы точности цилиндрических зубчатых передач (ГОСТ 1643 -81) (кинематическая точность, плавность работы, контакт зубьев и боковой зазо])) зависят от кинематики процесса, конструкции инструмента и условий его работы. Некоторые виды зуборезных инструментов оказывают незначительное влияние на нормы кинематической точности, но в большей степени влияют на другие нормы, например, на плавность работы, боковой зазор, а также иа отклонение шага ,,1, зубьев, погрешность профиля //> зубьев и некоторые другие.  [c.192]

По форме и расположению зубьев зубчатые колеса разделя- ются на прямозубые, косозубые, шевронные и с криволинейными зубьями. Профиль зубьев зубчатых колес может быть очерчен эвольвентой, циклоидой, дугами окружности и другими кривыми. Наибольшее распространение получили передачи с эволь вентным зацеплением. Однако в промышленности все шире начинают применять передачи с зацеплением М. Л. Новикова, облагающие высокой несущей способностью. Профиль зубьев колес этих передач очерчен дугами окружностей. Начинают также при- меняться и цилиндрические зубчатые передачи из эвольвентных конических колес. Эти передачи работают более плавно, чем обычные, имеют повышенную контактную прочность и другие преимущества.  [c.330]


Наиболее широко в машиностроении применяются цилиндрические зубчатые передачи. Термины, определения и обозначения цилиндрических зубчатых колес и передач регламентирует ГОСТ 16531—83. Цилиндрические зубчатые передачи по форме и расположению зубьев зубчатых колес разделяются на следующие виды реечные, прямозубые, косозубые, шевронные, эвольвентные, циклоидные и др. В промышленности все шире начинают применять передачи Новикова, обладающие высокой несущей способностью. Профиль зубьев колес этих передач очерчен дугами окружностей.  [c.188]

С учетом отмеченного выше можно заключить, что в прямозубых конических и цилиндрических зубчатых передачах с эволь-вентным профилем зуба реализуются два поступательных перемещения у, 2 ВДОЛЬ осей 2 и 7и одно вращательное ф , вокруг оси У.  [c.111]

В соответствии с (2.11) и (2.20) формулы для определения подвижности прямозубых конических (цилиндрических) зубчатых передач с эвольвентным профилем зуба примут вид  [c.111]

Подвижность конических (цилиндрических) зубчатых передач с непрямыми (косыми, круговыми) зубьями эвольвентного профиля определится соответственно  [c.113]

По делительной окружности измеряют шаг зацепления. Большинство зубчатых передач эвольвентные, у которых рабочий профиль зуба представляет очерченное по эвольвенте основание цилиндрической или конической поверхности (соответственно для цилиндрического или конического зубчатого колеса, рис. 145).  [c.201]

По окружности делительного диаметра измеряют шаг зацепления. Большинство зубчатых передач эвольвентные, рабочий профиль зуба представляет очерченное по эвольвенте основание цилиндрической или  [c.185]

Цилиндрические зубчатые колеса. На рис. 9.1, а изображены два цилиндрических катка, катящихся один по другому без проскальзывания. Назовем их начальными цилиндрами (в их проекции — начальными окружностями) и преобразуем катки в зубчатые колеса, прорезав с этой целью на них впадины и нарастив выступы (рис. 9.6), образующие в своей совокупности зубья определенного профиля. Очевидно, необходимое условие возможности работы передачи — равенство окружных шагов, измеренных по дугам начальных окружностей.  [c.288]

Исходный контур. Исходным контуром называется контур рейки, дающий правильное беззазорное зацепление с зубчатым колесом. Этот контур положен в основу проектирования зубчатых передач и профилирования зуборезного инструмента. Исходный контур представляет собой зубчатую рейку с прямолинейным профилем (рис. 3.83). Форма и размеры нормального (без смещения, см. 3.34) номинального исходного контура на цилиндрические колеса установлены СТ СЭВ 308—76. Параметры исходного контура угол профиля а=20° высота головки На—т высота ножки /1/=1,25/л глубина захода зубьев в паре исходных контуров /1 =2 т — эта рабочая часть рейки, т. е. то наибольшее линейное значение, на которое зубья одного колеса заходят во впадину другого радиус кривизны переходной кривой / /=0,38/п радиальный зазор с=0,25 т.  [c.336]

Зубчатые передачи можно классифицировать по многим признакам, а именно по расположению осей валов (с параллельными, пересекающимися, скрещивающимися осями и соосные) по условиям работы (закрытые — работающие в масляной ванне и открытые — работающие всухую или смазываемые периодически) по числу ступеней (одноступенчатые, многоступенчатые) по взаимному расположению колес (с внешним и внутренним зацеплением) по изменению частоты вращения валов (понижающие, повышающие) по форме поверхности, на которой нарезаны зубья (цилиндрические, конические) по окружной скорости колес (тихоходные при скорости до 3 м/с, среднескоростные при скорости до 15 м/с, быстроходные при скорости выше 15 м/с) по расположению зубьев относительно образующей колеса (прямозубые, косозубые, шевронные, с криволинейными зубьями) по форме профиля зуба (эвольвентные, круговые, циклоидальные).  [c.105]


Структура простой зубчатой передачи (рис. 6.1) характеризуется наличием двух звеньев в виде цилиндрических зубчатых колес с вращательными кинематическими парами 0 —1 и Оз—2, связанными со стойкой О и высшей парой 1 — 2, в которой и происходит соприкасание двух профилей зуба. Следовательно, подобная передача представляет собой трехзвенную замкнутую кинематическую цепь.  [c.202]

Наличием относительной скорости — скорости скольжения, направленной вдоль винтовых линий зубьев, зубчатые передачи со скрещивающимися осями отличаются от цилиндрических и конических колес, в которых есть только скольжение вдоль профилей зубьев последнее будет значительно меньше, чем скорость скольжения вдоль винтовых линий зубьев, Таким образом, в зубчатой передаче со скрещивающимися осями валов имеется скольжение зубьев двоякого рода а) основное скольжение вдоль винтовых линий зубьев б) добавочное скольжение вдоль профилей зубьев.  [c.261]

В цилиндрических колесах с прямыми зубьями соприкасание двух сопряженных профилей происходит по прямой, параллельной осям колес. Рассечем зубчатое колесо с прямыми зубьями на равные части плоскостями, перпендикулярными к оси колеса (рис. 232, а). Каждый из полученных дисков сдвинем один относительно другого на один и тот же угол. Если увеличить число ступеней до бесконечности, то получим колесо с винтовыми, или косыми, зубьями (рис. 232,6). Два сопряженных колеса должны иметь равные углы наклона р линии зуба. При внешнем зацеплении винтовая линия на одном колесе должна быть правой, а на другом – левой. Если два таких колеса привести в соприкасание, то одновременно в зацеплении будут находиться различные участки профилей, дуга зацепления возрастет на величину смещения зубьев по начальной окружности, т. е. увеличится коэффициент перекрытия ф , а это приведет к распределению нагрузки на несколько зубьев. В результате повысится нагрузочная способность, увеличится плавность работы передачи и уменьшится шум. Эти обстоятельства определили преимущественное распространение в современных передачах косозубых колес.  [c.253]

Применяемые зубчатые передачи подразделяются на передачи с параллельными валами и цилиндрическими колесами (рис. 15.1), передачи с валами, оси которых пересекаются, и коническими колесами (рис. 15.2, а, б) передачи с валами, оси которых перекрещиваются, — винтовые с цилиндрическими колесами (рис. 15,2, е) червячные и винтовые с коническими колесами, или гипоидные (рис. 15.2, г). По форме профиля зуба передачи различают эволь-вентные (рис. 15.1, а—е) с зацеплением Новикова (рис. 15.1, г) циклоидальные и цевочные (рис. 15.3, а).  [c.272]

Сопряженные боковые поверхности зубьев шестерни образуются в результате обкатки с инструментом, идентичным колесу данной передачи. Технологический процесс образования боковых поверхностей зубьев как колеса, так и шестерни весьма прост и не требует специального оборудования. Зубья колеса нарезаются на обычном универсальном фрезерном станке фрезой трапециевидного профиля методом деления или способом кругового протягивания, зубья шестерни нарезаются высокопроизводительным методом непрерывной обкатки на зубофрезерном станке для нарезания цилиндрических зубчатых колес. При этом заготовка шестерни устанавливается на шпинделе червячной фрезы, а инструмент закрепляется на шпинделе стола, дублируя таким образом зацепление шестерни с колесом.  [c.267]

Как видно из рисунка, в данном случае, даже оставляя в стороне вопрос о неравенстве скоростей по величине, скорости не будут совпадать по направлению. Поэтому между витками червяка и зубьями колеса появляется относительная скорость, которая на рис. 493, а изображена отрезком, соединяющим концы векторов У и У . Наличием этой относительной скорости (иначе скорости скольжения) У . направленной вдоль винтовых линий зубьев, зубчатые передачи с скрещивающимися осями резко отличаются от цилиндрических и конических колес, в которых не существует скольжения вдоль линии зубьев, даже если зубья винтовые или угловые. Правда, там существует скольжение вдоль профилей зубьев, но это скольжение значительно меньше, чем скорость скольжения Уск вдоль винтовых линий зубьев колеса и витков червяка.  [c.491]

Если бы мы в червячной передаче рассмотрели зацепление зубьев не в полюсе зацепления, а где-то в другом месте (на линии или поверхности зацепления), то обнаружили бы так же, как в цилиндрических и конических передачах, составляющую относительной скорости, направленную вдоль профиля зубьев. Таким образом, на винтовых зубьях червячной передачи (и вообще в любой зубчатой передаче со скрещивающимися осями валов) имеется двойное скольжение зубьев основное — вдоль винтовых линий зубьев и добавочное — вдоль профилей зубьев. В силу этих обстоятельств к. п. д. рассматри-  [c.491]

Далее в сборнике следует лабораторная работа по изучению износа одних из наиболее сложных сопряженных профилей деталей, какими являются пары зубчатых колес. В работе Исследование износа зубьев цилиндрических колес студенты изучают основные виды повреждения зубьев колес, ограничивающих срок службы зубчатых передач, а также знакомятся с пятью стендами для исследования износа зубчатых пар, работающих по разомкнутому (стенды ИС-8, ИС-9) и по замкнутому методу нагружения (стенды ИС-1, ИС-2, ИС-5).  [c.306]


Смещение колес зубчатых передач с внепшим зацеплением. Чтобы повысить прочность зубьев на изгиб, снизить контактные напряжения щ их поверхности и уменьшить износ за счет относительного скольжения профилей, рекомендуется производить смещение инструмента для цилиндрических (и конических) зубчатых передач, у которых Zi Z2- Наибольший результат достигается в следующих случаях  [c.399]

На рис. 287 приведено конструктивное изображение зубчатой передачи с внутренним зацеплением. Зубчатое колесо, находящееся внутри другого колеса, имеет очертание зубьев обычного цилиндрического зубчатого колеса. У другого колеса кривые очертания впадин должны соответствовать очертанию профиля зуба внутреннего колеса.  [c.230]

Зубчатые передачи используют для всех механизмов и применяют, как правило, в редукторах открытые зубчатые передачи применяют реже, в основном по условиям компоновки механизма, при окружной скорости не более 1,5 м/с. Используют передачи как рядовые (геометрические оси зубчатых колес неподвижны), так и планетарные (с подвижными геометрическими осями зубчатых колес). При параллельных осях зубчатых колес в основном применяют / цилиндрические эвольвентные передачи, иногда — передачи с зубьями кругового профиля (передачи Новикова). При пересекающихся осях используют конические передачи, чаще всего с межосевым углом 90 . Червячные передачи, как и конические, служат для передачи движения на валы, оси которых перекрещиваются под углом 90°. Эти передачи встречаются в механиз-  [c.180]

В передачах современных машин широко применяют зубчатые колеса, разнообразные по форме, размерам и профилям от небольших зубчатых колес для приборостроения до зубчатых колес специального профиля для тяжелого машиностроения. Наиболее распространены цилиндрические зубчатые колеса с прямыми и косыми зубьями.  [c.306]

Вид эвольвенты круга имеет, например, профиль зубьев цилиндрической зубчатой передачи—так называемое эвольвеитное зацепление. Эвольвентный профиль встречается также в червячных зубчатых передачах.  [c.133]

Угол (ра поворота колеса за интервал времени зацепления одной пары зубьев называется углом торцового перекрытия цилиндрической зубчатой передачи (ГОСТ 16531—70) и определяется суммой Фа = Ф/ + Фа, где ф — угол донолюсного перекрытия или угол поворота зубчатого колеса цилиндрической передачи, соответствующий взаимодействию активных торцевых профилей начальной ножки зуба ведущ,его и начальной головки зуба ведомого зубчатых колес — угол заполюсного перекрытия или угол поворота зубчатого колеса цилиндрической передачи, соответствующий взаимодействию активных торцевых профилей начальной головки зуба ведуще] 0 и начальной ножки ведомого зубчатых колес.  [c.292]

Методы контроля зубчатых колес. При контроле колес определяют погрешности зубонарезных и других станков, на которых производилась обработка, а также режущего инструмента. Контроль производится как по элементам точности (шаг, профиль, эксцентриситет), так и комплексно в зацеплении с эталоном. Допуски цилиндрических зубчатых передач регламентированы ГОСТ 1643—72. В машиностроении в основном применяют зубчатые колеса 5—9-й степени точности. ГОСТом установлены требования к кинематической точности зубчатых колес, плавности их работы и контакту зубьев. Допуски на конические зубчатые передачи установлены ГОСТ 1758—56, а на червячные Рис. 24. Схша изиеренш, толщины зуба штанген- переДаЧИ ГОСТ 3675—56.  [c.64]

Изменение бокового профиля зуба основной рейки с целью обеспечения плавного входа сопряженных зубьев в зацепление и уменьшения контактных давлений на участках контакта с наиболее высокими скоростями скольжения, примыкающих к ленточке зуба Расстояние между двумя смежными точками пересечения винтовой линии зуба на начальном, делительном или основном цилиндре с образующей цилиндра Зубчатая передача, состоящая из цилиндрических зубчатых колес Зубчатые колеса цилиндрической формы, служащие для передачи вращеюш между параллельными валами Цилиндрическая зубчатая передача в виде Отдельного агрегата, в котором зубчатые колеса помещены в закрытом корпусе и смазываются погружением одного из ко.лег (обычно каждой пары) в масляную ванну или струйной смазкой (под давлением), причем вне корпуса остаются лишь концы ведущего и ведомого валов (предназначенные под соединительные муфты)  [c.25]

Следует отметить, что погрешности профиля и направления зуба для конических колес не нормируются точность формы боковой поверхности зубьев и точность направления зуба могут оцениваться по полноте пятна контакта, размеры которого обычно устанавливаются по резултьатам испытания передачи под нагрузкой. Точность конических зубчатых передач условно обозначается аналогично точности цилиндрических зубчатых передач. Например, передача 8-й степени по нормам кинематической точности колес, 7-й степени па нормам плавности работы, б-й степени по нормам контакта зубьев, с увеличенным гарантированным зазором Ш обозначается Ст. 8—7—7—Ш ГОСТ 1758— 56, а передача 7-й степени точности по всем нормам с нормальным боковым зазором X обозначается Ст. 7—X ГОСТ 1758—56.  [c.365]

Так как конические (цилиндрические) зубчатые передачи с непрямыми (косыми, круговыми) зубьями эвольвентного профиля имеют еще одно независимое вращение, то они существуют в трехмерном (М = 3) четырехподвижном (П = 4) пространстве.  [c.112]

Допуски зубчатых, реечных и червячных передач регламентированы государственными стандартами. Этими стандартами установлены допуски эвольвентных цилиндрических зубчатых передач с колесами внешнего и внутреннего зацепления с исходным контуром по ГОСТ 13755-81 при т > 1 мм, эвольвентных цилиндрических и винтовых передач с исходным контуром по ГОСТ 9587-81 при т допуски конических и гипоидных зубчатых передач и пар (поставляемых без корпуса) внещнего зацепления с прямолинейным профилем исходного контура и номинальным углом этого профиля 20°. Для зубчатых колес гипоидных передач за номинальный угол профиля принимают среднее арифметическое углов профиля на противоположных сторонах зубьев. Стандартами установлены допуски червячных цилиндрических передач и червячных пар (поставляемых без корпуса) с червяками 7А (архимедов червяк),  [c.287]

Имеется двенадцать степеней точности цилиндрических зубчатых передач, обозначаемых в порядке убывания точности цифрами 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. Для каждой степени точности зубчатых колес и передач установлены нормы кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев зубчатых колес в передаче. Требования к точности изготовления и сборки зубчатых передач зависят от условий их эксплуатации. Кинематическая точность характеризуется наибольшей погрешностью передаточного отношения за один оборот колеса плавность работы характеризуется колебаниями угловой скорости колеса в пределах одного оборота, обусловливается погрешностью шага и профиля, влияет на силу ударов и шум в передаче. Нормы контакта характеризуются пятном контакта зубьев, т. е. концентрацией нагрузки на зубьях, а определяются точностью исполнения профиля зубьев и влиятот на работоспособность силовых передач.  [c.523]


Простейшим механизмом зубчатых передач является трех-звеннын механизм. На рис. 7.9 и 7.10 показаны механизмы круглых цилиндрических колес, у которых радиусы / и г., являются радиусами центроид в относительном движении звеньев 1 п 2, и точка Р является мгновенным центром вращения в относительном движении, Если в механизмах фрикционных передач центроиды представляют собой гладкие круглые цилиндрические колеса, то в механизмах зубчатых передач колеса для передачи движения снабжаются зубьями, профили которых представляют собой взанмоогибаемые кривые. Как это видно из рис. 7.9 и 7,10, для возможности передачи движения часть профиля зуба выполняется за пределами центроид радиусов н г , а часть — внутри этих центроид. Окружности радиусов и в теории механизмов зубчатых передач называются начальны.ми окружностями. Профили зубьев подбираются из условия, чтобы нормаль в их точке касания всегда проходила через постоянную точку Р — мгновенный центр вращения в относительном движении колес 1 а 2.  [c.145]

В цилиндрической передаче с зацеплением Новикова линия зацепления расиоложена параллельно q ям зубчатых колес и поэтому площадка контакта зубьев здесь перемещается не по профилю зубьев, как в эвольвентном соединении, а вдоль зубьев. Следовательно, коэффициент перекрытия равен нулю е = О и, соответственно, зацепление с данным профилем может быть только косозубым с углом наклона зубьев р = 10…30°. При взаимном перекатывании зубьев  [c.471]

Для постоянства передаточного отношения за период зацепления двух профилей зубьев при передаче вращательного движения, осуществляемого цилиндрическими зубчатыми колесами, необходимо, п чтобы нормаль к профилям зубьев в точке их касания, проведенная в любом положении соприкасаюш,их-ся профилей, проходила через одну и ту же точку на линии центров двух колес (рис. 6.1) и делила бы линию центров в неизменном отношении. Эта неподвижная точка на линии центров называется полюсом зацепления.  [c.202]

Пзэчность зубьев. Дтя зубчатых передач характерны два основных вида повреждений излом зубьев и выкрашивание их боковых поверхностей. Исследуем условия прочности прямого зуба цилиндрического колеса по отношению к его излому. Будем считать, что зуб представляет собой пластину, заделанную одним краем в обод зубчатого колеса. Если допустить, что давление, приложенное со стороны зуба соседнего колеса, распределено вдоль линии контакта равномерно, то напряженное состояние пластины будет плоским, т. е. одинаковым в каждом сечении, перпендикулярном направлению зуба. На рис. 9.24 изображено такое сечение. Чтобы найти напряжение, рассмотрим зуб в тот момент, когда линия контакта совпадает с кромкой зуба. Сначала не будем принимать во внимание переходную кривую, которая соединяет эвольвентный профиль боковой поверхности с дном впадины, лежащей между Рис. 9 24 соседними зубьями. Тогда достаточно оче-  [c.256]

Зубошевннгованне дисковым шевером является наиболее распространенным и экономичным методом чистовой обработки зубьев незакаленных (с твердостью до ИКС 33) прямозубых и косозубых цилиндрических колес с внешним и внутренним зацеплением после зубофрезерования или зубодолбления. Шевингование применяют для повышения точности зубчатого зацепления, уменьшения параметра шероховатости поверхности на профилях зубьев, снижения уровня шума и т. д. Шевингованием можно повысить точность на одну-две степени. Точность шевингованных зубчатых колес достигает 6 —8-й степени, параметр шероховатости поверхности Ка = 0,8 -ь 2,0 мкм. Точность зубчатых колес в процессе шевингования зависит главным образом от их точности после зубофрезерования или зубодолбления и коэффициента перекрытия шевера с обрабатываемым колесом, который должен быть не менее 1,6. При шевинговании можно проводить продольную и профильную модификацию зуба. При образовании продольной бочкообразности исключается опасность концентрации нагрузки на концах зубьев. Модификация эвольвентного профиля зубьев позволяет уменьшить уровень шума и повысить срок службы зубчатой передачи. Модификацию формы зуба проводят также для компенсации деформации в процессе термической обработки.  [c.349]

