Для чего нужны шестерни

Зубчатое колесо

Зубча́тое колесо́, шестерня́ — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называть шестернёй, а большое — колесом. Однако часто все зубчатые колёса называют шестерня́ми.

Зубчатые колёса обычно используются па́рами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента и числа оборотов валов на входе и выходе. Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается — ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот. В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение — механическая мощность — останется неизменным. Данное соотношение справедливо лишь для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.

Содержание

Цилиндрические зубчатые колёса

Поперечный профиль зуба

Профиль зубьев колёс как правило имеет эвольвентную боковую форму. Однако, существуют передачи с круговой формой профиля зубьев (передача Новикова с одной и двумя линиями зацепления) и с циклоидальной. Кроме того, в храповых механизмах применяются зубчатые колёса с несимметричным профилем зуба.

Параметры эвольвентного зубчатого колеса:

В машиностроении приняты определенные значение модуля зубчатого колеса m для удобства изготовления и замены зубчатых колёс, представляющие собой целые числа или числа с десятичной дробью: 0,5; 0,7; 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5 и так далее до 50.

Высота головки зуба — h_aP и высота ножки зуба — h_fP — в случае т.н. нулевого зубчатого колеса (изготовленного без смещения, зубчатое колесо с «нулевыми» зубцами) (смещение режущей рейки, нарезающей зубцы, ближе или дальше к заготовке, причем смещение ближе к заготовке наз. отрицательным смещением, а смещение дальше от заготовки наз. положительным) соотносятся с модулем m следующим образом: h_aP = m; h_fP = 1,25 m, то есть:

Отсюда получаем, что высота зуба h (на рисунке не обозначена):

Вообще из рисунка ясно, что диаметр окружности вершин d_a больше диаметра окружности впадин d_f на двойную высоту зуба h. Исходя из всего этого, если требуется практически определить модуль m зубчатого колеса, не имея нужных данных для вычислений (кроме числа зубьев z), то необходимо точно измерить его наружный диаметр d_a и результат разделить на число зубьев z плюс 2:

Источник

Шестерня (зубчатое колесо)

Определение шестерня

Изобретение Шестерни

Изобретатель шестерни не известен, в истории шестерни упоминаются Ктезибием он использовал древнее зубчатое колесо в своих водяных часах во II веке до нашей эры, а так же упоминает в своем сочинении о применение шестерен Архимедом в III веке до н.э. Есть данные о использовании шестерен Римлянами в начале новой эры. В работах Леонардо да Винчи, в чертежах некоторых механизмов присутствуют шестерни с формой зуба близкой к современной.

Области применения шестерен

Шестерни применяются в различных, сложных и простых механизмах в машиностроении, судостроении, в пищевой и горнодобывающей промышленности, а так же: в буровых установках, железно дорожных вагонах, в подъемных кранах, в автомобильных дифференциалах, коробке передач, танках, лебедках, шестеренных гидромашинах – насосах, часах и в прочих механизмах.

Последние новости

Изготовление зубчатых колес по чертежам (M1, Z18 и Z42)

Заказ на изготовление зубчатых колес № 9584 от 23 ноября 2021 года.

Изготовили 38 шт. зубчатых колес по чертежам (M1, Z18 и Z42).
Зубчатые колеса из бронзы БРАЖ9-4, с модулем 1 мм., зубъев 18 и 42.

Изготовление шестерен суппорта станка ДИП-300

Заказ на изготовление шестерен № 9545 от 28 октября 2021 года.

Изготовление шестерен по чертежу (M1.5, Z20, D33)

Заказ на изготовление шестерни № 9767 от 13 декабря 2021 года.

Изготовление шестерен (M2, Z60, D124)

Заказ на изготовление шестерен № 9629 от 10 ноября 2021 года.

Изготовили восемь шестерен (M2, Z60, D124).
Шестерни из стали 40Х, с закалкой 40-45HRC, модулем 2 мм, зубъев 60.

Изготовление шестерен (M3, Z37, D117)

Заказ на изготовление шестерни № 9598 от 10 ноября 2021 года.

Изготовили две шестерни (M3, Z37, D117).
Шестерни из стали 45 с твердостью 42-45 единиц, модулем 3 мм, зубъев 37.

