Загальна характеристика зубчастих колес.

Зубчасте колесо, шестерня – основна деталь зубчастої передачі у вигляді диска із зубами на циліндричної або конічної поверхні, що входять у зачеплення із зубами іншого зубчатого колеса. У машинобудуванні прийнято мале зубчасте колесо з меншим числом зубів називати шестернею, а велике - колесом. Проте часто все зубчасті колеса називають шестернями.

Зубчасті колеса зазвичай використовуються парами з різним числом зубів з метою перетворення обертаючого моменту і числа обертів валів на вході і виході. Колесо, до якого обертаючий момент підводиться ззовні, називається ведучим, а колесо, з якого момент знімається – веденим.

Якщо діаметр ведучого колеса менше, то обертаючий момент веденого колеса збільшується за рахунок пропорційного зменшення швидкості обертання, і навпаки. Відповідно до передавальним відношенням, збільшення крутного моменту буде викликати пропорційне зменшення кутової швидкості обертання веденої шестірні, а їх твір – механічна потужність – залишиться незмінним. Дане співвідношення справедливе лише для ідеального випадку, не враховує втрати на тертя та інші ефекти, характерні для реальних пристроїв.

2. Циліндричні зубчасті колеса.

Зубчасті колеса класифікуються в залежності від форми поздовжньої лінії зуба на:

ü прямозубі,

ü косозубі,

ü шевронні.

Прямозубі колеса – найпоширеніший вид зубчастих коліс (рис. 8.1). Зуби розташовані в радіальних площинах, а лінія контакту зубів обох шестерень паралельна осі обертання. При цьому осі обох шестерень також повинні розташовуватися строго паралельно. Прямозубі колеса мають найменшу вартість, але, в той же час, граничний крутний момент таких коліс нижче, ніж косозубих і шевронних

Косозубі колеса є вдосконаленим варіантом прямозубих (рис. 8.2). Їх зуби розташовуються під кутом до осі обертання, а по формі утворюють частину спіралі.

Переваги. Зачеплення таких коліс відбувається плавніше, ніж у прямозубих, і з меншим шумом. Площа контакту збільшена в порівнянні з прямозубою передачею, таким чином, граничний крутний момент, переданий зубчастої парою, теж більше.

Недоліки. При роботі косозубого колеса виникає механічна сила, спрямована вздовж осі, що викликає необхідність застосування для установки вала наполегливих підшипників; Збільшення площі тертя зубів (що викликає додаткові втрати потужності на нагрівання), що компенсується застосуванням спеціальних мастил.

В цілому, косозубі колеса застосовуються в механізмах, що вимагають передачі великої крутного моменту на високих швидкостях, або що мають жорсткі обмеження по гучності.

Шевронні колеса (рис. 8.3). Зуби таких коліс виготовляються у вигляді літери «V» (або вони виходять стикуванням двох косозубих коліс із зустрічним розташуванням зубів). Передачі, засновані на таких зубчастих колесах, зазвичай називають «Шеврон».

Шевронні колеса вирішують проблему осьової сили. Осьові сили обох половин такого колеса взаємно компенсуються, тому відпадає необхідність в установці валів на наполегливі підшипники. При цьому передача є самовстановлюючою в осьовому напрямку, унаслідок чого в редукторах з шевронними колесами один з валів встановлюють на плаваючих опорах (як правило – на підшипниках з короткими циліндричними роликами).

Зубчасті колеса з внутрішнім зачепленням. При жорстких обмеженнях на габарити, в планетарних механізмах, застосовують колеса із зубчастим вінцем, нарізаним з внутрішньої сторони(рис. 8.4). Обертання ведучого і веденого колеса здійснюється в одну сторону. В такій передачі менше втрати на тертя, тобто вище ККД.

3. Конічні зубчасті колеса.

У багатьох машинах здійснення необхідних рухів механізму пов'язано з необхідністю передати обертання з одного вала на інший за умови, що осі цих валів перетинаються. У таких випадках застосовують конічну зубчасту передачу (рис. 8.5).

Розрізняють види конічних коліс, що відрізняються за формою ліній зубів: з прямими, тангенціальними, круговими і криволінійними зубами.

Рисунок 8.5 – Конічні зубчасті колеса: а – з прямозубі, б - косозубі