Зубья колес перед шевингованием следует обрабатывать модифицированными червячными фрезами или долбяками. Утолшения — усики на головке зуба инструмента служат для подрезки профиля в ножке зуба обрабатываемого колеса, с тем чтобы вершина зуба шевера свободно повертывалась во впадине зуба. В ножке зуба инструмента делают фланкированный участок для снятия небольших фасок (0,3 —0,6 мм) на головке зуба колеса. Это препятствует образованию заусенцев в процессе шевингования и забоин на вершине зуба при транспортировании. Чтобы не сокрашать продолжительность зацепления сопряженных колес и колеса с шевером, фаски на вершине зубьев прямозубых цилиндрических колес делать не следует. При шевинговании хорошо устраняются погрешности профиля (эвольвенты) зуба и в меньшей степени — погрешности в направлении зуба, особенно на колесах с широким зубчатым венцом, а также радиальное биение на колесах-дисках, которые обрабатывают от отверстия. Чтобы установить деталь при зубонарезании и шевинговании с минимальным зазором, важно обработать с высокой точностью отверстие и посадочные места оправок или применить разжимные оправки для беззазорного центрирования. Радиальное биение вызывает накопленную погрешность шагов и поэтому должно быть минимальным. У колес-валов,, обрабатываемых в центрах, радиальное биение меньше. На точность шевингования влияет точность станка и оснастки. Биение наружного диаметра инструментального шпинделя не должно превышать 0,005 — 0,01 мм, его опорного торца—0,01—0,05 мм, торца шевера в сборе — 0,010—0,015 мм, центров задней и передней бабок — 0,005 — 0,01 мм. Точность изтото-вления и биение центрирующей шейки и опорного торца оправки должны составлять 0,005 — 0,01 мм. В табл. 24 приведены средние допустимые отклонения зубчатых колес автомобилей, которые могут быть увеличены или уменьшены в зависимости от требований, предъявляемых к зубчатым передачам.  [c.352]

Зубохонингование применяют для чистовой отделки зубьев закаленных цилиндрических колес внешнего и внутреннего зацепления. Хонингование зубьев осуществляют на специальных станках. Закаленное обрабатываемое колесо вращается в плотном зацеплении с абразивным зубчатым хоном при угле скрещивания осей 10—15°. Поджим детали,к хону осуществляется пружиной с силой 150 — 450 Н. Зубчатое колесо, кроме вращения, совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси. Направление вращения инструмента меняется при каждом ходе стола. Хонингование позволяет уменьшить параметр шероховатости поверхности до Яа = 0,32 мкм, удалить забоины и заусенцы размером до 0,25 мм, снизить уровень звукового давления на 2 — 4 дБ и повысить долговечность зубчатой передачи. В процессе хонингования погрешности в элементах зацепления устраняются незначительно при съеме металла порядка 0,01—0,03 мм на толщину зуба. Припуск под хонингование не оставляют. Частота вращения хона 180 — 200 об/мин, подача стола 180 — 210 мм/мин, число ходов стола четыре — шесть. Время хонингования зубчатого колеса автомобиля 30 — 60 с. Срок службы монокорундовых хонов при обработке зубчатых колес коробки передач автомобиля — 1500 — 3000 деталей. Зубчатые колеса, имеющие забоины и заусенцы перед хонингованием, целесообразно обкатывать на специальном станке или приспособлении между тремя накатниками под нагрузкой для устранения погрешностей профиля зубьев. Забоины и заусенцы на зубьях обрабатываемого колеса сокращают срок службы и вызывают преждевременную поломку зубьев хона.  [c.353]

Метод копирования, при котором профиль режущей части инструмента соответствует профилю впадины зуба нарезаемого колеса (рис. 6, в), имеете в основном малую производительность и невысокую точность, поэтому его применяют ограниченно, обычно в единичном производстве для обработки неответственных зубчатых передач (например, дисковыми модульными фрезами на универсальнофрезерных станках с использованием делительной головки). Метод копирования пальцевыми модульными фрезами применяют для обработки крупномодульных цилиндрических и шевронных колес, а также когда изготовление червячными фрезами неэкономично.  [c.565]


Степень перекрытия является одним из основных факторов, обес-печивающих нормальные условия зацепления и работоспособность зубчатых передач. Если в сопряженной паре прямозубых цилиндрических колес коэффициент перекрытия будет меньше единицы, то передача не сможет выполнять положенные ей функции ввиду размыкания контакта между рабочими (эвольвентными) профилями зубьев. Когда при Eja линии зацепления) какая-либо пара зубьев выходит из зацепления, то следующая пара не успевает в него войти и ведущее колесо в определенный момент времени догонит ведомое, что неизменно сопровождается резким ударом в зацеплении.  [c.254]

Цилиндрические няются значительно чаще зубчатых колес других впдов. Они предназначены для передач с параллельными осями и имеют форму круглого цилиндра с зубьями, параллельными его оси (фиг. 24). Все сечеиия, проведенные перпендикулярно оси такого колеса, тождественны. К профилям зубьев и образованию их относится все, что было сказано выше о зубчатых зацеплениях с той разницей,  [c.293]

Общие законы зацепления цилиндрических KOvie . Вследствие указанных недостатков центроидных и фрикционных механизмов применяют зубчатые механизмы. Точка касания центроид двух звеньев в зубчатом механизме называется полюсом з а ц е п л е-н и я в этой точке относительная скорость звеньев равна нулю. В тот момент, когда точка касания профилей зубьев проходит через полюс зацепления, скольжения нет, но во всякий другой момент скольжение имеет место, и тем более, чем дальше точка касания профилей зубьев отстоит от полюса зацепления. Поэтому обычно располагают зубья вблизи центроид, которые делят зубья по высоте на наружные части (головки или выступы) и на внутренние (ножки), чтобы достичь возможно малого скольжения. Так как центроиды определяются законом передачи движения, то в каждом положении механизма полюс зацепления занимает определённое положение.  [c.188]


Классификация зубчатых передач

Зубчатые передачи классифицируются по ряду конструктивных признаков и особенностей.
В зависимости от взаимного расположения осей, на которых размещены зубчатые колеса, различают передачи цилиндрические (при параллельных осях), конические (при пересекающихся осях) и винтовые (при перекрещивающихся осях).
Винтовые зубчатые передачи применяются ограниченно, поскольку имеют низкий КПД из-за повышенного скольжения в зацеплении и низкую нагрузочную способность. Тем не менее, они имеют и некоторые достоинства – высокую плавность хода и возможность выводить концы валов за пределы передачи в обе стороны.

На рисунке 1 представлены наиболее широко применяемые виды зубчатых передач:

1 – цилиндрическая прямозубая передача;
2 – цилиндрическая косозубая передача;
3 – шевронная передача;
4 – реечная передача;
5 – цилиндрическая передача с внутренним зацеплением;
6 – винтовая передача;
7 – коническая прямозубая передача;
8 – коническая косозубая передача;
9 – коническая передача со спиралевидными зубьями;
10 – гипоидная передача.

В зависимости от вида передаваемого движения различают зубчатые передачи, не преобразующие передаваемый вид движения и преобразующие передаваемый вид движения. К последним относятся реечные зубчатые передачи, в которых вращательное движение преобразуется в поступательное или наоборот. В таких передачах рейку можно рассматривать, как зубчатое колесо с бесконечно большим диаметром.
Среди перечисленных видов зубчатых передач наиболее распространены цилиндрические передачи, поскольку они наиболее просты в изготовлении и эксплуатации, надежны и имеют небольшие габариты.

В зависимости от расположения зубьев на ободе колес различают передачи прямозубые, косозубые, шевронные и с круговыми (спиральными) зубьями.
Шевронные зубчатые колеса можно условно сравнивать со спаренными косозубыми колесами, имеющими противоположный угол наклона зубьев. Такая конструкция позволяет избежать осевых усилий на валы и подшипники опор, неизбежно появляющихся в обычных косозубых передачах.



В зависимости от формы профиля зубьев различают эвольвентные зубчатые передачи и передачи с зацеплением Новикова.
Эвольвентное зацепление в зубчатых передачах, предложенное еще в 1760 году российским ученым Леонардом Эйлером, имеет наиболее широкое распространение.
В 1954 году в России М. Л. Новиков предложил принципиально новый тип зацеплений в зубчатых колесах, при котором профиль зуба очерчен дугами окружностей. Такое зацепление возможно лишь для косых зубьев.
В принципе, возможно изготовление зубчатых передач и с другими формами зубьев – даже квадратными, треугольными или трапецеидальными. Но такие передачи имеют ряд существенных недостатков (непостоянство передаточного отношения, низкий КПД и т. д.), поэтому распространения не получили. В приборах и часовых механизмах иногда встречаются зубчатые передачи с циклоидальным зацеплением.

В зависимости от взаимного положения зубчатых колес передачи бывают с внешним и внутренним зацеплением. Наиболее распространены передачи с внешним зацеплением.

В зависимости от конструктивного исполненияразличают закрытые и открытые зубчатые передачи. В закрытых передачах колеса помещены в пыле- и влагонепроницаемые корпуса (картеры) и работают в масляных ваннах (зубчатое колесо погружают в масло до 1/3 радиуса).
В открытых передачах зубья колес работают всухую или при периодическом смазывании консистентной смазкой и не защищены от вредного воздействия внешней среды.

В зависимости от числа ступеней зубчатые передачи бывают одно- и многоступенчатые.

В зависимости от относительного характера движения осей зубчатых колес различают рядовые передачи, у которых оси неподвижны, и планетарные зубчатые передачи, у которых ось сателлита вращается относительно центральных осей.

Основы теории зубчатого колеса



 

Основная теорема зацепления

Профили зубьев колес должны быть сопряженными, т. е. заданному профилю зуба одного колеса должен соответствовать вполне определенный профиль зуба другого колеса.
Чтобы выяснить, какова должна быть форма профиля зубьев пары колес, чтобы зацепление обеспечивало требуемое постоянство передаточного отношения, рассмотрим два зуба С и D, принадлежащих шестерне и колесу передачи и соприкасающихся в точке S (см. рисунок 2).

С – ведущее колесо с центром вращенияО1, а D – ведомое колесо с центром вращения в точке О2. Расстояние aw между центрами О1 и О2 неизменно.
Зуб шестерни, вращаясь с угловой скоростью ω1, оказывает давление на зуб колеса, сообщая ему угловую скорость ω2.

Проведем через точку S общую для обоих профилей касательную ТТ и нормаль NN.
Очевидно, что окружные скорости точки касания зубьев S относительно центров вращения О1 и О2 будут равны:

v1 = О11и v2 = О22.

Разложим скорости v1 и v2 на составляющие v’1 и v’2 по направлению нормали NN и составляющие v”1 и v”2 по направлению к касательной ТТ.
Для обеспечения постоянного касания профилей необходимо соблюдение условияv’1 = v’2, иначе, если скорость точки касания на зубе шестерни будет меньше скорости точки касания на зубе колеса (т. е. v’1 < v’2) , то зуб шестерни отстанет от зуба колеса, если же точка касания на зубе шестерни будет больше точки касания на зубе колеса (v’1 > v’2), произойдет врезание зубьев.

Опустим из центров О1 и О2 перпендикуляры О1В и О2С на нормаль NN.
Поскольку треугольники aeS и BSO1 подобны, можно записать:

v’1/v1 = О1В/О1S,

откуда получим:

v’1 = v1О1В/О1S = ω1О1В.

Из подобия треугольников afS и CSO2 следует:

v’2/v2 = О2С/О2S,

откуда

v’2 = v2О2С/О2S = ω2О2С.

Но v’1 = v’2, следовательно:

ω1О1В = ω2О2С.

Передаточное число: u = ω12 = О2С/О1В. (1)

Нормаль NN пересекает линию центров О1О2 в точке П, называемой полюсом зацепления.
Из подобия треугольников О2ПС и О1ПВ следует:

О2С/О1В = О2П/О1П = rw2/rw1. (2)

Сравнивая соотношения (1) и (2), получим:

u = ω1/ ω2 = rw2/ rw1 = const. (3)

Это соотношение выражает основную теорему зацепления, которая может быть сформулирована следующим образом:
Для обеспечения постоянного передаточного числа зубчатых колес профили их зубьев должны быть очерчены по кривым, у которых общая нормаль NN, проведенная через точку касания профилей, делит расстояние между центрами О1О2 на части, обратно пропорциональные угловым скоростям.




 

Полюс зацепления П сохраняет неизменное положение на линии центров О1О2, поэтому радиусы rw2 и rw1также неизменны. Окружности радиусов rw1 и rw2 называют начальными.
При вращении зубчатых колес начальные окружности перекатываются друг по другу без скольжения, о чем свидетельствует равенство скоростей ω1 rw1 и ω2 rw2, полученное из формулы (3).

***

Из множества кривых, удовлетворяющих требованиям основной теории зацепления, практическое применение в современном машиностроении получила эвольвента окружности, которая обладает следующими свойствами:

· позволяет получить сравнительно точно и просто профиль зуба в процессе нарезания;

· без нарушения правильности зацепления допускает некоторое изменение межосевого расстояния aw, которое может появиться в результате неточностей изготовления и сборки, деформации деталей передачи при работе;

· обеспечивает высокую точность и долговечность зубьев, малые скорости скольжения точек контакта на поверхности зацепляющихся зубьев и высокий КПД.

***


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Основные виды зубчатых передач

Существует достаточно большое количество различных механизмов, предназначенных для передачи усилия и вращения. Довольно большое распространение получила зубчатая передача. Подобный механизм выступает в качестве промежуточного элемента, который изготавливается при применении металла с различными эксплуатационными характеристиками. Рассмотрим особенности подобного механизма подробнее.

Общее описание

Стандартная ременная передача предусматривает использование промежуточного элемента, в качестве которого выступает ремень. Зубчатое зацепление характеризуется наличием поверхности зацепления и сопряжения зубьев. Основные элементы зубчатой передачи следующие:

  1. Ведущее и ведомое колесо.
  2. Вал, который предназначен для непосредственного крепления колес.
  3. Подшипники, обеспечивающие подвижность колес.
  4. Шпонка, исключающая вероятность проворачивания колеса на валу.

Параметры зубчатой передачи могут существенно отличаться. Для начала отметим, что между ведомым и ведущим колесом предусмотрено наличие технологического зазора, который обеспечивает скольжение и возможность теплового расширения, а также смазывание основных элементов для исключения вероятности заклинивания механизма.

Детали машин изготавливаются при применении самых различных металлов, в большинстве случаев это углеродистая сталь. Скорость вращения механизма зависит от точности шестерен, а также некоторых ее других параметров. Принцип работы устройства позволяет использовать его при создании самых различных механизмов, к примеру, насосов или передач.

Конструкция передач

Классическая схема зубчатой передачи применяется уже на протяжении длительного периода. Рассматриваемая конструкция имеет следующие особенности:

  1. В качестве основы применяется корпус. Зачастую он изготавливается из чугуна или других коррозионностойких сталей. Корпус обеспечивает надежное крепление основных элементов, а также является контейнером для смазки. Существует просто огромное количество различных корпусов, все зависит от области применения механизма.
  2. Основным элементом является вал, который передает зубчатым зацеплением вращение. Как правило, вал получает вращение от электрического привода или других элементов. Для их крепления устанавливаются подшипники. Вал подбирается под посадочное отверстие зубчатых колес, может иметь ступенчатую форму.
  3. Садятся шестерни на валы методом прессования. За счет этого исключается вероятность проворачивания элементов, которые находятся в зацеплении. Кроме этого, фиксация обеспечивается за счет шпонки.
  4. Расстояние между валами зубчатого зацепления выбирается с учетом диаметра колес, а также их других параметров.
  5. Форма шестерен может существенно отличаться. Зачастую боковая сторона имеет небольшие выступы, а рабочая поверхность представлена сочетанием зубьев. Количество зубьев, их направление и многие другие параметры могут существенно отличаться. Характеристики выбираются в зависимости от области применения механизма.

В целом можно сказать, что рассматриваемое устройство довольно просто, за счет чего обеспечивается длительный срок эксплуатации. Разновидностью зубчатой передачи также является винтовой механизм или рейка. Сегодня чертеж винтовой передачи при необходимости можно сказать с интернета.

Классифицируют зубчатые передачи по довольно большому количеству различных признаков. Только при правильном выборе наиболее подходящего варианта исполнения можно обеспечить длительный срок эксплуатации и требуемые характеристики.

Классификация зубчатых передач

Бывают самые различные виды зубчатых передач. Классификация проводится по большому количеству различных признаков:

  1. Относительное расположение осей, на которых крепятся колеса. По этому признаку выделяют механизмы с параллельными осями, пересекающимися или скрещивающимися. Проще всего в изготовлении самая распространенная цилиндрическая зубчатая передача, так как в этом случае механизм характеризуется высокой надежностью и длительным сроком эксплуатации. Если нужно изменять направление вращения, то применяется другая конструкция. Зубчатые передачи с параллельными и пересекающимися осями применяются в самых различных случаях, к примеру, при создании насосов и приводом различных устройств.
  2. Расположение зуба на поверхности изделия относительно посадочного отверстия. По этому признаку выделяют передачи с внутренним и наружным зацеплением. Кроме этого, в некоторых механизмах есть реечная конструкция: прямая рейка подходит для преобразования вращений в прямолинейное движение.
  3. По форме профиля. Чаще всего устанавливается эвольвентная зубчатая передача, но также применяются неэвольвентные механизмы. Проводится классификация зубчатых колес в зависимости от расположения теоретической линии зуба. По этому признаку выделяют прямозубые устройства и с косым расположением. Кроме этого, есть шевронная зубчатая передача и с винтовым расположением. Современная косозубая передача получила широкое распространение, так как за счет подобного расположения зуба снижается износ и степень шума. Именно поэтому подобные варианты исполнения устанавливаются в случае, когда нужно передать высокую скорость или сделать бесшумное устройство. Конические зубчатые передачи могут изготавливаться и с прямым зубом, но подобные механизмы не предназначены для длительной работы, так как зуб при работе контактирует по всей площади.
  4. Классификация проводится по конструктивному оформлению корпуса. Выделяют закрытые и открытые передачи. Первый вариант исполнения могут работать исключительно при подаче смазывающего вещества, второй работает и на сухом ходу.
  5. Передача бывает понижающая и повышающая. Выбор проводится в зависимости от того, нужно ли увеличить количество оборотов или повысить передаваемое усилие.
  6. По величине окружности выделяют тихоходные, среднескоростные и быстроходные устройства. Выбор проводится в зависимости от того, каким свойствами должно обладать полученный механизм.

Заготовки для получения основных элементов получаются путем литья или штамповки. После этого проводится дальнейшая обработка. Процесс обработки предусматривает применение дисковых и пальцевых фрез, а также шлифовальных кругов для получения требуемого качества поверхности. Другими особенностями обработки отметим следующие моменты:

  1. Подобные изделия нельзя изготовить методом чистовой прорезки выбранной фрезы. Эта технология применяется только на первоначальном этапе обработки.
  2. Следующий шаг предусматривает механическую обработку путем обкатки при непосредственном зацеплении. Для этого применяется специальное колесо, которое изготавливается при применении высокопрочного металла.
  3. В качестве основания часто применяется углеродистая сталь. Для улучшения основных качеств проводится цементация, закалка, цианирование, а также азотирование. Для получения низкокачественных изделий улучшение проводится уже после нарезки зубьев, после чего поверхность доводится до готового варианта путем шлифования или обкатки.

Цилиндрические зубчатые передачи получили самое широкое распространение. Также может устанавливаться эвольвентная разновидность устройства. Для создания особых механизмов применяются планетарные передачи, которые характеризуются более сложной конструкцией.

Многие встречаются с рассматриваемым механизмом в виде редуктора, представленного цилиндрической передачей. Их распространение можно связать со следующим моментами:

  1. Технология изготовления подобных зубчатых колес достаточно проста, было создано просто огромное количество различного оборудования, которое предназначено для производства подобного изделия.
  2. В большинстве случаев вращение передается между двумя валами, которые расположены параллельно.
  3. Редуктор также имеет специальный корпус закрытого типа. Он предназначен для защиты механизма от воздействия окружающей среды, а также накопления масла.
  4. Изменение передаваемого усилия проводится за счет изменения диаметрального размера изделий.

Многие при эксплуатации передачи не уделяют должного внимания смазке. Именно эта причина приводит к существенному износу рабочих элементов. Своевременная подача смазывающей жидкости существенно снижается трение в зоне контакта, а также снижает вероятность появления коррозии на поверхности.

Конические передачи получили также весьма широкое распространение. Их ключевой особенностью можно назвать расположение осей под углом 90 градусов относительно друг друга. Конструктивными особенностями этого варианта исполнения назовем следующие моменты:

  1. Шестерни представлены формой срезанного конуса, которые могут соприкасаться друг с другом. Боковыми сторонами. За счет этого усилие передается под углом 90 градусов и поверхность соприкосновения достаточно большая.
  2. Профиль каждого зуба характеризуется тем, что он больше у снования и меньше возле вершины.
  3. Зубчатые венцы изготавливаются с прямой, криволинейной и тангенциальной нарезкой.
  4. Выделяют также гипоидный вариант исполнения. Он характеризуется высокой плавностью хода и низким уровнем шума на момент работы. Устанавливается подобное устройство в случае, когда усилие передается на протяжении длительного периода. При применении гипоидного варианта исполнения рекомендуется смазывать зону контакта при применении специального вещества, которое также выступает в качестве охлаждения.

В отличии от цилиндрических вариантов исполнения, рассматриваемый способен передавать всего 85% несущей способности. Потери можно связать с тем, что проводится перенаправление передаваемого усилия под большим углом.

Реечные передачи также получили весьма широкое распространение. Их непосредственное предназначение заключается в преобразовании вращения в возвратно-поступательное движение. Среди особенностей подобного варианта исполнения отметим следующие моменты:

  1. Реечная передача довольно проста в изготовлении и с ее монтажом, как правило, не возникает серьезных трудностей.
  2. Высокая надежность и хорошие нагрузочные способности также определили широкое распространение реечной передачи.
  3. Область применения довольно обширна: долбежные станки, транспортировочные механизмы, передачи других промышленных механизмов.

Разновидностью рассматриваемого варианта исполнения можно назвать зубчато-ременные передачи. Эта гибридная модель характеризуется свойствами, которые присущи обоим устройствам. К ключевым особенностям можно отнести:

  1. Тихая работа. Большинство звездочек характеризуется тем, что металл при соприкосновен на большой скорости становится причиной появления шума. Это может создавать довольно много дискомфорта.
  2. Отсутствие эффекта проскальзывания. За счет этого существенно повышается показатель КПД и область применения всего механизма.
  3. Стабильная работа при высоких оборотах достигается за счет применения гибких ремней со специальным сердечником.

Подобный механизм чаще других применяется в качестве привода электрического двигателя.