Источник

Шестерни. Виды и применение. Особенности и материал изготовления

Шестерни, зубчатки или зубчатые колеса – элементы зубчатой передачи, представляющей собой диск с зубьями. Устройство используется для отдачи крутящего момента путем зацепления с ответными зубьями других шестерней или зубчатого приводного ремня. При разнице диаметра контактной пары происходит передача оборотов от ведущей зубчатки на ведомую с ускорением или замедлением. Шестеренки используются в механизмах различной сложности, таких как часы, КПП автомобилей, редукторах, электромясорубках, блендерах, принтерах и т.д.

Материалы изготовления

Зубчатая передача используется в механизмах с различной нагрузкой, от совсем мизерной, к примеру, в наручных часах, до многотонной в промышленных редукторах.

Можно встретить шестерни из различных материалов:

Стальные и титановые отличаются высокой стойкостью к истиранию. Их зубцы выдерживают большие нагрузки. Они используются в механизмах с высокой скоростью оборотов или повышенной силой противодействия, поэтому для увеличения срока службы требуют применения смазочных материалов. Они способны работать в системах, где периодически происходит торможение массивных раскрученных элементов, так как их зубья устойчивы к динамическому воздействию.

Шестеренки из цветных металлов отличаются меньшей прочностью, однако обладают коррозионной стойкостью. Их часто применяют в механизмах с сухой сцепкой, без использования смазки. Нужно отметить, что взаимодействие шестерен из цветных металлов исключает образование искры. Это позволяет применять такие детали во взрывоопасной газовой среде.

Пластиковые зубчатки отличаются низкой прочностью. Они не предназначены на длительную работу на высоких оборотах, так как при нагреве в результате трения начинают плавиться. Их часто используют в механизмах игрушек, принтеров, блендеров, миксеров, а также прочей кухонной и бытовой технике. При заклинивании отдельных элементов зубчатой передачи зубцы на остальных пластиковых шестернях могут срываться, в результате чего механизм приходит в негодность.

Также можно встретить деревянные зубчатки. Такие шестерни не отличаются высокой прочностью, особенно в малых размерах. Их можно встретить в механизме старинных водяных и ветровых мельниц. Сейчас же они представлены в виде демонстрационных моделей зубчатой передачи, а также деревянных конструкторах.

Виды шестерен

Шестерни могут отличаться между собой не только по материалу изготовления, но и по другим параметрам:

Основание зубчатки может быть цилиндрическим, коническим или прямым. Кроме этого, зубцы могут располагаться по внешней или внутренней кромке. Они бывают прямыми, скошенными, или иметь другую форму.

В зависимости от тех или иных составляющих, их можно разделить на следующие виды:

Прямозубые

Это наиболее распространенная и простая в производстве шестерня. Она представляет собой круглый профиль, зубцы которого располагаются по окружности и являются строго параллельными относительно оси вращения. Их изготовление возможно как методом фрезерования, так и отливки в форму. Особенность прямозубых шестеренок в том, что они могут передавать крутящий момент только на элементы расположенные относительно них параллельно в одной плоскости. Такой способ передачи обеспечивает самый высокий КПД, так как люфты и трение при стыковке элементов получаются минимальными. Кроме этого прямозубая стыковка сопровождается сравнительно меньшим давлением на зубья. Работа механизма сопровождается меньшим нагревом.

Косозубые шестерни

Зубчатые колеса этого типа имеют зубцы расположенные под уклоном. За счет этого они получаются более длинными. Это способствует возможности увеличения на них нагрузки. Они работают менее шумно, кроме этого отличаются плавностью.

Увеличенная ширина зубцов сопровождается повышенным трением. Как следствие такая деталь нагревается больше. Для предотвращения потери ее прочностных характеристик, требуется использование улучшенной системы смазки.

Косозубое колесо используют в механизмах, где требуется передача мощного крутящего момента с высокими оборотами. В силу смещенного направления усилия относительно посадочного вала такой зубчатки, при ее установке желательно применение упорных подшипников. Они препятствуют расхождению между сцепленными косыми шестернями, которые стремятся при вращении рассоединяться, так как каждый из них склонен к отклонению в разные стороны относительно друг друга.

С внутренним зацеплением

В более сложных механизмах используются шестеренки с зубьями расположенными по внутренней окружности. Их применение дает возможность обеспечить одинаковое направление вращения ведущего и ведомого вала. Это позволяет отказываться от дополнительных зубчаток, тем самым уменьшая габариты механизма. Такой технический прием можно встретить в конструкции насосов, а также в планетарной передаче. Производятся и действительно большие зубчатки с внутренним зацеплением, которые обеспечивают вращение поворотных механизмов кабины кранов и прочей землеройной, а также строительной техники.