Геометрические параметры зубчатых колес

Для обеспечения качественного зацепления и условий для передачи большого усилия создается особая геометрия зубчатого колеса. Она характеризуется следующими особенностями:

  1. Боковые грани на момент работы механизма соприкасаются. Пятно контакта обеспечивается специальной криволинейной формой.
  2. Наибольшее распространение получил эвольвентный профиль.
  3. Создается угол зацепления таким образом, чтобы даже при несущественном смещении не происходило заклинивание механизма. Параметры зубчатых колес указываются на чертежах.

Основным элементом передачи можно считать зубчатые колеса. Их основными параметрами назовем следующие моменты:

  1. Делительная окружность. Она указывается на всех чертежах. Под этим параметром понимают соприкасающиеся окружности, катящиеся одна по другой без скольжения.
  2. Шаг расположения зубьев-расстояние между профильными поверхностями соседних зубьев. Этот параметр указывается для всех передач и механизмов в спецификации и на чертежах.
  3. Длина делительной окружности или модуль также является важным параметром, который нужно учитывать.
  4. Высота делительной головки.
  5. Зуб является важным элементом каждого колеса. Он характеризуется довольно большим количеством различных характеристик, среди которых отметим высоту ножки, самого зуба и делительной головки.
  6. Диаметр окружности вершин и впадин зубьев.

Некоторые их приведенных выше параметров рассчитываются при проектировании передачи, другие выбираются по табличным данным. Прямозубая передача проще всего в проектировании и изготовлении, но она характеризуется менее привлекательными эксплуатационными характеристиками. Крутящий момент и другие параметры выбираются в зависимости от поставленной задачи при проектировании конструкции.

Применение зубчатых передач

Области применения зубчатых передач весьма обширны. Сегодня подобные механизмы применяются в различных отраслях промышленности. Проведенные исследования указывают на то, что в год изготавливается несколько миллионов экземпляров подобных изделий. Рассматривая применение и назначение отметим нижеприведенные моменты:

  1. Цилиндрическая передача используется для повышения или понижения передаваемого усилия. Примером их применения можно назвать двигатели внутреннего сгорания или коробки передач, буровые и металлургические установки, оборудование горнодобывающей промышленности.
  2. Конические передачи применяют намного реже. Это прежде всего связано с тем, что они довольно сложны в производстве. Область применения – сложная механическая передача с переменными углами и изменением нагрузки. Примером можно назвать ведущие мосты транспортных средств, а также конвейеры и другие устройства, применяемые в агропромышленном комплексе.

Область применения зависит от конструктивных особенностей механизма, а также типа применяемого материала при производстве.

На момент работы слышен монотонный умеренный шум. Если появляются посторонние звуки, то это может указывать на появление существенных проблем, к примеру, сильного износа поверхности. Техническое обслуживание проводится следующим образом:

  1. Визуальный осмотр требуется для того, чтобы исключить вероятность наличия трещин или сколов на поверхности.
  2. Особое внимание уделяется тому, чтобы при работе колеса правильно зацеплялись. Слишком большой зазор может привести к сильному износу и другим проблемам, так как нагрузка распределяется неравномерно. Изменение зазора проводится путем регулировки положения вала и подшипников.
  3. На момент работы уделяется внимание тому, чтобы не возникало торцевое биение или другая неравномерность хода.
  4. Для определения правильности хода на зубья наносятся отметки при помощи специальной краски. До момента их полного засыхания валы проворачивают несколько раз. Форма отпечатка определяет то, насколько правильно соединение.
  5. После высыхания краски уделяется внимание тому, чтобы точка касания была в средней части высоты зуба. Изменить положение можно путем установки специальных подкладок под подшипники.
  6. На момент обслуживания проводится добавление требующегося количества смазывающего вещества. Как ранее было отмечено, без него существенно увеличивается степень износа поверхности.

Периодическое обслуживание позволяет существенно увеличить эксплуатационный срок устройства. На момент осмотра устройства уделяется внимание также состоянию вала, подшипников и других элементов, которые обеспечивают стабильную и надежную работу. К примеру, незначительный изгиб вала становится причиной повышенного износа определенной части колеса. В самых сложных случаях происходит его обрыв.

Достоинства и недостатки

Рассматриваемое устройство характеризуется довольно большим количеством достоинств и недостатков, которые во многом определяют область применения. К преимуществам отнесем следующие моменты:

  1. Длительный эксплуатационный срок и высокая надежность. Применение стали в качестве основного материала при изготовлении механизма определяет то, что оно может прослужить в течение длительного периода. Поверхность зуба дополнительно закаливается для снижения степени износа.
  2. При правильном и своевременном обслуживании эксплуатационный срок существенно увеличивается. Примером можно назвать применение смазывающего масла, его подачу в зону контакта.
  3. Устройство характеризуется небольшими размерами. За счет этого повышается КПД зубчатой передачи.
  4. Передача может применяться для изменения скорости в достаточно большом диапазоне.
  5. При правильном выборе колес можно исключить вероятность воздействия на поверхность чрезмерной нагрузки.

Коэффициент КПД может варьировать в достаточно большом диапазоне, зачастую он ниже 70%.

Недостатков у зубчатой передачи также довольно много. Основными можно назвать следующие моменты:

  1. При высокой скорости вращения появляется сильный шум, который может создавать массу дискомфорта.
  2. Устройство не может быстро реагировать на изменение нагрузок.
  3. Основные элементы дороги в изготовлении, получить их можно только при применении специального оборудования.

В заключение отметим, что привод угловой зубчатой передачей зачастую является незаменимым устройством. В большинстве случаев основные элементы зубчатой передачи изготавливаются в зависимости от того, какое устройство нужно получить. Большая доля производственной деятельности машиностроительных заводов связана с непосредственным производством зубчатых колес различного типа.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Зубчатые передачи

В зубчатой передаче движение передается с помощью зацепления пары зубчатых колес. Меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, большое – колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так к большому колесу.
При написании расчетных формул и указании параметров передачи шестерне присваивают индекс 1, колесу – индекс 2, например: d1 , d2 , n1 , n2 .
Зубчатые передачи являются самым распространенным видом механических передач, поскольку они могут надежно передавать мощности от долей до десятков тысяч киловатт при окружных скоростях до 275 м/с. По этой причине они широко применяются во всех отраслях машиностроения и приборостроения.

Достоинства зубчатых передач

К достоинствам этого вида механических передач относятся:

  • Высокая надежность работы в широком диапазоне нагрузок и скоростей;
  • Малые габариты;
  • Большой ресурс;
  • Высокий КПД;
  • Сравнительно малые нагрузки на валы и подшипники;
  • Постоянство передаточного числа;
  • Простота обслуживания;

Недостатки зубчатых передач

Как и любой другой вид механических передач, зубчатые передачи имеют ряд недостатков, к которым относятся:

  • Относительно высокие требования к точности изготовления и монтажа;
  • Шум при больших скоростях, обусловленный неточностями изготовления профиля и шага зубьев;
  • Высокая жесткость, не дающая возможность компенсировать динамические нагрузки, что часто приводит к разрушению передачи или элементов конструкции (для примера – ременная или фрикционная передача при внезапных динамических нагрузках могут пробуксовывать).

Классификация зубчатых передач

Зубчатые передачи классифицируются по ряду конструктивных признаков и особенностей.
В зависимости от взаимного расположения осей , на которых размещены зубчатые колеса, различают передачи цилиндрические (при параллельных осях), конические (при пересекающихся осях) и винтовые (при перекрещивающихся осях).
Винтовые зубчатые передачи применяются ограниченно, поскольку имеют низкий КПД из-за повышенного скольжения в зацеплении и низкую нагрузочную способность. Тем не менее, они имеют и некоторые достоинства – высокую плавность хода и возможность выводить концы валов за пределы передачи в обе стороны.

На рисунке 1 представлены наиболее широко применяемые виды зубчатых передач:

1 – цилиндрическая прямозубая передача;
2 – цилиндрическая косозубая передача;
3 – шевронная передача;
4 – реечная передача;
5 – цилиндрическая передача с внутренним зацеплением;
6 – винтовая передача;
7 – коническая прямозубая передача;
8 – коническая косозубая передача;
9 – коническая передача со спиралевидными зубьями;
10 – гипоидная передача.

В зависимости от вида передаваемого движения различают зубчатые передачи, не преобразующие передаваемый вид движения и преобразующие передаваемый вид движения. К последним относятся реечные зубчатые передачи, в которых вращательное движение преобразуется в поступательное или наоборот. В таких передачах рейку можно рассматривать, как зубчатое колесо с бесконечно большим диаметром.
Среди перечисленных видов зубчатых передач наиболее распространены цилиндрические передачи, поскольку они наиболее просты в изготовлении и эксплуатации, надежны и имеют небольшие габариты.

В зависимости от расположения зубьев на ободе колес различают передачи прямозубые, косозубые, шевронные и с круговыми (спиральными) зубьями.
Шевронные зубчатые колеса можно условно сравнивать со спаренными косозубыми колесами, имеющими противоположный угол наклона зубьев. Такая конструкция позволяет избежать осевых усилий на валы и подшипники опор, неизбежно появляющихся в обычных косозубых передачах.

В зависимости от формы профиля зубьев различают эвольвентные зубчатые передачи и передачи с зацеплением Новикова.
Эвольвентное зацепление в зубчатых передачах, предложенное еще в 1760 году российским ученым Леонардом Эйлером, имеет наиболее широкое распространение.
В 1954 году в России М. Л. Новиков предложил принципиально новый тип зацеплений в зубчатых колесах, при котором профиль зуба очерчен дугами окружностей. Такое зацепление возможно лишь для косых зубьев и носит название по имени своего изобретателя – зацепление Новикова или профиль Новикова.
В принципе, возможно изготовление зубчатых передач и с другими формами зубьев – даже квадратными, треугольными или трапецеидальными. Но такие передачи имеют ряд существенных недостатков (непостоянство передаточного отношения, низкий КПД и т. д.), поэтому распространения не получили. В приборах и часовых механизмах иногда встречаются зубчатые передачи с циклоидальным зацеплением.

В зависимости от взаимного положения зубчатых колес передачи бывают с внешним и внутренним зацеплением. Наиболее распространены передачи с внешним зацеплением.

В зависимости от конструктивного исполнения различают закрытые и открытые зубчатые передачи. В закрытых передачах колеса помещены в пыле- и влагонепроницаемые корпуса (картеры) и работают в масляных ваннах (зубчатое колесо погружают в масло до 1/3 радиуса).
В открытых передачах зубья колес работают всухую или при периодическом смазывании консистентной смазкой и не защищены от вредного воздействия внешней среды.

В зависимости от числа ступеней зубчатые передачи бывают одно- и многоступенчатые.

В зависимости от относительного характера движения осей зубчатых колес различают рядовые передачи, у которых оси неподвижны, и планетарные зубчатые передачи, у которых ось сателлита вращается относительно центральных осей.

Колеса зубчатых передач в зависимости от расположения их геометрических осей могут быть ци­линдрическими, коническими или винтовыми.

Передача цилиндрическими колесами применяется при параллельном распо­ложении осей, коническими при пересекающихся осях и винтовыми при перекрещивающихся. Передачи цилиндрическими колесами могут быть внешнего и внутреннего зацепления В первом случае зубчатые колеса вращаются в противоположные стороны, а во втором — в одну и ту же. Во всех случаях вращение ведущего зубчатого колеса преобразуется во вращение ведомого зубча­того колеса через нажатие зубьев первого на зубья второго.

Червячная передача представляет собой зубчато-винтовую передачу и состоит из червяка — винта с трапецеидальной резьбой и червячного колеса — косозубого колеса с зубьями специ­альной формы. При вращении червяка его витки, находящиеся в контакте с зубьями колеса, давят на них и заставляют поворачиваться. Для обеспечения постоянного и равномерного движения не­обходимо, чтобы осевой шаг червяка был равен торцевому шагу червячного колеса. В этих передачах за каждый оборот червяка колесо поворачивается на один зуб при однозаходной резьбе, на два зуба — при двухзаходной и т.д. С помощью таких передач можно получить переда­точное число больше 200 (обычно 50. 60). Постоянно работающая червячная пара потребляет зна­чительную мощность, выделяет большое количество теплоты и требует обязательного интенсив­ного охлаждения. Этим объясняется сравнительно редкое применение червячных передач, особен­но в механизмах, передающих значительные мощности. Червячные передачи обычно отличаются свойством самоторможения.

Это свойство используется в грузоподъемных устройствах. Если необходимо получить большие передаточные чис­ла, обычно прибегают к многоступенчатым зубчатым передачам, в основном с цилиндрическими зубчатыми парами. Такие многоступенчатые передачи называются редукторами. Редукторы вы­пускаются промышленностью как самостоятельные изделия. Они стандартизированы и могут быть установлены в любой машине в соответствии со своими параметрами. Редукторы выпуска­ются одно-, двух-, трех- и многоступенчатыми с различными зубчатыми передачами (цилиндриче­скими, червячными, коническо-цилиндрическими и т.д.). Основными параметрами редукторов яв­ляются передаваемая мощность, передаточное число и частота вращения ведущего вала. В редукторах передачи располагаются внутри корпусов специальной конструкции. Нижняя часть корпуса обычно заполняется маслом, уровень которого контролируется. При вращении колес часть из них, окунаясь в масляную ванну редуктора, поднимает масло и разбрызгивает его, обес­печивая смазывание трущихся поверхностей.

Корпусы редукторов снабжаются опорными лапами для крепления к фундаментам или рамам, или рым-болтами для монтажа, а также ребрами для увеличения теплоотдачи.

Общие сведения о цепных передачах. Основные части цепных передач.При сравнительно больших межосевых расстояниях, когда нецелесообразно использовать зубча­тые передачи из-за их громоздкости и ременные — в связи с требованиями компактности или по­стоянства передаточного числа, применяются цепные передачи. Цепная передача состоит из расположенных на некотором расстоянии друг от друга двух колес. называемых звездочками, и охватывающей их цепи. Вращение ведущей звездочки пре­образуется во вращение ведомой при сцеплении их со звеньями цепи и передаче окружного уси­лия через натянутую цепь.

Цепные передачи, работающие при больших нагрузках и скоростях, помещают в специальные ко­жухи (картеры), в которых они постоянно и обильно смазываются и защищаются от загрязнения.

В качестве приводных цепей обычно применяются роликовые, втулочные, зубчатые и крюч­ковые цепи.

Все цепные передачи требуют постоянного ухода (смазывание, регулировка) и выходят из строя в основном из-за износа шарниров цепей, который приводит к увеличению шага и удлинению самой цепи.

К достоинствам цепных передач относятся применимость в широком диапазоне межцентро- вых расстояний, малые габариты и масса, простота замены и высокий КПД.

К недостаткам — возможность внезапного обрыва, удлинение вследствие износа и необходимость натяжных устройств, неравномерность скорости, особенно при малом числе зубьев звездочки.

Тема 4: Детали передач

Вопросы:

1. Назначение осей и валов. Виды.

2. Назначение подшипников. Типы подшипников.

3. Назначение муфт. Виды муфт.

4. Назначение постоянных муфт. Основные части.

5. Назначение сцепных муфт.

6. Назначение фрикционных и дисковых муфт. Схемы фрикционных дисковых муфт.

Оси и валы

Для поддержания вращающихся деталей (шкивы, зубчатые колеса, звездочки, блоки, катки, барабаны и т.д.) служат оси. Они могут быть вращающимися (вместе с установленными на них дета­лями) или невращающимися (относительно которых вращаются установленные на них детали) Оси воспринимают нагрузку от расположенных на них деталей и работают на изгиб. Детали, которые, в отличие от осей, в основном предназначены для передачи моментов, называ­ются валами. Валы, несущие на себе детали, через которые передается крутящий момент, воспринимают от этих деталей нагрузки, и поэтому работают одновременно на кручение и изгиб. Оси представляют собой прямые (в большинстве случаев переменного сечения) стержни, а валы могут быть как прямыми, так и коленчатыми и гибкими .

Оси и валы вращаются относительно опор, называющихся подшипниками. Те части валов или осей, которыми они непосредственно опираются на опоры, называются цапфами. Цапфы, вос­принимающие осевую нагрузку, называются пятами.

Изготавливаются оси обычно из конструкционных или качественных углеродистых сталей, а раз­меры поперечного сечения осей задаются из условий расчета на прочность по максимальному из­гибающему моменту. Ось рассматривают при этом как балку на шарнирных опорах. При расчете валы и оси рассматриваются как балки на шарнирных опорах и рассчитываются на прочность. Определяют величины изгибающих и крутящих моментов в опасных сечениях. Если нагрузки действуют в разных плоскостях, то их обычно раскладывают на две взаимно перпендикулярных плоскости.

Установлено, что максимальные прогибы осей и валов не должна быть больше 0,0003 от расстоя­ния между опорами вала, а в местах установки зубчатых колес — не более 0,03 от модуля зацеп­ления. Если валы и оси не отвечают таким требованиям, тоих проверяют на жесткость.

Гибкие валы.

Для передачи движения между деталями, расположенными так, что жесткую связь нельзя осуще­ствить (например, для привода вибраторов, механизированных инструментов и других ме­ханизмов), применяются гибкие валы.

Эти валы изготавливают из нескольких слоев проволоки, плотно намотанных на сердечник, при­чем каждый слой имеет противоположное направление навивки. Направление навивки наружного слоя противоположно тому, которое должен иметь вал при работе, чтобы проволока не раскручи­валась. а также, чтобы при вращении вала внутренние слои уплотнялись. Броня, покрывающая гибкий вал, вместе с ним не вращается. Она обеспечивает заданное направление, защищает вал от повреждений, удерживает на нем консистенцию смазки и предохраняет рабочих от захвата валом.

Подшипниками называются детали, которые воспринимают и передают на раму, корпус или станину опорные реакции, возникающие на цапфах валов и вращающихся осей. Различают под­шипники скольжения и качения.

Подшипники скольжения. По своей конструкции подшипники скольжения делятся на не­разъемные (глухие) и разъемные. Неразъемные относятся к простейшим подшипникам, приме­няемым при небольших угловых скоростях вращения валов и осей. Выполняются они (рис. 1.17) в виде втулок 1 из антифрикционных материалов, запрессованных непосредственно в корпусную деталь (раму или станину) или в отдельную деталь, прикрепляемую к раме. Главный недостаток этих подшипников состоит в том, что устранить увеличенный зазор, образуемый в результате из­носа втулки и цапфы, можно только заменой втулки.

Более современными являются разъемные подшипники. Он состоит из корпуса 1 и крышки 2, между ними болтами зажаты нижний 4 и верх­ний 3 вкладыши. Вкладыши изготавливаются из антифрикционных материалов или покрываются ими по внутренней поверхности. В разъем между вкладышами перед их расточкой устанавлива­ются металлические прокладки 5, которые затем, по мере износа трущихся частей, удаляются, по­зволяя уменьшить зазор между цапфой и вкладышем.

Существует множество и других конструкций подшипников скольжения. Однако, все они облада­ют рядом недостатков: большие потери энергии на трение; необходимость использования дорогих антифрикционных материалов; большие размеры в осевом направлении; сложность в эксплуата­ции. Вместе с тем подшипники скольжения имеют и некоторые неоспоримые преимущества: ма­лые размеры подшипника в радиальном направлении; работоспособность при очень высокую ско­ростях; бесшумность; разъемность; работоспособность в химически активных средах. Значительные потери на трение приводят к нагреву подшипников, вследствие чего ухудшаются условия смазывания и повышается их износ.

Смазка подшипников скольжения может быть местной и централизованной, а по характеру дейст­вия — периодической и непрерывной. При местном смазывании каждый подшипник смазывается отдельным смазочным устройством (масленкой), а при централизованном — одно устройство рас­пределяет смазку между рядом подшипников.

В современных сложных машинах с быстроходными валами основной является централизованная смазка, при которой масло с помощью масляного насоса под давлением нагнетается через мас­ляные фильтры в подшипники. По такой схеме осуществляется, например, смазывания двигателей внутреннего сгорания. Более простым способом является смазывание разбрызгиванием широко применяемое в различного рода редукторах.

Подшипники качения.

По форме тела каче­ния подшипники делятся на шариковые, роликовые и игольчатые. Роликоподшипники по сравнению с шарикоподшипниками обладают большей нагрузочной способностью. По направлению действия воспринимаемой нагрузки, они делятся на радиальные, упорные и радиально-утюрные. По количеству рядов тел вращения подшипники могут быть одно- и двухрядными. Чтобы ролики или шарики находились на одинаковом расстоянии один от другого, в подшипни­ках предусмотрены сепараторы, представляющие собой штампованные кольца с отверстиями для роликов или шариков.

Шариковые подшипники применяют в передачах с малыми и средними нагрузками. Роликовые подшипники устанавливают в передачах со значительными нагрузками, которые могут быть почти в 2 раза больше, чем допускаемые для шариковых.

Радиальные подшипники предназначены для передачи радиальных усилий при точной установке вала, а радиальные сферические — для тех случаев, когда нельзя гарантировать строгую соосность опор. Роликовые подшипники не допускают нагружения даже незначительными осевыми уси­лиями.

Основным преимуществом подшипников качения является значительно меньшей, чем у подшип­ников скольжения, коэффициент трения.

Так, для шарикоподшипников приведенный коэффициент трения = 0,001. 0,003, для роликоподшипников он примерно вдвое больше, а для подшипников скольжения = 0,02. 0,04. Кроме того, подшипники качения просты в монтаже и обслуживании, расходуют малое количество смазки, имеют сравнительно низкую стоимость и малые габариты в осевом направлении.

Основными недостатками подшипников качения являются значительные габариты в радиальном направлении, невозможность разъема в осевой плоскости и плохое восприятие ударных нагрузок. Номинальный размер, определяющий подшипник, — диаметр отверстия внутреннего кольца. Подшипники разных серий при одном и том же внутреннем диаметре имеют различные наружные размеры.

Подшипники качения очень чувствительны к абразивному изнашиванию. Поэтому они должны быть хорошо изолированы от проникновения пыли. для этой цели их закрывают крышками или специальными уплотнительными деталями, которые носят название сальников и монтажных уп­лотнителей.

Для смазывания подшипников качения применяются консистентные смазки и жидкие минераль­ные масла.

Подшипники обычно имеют условные обозначения.Порядок расположения знаков условных обозначений подшипников с внутренним диаметром от 10 до 495 мм следующий:

ХХХХХХХ

внутренний диаметр подшипника

конструктивная разновидность

Муфты

Устройства, предназначенные для соединения валов между собой и передающие крутящие момен­ты от одного вала к другому называются муфтами.

Муфты, осуществляющие постоянные соединения, носят название постоянных (неуправляемых), а те, что позволяют в процессе работы машины разъединять соединяемые детали — сцепных (управляемых).

Применение постоянных муфт определяется технологическими требованиями изготовления ма­шины, а сцепных — ее кинематикой.

Муфты в строительных машинах достаточно разнообразны по своей конструкции, поэтому рас­смотрим лишь основные, наиболее распространенные из них.

Постоянные муфты.

Могут быть глухими, предназначенными для соединения строго соосных валов, и компенсирующими — ими соединяются валы, имеющие некоторую подвижность или несооеность. Наиболее распространенными глухими муфтами являются втулочные.

Наиболее просты втулочные муфты. Крутящий момент от ведущего вала 1 на втулку 2 и от нее ведомому валу 4 передается с помощью шпонок 3 или штифтов, а сама муфта в осевом направлении фиксируется установочными винтами 5. Недостаток таких муфт заключается в необ­ходимости большого осевого смещения валов при монтаже и демонтаже. К наиболее распространенным компенсирующим муфтам относятся упругая втулочно-пальцевая и плавающая, или крестовая.

Сцепные муфты.

Применяемые в строительно-дорожных машинах сцепные муфты по способу передачи крутящего момента могут быть кулачковыми, зубчатыми, фрикционными и гидрав­лическими.

Кулачковые муфты обеспечивают постоянную жесткую связь ведущего и ведомого вала, но не допускают их включения на ходу под нагрузкой и при значительной разнице в угловых скоростях между ними.

Разновидностью кулачковой является зубчатая муфта, в которой передача крутящего момента производится с помощью большого количества кулачков-зубьев, выполненных на одной по­лумуфте в виде внутреннего зацепления, а на второй — в виде внешнего с равным первой муфте числом зубьев. Такие муфты применяются в коробках передач автомобилей, тракторов и других самодвижущихся машин. Бо­ковые поверхности зубьев в этом случае выполняются обычно, как и в зубчатых колесах, по эвольвентному профилю, удобному с технологической точки зрения.

Фрикционные муфты

Наибольшее применение в качестве сцепных получилифрикционные муфты, в которых крутя­щий момент передается за счет сил трения. В зависимости от формы поверхностей трения разли­чают следующие фрикционные муфты: дисковые, конусные, ленточные и пневмокамерные.

В зависимости от назначения усилие прижатия поверхностей трения в муфте может быть посто­янным. если выключение муфты производится лишь на короткие промежутки времени, или пе­риодическим, если муфта включается на короткие промежутки времени. Для создания постоянно­го усилия применяются предварительно затянутые пружины. Выключаться к включаться перио­дически работающая муфта может рычажной системой с воздействием на нее мускульной силы человека или, что теперь является основным, с помощью гидравлической или пневматической систем управления. В некоторых машинах с электрическим приводом включение или выключение муфт производится электромагнитными устройствами. На быстроходных валах, у которых про­скальзывание поверхностей трения муфты при включении больше, чем у тихоходных, обычно применяются дисковые муфты с несколькими поверхностями трения.

Контрольные вопросы тематической проверки.

1.Что называется деталью?

2. Какие соединения называются разъемными, какие неразъемными?

3. Объясните разницу между болтом, пиитом и шпилькой?

4. Какое соединение называется шпоночным, а какое шлицевым

5. Какими способами и видами можно получить сварное соединение?

6. Приведите примеры механических передачи?

7. Каковы преимущества и недостатки передач трением.

8. Что называется передаточным числом передач?

9. Объясните разницу между осью и валом.

10. Где и какие муфты применяются в машина

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-12; Нарушение авторского права страницы

Эволюция зубчатых колес и металлообрабатывающих станков

Для передачи мощности в механических изделиях используются зубчатые колеса самых разнообразных размеров. Их можно увидеть где угодно – от наручных часов до энерготурбин. По мнению экспертов размер рынка зубчатых колес и редукторов во всем мире оценивается примерно в 200-300 миллиардов долларов и с развитием промышленности этот рынок будет только расти.

Согласно мнению специалистов, история зубчатых колес началась более 2000 лет назад и антикитерский механизм, являющийся частью некой древнегреческой машины, считается одним из древнейших существующих зубчатых механизмов в мире. С технической точки зрения самый большой вклад в развитие зубчатых колес внес Леонардо да Винчи. Его учения наглядно показывают заметную эволюцию зубчатых колес конца XV века, а разработка и формирование основных форм используется и по сей день. Во времена Промышленной революции в конце XVIII века развитие высокопроизводительных станков сделало возможным массовый выпуск зубчатых колес, что способствовало всемирному распространению их использования во всех отраслях промышленности. Являясь неотъемлемым спутником прогресса в сфере производства, зубчатые колеса считаются символом промышленного развития, что нашло свое отражение на изображениях банкнот и национальных элементов разных стран мира. В то время как современный типовой механизм передачи мощности включает в себя преобразователь числа оборотов, ремни и цепную систему, а также зубчатые колеса, ни для кого не секрет, что именно зубчатые колеса являются ведущим элементом, влияющим на КПД передачи, допустимую нагрузку и долговечность. Исследования и разработки в области зубчатых колес активно поддерживаются промышленной и научной сферами, а также правительством. В Японии эвольвентное плоское коническое зубчатое колесо – это коническая зубчатая шестерня новой формы, которая производится в 10 раз быстрее обычной. Эта форма была разработана в 2016 году и привлекла большое внимание специалистов во всем мире. В то же самое время ведется активное исследование в области массового производства зубчатых колес из углепластика, и ожидается, что его ждет большое будущее.

Зубчатые колеса постоянно совершенствуются как неотъемлемый элемент в развитии производства.

В дополнение к передаче вращательного движения в параллельном направлении, зубчатые колеса также могут трансформировать вращательное движение в линейное, изменять направление вращения путем совмещения колес с разными осями вращения и изменять скорость вращения при совмещении колес различных диаметров. Для таких функций было разработано огромное количество различных типов зубчатых колес, в том числе цилиндрическое прямозубое колесо, шестерня реечной передачи, червячное колесо и ведущее коническое зубчатое колесо. Типы зубьев продольного направления также могут различаться, например, есть прямые зубья, косые зубья и спиральные. Число типов зубчатых колес, если их классифицировать в отношении профиля зуба, больше десяти. В настоящее время превалирующими являются эвольвентный и трохоидный профили. В частности, эвольвентный профиль получил широкое распространение в различных отраслях промышленности, т.к. он обеспечивает плавное вращение, а также есть различные способы зубонарезания.

Стандартные материалы для зубчатых колес – это черная и нержавеющая сталь. Также используются и другие материалы, например, инженерный пластик, который способствует сокращению веса колеса, освинцованный чугун для снижения уровня шума при сцеплении колес и закаленная сталь, которая усиливает прочность.

Колеса бывают различных видов, форм, из разных материалов и могут использоваться в самых разнообразных промышленных изделиях.

Одни из известных нам изделий, содержащих зубчатые колеса – это часы и фотоаппараты: маленькие шестерни, шириной менее 1 мм, используются в механизме вращения стрелок часов и линз масштабирования в фотоаппаратах. Сейчас также разрабатываются микро-колеса, и ожидается, что они внесут немалый вклад в развитие наномикроскопических машин.

В оборудовании, используемом в железнодорожном транспорте, кораблестроении, строительной технике, сталелитейной, энергетической и других тяжелых промышленностях, используется множество коробок передач, состоящих из колес различного диаметра. Коробка передач – это общее обозначение механизмов для передачи мощности, которые уменьшают скорость вращения, чтобы достичь высокого крутящего момента или наоборот – повышают скорость вращения. Например, они используются в системах колес железнодорожного транспорта и турбинных генераторах в ветро- и теплоэнергетике.

С недавних пор в аэрокосмической отрасли начали применять турбовентиляторные авиадвигатели с редуктором, которые также оборудованы коробкой передач.  Турбовентиляторный авиадвигатель с редуктором – это двигатель, в котором работа зубчатых колес оптимизирует вращение турбовентилятора и, в то же время, позволяет компрессору и турбине вращаться на пике своей производительности.  Сначала их применяли на самолетах малых и средних размеров, но также началось внедрение и на крупногабаритных авиалайнерах. По мнению специалистов, такое применение будет только расширяться.

С внедрением зубчатых колес в разнообразные промышленные изделия мы можем видеть, как процветает современное общество, а сами зубчатые колеса являются ключевым элементом в эволюции машинных технологий.

Автомобильная промышленность является основным их потребителем зубчатых колес. По некоторым оценкам, более половины зубчатых колес производятся именно для автомобилестроения. Множество зубчатых колес применяются в АКПП, дифференциалах, рулевых системах и других основных узлах автомобиля. Автомобилестроители действуют в условиях высокой конкуренции, поэтому они уделяют большое внимание увеличению топливной эффективности и сокращению уровня шума, вибрации, низкочастотных звуков, что также требует более передовых методов обработки зубчатых колес. Например, так как необходимость в многоступенчатой АКПП для увеличения топливной эффективности наблюдается в основном у больших транспортных средств, их АКПП содержат больше зубчатых колес и создают больше шума.  Необходимо улучшить точность обработки и гладкость поверхностей зубьев и, в то же время, сократить себестоимость обработки зубчатых колес. Сокращение уровня шума, вызываемого сцеплением шестерней, считается решающим, поскольку шум присущ не только транспортным средствам с бензиновым или дизельным двигателями, но также и напрямую влияет на гибридные и электрические транспортные средства, так как при их работе звук, производимый зубчатыми колесами, более заметен.

Производители также осознают необходимость производственной системы, которая смогла бы отвечать на условия постоянно меняющейся экономической обстановки, и выступают за внедрение гибких производственных линий для обработки зубчатых колес. Например, в случае с цилиндрическим прямозубым колесом обработка начинается с вращения заготовки на токарном станке, далее следует нарезание зубчатого колеса при помощи червячной фрезы, заточка зубьев и чистовая обработка происходят также на отдельных станках. Такая производственная линия со специализированными станками эффективна при массовом производстве, но неудобна для штучного выпуска различной номенклатуры деталей. Поэтому недавно тенденция сдвинулась в сторону производственных линий с многозадачными станками и другими станками общего назначения.

Обработка зубчатых колес может быть выполнена на многозадачном станке, который включает в себя функции как токарного станка с ЧПУ, так и обрабатывающего центра. За один установ можно провести все стадии обработки до термической, включая нарезание зубьев и чистовую обработку, которые ранее делались на многочисленных специализированных станках. Для мелкосерийного выпуска большой номенклатуры зубчатых колес этот метод поможет улучшить эффективность производства и снизить стоимость, благодаря таким действиям, как интеграция операций для сокращения времени обработки и количества задействованного оборудования, а также повышение точности по сравнению с традиционными методами производства. Очевидно, что потенциал обработки зубчатых колес на многозадачных станках будет и дальше развиваться, например, с использованием гибридных многозадачных станков с аддитивной технологией, которая позволяет производить колеса больших диаметров путем сварки их элементов.

Mazak предлагает широкую линейку многозадачных станков, а также три вида функций для высокоэффективной обработки зубчатых колес, разработанных на основе накопленного за долгие годы опыта, – SMOOTH Gear Milling, SMOOTH Gear Hobbing, SMOOTH Gear Skiving. Сочетание многозадачных станков и других станков Mazak с этими опциями позволяет за один установ совершать обработку от заготовки до чистовой стадии, и может значительно улучшить производство как колес малых, так и больших диаметров.

Эволюция как зубчатых колес различных диаметров, так и станков, на которых они производятся, изменит будущее производства и поспособствует развитию всех отраслей промышленности. Компания Mazak продолжит разрабатывать и совершенствовать станки и опции, которые способны отвечать Вашим требованиям, внося свой вклад в эволюцию производства.

Что такое шестерня? – Определение, части, типы и преимущества

Что такое шестерня?

Шестерня представляет собой вращающуюся круглую часть машины с нарезанными зубьями или, в случае зубчатого колеса или зубчатого колеса, со вставленными зубьями (называемые зубьями), которые входят в зацепление с другой зубчатой ​​частью для передачи крутящего момента. Механизм также может быть неофициально известен как винтик. Преимущество зубчатых колес в том, что зубья шестерни предотвращают проскальзывание.

Зубчатое колесо представляет собой тип элемента машины, в котором равномерно расположенные зубья нарезаны вокруг цилиндрических или конических поверхностей.Блокируя пару этих элементов, они используются для передачи вращения и усилий от карданного вала к ведомому валу.

Зубчатые колеса по форме можно разделить на эвольвентные, циклоидальные и трохоидальные. Их также можно классифицировать по положению вала на шестерни с параллельными валами, шестерни с пересекающимися валами, а также шестерни с непараллельными и непересекающимися валами. История зубчатых колес стара, и использование шестерен началось еще в Древней Греции в до н.э. в сочинениях Архимеда.

Зачем использовать Gears?

Шестерни — очень полезный передаточный механизм, который используется для передачи вращения от одной оси к другой.Как упоминалось ранее, вы можете изменить выходную скорость вала с шестернями. Допустим, у вас есть двигатель, который вращается со скоростью 100 оборотов в минуту, и вы просто хотите, чтобы он вращался со скоростью 50 оборотов в минуту.

Вы можете использовать зубчатую передачу для уменьшения скорости (а также увеличения крутящего момента), чтобы выходной вал вращался с половиной скорости вращения двигателя. Шестерни обычно используются в ситуациях с высокой нагрузкой, потому что зубья шестерни позволяют более точно и незаметно контролировать движение вала. Это преимущество зубчатых колес перед большинством систем шкивов.

Детали зубчатого колеса

Существует несколько различных терминов, которые вам необходимо знать, когда вы только начинаете работать с зубчатыми колесами, как указано ниже. Чтобы шестерни могли зацепляться, диаметральный шаг и угол зацепления должны быть одинаковыми.

  • Ось: Ось вращения шестерни, через которую проходит вал
  • Зубья: Зубчатые грани, выступающие наружу из окружности шестерни, используемые для передачи вращения другим шестерням.Количество зубьев на шестерне должно быть целым числом. Шестерни передают вращение только тогда, когда их зубья входят в зацепление и имеют одинаковый профиль.
  • Окружность шага: Окружность, определяющая «размер» шестерни. Делительные окружности двух сцепляющихся шестерен должны быть касательными, чтобы они могли сцепляться. Если бы две шестерни были двумя дисками, приводимыми в движение за счет трения, окружность этих дисков была бы делительной окружностью.
  • Делительный диаметр: Делительный диаметр относится к рабочему диаметру шестерни, a.к. а., диаметр делительной окружности. Вы можете использовать диаметр делительной окружности, чтобы рассчитать расстояние между двумя шестернями: сумма двух диаметров деленной на 2 соответствует расстоянию между двумя осями.
  • Диаметральный шаг: Отношение количества зубьев к делительному диаметру. Две шестерни должны иметь одинаковый диаметральный шаг для зацепления.
  • Круговой шаг: Расстояние от точки на одном зубе до той же точки на соседнем зубе, измеренное по делительной окружности.(чтобы длина была длиной дуги, а не линии).
  • Модуль: Модуль зубчатого колеса – это просто круговой шаг, деленный на число Пи. С этим значением гораздо проще обращаться, чем с круговым шагом, потому что это рациональное число.
  • Угол давления: Угол давления зубчатого колеса — это угол между линией, определяющей радиус делительной окружности, и точкой, где делительная окружность пересекает зуб, и линией, касательной к этому зубу в этой точке.Стандартные углы печати составляют 14,5, 20 и 25 градусов. Угол давления влияет на то, как шестерни соприкасаются и как сила распределяется вместе с зубом. Две шестерни должны иметь одинаковый угол контакта для зацепления.

Различные типы зубчатых колес

Существует много различных типов зубчатых колес, таких как:

  1. Цилиндрическое зубчатое колесо.
  2. Винтовая шестерня.
  3. Зубчатая рейка.
  4. Коническая шестерня.
  5. Спирально-коническая шестерня.
  6. Винтовая передача.
  7. Двойная косозубая шестерня
  8. Шестерня «елочка»
  9. Гипоидная шестерня
  10. Угловая шестерня.
  11. Червячная передача.
  12. Внутреннее зубчатое колесо

Необходимо точно понимать различия между типами зубчатых колес для обеспечения необходимой передачи усилия в механических конструкциях.

Даже после выбора общего типа важно учитывать такие факторы, как размеры (модуль, количество зубьев, угол наклона спирали, ширина поверхности и т. д.), стандарт точности, потребность в шлифовке зубьев и/или нагреве. обработка, допустимый крутящий момент, эффективность и т. д.

1. Цилиндрическое зубчатое колесо

Цилиндрическое зубчатое колесо является одним из самых популярных типов прецизионных цилиндрических зубчатых колес. Эти шестерни имеют простую конструкцию с прямыми параллельными зубьями, расположенными по окружности корпуса цилиндра с центральным отверстием, которое надевается на вал.

Во многих вариантах шестерня обрабатывается со ступицей, которая утолщает корпус шестерни вокруг отверстия без изменения поверхности шестерни. Центральное отверстие также можно прошить, чтобы цилиндрическая шестерня могла поместиться на шлицевом или шпоночном валу.

Цилиндрические зубчатые колеса используются в механических приложениях для увеличения или уменьшения скорости устройства или увеличения крутящего момента путем передачи движения и мощности от одного вала к другому через ряд сопряженных шестерен.

Цилиндрические зубчатые колеса используются для передачи движения и мощности от одного вала к другому в механической установке. Эта передача может изменить рабочую скорость оборудования, увеличить крутящий момент и обеспечить точное управление системами позиционирования. Их конструкция делает их пригодными для работы на низких скоростях или в условиях эксплуатации с более высокой устойчивостью к шуму.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО: Что такое цилиндрическое зубчатое колесо?

2. Косозубая шестерня

Косозубая шестерня — это один из типов цилиндрических шестерен с наклонным следом зуба. По сравнению с прямозубыми зубчатыми колесами они имеют большее передаточное число, бесшумность и меньшую вибрацию, а также способны передавать большую силу. Пара косозубых шестерен имеют одинаковый угол наклона винтовой линии, но направление винтовой линии противоположно.

Косозубые и цилиндрические зубчатые колеса являются двумя наиболее распространенными типами зубчатых колес и могут использоваться во многих случаях.Цилиндрические зубчатые колеса просты и недороги в производстве, но косозубые зубчатые колеса имеют ряд важных преимуществ по сравнению с цилиндрическими зубчатыми колесами.

Зубья косозубого колеса установлены под углом (относительно оси колеса) и имеют форму спирали. Это позволяет зубьям постепенно сцепляться, начиная с точечного контакта и перерастая в линейный контакт по мере продвижения зацепления.

Одним из наиболее заметных преимуществ косозубых зубчатых колес по сравнению с цилиндрическими зубчатыми колесами является меньший уровень шума, особенно на средних и высоких скоростях.Кроме того, в косозубых передачах несколько зубьев всегда находятся в зацеплении, что означает меньшую нагрузку на каждый отдельный зуб. Это приводит к более плавному переходу усилий от одного зуба к другому, что снижает вибрации, ударные нагрузки и износ.

3. Зубчатая рейка

Зубья одинакового размера и формы, расположенные на равных расстояниях вдоль плоской поверхности или прямого стержня, называются зубчатой ​​рейкой. Зубчатая рейка представляет собой цилиндрическую шестерню с бесконечным радиусом делительного цилиндра. Зацепляясь с цилиндрической шестерней, он преобразует вращательное движение в поступательное движение.

Зубчатые рейки можно условно разделить на рейки с прямыми зубьями и рейки с косыми зубьями, но обе зубчатые рейки имеют прямые линии зубьев. Обрабатывая концы зубчатых реек, можно соединить зубчатые рейки встык.

4. Коническое зубчатое колесо

Коническое зубчатое колесо представляет собой зубчатый вращающийся элемент машины, используемый для передачи механической энергии или мощности на валу между валами, которые пересекаются перпендикулярно или под углом. Это приводит к изменению оси вращения вала мощности.Помимо этой функции, конические зубчатые колеса также могут увеличивать или уменьшать крутящий момент, оказывая противоположное влияние на угловую скорость.

Коническую шестерню можно представить в виде усеченного конуса. На его боковой стороне фрезерованы зубья, которые сцепляются с другими шестернями с собственным набором зубьев. Шестерня, передающая мощность на валу, называется ведущей шестерней, а шестерня, через которую передается мощность, называется ведомой шестерней.

Количество зубьев ведущей и ведомой шестерен обычно различно для обеспечения механического преимущества.Соотношение между количеством зубьев ведомой и ведущей шестерни известно как передаточное число, а механическое преимущество – это отношение выходного крутящего момента к входному крутящему моменту.

5. Спирально-коническое зубчатое колесо

Спирально-коническое зубчатое колесо представляет собой коническое зубчатое колесо с изогнутыми линиями зубьев. Из-за более высокого коэффициента контакта зубьев они превосходят прямозубые конические шестерни по эффективности, прочности, вибрации и шуму. С другой стороны, их сложнее производить.

Кроме того, поскольку зубья изогнуты, они создают осевое усилие.В спирально-конических зубчатых колесах зубчатое колесо с нулевым углом закручивания называется нулевым коническим зубчатым колесом.

6. Винтовые передачи

Винтовые передачи представляют собой пару одноручных косозубых передач с углом закручивания 45° на непараллельных, непересекающихся валах. Поскольку контакт зуба является точечным, их грузоподъемность низкая, и они не подходят для передачи большой мощности.