Винтовые

Это легко угадываемые по форме профиля шестерни. Они имеют вид длинного цилиндра. Их зубья сделаны под винт, оборачиваемый вдоль цилиндра. Обычно такая зубчатка представляет собой вал с зубцами, а не диск как остальные.

Она используется для передачи крутящего момента на другую шестерню, расположенную относительно нее перпендикулярно. Причем сам узел примыкания получается достаточно компактным. Такая пара передает крутящий момент с понижающим или повышающим передаточным числом, поэтому ее часто можно встретить в конструкции редукторов.

Секторные

Это шестерня, зубья на которой нанесены не по всей окружности, а только частично на ширину сектора. За счет этого при сцеплении она делает неполный оборот, а только его часть, пока хватает зацепов. Обычно она используется в механизмах как ведущий элемент. Вращаясь на валу, она достигнув ответной шестерни цепляет ее и проворачивает на часть оборота. После прохождения ее зубцов, она вращается дальше, но последующая часть механизма останавливается до момента повторного примыкания зубцов. Таким образом, происходит шаговая передача крутящего момента.

Используя секторную шестерню можно обеспечить работу рывками от источника постоянного вращения. Это требуется для различного фасовочного оборудования на конвейерах и подобных устройствах.

С круговыми зубьями

Они имеют скругленные зубья, то есть с изгибом по радиусу. За счет этого они могут работать с увеличенной нагрузкой. Такие колеса обладают плавным ходом. Их недостаток в снижении КПД, зато они очень тихие.

Производство данных шестерен сложное, поэтому они применяются не так часто. Их стоимость выше, чем нескольких упрощенных зубчаток, решающих аналогичную задачу. Их применяют, если требуется добиться максимальной компактности и при этом низкого уровня шума готового механизма.

Конические

Такие шестерни могут передавать крутящий момент на валы, которые располагаются друг к другу под прямым углом. Их зубья могут быть прямыми, косыми, скругленными или тангенциальными. Это один из самых распространенных элементов. Его можно встретить в конструкции редукторов и дифференциала автомобиля. Такие зубчатки имеют зубья обычно только по наружной окружности. Коническая зубчатая пара состоит из элементов с разным количеством зубьев. В результате этого на таком узле происходит повышение или понижение передаточного числа.

Зубчатые рейки

Это элемент реечной передачи. Он представляет собой рейку с зубьями, предназначенную для стыковки с ответными шестернями. Такая пара позволяет превращать вращательное движение в поступательное, или же наоборот. Рейки бывают различной длины. Нередко они работают в сочетании с секторной зубчаткой, что обеспечивает выполнение возвратно-поступательных движений.

Звездочки

Это шестерни, предназначенные для соединения с роликовой цепью. Они применяются для передачи крутящего момента между элементами расположенными на расстоянии друг от друга. За счет разницы диаметра звездочек, и разного числа зубцов, при вращении такой пары происходит увеличение или понижение передаточного числа на ведомом элементе.

Также возможна работа звездочек посредством установки зубчатого ремня из резины или полимера Такое техническое решение сопровождает отсутствием необходимости выполнения смазки, а также понижением шума при оборотах. Однако ремень склонен к проскальзыванию под нагрузкой, так как способен растягиваться.

Корончатые

Это достаточно редкие шестерни, которые сложно спутать с любыми другими. Они отличаются тем, что зубья на них располагаются сбоку. За счет этого внешне они похожи на корону. Их применяют в сцепки с прямозубым колесом. Они не рассчитаны на большие нагрузки, и используются сугубо в силу необходимости корректировки формы механизма передачи, в случае необходимости его размещения в стесненный корпус или короб. Увидеть такие шестеренки можно в старинных башенных часах.

Источник

Что такое шестерня (зубчатое колесо)

Очень часто в обиходе бывалых механиков можно услышать фразы, касающиеся различных деталей: их функций, возможностей, цены и работоспособности. Одной из таких деталей является шестерня. А для чего необходима эта деталь? Что это, и по какому принципу она работает? Давайте разбираться.

Описание и виды шестерёнок

Шестерня – это колесо (диск) с зубьями (другим словом – зубчатое колесо (ЗК)), которое крепится ко вращающейся оси. Она может быть, как с конической, так и с цилиндрической поверхностью.
Шестерёнчатые передачи подразделяются (в зависимости от линии зуба) на следующие виды:

Прямозубые. Это самые применяемые из всех видов ЗК, у которых зубья располагаются в радиальных плоскостях.