Поскольку мощность передается за счет скольжения поверхностей зубьев, необходимо уделять внимание смазке при использовании винтовых передач.Нет никаких ограничений в отношении комбинаций количества зубов.

7. Двойная косозубая шестерня

Двойная косозубая шестерня представляет собой разновидность косозубой шестерни, в которой две винтовые поверхности расположены рядом друг с другом с разделяющим их зазором. Каждая грань имеет одинаковые, но противоположные углы спирали.

Использование набора зубчатых колес с двойной спиралью устраняет осевые нагрузки и дает возможность еще большего перекрытия зубьев и более плавной работы. В качестве косозубых передач в закрытых зубчатых передачах обычно используются двойные косозубые шестерни.

8. Шестерня типа «елочка»

Шестерня типа «елочка» очень похожа на шестерню с двойной косозубой, но у них нет зазора, разделяющего две винтовые поверхности. Шестерни типа «елочка» обычно меньше, чем аналогичные двойные косозубые, и идеально подходят для применения в условиях сильных ударов и вибрации. Шестеренчатая передача используется не так часто из-за сложности изготовления и высокой стоимости.

9. Гипоидное зубчатое колесо

Гипоидное зубчатое колесо очень похоже на спирально-коническое зубчатое колесо, но в отличие от спирально-конических зубчатых колес они работают на непересекающихся валах.В гипоидной конструкции, поскольку шестерня установлена ​​в другой плоскости, чем шестерня, валы поддерживаются подшипниками на обоих концах вала.

10. Угловая шестерня

Угловая шестерня представляет собой коническую шестерню с передаточным отношением 1. Они используются для изменения направления передачи мощности без изменения скорости. Различают прямые угловые и спиральные угловые передачи. При использовании спиральных угловых передач возникает необходимость рассмотреть возможность использования упорных подшипников, поскольку они создают осевое усилие в осевом направлении.

Помимо обычных угловых зубчатых колес с углом наклона вала 90°, косые зубчатые колеса с любым другим углом наклона вала называются угловыми косыми зубчатыми колесами.

11. Червячная передача

Винтовая форма, нарезанная на валу, называется червяком, сопряженная шестерня — червячным колесом, а вместе на непересекающихся валах называется червячной передачей. Червяки и червячные колеса не ограничиваются цилиндрическими формами. Существует тип песочных часов, который может увеличить коэффициент контакта, но его производство становится более сложным.

Из-за скользящего контакта поверхностей зубчатых колес необходимо уменьшить трение.По этой причине, как правило, для червяка используется твердый материал, а для червячного колеса – мягкий материал. Несмотря на низкую эффективность из-за скользящего контакта, вращение плавное и бесшумное. Когда угол опережения червяка мал, он создает функцию самоблокировки.

12. Внутреннее зубчатое колесо

Внутреннее зубчатое колесо имеет зубья, нарезанные внутри цилиндров или конусов, и работает в паре с внешним зубчатым колесом. В основном внутренние шестерни используются для планетарных передач и зубчатых муфт валов.Существуют ограничения на разницу в количестве зубьев между внутренними и внешними шестернями из-за эвольвентного взаимодействия, трохоидного взаимодействия и проблем с обрезкой.

Направления вращения внутренней и внешней шестерен в зацеплении одинаковы, но противоположны, когда в зацеплении находятся две внешние шестерни.

Преимущества зубчатых передач

  • Зубчатые передачи обеспечивают широкий диапазон скоростей и крутящего момента при той же входной мощности, с более точной синхронизацией, чем цепная система, меньшими потерями на трение и шумом.
  • Шестерня принудительная; следовательно, большое отношение скоростей может быть получено с минимальным пространством.
  • Шестерни механически прочны, что позволяет поднимать более высокие грузы.
  • Зубчатые передачи применяются для передачи больших ВЧ
  • Применяются для передачи движения при малом межосевом расстоянии валов
  • Применяются для большого снижения скорости и для передачи крутящего момента.
  • Шестерни требуют только смазки; следовательно, требуется меньше обслуживания.
  • С помощью зубчатых передач мы можем передавать движение между непараллельными пересекающимися валами.
  • Они используются для принудительного привода, поэтому его отношение скоростей остается постоянным.
  • Имеют длительный срок службы, поэтому система передач очень компактна

Недостатки шестерен

  • Не подходят для больших скоростей.
  • Не подходят для передачи движения на большое расстояние.
  • Из-за зацепления зубчатого колеса шестерен некоторые части машины могут быть необратимо повреждены в случае чрезмерной нагрузки.
  • У них нет гибкости.
  • Шестерня работает шумно.

Часто задаваемые вопросы.

Что такое Gear?

Шестерня представляет собой вращающуюся круглую часть машины, имеющую нарезанные зубья или, в случае зубчатого колеса или зубчатого колеса, вставленные зубья (называемые зубьями), которые входят в зацепление с другой зубчатой ​​частью для передачи крутящего момента. Механизм также может быть неофициально известен как винтик. Преимущество зубчатых колес в том, что зубья шестерни предотвращают проскальзывание.

Какие существуют типы снаряжения?

Существует множество типов зубчатых колес, таких как:

  • Цилиндрическое зубчатое колесо.
  • Винтовая шестерня.
  • Зубчатая рейка.
  • Коническая шестерня.
  • Спирально-коническая шестерня.
  • Винтовая передача.
  • Угловая шестерня.
  • Червячная передача.
  • Внутреннее зубчатое колесо

Каково применение зубчатых колес?

Шестерни используются для передачи движения и крутящего момента между компонентами машин в механических устройствах. В зависимости от конструкции используемой зубчатой ​​пары шестерни могут изменять направление движения и/или увеличивать выходную скорость или крутящий момент.

Каковы преимущества снаряжения?

Используются для значительного снижения скорости и передачи крутящего момента. Шестерни требуют только смазки; следовательно, требуется меньше обслуживания. С помощью зубчатых передач мы можем передавать движение между непараллельными пересекающимися валами. Они используются для положительного привода, поэтому его отношение скоростей остается постоянным.

Что такое механическая передача?

Шестерни представляют собой механические компоненты, передающие вращение и мощность от одного вала к другому, если каждый вал имеет выступы (зубья) соответствующей формы, равномерно расположенные по его окружности, так что при вращении следующий зуб входит в пространство между зубьями другой вал.

Какие есть 4 типа передач?

Типы зубчатых колес:

  • Цилиндрическое зубчатое колесо: Цилиндрическое зубчатое колесо имеет угол наклона спирали 0°.
  • Червячная передача: Червячная передача используется в прямоугольных редукторах. Они «поворачивают за угол».
  • Косозубая шестерня: Это угловая зубчатая передача.
  • Коническое зубчатое колесо: Конические зубчатые колеса, как правило, имеют более низкое передаточное число и работают с более высоким КПД, чем червячные.

Как работают механические передачи?

Шестерни — это колеса с зубьями, которые соединяются друг с другом.При включении одной шестерни крутится и другая. Если шестерни разного размера, их можно использовать для увеличения мощности крутящего момента. Меньшее колесо вращается быстрее, но с меньшим усилием, а большее — медленнее и с большим усилием.

Для чего используются шестерни в механических устройствах?

Шестерни используются для передачи движения и крутящего момента между компонентами машин в механических устройствах. В зависимости от конструкции используемой зубчатой ​​пары шестерни могут изменять направление движения и/или увеличивать выходную скорость или крутящий момент.

Какие существуют 3 основных типа шестерен?

Существует три основных категории зубчатых колес в соответствии с ориентацией их осей. Конфигурация: параллельные оси / прямозубая шестерня, косозубая шестерня, зубчатая рейка, внутренняя шестерня.

Почему в современных автомобилях 6 передач?

Высшие передачи в обоих типах автомобилей обычно зарезервированы для движения на более высоких скоростях, например, когда вы едете по автомагистрали. Преимущество 6-й передачи заключается в том, что автомобиль часто может чувствовать себя более комфортно при движении со скоростью 70 миль в час, чем при ограничении 5 передачами вперед.

Что такое составная шестерня?

Составная шестерня представляет собой набор шестерен, скрепленных вместе. Следовательно, они вращаются с одинаковой скоростью. Пример можно увидеть ниже. Шестерни, из которых состоит составная шестерня, обычно отличаются размерами и имеют разное количество зубьев. Это полезно, если есть необходимость ускорить или замедлить конечный результат.

Какая коробка передач используется в двухколесном транспортном средстве?

В большинстве двухколесных транспортных средств с механической коробкой передач используется секвентальная коробка передач. Большинство мотоциклов (кроме скутеров) переключают передачи (которых у них все чаще пять или шесть) с помощью ножного рычага переключения передач.

Какие примеры зубчатых колес?

Примерами обычных объектов с шестеренками являются нецифровые часы, транспортные средства, дрели, ручные консервные ножи и велосипеды. Еще одно применение шестеренок — «расширение физических возможностей человеческого тела». Инвалидные коляски с электроприводом и подъемники имеют шестерни.

Для чего используются 4 шестерни?

4 основных способа использования передач:

  • Скорость. Для эффективного изменения скорости системы можно использовать шестерни разного размера.
  • Сила. В аналогичной установке вы можете использовать шестерни для увеличения силы системы; что дополнительная скорость не появляется из ниоткуда.
  • Направление вращения.
  • Движение.

Для чего нужны шестерни?

Шестерни служат двум основным целям: увеличению скорости или увеличению силы. Для увеличения одного из них необходимо идти на компромиссы. Например, чтобы увеличить скорость вращения колес велосипеда, необходимо увеличить усилие, прикладываемое к педалям.Точно так же, чтобы увеличить усилие на колесах, педали нужно крутить быстрее.

Для чего используется коническая шестерня?

Конические шестерни используются для соединения валов, оси которых расположены под углом друг к другу, хотя в большинстве случаев валы расположены под прямым углом. Профиль зуба в основном такой же, как у цилиндрических зубчатых колес, за исключением того, что зуб становится все меньше по мере приближения к вершине выступающего конуса.

Что такое внутренняя шестерня?

Внутренние зубчатые колеса представляют собой зубья шестерни, образующиеся на внутреннем диаметре цилиндра, в то время как внешние зубчатые колеса имеют зубья шестерен, образующиеся на внешнем диаметре компонента.Хотя существует несколько различных типов зубчатых колес, только два могут быть изготовлены как внутренние, так и внешние зубчатые колеса, прямозубые и косозубые.

Какие существуют типы зубчатых передач?

Ниже приведены различные типы зубчатых передач:

  • Простая зубчатая передача.
  • Составные зубчатые передачи.
  • Перевернутые зубчатые передачи.
  • Планетарные зубчатые передачи.

Какой тип передач наиболее распространен?

Цилиндрические зубчатые колеса являются наиболее распространенным типом зубчатых колес.Это те, о которых думают люди, когда представляют себе, как выглядит снаряжение. Они с прямыми зубами и похожи на винтики. Такие устройства, как стиральные машины, электрические отвертки и многое другое, используют их.

Что такое шестерня?

Шестерня-шестерня. Шестерня — это меньшая из двух зацепленных шестерен в сборке. Шестерни могут быть прямозубыми или косозубыми, а также ведущими или ведомыми шестернями, в зависимости от применения. Шестерни используются во многих различных типах зубчатых передач, таких как зубчатое колесо или реечная шестерня.

Какая шестерня используется в дифференциале?

В автомобилях с задним приводом центральный приводной вал (или карданный вал) входит в зацепление с дифференциалом через гипоидную передачу (кольцо и шестерню). Зубчатый венец установлен на водиле планетарной цепи, образующей дифференциал. Эта гипоидная передача представляет собой коническую передачу, изменяющую направление вращения привода.

Больше передач делает машину быстрее?

Более высокая передача увеличивает скорость вращения колеса, но снижает крутящий момент (силу), создаваемый колесом (при заданной частоте вращения двигателя).Чем быстрее едет автомобиль, тем быстрее должны вращаться колеса, но тем больше усилий требуется для преодоления сопротивления воздуха.

Что лучше 6 скоростей или 8 скоростей?

Высокоэффективная 8-ступенчатая коробка передач имеет множество преимуществ для потребителя. Первым и наиболее востребованным преимуществом является повышение эффективности использования топлива. Это может улучшить экономию топлива на 11% по сравнению со старой 6-ступенчатой ​​коробкой передач и до 14% по сравнению с современными 5-ступенчатыми коробками передач.

СВЯЗАННЫЕ СООБЩЕНИЯ

Зубчатые колеса — Викиверситет

Зубчатые колеса — это зубчатые колеса, которые используются для передачи усилия другим зубчатым колесам или зубчатым частям путем зацепления с минимальным проскальзыванием.

Когда две шестерни находятся в зацеплении друг с другом, меньшая шестерня называется шестерней. Зубчатая передача, передающая усилие, называется ведущей шестерней, а приемная шестерня называется ведомой шестерней.

Когда шестерня является приводной, это приводит к понижающему приводу, при котором выходная скорость уменьшается, а крутящий момент увеличивается. С другой стороны, когда шестерня является приводной, это приводит к повышающему приводу, при котором выходная скорость увеличивается, а крутящий момент уменьшается.

Цилиндрические шестерни

Цилиндрические шестерни – самые простые из всех шестерен.У них зубцы параллельны оси. Они используются для передачи мощности между двумя параллельными валами. Они также обладают высокой эффективностью и высокой точностью. Таким образом, они используются для высокоскоростных и высоконагруженных приложений.

Примером применения цилиндрического зубчатого колеса может быть его использование в коробке передач мотоцикла.

Косозубые шестерни

Косозубые шестерни используются для приводов с параллельными валами. Их зубы наклонены к оси и, следовательно, при одинаковой ширине их зубья длиннее цилиндрических шестерен.Поэтому их коэффициент контакта (среднее количество зубьев, находящихся в контакте в любой момент времени) выше, чем у цилиндрических зубчатых колес, что позволяет увеличить мощность (лучшее распределение нагрузки) и более плавная и тихая работа. Косозубые передачи из-за наклона зубьев имеют тенденцию создавать осевые силы, помимо поперечных и радиальных нагрузок. Это может иметь нежелательные последствия для срока службы подшипника, но его можно в некоторой степени преодолеть в многоступенчатых трансмиссиях путем чередования наклона спирали на шестернях, которые используют один и тот же вал.

Косозубые шестерни также используются в автомобильных коробках передач

Шестерни елочки или двойные косозубые

Эти шестерни также используются для передачи мощности между двумя параллельными валами. У них есть две противоположные спирали зуба по окружности. Эти противоположные углы винтовой линии позволяют этому типу шестерни сводить на нет больше осевых нагрузок. Их грузоподъемность очень высока, но сложность изготовления делает их более дорогостоящими.

Эти шестерни используются в цементных мельницах и дробилках.

Внутренние шестерни Зубья внутренних шестерен

выгравированы на внутренней периферии. Эти шестерни также используются для передачи мощности между параллельными валами.

Внутренние зубчатые колеса используются в планетарных редукторах автомобильных трансмиссий, редукторах цементных заводов, повышающих приводах ветряных мельниц и т. д.

Рейка и шестерня

Рейка представляет собой линейную передачу.Шестерня, входящая в зацепление с ней, называется шестерней. Зуб может быть спиральным или прямозубым. Зубчатые передачи такого типа используются для преобразования кругового движения в линейное и наоборот.

Перемещение каретки на токарных станках производится с помощью зубчатой ​​рейки

Прямые конические шестерни

Эти шестерни используются для передачи мощности между пересекающимися валами под разными углами, из которых наиболее распространены прямые углы.

Прямые конические шестерни применяются в главной передаче с дифференциалом

Спиральные конические шестерни

Пластиковые шестерни

Система зубчатых колес определяется уникальными пропорциями зубьев, углами давления и т. д.

Закон зубчатой ​​передачи[править | изменить источник]

Прежде чем мы рассмотрим настоящие системы передач, давайте посмотрим, каков основной закон, управляющий системой передач. Закон зацепления гласит, что

 отношение угловых скоростей всех шестерен зубчатой ​​передачи с зацеплением должно оставаться постоянным
 также общая нормаль в точке контакта должна проходить через точку основного тона.
 

Пример: если ω 1 {\ displaystyle \ omega \ _ {1}} и ω   2 {\ displaystyle \ omega \ _ {2}} – угловые скорости, а D1 {\ displaystyle D_ {1}} и D2 {\ displaystyle D_{2}} – диаметры двух шестерен, зацепленных вместе, тогда [1]

Профили зубчатых колес[править | изменить источник]

Профили зубчатых колес должны удовлетворять закону зацепления.

Профили, наиболее подходящие для этого закона:

  1. Эвольвента
  2. Цилиндрический
  3. Дуга окружности или Новикова

Шестерня Номенклатура[править | изменить источник]

Различные номенклатуры, относящиеся к шестерням, показаны на рисунке.

Давайте рассмотрим цилиндрическое зубчатое колесо и определим следующие термины:
Делительная окружность : может быть грубо определена как окружность, радиус которой представляет собой среднее значение максимального радиуса (до вершины зубьев шестерни) и радиуса основания зуба шестерни.Однако пропорции зубьев могут значительно различаться, при этом как корень, так и вершина регулируются в соответствии с условиями эксплуатации и производственными процессами, что делает это определение несколько ненадежным.
Приложение : Часть зуба над делительной окружностью (по направлению к вершине зуба).
Дедендум : Часть зуба ниже делительной окружности (по направлению к основанию зуба).
Фланг :Поверхность зуба шестерни, которая входит в контакт с зубьями другой шестерни.Итак, бока – важная часть снасти.
Угловая часть : Скругления в области корня менее важны, так как они не соприкасаются с другими зубьями шестерни. Однако корневые галтели имеют большое значение в отношении прочности зуба на изгиб и, следовательно, номинальной мощности. Зубчатые колеса с небольшим или отсутствующим галтелем в корне склонны к поломке зуба, так как острый угол действует как источник напряжения.
Круговой шаг : сумма ширины зуба и расстояния между зубьями шестерни.Круговой шаг – важный параметр, поскольку он указывает размер зуба шестерни. Если Pc {\ displaystyle P_ {c}} – круговой шаг, Z – количество зубьев на шестерне, а D – диаметр делительной окружности, тогда, Pc = πDZ {\ displaystyle P_ {c} = {\ pi D \ over Z}}

Таким образом, размер зуба определяется выражением m = DZ {\ displaystyle m = {D \ over Z}}, где m равно единица размера, называемая модулем. Следовательно, для двух зацепленных шестерен у нас должен быть одинаковый размер зуба, тогда мы можем иметь следующие отношения: м = D1Z1 = D2Z2 = Pcπ {\ displaystyle m = {D_ {1} \ over Z_ {1}}={D_{2} \over Z_{2}}={P_{c} \over \pi }}—(1)

В случае зубчатой ​​рейки диаметр и число зубцов стремятся к бесконечности, но модуль остается конечным.

Толщина окружности или толщина зуба : Толщина зуба, измеренная на делительной окружности. Следует отметить, что эта толщина измеряется как дуга вдоль делительной окружности и не должна приниматься за смещение
Диаметральный шаг : определяется как количество зубьев на дюйм диаметра делительной окружности шестерни. Обозначается буквой P. Следовательно, P = ZD {\ displaystyle P = {Z \ over D }} — (2)

Таким образом, используя уравнения (1) и (2), мы можем получить PcP=π{\displaystyle P_{c}P=\pi}

  1. ↑ http://www.cs.cmu.edu/~rapidproto/mechanisms/chpt7.html

фактов о снаряжении для детей

Шестерни в зацеплении в движении

Шестерни представляют собой механические детали с нарезанными зубьями, предназначенными для соединения с зубьями другой детали для передачи или приема силы и движения. Шестерни также иногда называют зубчатыми колесами или зубчатыми колесами или зубцами. Нарезанные зубы также иногда называют винтиками.

Зубчатые материалы

При изготовлении шестерен используются многочисленные цветные сплавы, чугуны, порошковая металлургия и даже пластмассы.Однако чаще всего используются стали из-за их высокого отношения прочности к весу и высокой стоимости.

Типы

Внешние и внутренние шестерни

Внешняя шестерня представляет собой шестерню с зубьями, сформированными на внешней поверхности цилиндра или конуса. И наоборот, внутреннее зубчатое колесо представляет собой шестерню с зубьями, сформированными на внутренней поверхности цилиндра или конуса. Для конических зубчатых колес внутреннее зубчатое колесо – это зубчатое колесо с углом наклона более 90 градусов. Внутренние шестерни не вызывают изменения направления выходного вала.

Шпора

Цилиндрические зубчатые колеса или Прямозубые зубчатые колеса являются простейшим типом зубчатых колес. Они состоят из цилиндра или диска с радиально выступающими зубьями. Хотя зубья не прямолинейные (но обычно специальной формы для достижения постоянного передаточного отношения, в основном эвольвентные, но реже циклоидальные), край каждого зуба прямой и выровнен параллельно оси вращения. Эти шестерни правильно зацепляются друг с другом только в том случае, если они установлены на параллельных валах. Зубчатые нагрузки не создают осевого усилия.Цилиндрические шестерни отлично работают на средних скоростях, но имеют тенденцию быть шумными на высоких скоростях.

Спиральный

Косозубая шестерня с внешним контактом в действии Косозубые шестерни
Вверху: параллельная конфигурация
Внизу: скрещенная конфигурация

Косозубые шестерни или «сухие фиксированные» шестерни предлагают усовершенствование по сравнению с прямозубыми шестернями. Передние кромки зубьев не параллельны оси вращения, а поставлены под углом. Поскольку шестерня изогнута, этот угол делает зуб сегментом спирали.Косозубые шестерни могут быть зацеплены в параллельной или перекрестной ориентациях. Первое относится к тому, когда валы параллельны друг другу; это самая распространенная ориентация. В последних валы непараллельны, и в этой конфигурации шестерни иногда называют «косыми шестернями».

Угловые зубья входят в зацепление более плавно, чем зубья прямозубых шестерен, благодаря чему 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; подвижная кривая контакта затем постепенно увеличивается по всей поверхности зуба до максимума, а затем отступает до тех пор, пока зубья не разорвут контакт в одной точке на противоположной стороне.В цилиндрических зубчатых колесах зубья внезапно встречаются в линии контакта по всей своей ширине, вызывая напряжение и шум. Цилиндрические шестерни издают характерный визг на высоких скоростях. По этой причине цилиндрические зубчатые колеса используются в низкоскоростных приложениях и в ситуациях, когда контроль шума не является проблемой, а косозубые зубчатые колеса используются в высокоскоростных приложениях, при передаче большой мощности или там, где важно снижение шума. Скорость считается высокой, когда скорость линии подачи превышает 25 м/с.

Недостатком косозубых передач является результирующая осевая нагрузка, которая должна компенсироваться соответствующими упорными подшипниками, и большая степень трения скольжения между зацепляющимися зубьями, что часто устраняется добавками в смазку.

Двойная спираль

Двойные косозубые шестерни и шевронные шестерни похожи, но разница в том, что шевронные шестерни не имеют канавки посередине, как двойные косозубые шестерни. Двойные косозубые шестерни преодолевают проблему осевой нагрузки, возникающую в одинарных косозубых шестернях, за счет использования двух наборов зубьев, расположенных в форме буквы V. Двойную косозубую шестерню можно представить как две соединенные вместе зеркальные косозубые шестерни. Такое расположение компенсирует результирующую осевую силу, поскольку каждая половина зубчатого колеса действует в противоположном направлении, в результате чего результирующая осевая сила равна нулю.Такое расположение может устранить необходимость в упорных подшипниках. Однако двойные косозубые шестерни сложнее в изготовлении из-за их более сложной формы.

Для обоих возможных направлений вращения существуют два возможных расположения противоположно ориентированных косозубых колес или поверхностей зубчатых колес. Одна схема стабильна, а другая неустойчива. В стабильной ориентации поверхности винтовой шестерни ориентированы так, что каждая осевая сила направлена ​​к центру шестерни. При нестабильной ориентации обе осевые силы направлены от центра шестерни.В обоих случаях общая (или 90 581 чистая 90 582) осевая сила на каждой шестерне равна нулю, когда шестерни выровнены правильно. Если шестерни смещаются в осевом направлении, неустойчивое расположение создает результирующую силу, которая может привести к разборке зубчатой ​​передачи, в то время как стабильное расположение создает результирующую корректирующую силу. Если направление вращения меняется на противоположное, направление осевых усилий также меняется на противоположное, поэтому устойчивая конфигурация становится неустойчивой, и наоборот.

Стабильные двойные косозубые шестерни можно заменять прямозубыми цилиндрическими шестернями без необходимости использования других подшипников.

Фаска

Коническое зубчатое колесо имеет форму прямого круглого конуса с обрезанной большей частью вершины. При зацеплении двух конических шестерен их воображаемые вершины должны находиться в одной точке. Оси их 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 одинаковым количеством зубьев и осями валов под углом 90 градусов называются угловыми шестернями .

Спиральные фаски

Спирально-конические шестерни могут быть изготовлены типа Gleason (дуга окружности с непостоянной глубиной зуба), Oerlikon и Curvex (дуга окружности с постоянной глубиной зуба), Cyclo-Palloid Klingelnberg (эпициклоида с постоянной глубиной зуба) или Palloid Klingelnberg.Спиральные конические зубчатые колеса имеют те же преимущества и недостатки по сравнению со своими прямозубыми собратьями, что и косозубые зубчатые колеса по сравнению с цилиндрическими зубчатыми колесами. Прямые конические шестерни обычно используются только при скоростях ниже 5 м/с (1000 футов/мин) или, для небольших шестерен, при 1000 об/мин.

Примечание. Профиль зуба цилиндрической шестерни соответствует эвольвенте, а профиль зуба конической шестерни — октоиду. Все традиционные генераторы конических зубчатых колес (например, Gleason, Klingelnberg, Heidenreich & Harbeck, WMW Modul) производят конические зубчатые колеса с восьмигранным профилем зубьев.ВАЖНО: Для 5-осевых фрезерованных конических зубчатых колес важно выбрать такой же расчет/компоновку, как и при обычном методе изготовления. Упрощенные расчетные конические колеса на основе эквивалентного цилиндрического колеса нормального сечения с эвольвентной формой зуба показывают девиантную форму зуба с пониженной прочностью зуба на 10-28 % без смещения и на 45 % со смещением [Дисс. Хюнеке, ТУ Дрезден]. Кроме того, «эвольвентные конические шестерни» создают больше шума.

Гипоидный

Гипоидные шестерни напоминают спиральные конические шестерни, за исключением того, что оси валов не пересекаются.Поверхности шага кажутся коническими, но, чтобы компенсировать смещение вала, на самом деле представляют собой гиперболоиды вращения. Гипоидные передачи почти всегда предназначены для работы с валами под углом 90 градусов. В зависимости от того, в какую сторону смещен вал относительно угла наклона зубьев, контакт между зубьями гипоидной шестерни может быть даже более гладким и постепенным, чем у зубьев спирально-конической шестерни, но также иметь скользящее действие вдоль зацепляющихся зубьев при вращении. и поэтому обычно требуются некоторые из наиболее вязких типов трансмиссионного масла, чтобы избежать его выдавливания из сопрягаемых поверхностей зубьев, масло обычно обозначается HP (для гипоидного), за которым следует число, обозначающее вязкость.Кроме того, шестерня может быть сконструирована с меньшим количеством зубьев, чем коническая спиральная шестерня, в результате чего передаточное число 60:1 и выше возможно при использовании одного набора гипоидных шестерен. Этот тип передачи наиболее распространен в трансмиссиях автомобилей вместе с дифференциалом. В то время как обычная (негипоидная) зубчатая передача подходит для многих применений, она не идеальна для трансмиссии транспортных средств, поскольку создает больше шума и вибрации, чем гипоидная. Вывод на рынок гипоидных передач для массового производства был инженерным усовершенствованием 1920-х годов.

Корона

Коронные шестерни или Противоположные шестерни представляют собой особую форму конической шестерни, зубья которой выступают под прямым углом к ​​плоскости колеса; по своей ориентации зубы напоминают точки на коронке. Коронная шестерня может точно зацепляться только с другой конической шестерней, хотя иногда можно увидеть, что коронная шестерня входит в зацепление с цилиндрическими шестернями. Коронная шестерня также иногда зацепляется со спусковым механизмом, например, в механических часах.

Червь

Червяки напоминают винты.Червяк находится в зацеплении с червячным колесом , внешне похожим на прямозубую шестерню.

Комплекты червячной передачи

— это простой и компактный способ достижения высокого крутящего момента при низком передаточном числе. Например, косозубые передачи обычно ограничиваются передаточными числами менее 10:1, а червячные передачи варьируются от 10:1 до 500:1. Недостатком является возможность значительного скольжения, что приводит к низкой эффективности.

Червячная передача является разновидностью косозубой передачи, но ее угол наклона винтовой линии обычно несколько велик (близок к 90 градусам), а корпус обычно довольно длинный в осевом направлении.Эти атрибуты придают ему качества винта. Отличие червячной передачи от косозубой заключается в том, что по крайней мере один зуб остается на полный оборот вокруг спирали. Если это происходит, это «червь»; если нет, то это «винтовая шестерня». У червя может быть всего один зуб. Если этот зубец сохраняется в течение нескольких оборотов вокруг спирали, на первый взгляд кажется, что червяк имеет более одного зуба, но на самом деле мы видим, что один и тот же зуб снова появляется через определенные промежутки времени по всей длине червяка. Применяется обычная номенклатура винтов: однозубый червяк называется однозаходным или однозаходным ; червяк с более чем одним зубом называется многозаходным или многозаходным .Угол подъема червяка обычно не указывается. Вместо этого дается угол опережения, равный 90 градусам минус угол винтовой линии.

В червячной передаче червяк всегда может приводить в движение шестерню. Однако, если шестерня попытается привести червяк в движение, она может преуспеть, а может и нет. В частности, если угол опережения мал, зубья шестерни могут просто сцепиться с зубьями червяка, потому что составляющая силы по окружности червяка недостаточна для преодоления трения. Однако в традиционных музыкальных шкатулках шестерня приводит в движение червяк с большим углом наклона спирали.Эта сетка приводит в движение лопасти ограничителя скорости, закрепленные на червячном валу.

Червячные передачи, которые блокируются, называются самоблокирующимися , которые можно использовать с пользой, например, когда желательно установить положение механизма путем вращения червяка, а затем заставить механизм удерживать это положение. . Примером может служить головка машины, встречающаяся на некоторых типах струнных инструментов.

Если шестерня в червячной передаче представляет собой обычную косозубую шестерню, то достигается только одна точка контакта.Если требуется передача мощности от средней до высокой, форма зубьев шестерни изменяется для достижения более плотного контакта за счет того, что обе шестерни частично охватывают друг друга. Это делается путем создания обоих вогнутых и соединения их в седловой точке; это называется конусным приводом или «двойным охватом».

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

Некруглая

Некруглые шестерни предназначены для специального назначения.В то время как обычная шестерня оптимизирована для передачи крутящего момента на другой зацепленный элемент с минимальным шумом и износом и максимальной эффективностью, основной задачей некруглой шестерни могут быть изменения передаточного числа, колебания смещения оси и многое другое. Общие области применения включают текстильные машины, потенциометры и бесступенчатые трансмиссии.

Рейка и шестерня

Реечная передача

Рейка представляет собой зубчатый стержень или стержень, который можно рассматривать как секторную шестерню с бесконечно большим радиусом кривизны.Крутящий момент можно преобразовать в линейную силу, зацепив рейку с шестерней: шестерня поворачивается; стойка движется прямолинейно. Такой механизм используется в автомобилях для преобразования вращения рулевого колеса в движение поперечной рулевой тяги слева направо. Рейки также фигурируют в теории геометрии зубчатых колес, где, например, форма зубьев взаимозаменяемого набора зубчатых колес может быть указана для зубчатой ​​рейки (бесконечный радиус), а затем формы зубьев для зубчатых колес конкретных фактических радиусов получаются из это.Реечный тип передачи используется в зубчатой ​​железной дороге.

Эпицикл

В планетарной передаче перемещается одна или несколько осей шестерни. Примерами являются солнечная и планетарная передачи (см. ниже), циклоидальный привод и механические дифференциалы.

Солнце и планета
Солнечная (желтая) и планетарная (красная) шестерни

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

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

Гармоник

Гармоническая передача представляет собой специализированный механизм передачи, который часто используется в промышленном управлении движением, робототехнике и аэрокосмической отрасли благодаря своим преимуществам по сравнению с традиционными системами передач, включая отсутствие люфта, компактность и высокие передаточные числа.

Сепаратор

Клетка на ветряной мельнице Пантиго, Лонг-Айленд (с отключенной ведущей шестерней)

Сепараторное зубчатое колесо , также называемое фонарным зубчатым колесом или фонарным зубчатым колесом , имеет цилиндрические стержни в качестве зубьев, параллельные оси и расположенные по окружности вокруг нее, подобно стержням на круглой птичьей клетке или фонаре.Узел удерживается вместе дисками на каждом конце, в которые вставлены зубчатые стержни и ось. Шестерни с обоймой более эффективны, чем сплошные шестерни, и грязь может просачиваться сквозь стержни, а не застревать и увеличивать износ. Их можно изготовить с помощью очень простых инструментов, поскольку зубья формируются не путем резки или фрезерования, а путем сверления отверстий и вставки стержней.

Иногда используемая в часах шестерня с обоймой всегда должна приводиться в движение зубчатым колесом, а не использоваться в качестве привода.Сепаратор изначально не был одобрен консервативными производителями часов. Он стал популярным в башенных часах, где грязные условия работы были наиболее обычным явлением. Внутренние американские часовые механизмы часто использовали их.

Магнитная шестерня

Все зубья каждого зубчатого компонента магнитных передач действуют как постоянный магнит с периодическим чередованием противоположных магнитных полюсов на сопрягаемых поверхностях. Компоненты зубчатой ​​передачи установлены с возможностью люфта, аналогичной другим механическим передачам.Хотя они не могут прилагать такое же усилие, как традиционная шестерня, такие шестерни работают без соприкосновения и поэтому 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 усилие в герметичный корпус без использования радиального уплотнения вала, которое может протекать.

Что такое шестерни и что они делают? – Урок

(2 оценки)

Быстрый просмотр

Уровень: 5 (5-7)

Необходимое время: 45 минут

Урок Зависимость: Нет

предметных областей: Физика, наука и техника

Поделиться:

Старая учебная программаПривет! Эта учебная программа больше не курируется и не поддерживается.Он может содержать материалы, которые больше не доступны, или устаревшую информацию. Пожалуйста, используйте этот документ для справки. Вопросы? Мы здесь, чтобы помочь: оставьте нам комментарий.

Резюме

Студенты знакомятся с важным инженерным элементом — шестерней. Различные типы шестерен используются во многих инженерных устройствах, включая заводные игрушки, велосипеды, автомобили и нецифровые часы. Учащиеся узнают о различных типах зубчатых колес и о том, как они работают в машинах.Они обрабатывают и комбинируют прямозубые шестерни LEGO в качестве упражнения на передаточные числа. Они видят, как шестерни и различные схемы зубчатых передач используются для изменения скорости, крутящего момента и направления источника энергии. Это готовит их к применению этих знаний в четырех связанных видах деятельности, чтобы найти успешные решения задач проектирования с использованием роботов LEGO® MINDSTORMS® EV3. Предоставляются презентация PowerPoint®, викторины до/после и рабочий лист. Эта инженерная учебная программа соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

Инженерное подключение

Шестерни представляют собой важный компонент многих механических устройств и обычно отождествляются с инженерами-механиками (которых иногда называют «головками шестерен»). Шестерни — это простые механизмы, состоящие из колеса и оси. Хотя это может быть неочевидно для учащихся до этого урока, шестерни широко распространены в нашем мире. Они встречаются в механизмах автомобилей, грузовиков, велосипедов, насосов, аналоговых часов, ветряных турбин, бульдозеров и большинства инженерных машин.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

  • Объясните роль зубчатых колес в механических устройствах.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering соотносится с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .

NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука
Общие базовые государственные стандарты — математика
  • Понимать концепцию отношения и использовать язык отношений для описания отношения отношения между двумя величинами. (Оценка 6) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Понимать концепцию удельной ставки a/b, связанную с отношением a:b, где b ≠ 0, и использовать формулировку ставки в контексте отношения отношения.(Оценка 6) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Свободно делите многозначные числа по стандартному алгоритму.(Оценка 6) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – технология
  • Студенты будут развивать понимание характеристик и области применения технологии.(Оценки К – 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Студенты будут развивать понимание отношений между технологиями и связи между технологиями и другими областями обучения.(Оценки К – 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Студенты будут развивать понимание атрибутов дизайна.(Оценки К – 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Рабочие листы и вложения

Посетите [www.Teachengineering.org/lessons/view/umo_challenges_lesson02] для печати или загрузки.

Больше учебных программ, подобных этому

Деятельность средней школы Включайся

Учащиеся знакомятся с зубчатыми передачами и передаточными числами с помощью роботов, шестерен и программного обеспечения LEGO® MINDSTORMS® EV3. Они узнают, как построить трансмиссию транспортного средства, проектируя зубчатые передачи с различными передаточными числами.Как только учащиеся изучают принципы, лежащие в основе передаточных чисел, они начинают…

Высший элементарный урок Что такое двигатель и как работает датчик вращения?

Студенты узнают об электродвигателях и датчиках вращения.Они узнают, что двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую и обычно включают в себя датчики вращения для измерения расстояния. С помощью интерфейса LEGO® MINDSTORMS® учащиеся создают базовую программу для управления мотором, который приводит в движение…

Предварительные знания

Перед этим уроком рекомендуется, чтобы учащиеся завершили предыдущую часть серии «Как работают сенсоры?».

Введение/Мотивация

Многие школьники знакомы с велосипедными «шестернями».”copyright

Copyright © 2009 Keithonearth, Wikimedia Commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Derailleur_Bicycle_Drivetrain.svg

У скольких из вас есть велосипеды? Когда вы едете на велосипеде, как энергия, которую вырабатывают ваши ноги, используется для толкания велосипеда вперед? Есть идеи? (Послушайте идеи учащихся.) Педали велосипеда вращают шестерню (выглядит как диск с зубьями), которая через цепь вращает другую шестерню (на самом деле шкив). В совокупности мы обычно называем эти детали «велосипедными шестернями».” Как это работает?

На сегодняшнем уроке мы рассмотрим различное расположение шестерен, называемых «зубчатыми передачами», и узнаем, как зубчатые устройства могут изменять скорость, крутящий момент и направление источника энергии. Вам важно понять эти концепции, чтобы вы были готовы решать предстоящие инженерные задачи в этом модуле! После урока учащиеся могут применить свои новые знания о зубчатых колесах и использовать их при конструировании сумобота LEGO с помощью связанного с ним задания по проектированию Sumobot Challenge.Затем, в качестве дополнительной задачи, учащиеся могут выполнять соответствующие задания: задание «Следование по линии», в котором им предлагается запрограммировать роботов LEGO с датчиками цвета, чтобы они следовали по черной линии, и задание «Футбол роботов», в котором они узнают, как можно запрограммировать два кубика LEGO EV3 для отправки получать сообщения друг от друга и отвечать соответствующим образом.

(Продолжите, показав презентацию и предоставив содержание в разделе «Предыстория урока».)

Предыстория урока и концепции для учителей

На этом втором уроке учащиеся знакомятся с концепцией шестерен, что подготавливает их к последующим задачам по проектированию модуля, в которых используются роботы-задачи LEGO MINDSTORMS EV3.Предложите учащимся работать индивидуально или в небольших группах, в зависимости от наличия материалов для роботов LEGO.

Будьте готовы показать учащимся слайд из 17 «Что такое шестерни?» Что они делают? Презентация, файл Microsoft ® PowerPoint ® , для проведения урока. Подготовьте компьютер/проектор с доступом в Интернет, чтобы также показать два онлайн-видео и анимацию на веб-сайте. Заранее сделайте копии тестов Pre-Quiz и Post-Quiz по Gears (по одной на каждого учащегося), которые предоставляются в виде вложений и слайдов, а также рабочего листа Get in Gear (по одной на учащегося).

Во время урока каждой группе необходимы следующие материалы:

Пример цилиндрических шестерен и оси LEGO из основного набора.

Что такое шестерни? Что они делают? План презентации (слайды 1-17)

  • Проведение предварительной викторины путем раздачи бумажных копий; викторина также находится на слайде 2 . Ответы предоставляются учителю на слайде 3 для обсуждения после того, как учащиеся завершат тест.
  • ( слайд 4 ) Объясните цель урока: что такое шестерни и для чего они нужны? Мотивируйте студентов обратить внимание, указав, что концепции сегодняшней презентации важны для изучения и понимания, чтобы хорошо справляться с задачами по дизайну, в которых они будут участвовать на следующем занятии.
  • Опишите, что используется в шестерне. слайд 5 и отличное 11-минутное видео «Основы шестерни» (ссылка на слайд 6 и в разделе «Дополнительная мультимедийная поддержка»).Шестерни бывают разных размеров и типов; они используются для изменения скорости, крутящего момента и направления источника энергии. Темы, затронутые в видео: типы передач, вращение шестерни, передаточное отношение, скорость вращения, механическое преимущество и примеры использования (речные шлюзы и велосипеды).
  • ( слайд 7 ) Дайте обзор различных типов зубчатых колес, включая прямозубые, червячные, конические и шкивы, как показано на рисунках.
  • Индивидуально или в малых группах (в зависимости от количества доступных принадлежностей) учащиеся должны выполнить следующее простое практическое упражнение, чтобы закрепить представление о шестернях.Дайте каждой группе балку 1/16, две оси #6 с втулкой на задней стороне, одну шестерню с 8 зубьями, одну шестерню с 40 зубьями и одну дополнительную шестерню любого размера (например, шестерню с 24 зубьями).
  • Предложите учащимся собрать две шестерни разных размеров с помощью простой балки, как показано на слайде 8 , а затем объясните передаточные числа. Передаточное отношение говорит нам, сколько оборотов одной шестерни вызывает, сколько оборотов другой шестерни. Таким образом, с данными шестернями передаточное число составляет 8:40 или 1:5, что означает, что 5 оборотов маленькой шестерни вызывают 1 оборот большой шестерни.(Обратитесь к соответствующему упражнению «Испытания зайца и улитки», чтобы узнать больше о концепции передаточных чисел)
  • Затем внесите небольшую модификацию, как показано на слайде 9, чтобы представить концепцию промежуточных шестерен. Для этого учащиеся добавляют между первыми двумя шестернями третью шестерню с любым числом зубьев (24-зубая шестерня показана на слайде 9 ).
  • После этого упражнения раздайте рабочие листы и попросите учащихся написать ответы на два вопроса (также на слайде 10 ).Просмотрите их ответы, чтобы проверить их понимание передаточных чисел. Всем классом добровольцы делятся своими ответами, а затем обсуждают ответы (представлены на слайде 11 ).
  • После того, как учащиеся поймут концепцию передаточных чисел, познакомьте их с концепцией крутящего момента ( слайд 12 ). Ключевым моментом является то, что при определенной настройке мощности LEGO (или любой другой машины) мощность = крутящий момент x скорость. Если мощность постоянна, объясните, что крутящий момент и скорость обратно пропорциональны. Это означает, что увеличение крутящего момента снижает скорость, и наоборот.
  • Завершите обсуждение типов зубчатых колес концепцией червячных передач ( слайд 13 ) и ремней/шкивов ( слайд 14 ). Это включает в себя демонстрацию учащимся онлайн-описания червячной передачи, анимации и видео продолжительностью 1:43 минуты (ссылки на слайде 14 и в разделе «Дополнительная мультимедийная поддержка»).
  • Проведите пост-викторину, раздав бумажные копии; викторина также находится на слайде 15 . Ответы представлены на слайде 16 . Словарь терминов и определений представлен на слайде 17 .Далее проведите сопутствующие мероприятия.