Червячные (спиральные) используются для рулевого управления автомобилем.

Винтовые имеют цилиндрическую форму, зубья располагаются по линии винта. Используются на валах, расположенных перпендикулярно относительно друг друга.

Секторные являются частью шестерни различного типа, что значительно экономит габариты. Применяется в таких передачах, где не нужно вращение ЗК.

Есть ещё немало других видов этих деталей, каждая из которых может выполнять определённую функцию.

Область применения и принцип действия

ЗК считается одной из важнейших деталей, применяемых в механизмах с зубчатой передачей, как в сложных, так и в простых. Их применяют в машиностроении, пищевой и горнодобывающей промышленности, в судостроении, в подъёмных кранах, коробках передач, лебёдках, танках, буровых установках…

Зубчатые колёса применяются парно и работают при помощи зубьев, цепляясь за соседние, благодаря чему и выполняется основная функция ЗК – передача вращательных движений между валами.

Каждая из шестерён имеет своё число зубьев. Разница в количестве зубьев шестерни необходима для возможности преобразования числа оборотов вала и крутящего момента, то есть для передачи или изменения КМ от ведущего к ведомому ЗК. Ведущей называется та шестерня, к которой крутящий момент подводится снаружи, а ведомая – та, с коей он снимается.

При этом, когда диаметр ведущей детали меньше, чем у ведомой – КМ увеличивается пропорционально уменьшению скорости вращения, а в обратном случае (диаметр ведомой меньше ведущего) – наоборот. Кроме того, нужно знать то, что от числа зубьев на шестерёнке зависит плавность хода передачи (больше зубьев – плавный ход, и наоборот).

Износ шестерни (откалывание зубцов) влечёт за собой необходимость её замены, так как ремонту деталь не подлежит.

Источник

Шестерня

Зубча́тое колесо (обыв. шестерня́) — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое ведущее зубчатое колесо независимо от числа зубьев называть шестернёй, а большое ведомое — колесом. Однако часто все зубчатые колёса называют шестерня́ми.

Зубчатые колёса обычно используются па́рами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента и числа оборотов вала на выходе. Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается — ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот.

Следует заметить, что зубчатая передача не является усилителем механической мощности, так как общее количество механической энергии на её выходе не может превышать количество энергии на входе. Это связано с тем, что механическая работа в данном случае будет пропорциональна произведению вращающего момента на скорость вращения. В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение останется неизменным. Данное соотношение справедливо для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.

Содержание

Поперечный профиль зуба

Боковая форма профиля зубьев колёс для обеспечения плавности качения может быть: эвольвентной, неэльвовентной передача Новикова (с одной и двумя линиями зацепления), циклоидальной. Кроме того, в храповых механизмах применяются зубчатые колёса с несимметричным профилем зуба.

Продольная линия зуба

Прямозубые колёса

Прямозубые колёса — самый распространённый вид зубчатых колёс. Зубья являются продолжением радиусов, а линия контакта зубьев обеих шестерён параллельна оси вращения. При этом оси обеих шестерён также должны располагаться строго параллельно.

Косозубые колёса

Косозубые колёса являются усовершенствованным вариантом прямозубых. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали. Зацепление таких колёс происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом.

Недостатками косозубых колёс можно считать следующие факторы:

В целом, косозубые колёса применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высокой скорости, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.

Колёса с круговыми зубьями

Передачи на основе колёс с круговыми зубьями имеют ещё более высокие ходовые качества, чем косозубые — высокую плавность и бесшумность работы. Однако они ограничены в применении сниженными, при тех же условиях, КПД и ресурсом работы, такие колёса заметно сложнее в производстве. Линия зубьев у них представляет собой окружность радиуса, подбираемого под определённые требования.

Двойные косозубые колёса (шевроны)

Двойные косозубые колёса решают проблему осевого момента. Зубья таких колёс изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых колёс со встречным расположением зубьев). Осевые моменты обеих половин такого колеса взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке осей и валов в специальные подшипники. Передачи, основанные на таких зубчатых колёсах, обычно называют «шевронными».

Зубчатые конические колёса

Кроме наиболее распространёных циллиндрических З. к. применяются колёса конической формы. Конические колёса применяются там, где необходимо передать крутящий момент под определённым углом. Такие конические колёса с круговым зубом, например, применяются в автомобильных дифференциалах, используемых для передачи момента от двигателя к колёсам.