Связанные виды деятельности

Словарь/Определения

дизайн: В общих чертах искусство создания чего-то несуществующего.

Шестерня: вращающаяся часть машины с нарезанными зубьями, которые входят в зацепление с другой зубчатой ​​частью для передачи крутящего момента; в большинстве случаев зубья на обеих шестернях имеют одинаковую форму.

шкив: Колесо на оси, предназначенное для поддержки движения и изменения направления с помощью троса/ремня/цепи по окружности.

крутящий момент: Тенденция силы вращать объект вокруг своей оси или оси вращения.

Оценка

Оценка перед уроком

Предварительный тест: Перед началом урока проведите предварительный тест Gears из двух вопросов, раздав бумажные копии (также на слайде 2).Предварительная викторина оценивает предварительные знания учащихся о зубчатых колесах и машинах с зубчатыми колесами. Ответы приведены в Ключе ответов перед тестом Gears (и на слайде 3).

Оценка после внедрения

Проверка понимания: Предложите учащимся ответить на два вопроса, приведенных в рабочем листе «Включение передачи» (также на слайде 10), чтобы проверить, насколько они поняли устройство зубчатой ​​передачи и соответствующее влияние на скорость выходной шестерни. См. ответы в ключе ответов рабочего листа Get in Gear (и слайд 11).

Оценка итогов урока

Пост-викторина: В конце урока проведите пост-викторину Gears из двух вопросов, раздав бумажные копии (также на слайде 15). Просмотрите ответы учащихся, чтобы определить, как изменились их знания о зубчатых колесах во время урока, и оцените, понимают ли они, как применять свои знания. Ответы приведены в ключе ответов Gears Post-Quiz (и на слайде 16).

Дополнительная мультимедийная поддержка

Во время презентации урока покажите учащимся отличный 11-минутный видеоролик «Основы зубчатых колес», который познакомит с зубчатыми колесами и подходит для учащихся 4–9 классов.Затрагиваемые темы: типы передач, вращение шестерен, передаточное отношение, скорость вращения, механическое преимущество и примеры использования (речные шлюзы и велосипеды). https://www.youtube.com/watch?v=odpsm3ybPsA

Во время презентации урока покажите учащимся описание и анимацию червячной передачи на странице https://en.wikipedia.org/wiki/Worm_drive, а также ее применение в видеоролике длительностью 1:43 минуты «Червячный редуктор скорости» на странице https:/ /www.youtube.com/watch?v=S3XAeMCeZr0.

использованная литература

“Шестерня.Последнее обновление: декабрь 2013 г. Википедия, Бесплатная энциклопедия. По состоянию на декабрь 2013 г. http://en.wikipedia.org/wiki/Gear

“Крутящий момент”. Последнее обновление: декабрь 2013 г. Википедия, бесплатная энциклопедия. По состоянию на декабрь 2013 г. http://en.wikipedia.org/wiki/Torque

.

Авторские права

© 2014 Регенты Университета Колорадо; original © 2013 Кураторы Университета Миссури

Авторы

Сачин Наир, Пранит Самарт, Сатиш С.Наир

Программа поддержки

Программа GK-12, Центр вычислительной нейробиологии, Инженерный колледж, Университет Миссури

Благодарности

Эта учебная программа была разработана в рамках гранта Национального научного фонда ГК-12 №. DGE 0440524. Однако это содержание не обязательно отражает политику Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 8 марта 2022 г.

Шестерни – робототехника

Шестерни используются для передачи движения. Они сильно различаются по конфигурации и используются для самых разных целей. Основная предпосылка состоит в том, что входная шестерня (ведомая шестерня) имеет заданное количество зубьев, а выходная шестерня имеет заданное количество зубьев. Соотношение между этими двумя шестернями можно использовать для определения крутящего момента и скорости выходной шестерни, если известна входная мощность ведомой шестерни.

Крутящий момент против скорости

Скорость и крутящий момент обратно пропорциональны. Радиус шестерни прямо пропорционален ее крутящему моменту.

Speed ​​ = ( Gear Input Gear / Выходное устройство ) * Скорость ввода
Tort Maine = ( Выходная передача / INPUT DEW ) * Входной момент
крутящий момент = A * RADIUS
TORQUIQUE GEAD 1 / RADIUS GEAR 1 = График 2 / RADIUS Gear 2

Пример

Пример будет иметь большое значение.Если бы к 10-зубчатой ​​цилиндрической шестерне был прикреплен двигатель, который вращается со скоростью 100 об/мин с крутящим моментом 1 дюйм/фунт и радиусом 1 дюйм. И вы соединяете прямозубую шестерню с 20 зубьями с шестерней с 10 зубьями. Выходная мощность шестерни с 20 зубьями будет составлять 50 об/мин при 2 дюйм/фунт. крутящего момента и 2 по радиусу.

Скорость : (10/20) * 100 = 50 об / мин
крутящий момент : (20/10) * 1 = 2 в / lb
Radius : (2 * 1) / 1 = 2 дюйма

Цилиндрические шестерни

Наиболее распространенными и простыми передачами являются прямозубые.Прямозубые шестерни используются для передачи вращательного усилия (скорости и крутящего момента) на другую шестерню или рейку (плоская шестерня). Цилиндрические шестерни изготавливаются из многих материалов, с различными ступицами и шагом. Ступицы – это центральная часть шестерни, используемая для крепления шестерни к ее валу. Диаметральный шаг — это количество зубьев на дюйм шестерни. Это легко визуализировать с реечной передачей ниже. Если бы шаг был 24, то в 1 дюйме было бы 24 зубца рейки (если бы он не был метрическим, то 24 зубца на сантиметр).

Планетарные передачи

Планетарные или планетарные передачи состоят из зубчатого венца, одной или нескольких внешних шестерен (сателлитных шестерен), вращающихся вокруг центральной шестерни (солнечной шестерни). Обычно зубчатый венец крепится к рычагу или приводу. Но любая из трех передач может быть стационарной, что позволяет использовать множество различных конфигураций. Основным преимуществом этого механизма зубчатой ​​передачи является значительное уменьшение на небольшом пространстве по сравнению со стандартными прямозубыми зубчатыми колесами.

Конические шестерни

Конические зубчатые колеса очень похожи на прямозубые, за исключением того, что они предназначены для передачи вращения посредством поступательного перемещения на 90 градусов.Конические шестерни облегчают переход на 90 градусов, но для этого требуется прочная коробка передач. Скорость и крутящий момент в конической передаче обрабатываются так же, как и в прямозубой.

Червячная передача

Червячные передачи также используются для передачи вращательного усилия через 90-градусный переход. Червячные передачи не имеют обратного хода. Это означает, что независимо от того, какая сила приложена к большой цилиндрической шестерне, ведомая червячная передача не будет двигаться. Червячные передачи, как правило, имеют очень высокое соотношение между входом и выходом.Ведомая шестерня представляет собой спираль, которая перемещает выходную шестерню на 1 зуб за каждый оборот входной. Если бы выходная шестерня имела 30 зубьев, то отношение было бы 30 к 1. Вы можете использовать это отношение в уравнениях крутящего момента и скорости в секции цилиндрической шестерни.

Ходовые винты

Ходовые винты представляют собой длинный винт с гайкой, используемый для линейного перемещения. Ходовой винт имеет большое механическое преимущество, низкий КПД (50%), большую грузоподъемность, точное и точное линейное движение, и большинство из них не имеют обратного хода.Высокое трение обычно требует смазки и имеет тенденцию к перегреву или разрушению при длительном непрерывном движении.

Шарико-винтовые пары

Шарико-винтовые пары представляют собой ходовой винт с подшипниками в «гайке», используемый для линейного перемещения. Шарико-винтовая передача имеет большое механическое преимущество, высокий КПД (90%), большую грузоподъемность, точное и точное линейное движение, и большинство из них имеют обратный ход. Шарико-винтовые пары более дорогие, но обычно могут окупиться в долгосрочной перспективе благодаря более длительному сроку службы и меньшему обслуживанию.

Промежуточные шестерни

Промежуточные шестерни не влияют на передаточное отношение. Промежуточные шестерни используются для изменения расстояния между редукторами или для изменения направления вращения. Шестерня в центре является промежуточной шестерней и не влияет на соотношение между шестернями слева и справа.

Составные прямозубые шестерни

Составные прямозубые шестерни — это прямозубые шестерни с двумя наборами зубьев, используемые для увеличения передаточных чисел. На рисунках ниже показано расположение. Чтобы найти передаточное отношение, вам нужно будет найти передаточное отношение между двумя механизмами цилиндрических зубчатых колес и перемножить их.Зеленая шестерня представляет составную шестерню.

от 10 до 40 зубьев = 1/4 скорости

Затем снова от 10 до 40 зубьев = 1/4 скорости

Окончательное соотношение: 1/4 x 1/4 = 1/8 x скорость

А или 8/1 х крутящий момент

Bike Jargon Buster… Объяснение велосипедных передач WhyCycle?

Передачи на велосипеде сбивают с толку очень многих людей, поэтому, если вы один из них, не бойтесь, вы далеко не одиноки!

Велосипеды почти всегда будут иметь один из четырех типов зубчатой ​​передачи;
  • Односкоростной
  • Фиксированные шестерни
  • Ступичные шестерни
  • Шестерни переключателя передач
Первые три типа выше требуют очень небольшого объяснения, но Derailleur Gears, кажется, оставляют большинство людей немного в замешательстве, и большая часть этой страницы будет посвящена им.

Почти все системы велосипедных передач состоят из:

  • педалей, соединенных через «кривошипы» с одним или несколькими зубчатыми кольцами, известными как «цепочка». Два кривошипа соединены друг с другом через раму металлическим валом, известным как «ось каретки»
  • .
  • Цепь. Велосипедные цепи имеют шаг 1/2 дюйма (расстояние между звеньями) и различаются по ширине в зависимости от типа приводной системы.
  • Одно или несколько зубчатых колец (известных как «звездочки»), прикрепленных к заднему колесу
В некоторых зубчатых передачах цепь заменена ремнем, но они не особенно распространены.Также в прошлом были велосипеды с карданным приводом.

Односкоростной

В односкоростной системе велосипед имеет только одно передаточное число: переднюю звездочку одного размера и заднюю звездочку второго (обычно меньшего) размера. Звездочка сзади имеет возможность самостоятельно вращаться в обратном направлении; это называется «выбег». С обгонной муфтой колесо может продолжать вращаться без педалей, и вы можете «вернуть педаль». Некоторые односкоростные велосипеды также могут быть «Fixed Gear» или «Fixies» (см. Ниже).

Фиксированные шестерни

В системе с фиксированной передачей велосипед имеет только одно передаточное число (одна скорость [см. выше]), И педали будут продолжать вращаться (даже когда вы перестанете крутить педали), пока велосипед движется.

Ступичные шестерни

В системе Hub Gear шестерни заключены в заднюю ступицу велосипеда. Когда «3 скорости» или «8 скоростей» упоминаются в отношении ступичной передачи, это означает, что ступица имеет 3 (или 8) различных передаточных чисел.

Существует отдельный тип системы зубчатой ​​передачи, в которой используются принципы бесступенчатой ​​трансмиссии (вариаторной трансмиссии), в которых нет отдельных фиксированных передаточных чисел; передаточное отношение варьируется где-то между самым низким и самым высоким передаточным числом.На момент написания есть только одна компания, производящая такую ​​систему передач (NuVinci), и они не особенно распространены.

Шестерни переключателя передач

Шестерни переключателя являются наиболее распространенными и вызывают наибольшую путаницу.

Если у вас нет ступицы, но вы хотите велосипед с различными передаточными числами, переключатели передач — наиболее распространенное решение.

В системе переключения передач передаточное число изменяется путем увеличения или уменьшения размера передней или задней звезды.Именно переключатель выполняет это действие, сталкивая цепь с одной звездочки/цепочки на другую – отсюда и название… цепь сходит с рельсов.
В системе переключения передач к линии передачи добавляется один или два переключателя.

Задний переключатель

Задний переключатель крепится к раме велосипеда рядом с осью заднего колеса. Цепь проходит через два небольших полузубчатых колеса (направляющие колеса), прежде чем подается на нижнюю часть задних звездочек.
Сам переключатель может перемещать относительное положение опорных колес вбок по сравнению с фиксированной точкой крепления на раме с помощью троса управления, приводимого в действие уровнем шестерни на раме или руле.
Это движение позволяет протолкнуть/стянуть цепь с одной звездочки на другую.
Задний переключатель подпружинен, чтобы компенсировать провисание цепи.

Передний переключатель

Передний переключатель крепится к раме велосипеда рядом с педалями.Цепь проходит через клетку, прежде чем попасть на верхнюю сторону звездочек.
Сам переключатель может перемещать относительное положение каркаса в сторону относительно фиксированной точки крепления на раме с помощью троса управления, приводимого в действие уровнем шестерни на раме или руле.
Это движение позволяет протолкнуть/стянуть цепь с одной звезды на другую.
Велосипед не может иметь только передний переключатель, если нет другого механизма, компенсирующего провисание цепи.

На велосипеде с ОБОИМ передним и задним переключателями у нас есть:
  • 2 или 3 передние звезды разного размера на звездочке, управляемые передним переключателем
  • 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10 или 11 звездочек разного размера на заднем колесе, управляемых задним переключателем
Каждая комбинация передней звезды и звездочки дает нам различное передаточное число.

18/10/21/27 и т. д. “Скоростной” велосипед

Это область, которую большинство людей не понимают.

В системе с переключателем передач велосипеды часто называют «21 Speed» или что-то в этом роде.Мы будем использовать 21 скорость, поскольку она была очень распространена в течение довольно долгого времени.

Если наш велосипед имеет три звезды и семь звездочек , мы имеем 3 x 7 = 21 передаточное число. Это так называемая 21 скорость.

НО рассматривать их как 21 независимую передачу, пронумерованных от 1 до 21, было бы неправильно. Чтобы понять почему, нам сначала нужно понять передаточные числа.

Передаточные числа

Проще говоря, передаточное число на велосипеде означает, сколько раз заднее колесо будет вращаться за каждый полный оборот шатунов (педалей).
Если у нас есть передняя звезда с 30 зубьями и звездочка с 30 зубьями, между ними нет никакой разницы; один полный оборот педалей приведет к одному полному обороту колеса. В соотношении это 1 к 1 (1:1).
Если у нас есть передняя звезда с 30 зубьями и звездочка с 10 зубьями, передняя звезда в 3 раза больше, чем звездочка; один полный оборот педалей означает ТРИ полных оборота руля. В соотношении это 3 к 1 (3:1).
Если у нас есть передняя звезда с 20 зубьями и звездочка с 30 зубьями, передняя звезда составляет всего 2/3 размера звездочки; один полный оборот педалей дает ДВЕ ТРЕТИ оборота колеса.В соотношении это 2 к 3 (2:3).

Шестерня в дюймах
В Великобритании передаточное число велосипеда обычно выражается в зубчатых дюймах (или зубчатых сантиметрах для метрической системы у нас).
Если мы представим, что наши педали были прикреплены непосредственно к ведущему колесу, мы можем использовать передаточное отношение для определения эффективного размера воображаемого ведущего колеса. Представьте пенни-фартинг с огромным передним колесом.
Если наше фактическое колесо имеет диаметр 26 дюймов и передаточное число 3:1, диаметр воображаемого колеса составляет 3/1 x 26 дюймов = 78 дюймов.
Если наше фактическое колесо имеет диаметр 26 дюймов и передаточное число 2:3, то наше воображаемое колесо имеет диаметр 2/3 x 26 дюймов = 17,3 дюйма. передаточное число обычно выражается в метрах прогрессии
Опять же, представляя наши педали, прикрепленные непосредственно к ведущему колесу, Метры прогрессии относятся к расстоянию (в метрах), которое мы проедем за один полный оборот педалей

Передаточные числа по отношению к 10/18/21/27 и т. д. «Скоростной» велосипед

Теперь у нас есть представление о том, что такое передаточные числа, дюймы передач и метры прогрессии, мы можем начать оглядываться на наш велосипед «21 Speed» и смотреть, что происходит, когда мы наносим на карту передаточные числа на самом деле.Вы можете сделать это самостоятельно для передач на своем велосипеде, используя наш калькулятор передач.

Этот пример имеет три звезды: 28/38/48 и набор 7-скоростных звездочек 12/13/15/17/20/24/28 и описан с диаметром колеса 622 мм.

622 мм 12т 13т 15т 17т 20т 24т 28т
28т 1451,3 мм
(2,33:1)
(PM:4.56м)
1339,7 мм
(2,15:1)
(PM:4,21 м)
1161,1 мм
(1,87:1)
(PM:3,65 м)
1024,5 мм
(1,65:1)
(PM:3,22 м)
870,8 мм
(1,40:1)
(PM:2,74 м)
725,7 мм
(1,17:1)
(PM:2,28 м)
622,0 мм
(1,00:1)
(вечер:1.95м)
38т 1969,7 мм
(3,17:1)
(PM:6,19 м)
1818,2 мм
(2,92:1)
(PM:5.71м)
1575,7 мм
(2,53:1)
(PM:4,95 м)
1390,4 мм
(2,24:1)
(PM:4,37 м)
1181,8 мм
(1,90:1)
(PM:3,71 м)
984,8 мм
(1.58:1)
(PM:3,09 м)
844,1 мм
(1,36:1)
(PM:2,65 м)
48т 2488,0 мм
(4,00:1)
(PM:7.82м)
2296,6 мм
(3,69:1)
(вечер:7,21 м)
1990,4 мм
(3,20:1)
(PM:6,25 м)
1756,2 мм
(2,82:1)
(PM:5,52 м)
1492.8мм
(2,40:1)
(PM:4,69 м)
1244,0 мм
(2,00:1)
(PM:3,91 м)
1066,3 мм
(1,71:1)
(PM:3,35 м)

Цветовое кодирование предназначено для визуального отображения передач, которые становятся выше/жестче. Чем больше зеленого, тем легче/ниже передача, чем краснее, тем жестче/выше передача.

Посмотрите внимательно на значения для 28-зубной звезды с 28-зубной звездочкой, и вы увидите, что соотношение составляет 1:1.Для 48-тонной звезды со звездочкой 12-тонным соотношение составляет 4:1.
Первая строка таблицы — это 7 передаточных чисел, которые у нас есть, с выбранной самой маленькой (28 т) звездочкой. Самое высокое передаточное число составляет 28 т с 12 т; соотношение 2,33:1.
В результате для указанных выше размеров звездочек у нас есть набор из 21 передаточного числа, которые охватывают диапазон от 1:1 до 4:1; Самая высокая/самая сложная передача приведет к тому, что мы проедем в четыре раза больше расстояния, чем самая низкая/самая легкая передача за каждый оборот педали.
Теперь посмотрите на второй ряд, где у нас выбрана средняя звезда 38 зуб.Наше передаточное число 28 т + 12 т находится где-то между передаточным числом для наших звездочек 15 и 17 т, когда используется средняя передняя звезда. т. е. самое высокое передаточное число на наименьшей передней звезде выше, чем самое низкое передаточное число на средней передней звезде.
Точно так же 38t+12t имеет передаточное число 3,17:1, которое снова находится между передаточными числами для наших 15t и 17t звездочек, когда используется самая большая передняя звезда.

Это приводит к тому, что вместо 21 «скорости» есть три диапазона по семь передач.Каждый из наших трех диапазонов передач накладывается на передаточные числа своего соседа.
На самом деле, если вы внимательно посмотрите, вы заметите, что почти каждое передаточное число при выборе средней 38-зубной звезды почти дублируется передаточными числами на 28- и 48-зубных звездочках.

Почему шестерни (почти) дублируются?

Ответ заключается в удобстве использования.

Если убрать каждое передаточное число, которое точно дублируется другим передаточным числом, у нас останется всего 11 различных передаточных чисел:

  • 28t + 28t
  • 28т + 24т
  • 38 т + 28 т
  • 38 т + 24 т
  • 38 т + 20 т
  • 38 т + 17 т
  • 38 т + 15 т
  • 38 т + 13 т
  • 38 т + 12 т
  • 48 т + 13 т
  • 48 т + 12 т
Если бы мы полностью удалили дублированные передаточные числа, т. е. сделали бы их непригодными для использования, нам пришлось бы время от времени одновременно менять настройки переднего и заднего переключателей, что могло бы быть только на один уровень сложности сложнее или проще.Оставив дубликаты в миксе, мы можем перейти к следующей более легкой или более сложной передаче, всего лишь изменив задний переключатель на один шаг.

Рассматривайте их как три диапазона передач; в случае установки 3×7 — пониженный диапазон с 5 различными передачами. Диапазон средних передач с 6 или 7 различными передачами и, наконец, диапазон высоких передач с 5-6 различными передачами.

Итак, если вы находитесь в крутом восходящем ландшафте , вы выбираете диапазон низких передач (наименьшая передняя звезда)
)
Для большинства других ситуаций, умеренный подъем и спуск , вы выбираете средний диапазон передачи (средняя передняя звезда)
На асфальте вы можете переключаться между средним и высоким диапазонами.

Имея три диапазона передач, которые значительно перекрываются, вы обнаружите, что можете свести к минимуму изменения выбора передней звезды, сделав ваши переключения передач более плавными.

Гоночные велосипеды (т. е. велосипеды со старым откидным рулем типа «Я знал, что был прав насчет этого седла») редко сталкиваются с такими крутыми или трудными подъемами, что требуется самый низкий диапазон, предлагаемый для горных велосипедов (где рельеф требует увеличения требуемого усилия) . В последнее время все больше гоночных велосипедов оснащаются тройными передними звездами.Это служит двум целям; это позволяет передаточным числам в каждом из трех диапазонов быть более плотными, обеспечивая более ограниченный контроль, И это позволяет производителям увеличить количество звездочек, установленных сзади. Выберите любые два диапазона на диаграмме, и вы увидите, что по крайней мере одна комбинация звездочки/цепочки не рекомендуется. С тремя становятся пригодными для использования все звездочки и все передние звезды, хотя и не все комбинации.

В магазине мне сказали избегать определенных передач. Почему?

Проблема заключается в относительно грубом способе работы систем переключателей.

У вас есть два набора шестеренок, соединенных цепочкой.
Передний набор шестерен (обычно 3 в настоящее время) известен как цепочка/цепочка.
Задний набор шестерен (от 5 до 11) — это муфта свободного хода или «звездочки».

Велосипедная цепь скреплена штифтами, чтобы звенья могли двигаться (чтобы они могли обходить звездочки и передние звезды), и, хотя допускается небольшое боковое движение, цепь, по сути, должна двигаться по прямой линии.

Теперь учтите, что и передние звезды, и задние звезды образуют прямые линии, но есть только несколько комбинаций этих передних и задних звездочек, которые соединяются прямой линией.

Передний комплект передних звезд обычно слегка смещен в пользу более высоких передач, т. е. средняя передняя звезда не образует прямой линии со средней задней звездочкой.

“Скрипящие” шумы, которые вы иногда слышите, являются прямым результатом контакта между сторонами цепи и одной из следующих сторон: внутренней поверхностью переднего переключателя, внутренней поверхностью большей передней звезды, чем выбранная, или вращением цепи. над опорными колесами в заднем переключателе (эти два маленьких пластиковых зубчатых колеса в заднем переключателе, которые компенсируют провисание цепи).Скорее всего первые два.

Иллюстрация справа, надеюсь, демонстрирует расположение различных шестерен (в системе 3×7).

На левом рисунке выбрана самая маленькая передняя звезда. Как видите, он очень хорошо совпадает с третьей звездочкой и довольно хорошо с звездочками 2 и 4. Даже 1 и 5 не показывают слишком большого отклонения от прямой линии, но как только мы начнем смотреть на звездочки 6 и 7 , отклонение от прямой становится довольно резким.Действительно, на 7-й звездочке есть большая вероятность того, что цепь начнет притираться к внутренней поверхности средней звезды. Почти во всех магазинах/магазинах вам скажут, чтобы вы не использовали самую маленькую цепочку с наименьшей звездочкой просто потому, что автономный аспект настолько велик, что это вызовет преждевременный износ вашей цепи. Кроме того, это точка, где цепь меньше всего «наматывается» на звездочки, что делает ее самой слабой.

На среднем рисунке выбрана средняя передняя звезда.Как видите, он довольно хорошо сочетается со всеми задними звездочками, за исключением самой большой (1) звездочки. От средней до наибольшей звезды рекомендуется не использовать, но это не должно привести к чрезмерному повреждению цепи. Комбинация, однако, будет означать, что цепь почти наверняка будет притираться к внутренней стороне механизма переднего переключателя. Цепь также может притираться к внутренней поверхности переднего переключателя в середине -> наименьшей. По этой причине многие переключатели передних передач более высокого качества могут иметь две настройки положения переднего переключателя, чтобы уменьшить этот стук.В те дни, когда еще не было «индексированных» передач, велосипедисты регулярно регулировали положение переднего переключателя, чтобы уменьшить трение, но с современными индексными системами это не так просто.

На правом рисунке выбрана самая большая передняя звезда. Опять же, вы можете видеть, что это довольно хорошо согласуется с четырьмя самыми маленькими звездами, однако три самые большие звезды все больше отклоняются от линии … фактически больше, чем комбинации на самой маленькой звезде … потому что система смещена в пользу более высоких звезд. шестерни.На самой большой передней звезде никогда не стоит использовать две самые большие задние звезды, а третья самая большая, как указано выше, также оставит цепь на внутренней поверхности переднего переключателя.

Короче говоря;
на самой маленькой звездочке, не используйте две самые маленькие звездочки.
на средней цепочке, вы можете использовать все задние звёздочки, но рекомендуется избегать использования самого большого
на самой большой цепочке, не использовать 2 самые большие звёздочки, а также желательно избегать использования третьей по величине звёздочки, но это зависит в соответствии с вашей конкретной настройкой передач.

Использование этих плохих комбинаций приводит к чрезмерному и преждевременному износу вашей цепи, передних звезд и звездочек И означает, что вы почти наверняка будете испытывать скрежещущие звуки.

Далее, более подробная техническая информация

Подробности, приведенные выше, даны в терминах, которые, как мы надеемся, понятны непрофессионалам, настолько простыми для понимания, насколько мы можем это сделать.

Более подробное и подробное объяснение (хотя местами довольно техническое) можно найти в статье WikiPedia Bicycle Gearing.

Велосипедные механизмы объяснили | Полное руководство по велосипедным трансмиссиям

Слишком часто вы будете видеть людей, маниакально крутящих педали или усердно перемалывающих свой путь, едва способных сдвинуть велосипед с места.Жизнь этих людей была бы немного проще, если бы они правильно использовали свое снаряжение.

Это исчерпывающее руководство о том, что такое велосипедные передачи и как их использовать на велосипеде.

Что такое шестерни на велосипеде?

Шестерни — одно из тех замечательных изобретений, которые позволяют нам ездить быстрее, легче подниматься в гору и получать гораздо больше удовольствия от езды.

Gears преобразуют усилие, которое вы прикладываете к педалям, в определенную мощность на вашем руле. Сила, которую могут произвести ваши мышцы, ограничена, и, как правило, оптимальная частота вращения педалей (как быстро вы крутите педали), при которой вы будете наиболее эффективны.

Переключение передач в зависимости от местности и условий, чтобы оставаться в пределах этого диапазона, позволяет двигаться вперед более эффективно.

Существует несколько различных систем, которые велосипеды используют для переключения передач, хотя, безусловно, наиболее распространенной является внешняя трансмиссия.

Описание внешних приводов велосипеда

Внешняя трансмиссия с передним и задним переключателями. Оли Вудман / Immediate Media

Большинство велосипедов, представленных сегодня на рынке, имеют внешнюю трансмиссию, которая была преобразована в простую, легкую и эффективную систему.

Передачи меняются на кассете (комплект звездочек на заднем колесе) задним переключателем. Это сдвигает цепь вверх или вниз по кассете. Когда переключатель движется для переключения передачи, он сталкивает цепь с пандусами или ступенями, перемещая ее на большую или меньшую звездочку.

Велосипед также может иметь передний переключатель, который переключает цепь между передними звездами, прикрепленными к шатунам.

Передние передачи обеспечивают большие прыжки, которые эффективно изменяют диапазон ваших передач, чтобы они больше подходили для высокой скорости, ровной местности или медленного подъема.Кассета позволяет вам более точно выбирать передачу в этом диапазоне, когда вы модулируете свои усилия.

Обычно на заднем колесе можно найти от одной до трех передних звезд (одинарных, двойных или тройных) и до 11 звездочек (12 также существуют в форме SRAM Eagle и Campagnolo Record и даже 13 с ротором). Это дает вам огромный выбор передач на выбор.

Что такое ступица на велосипеде?

11-скоростная втулка Shimano Alfine с карбоновым приводным ремнем Gates. Джонни Эшелфорд

Ступичные шестерни

— популярный вариант для пассажиров и тех, кому нужна надежная и относительно не требующая обслуживания трансмиссия.

С межсервисным интервалом от 3000 до 5000 км внутренние ступичные шестерни отлично подходят для менее склонных к техническому обслуживанию.

Также нет никаких сомнений в том, что переключатели относительно уязвимы и подвержены повреждениям. Когда все аккуратно упаковано внутри заднего колеса, вам становится немного легче дышать, особенно зимой, когда защита шестерен от непогоды не помешает.

Существует множество вариантов втулок, но наиболее распространенными являются Shimano, SRAM, Sturmey Archer и известный производитель Rohloff.

Системы с числом передач от трех до четырнадцати обеспечивают широкий выбор вариантов для любой местности, на которой вы окажетесь.

Однако главный недостаток – вес. Вы ездите с небольшой коробкой передач внутри ступицы, которая, в свою очередь, содержит множество металлических деталей, которые значительно увеличивают вес.

Замена прокола также может быть затруднена при использовании ступичной шестерни.

Есть ли у велосипедов коробка передач? Что такое велосипед с коробкой передач?

Коробки передач Pinion нашли свое применение в основном на горных велосипедах. Мик Киркман / Immediate Media

Частично проблема ступицы заключается в том, что она увеличивает вес на одном конце велосипеда, что может привести к неуравновешенному управлению.

Вместо этого коробка передач встроена непосредственно в раму, а вес расположен по центру велосипеда. Шатуны приводят в движение шестерни напрямую, а выходной сигнал преобразуется в коробку передач, а затем передается на заднее колесо через цепь.

Одной из самых захватывающих разработок последнего времени является коробка передач Pinion. Однако в целом коробки передач остаются нишей в велосипедном мире.

Ремень Gates Carbon Drive требует меньше обслуживания, чем традиционная цепь. ASDesign.uk.com

И редукторы, и ступичные шестерни также могут использоваться с ременными приводами. Это требует даже меньшего обслуживания, чем цепь, потому что нет звеньев для смазки, а это означает, что они намного чище, чем промасленная цепь.

Однако только некоторые рамы совместимы с ременным приводом. Поскольку ремень представляет собой непрерывную петлю, для рамы требуются съемные дропауты или разделитель нижних перьев, который позволяет продеть ремень в задний треугольник.

Что такое электронная трансмиссия на велосипеде?

Большинство передач на велосипедах сегодня приводятся в действие металлическими тросами – тросами Боудена, если использовать их собственное название.

Тем не менее, электронные трансмиссии уже некоторое время присутствуют на рынке, и, вероятно, со временем они станут более распространенными.

Вместо тросов передача переключается двигателем с электронным управлением. Главное преимущество — постоянство. В то время как тросы могут прогибаться и растягиваться со временем, электронная трансмиссия будет поддерживать точное переключение передач в любых условиях.

Конечно, недостатки в том, что аккумуляторы нужно заряжать (правда, не особенно регулярно) и, в настоящее время, расход.

Наиболее распространены системы Shimano с переключением Di2 и SRAM с беспроводным переключением eTap.Даже Rohloff теперь предлагает электронное переключение для своей 14-ступенчатой ​​ступицы.

Что такое односкоростной/фиксированный/фиксированный велосипед?

Фиксики не могут свободно вращаться. Джек Люк / Immediate Media

Конечно, у вас всегда есть выбор только с одной передачей, и именно так начинались велосипеды.

В велосипедах с одной скоростью

используется одна шестерня, которая может свободно вращаться и позволяет заднему колесу вращаться без движения педалей.

Fixies еще более примитивны, задняя шестерня «фиксирована» на месте, а это означает, что если мотоцикл движется, трансмиссия движется, поэтому вам всегда приходится крутить педали.

Основным преимуществом является простота, низкие требования к обслуживанию и низкая стоимость. Хотя нет никаких сомнений в том, что во многих случаях односкоростные велосипеды также стали чем-то вроде модного тренда.

Суть в том, чтобы выбрать передаточное число, достаточно легкое, чтобы подняться на самый крутой холм, с которым вы, вероятно, столкнетесь, и в то же время достаточно жесткое, чтобы избежать разворота, когда движение ускоряется.

Как использовать шестерни на велосипеде?

Бесполезно иметь все эти шестеренки, если ты не можешь их поменять.На рынке существует несколько различных конструкций переключателей, которые могут работать немного по-разному, но все они довольно интуитивно понятны, как только вы с ними познакомитесь.

Манетки для передней и задней части будут отдельными, расположенными с левой и правой стороны руля соответственно.

Как использовать манетки с плоским рулем/горным велосипедом

Плоские рули распространены на гибридных / городских велосипедах, а также на горных велосипедах. Доступно несколько различных конструкций переключателей.

Как использовать триггерный переключатель

Триггерные переключатели на пригородном велосипеде Specialized Sirrus. Оли Вудман / Immediate Media

В настоящее время триггерный переключатель является наиболее распространенной конструкцией. У него есть два рычага под рулями, которые можно активировать большими или указательными пальцами: один для переключения вверх и один для переключения вниз.

В зависимости от конструкции вы можете переключать сразу несколько передач или нет. У Shimano также есть несколько моделей, в которых рычаг переключения передач и тормозной рычаг объединены в один блок.

Как пользоваться манеткой

Рукоятка переключения передач для коробки передач Pinion Jack Luke / Immediate Media

С помощью триггерного переключателя обычно можно переключать только одну передачу за раз, но с переключением с помощью рукоятки можно очень быстро переключаться между несколькими передачами.

Переключатель интегрируется с рукояткой на руле, и вы переключаете передачи вверх или вниз, поворачивая рычаг переключения передач — аналогично дроссельной заслонке на мотоцикле.

Как пользоваться переключателем для большого пальца

Старомодный переключатель для большого пальца. Дэниел Ойнс / Flickr Creative Commons

Хотя манетки немного старомодны, время от времени все же всплывают переключатели для большого пальца.

Рычаг на верхней части стержней можно перемещать по часовой стрелке или против часовой стрелки, чтобы переключать передачи.

Современные передачи индексированы, что означает, что щелчок на рычаге переключения скоростей напрямую соответствует переключению передач.

В прошлом у переключателей не было этого определенного щелчка, и вместо этого переключатель удерживался на месте за счет трения и непрерывно двигался, пока не переключилась передача.В некоторых редких случаях вы все еще можете столкнуться с такими переключателями большого пальца.

Как пользоваться переключателями для шоссейных велосипедов

Мы составили отдельное руководство по использованию дорожных переключателей. Мэтью Ловеридж / Immediate Media

Вы найдете откидные дуги на более специализированных шоссейных велосипедах, ориентированных на скорость, а не на абсолютный комфорт. Опять же, есть несколько различных дизайнов.

Мы рассказали, как использовать шестерни на шоссейном велосипеде, в отдельном отдельном руководстве.

Как работают передачи на моем велосипеде?

Шестерня в дюймах

Ваши шестерни преобразуют ваш вход в кривошипы в выход на заднем колесе. Ваш каденс (насколько быстро вы крутите педали) преобразуется в разные скорости на заднем колесе в зависимости от того, на высокой или низкой передаче вы находитесь.

Развитие вашей передачи — то, насколько далеко ваш велосипед перемещается при каждом нажатии педали — обычно описывается в дюймах передачи, т. е. на сколько дюймов ваш велосипед будет катиться вперед при каждом полном обороте ваших шатунов.

Существует ряд онлайн-калькуляторов, которые рассчитывают это на основе размера вашего колеса, размера шины и размеров передней звезды/звездочки.

Шестеренчатые дюймы могут дать вам хорошее представление о том, насколько тяжелыми или легкими являются передачи: диапазоны около 20 дюймов — легкие, 70 дюймов — средние, а более 100 дюймов — довольно жесткие.

Диапазон передач

Диапазон передач часто указывается в процентах, описывающих общий диапазон, предлагаемый системой. Это означает, что 300-процентный диапазон предлагает соотношение 3:1.При вращении педалей на самой высокой передаче вы продвинетесь вперед в три раза дальше за один ход педали, чем на самой низкой передаче.

Для внешних трансмиссий диапазон передач можно рассчитать, умножив отношение наибольшего и наименьшего зубца передней звезды на передаточное отношение наибольшей и наименьшей звездочки на кассете.

Характеристики кассеты обычно определяются наименьшей и наибольшей звездочкой. Таким образом, кассета 11–28 т будет обозначать кассету с наименьшей 11-зубчатой ​​и наибольшей 28-зубчатой ​​звездочками.

Шатуны выпускаются в нескольких формах для шоссейных велосипедов, включая стандартные, компактные, суперкомпактные и тройные.

Тройной шатун имеет три звезды. Джек Люк / Immediate Media

Тройка имеет три звезды. Хотя когда-то это был наиболее широко используемый тип шатунов, теперь его можно найти в основном на туристических велосипедах или на холмистой местности, где требуется очень широкий диапазон передач.

В настоящее время более привычными являются две звезды. Они поставляются либо со стандартной, либо с компактной шатуной, обычно с 53-39 т или 50-34 т соответственно.Стандарт больше подходит для высоких скоростей с большими передними звездами

.

Компакт обеспечивает больший диапазон и немного более легкую передачу, что хорошо подходит большинству гонщиков как для езды на скорости, так и для подъема по крутым склонам.

Иногда вы также можете найти сверхкомпактную систему, в которой используются еще более низкие передаточные числа, чем в компактной системе, что делает велосипед более подходящим для скалолазания.

1-кратная передача все чаще используется как на горных, так и на гравийных велосипедах. Дэн Милнер/MBUK

В комплектах звезд для горных велосипедов, как правило, используются звезды еще меньшего размера для работы на крутых склонах и бездорожье. Также в настоящее время является нормой видеть большинство горных велосипедов и многих гравийных велосипедов, оснащенных одной передней звездой.

Обычно он сочетается с кассетой широкого диапазона сзади. Такое расположение называется установкой 1x (по одному).

Чтобы определить количество имеющихся у вас передач, просто умножьте количество звездочек спереди на количество звездочек на вашей кассете сзади.

Однако количество передач может быть несколько неправильным, потому что похожие шестерни могут дублироваться в зависимости от того, какую комбинацию передней звезды и звездочки вы используете. Точно так же может быть нецелесообразно использовать определенные комбинации передач, поскольку они могут поставить цепь под чрезмерным углом.

Для зубчатых ступиц и коробок передач производители обычно указывают диапазон. Например, 14-ступенчатая втулка Rohloff имеет диапазон 526%, а коробка передач Pinion P1.12 имеет диапазон 600%.

В какой передаче я должен быть?

Gears — это эффективность.

Представьте, что вы пытаетесь крутить педали вверх по крутому склону на высокой передаче. Вам придется невероятно сильно давить на педали и продираться вверх по склону.

Вместо этого на более низкой передаче ваше усилие на педали меньше, но в результате вы можете вращаться быстрее.

Ваш расход энергии в каждом случае примерно одинаков. Проделанная работа равна силе, умноженной на расстояние, поэтому, если вы вдвое уменьшите необходимое усилие, вы будете крутить педали в два раза быстрее.

Однако существует предел силы, которую могут генерировать ваши ноги (и могут выдерживать ваши колени), поэтому наступает момент, когда предпочтительнее переключать передачи, чтобы уменьшить требуемое усилие и увеличить частоту вращения педалей.

Часть о травме колена действительно ключевая. Для вашего тела гораздо приятнее нажимать относительно легко (но быстрее), чем продираться вперед.

И наоборот, наступает момент, когда любое ускорение вращения становится неэффективным и даже может вывести вас из равновесия.Имеет смысл снова переключиться на более высокую передачу, чтобы снизить частоту педалирования.

Вы быстро почувствуете, что работает для вас, но ключ в том, чтобы найти баланс между необходимостью слишком сильно давить или слишком быстро вращаться, чтобы вы могли плавно крутить педали. Идеальная частота вращения педалей будет очень индивидуальной, но часто считается, что она находится в диапазоне от 70 до 100 об / мин.

Когда я должен переключать передачи?

Предвидение — ключ к эффективному использованию вашего снаряжения. Дэн Милнер / BikeRadar

Главное при переключении передач — предвкушение.Загляните вперед и попытайтесь предсказать, как изменится ваша скорость и как вам, вероятно, придется переключать передачи.

Когда вы подходите к крутому повороту, ожидайте, что вам нужно будет снизить скорость и переключиться на более низкую передачу, чтобы вам было легче разогнаться на выходе из поворота.

Если вы едете в гору или против ветра, ваше воспринимаемое усилие увеличится, поэтому имеет смысл переключиться на более низкую передачу, чтобы учесть это.

Точно так же, если вам нужно остановиться на каком-то светофоре, переключитесь на более легкую передачу, чтобы вам было легче тронуться с места, когда загорится зеленый сигнал светофора.

Одно большое «нет-нет» заключается в том, что вам не следует переключать передачи, когда вы стоите на месте с внешней трансмиссией. Всегда убедитесь, что вы крутите педали, чтобы выполнять плавные переключения, и постепенно переключайтесь между передачами, чтобы найти правильную.

Еще одна вещь, которую следует избегать, — перекрестная цепочка. Если у вас несколько звездочек, то лучше избегать комбинаций маленькая-маленькая или большая-большая звездочка-цепочка.

Экстремальные углы, на которые подается цепь, могут привести к повышенному износу и высоким нагрузкам на трансмиссию.

И наоборот, ступичные шестерни или коробки передач обычно можно переключать, когда они находятся в состоянии покоя. На самом деле, они часто весьма чувствительны к переключению передач под нагрузкой, поэтому при переключении помогает слегка «разгрузить» шатуны.

Как очистить трансмиссию

Не позволяйте вашей цепи так испачкаться, иначе вы изнашиваете другие компоненты трансмиссии. Колин Левич / Immediate Media

Ключом к поддержанию исправной работы вашего оборудования является поддержание его в чистоте и хорошем состоянии.На самом деле, поддержание чистоты в целом помогает вам следить за техническим обслуживанием и позволяет выявлять любые потенциальные проблемы до того, как они станут более серьезными.

Как обсуждалось ранее, ступичные шестерни, как правило, требуют меньшего обслуживания, хотя вам, возможно, все же придется регулировать натяжение троса, поскольку он все еще постепенно растягивается с течением времени.

Общее техническое обслуживание, подобное этому, творит чудеса в долгосрочной перспективе, потому что хорошо отрегулированный и обслуживаемый велосипед бережнее относится к вашим компонентам в целом.

Мы составили руководство по регулировке передач на вашем велосипеде.

Также важно ухаживать за цепью, регулярно очищая и смазывая ее.

Наконец, мы рекомендуем регулярно проверять цепь на предмет износа с помощью дешевого инструмента. Замена цепи намного дешевле, чем замена других изношенных компонентов велосипеда.

Цепь легко проверить на предмет износа, для этого имеется множество инструментов. Дэвид Ром / Immediate Media

У нас уже есть подробное объяснение того, как проверить цепь на предмет износа и когда следует задуматься о ее замене.

Подумайте о приобретении инструмента, который показывает степень износа вашей цепи и указывает, стоит ли ее заменить.

Вооружившись этими знаниями, отправляйтесь туда и начните использовать свои механизмы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.