Секторные колёса

Секторное колесо представляет собой часть обычного колеса любого типа. Такие колёса применяются в тех случаях, когда не требуется вращение механизма на 360°, и поэтому можно сэкономить на его габаритах.

Зубчатые колёса с внутренним зацеплением

При жёстких ограничениях на габариты, в планетарных механизмах, в шестерённых насосах с внутренним зацеплением, в приводе башни танка, удобно применение колёс с зубчатым венцом, нарезанным с внутренней стороны. Также сто́ит заметить, что вращение ведущего и ведомого колеса направленно в одну сторону. В такой передаче меньше потери на трение, т.е. выше КПД.

Реечная передача (кремальера)

Реечная передача (кремальера) применяется в тех случаях, когда необходимо преобразовать вращательное движение в поступательное и обратно. Состоит из обычной прямозубой шестерни и зубчатой планки (рейки). Работа такого механизма показана на рисунке.

Коронные колёса

Коронное колесо — особый вид колёс, зубья которых располагаются на боковой поверхности. Такое колесо обычно стыкуется с обычным прямозубым, либо с барабаном из стержней (цевочное колесо), как в башенных часах.

Изготовление зубчатых колёс

Основные методы изготовления зубчатых колёс: метод копирования, когда режущие кромки инструмента соответствуют форме впадины зубчатого колеса и после нарезания одной впадины заготовка поворачивается на один зуб при помощи делительного устройства, метод обкатки, (обрабатывающий инструмент воспроизводит движение пары зубчатых колёс), горячее и холодное накатывание.

Технологиями изготовления зубчатых колёс занимаются специальные направления технологии машиностроения и области станкостроения. Основные производители металлорежущих станков зубообрабатывающей группы в России — заводы «Комсомолец» (г. Егорьевск) и Коломенский тяжёлого станкостроения (г. Коломна).

См. также

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Шестерня» в других словарях:

шестерня — и; мн. род. рён, дат. рням; ж. Зубчатое колесо, передающее вращательное движение. Чугунная, деревянная ш. Сломалась ш. ◁ Шестерённый, ая, ое. * * * шестерня меньшее колесо сопряжённой пары зубчатых колёс. * * * ШЕСТЕРНЯ ШЕСТЕРНЯ, меньшее колесо… … Энциклопедический словарь

шестерня — ШЕСТЕРНЯ, и, род. мн. ей, жен. (устар.). То же, что шестерик (во 2 знач.). II. ШЕСТЕРНЯ, и, род. мн. рён, жен. Малое колесо в зубчатой передаче. | прил. шестерённый, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

шестерня — шестерня. В знач. «упряжка в шесть лошадей» род. шестерни; мн. шестерни, род. шестерней. Запрячь шестерню. В знач. «зубчатое колесо, передающее движение» шестерня (неправильно шестерня), род. шестерни; мн. шестерни, род. шестерён (неправильно… … Словарь трудностей произношения и ударения в современном русском языке

ШЕСТЕРНЯ — ШЕСТЕРНЯ, зубчатое колесо, прикрепленное к вращающейся оси. Зубцы одной шестерни захватывают другую и, таким образом, передают и видоизменяют движение и ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ. Меньшая из пары шестеренок называется малым зубчатым колесом. Если оно… … Научно-технический энциклопедический словарь

ШЕСТЕРНЯ — ШЕСТЕРНЯ, шестерни, род. мн. шестерён и шестерней, жен. 1. То же, что шестерик во 2 знач. (обл.). «А прежде что тут мчалося колясок, бричек троечных, дормезов шестерней.» Некрасов. 2. Зубчатое колесо, передающее движение (тех.). Толковый словарь… … Толковый словарь Ушакова

ШЕСТЕРНЯ 1 — ШЕСТЕРНЯ 1, и, род. мн. ей, ж. (устар.). То же, что шестерик (во 2 знач.). Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

ШЕСТЕРНЯ 2 — ШЕСТЕРНЯ 2, и, род. мн. рён, ж. Малое колесо в зубчатой передаче. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

шестерня — 1 іменник жіночого роду запряг із шести коней шестерня 2 іменник жіночого роду шестірня розм … Орфографічний словник української мови

ШЕСТЕРНЯ — меньшее колесо сопряженной пары зубчатых колес … Большой Энциклопедический словарь

Шестерня — I ж. разг. Упряжка в шесть лошадей; шестерик III. II ж. Зубчатое колесо, передающее движение. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

Шестерня — I ж. разг. Упряжка в шесть лошадей; шестерик III. II ж. Зубчатое колесо, передающее движение. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

Источник