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:

• Сталь.
• Титан.
• Алюминий.
• Медь.
• Латунь.
• пластик.
• Дерево.

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:

• Размеру.
• Форме.
• Глубине и направлению зубьев.

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.
• Косозубые.
• С внутренним зацеплением.
• Винтовые.
• Секторные.
• С круговыми зубьями.
• Конические.
• зубчатые рейки.
• Звездочки.
• Корончатые.

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.

Похожие темы:

• Шарниры. Виды и применение. Принцип работы и особенности
• Блоки и ролики. Виды и применение. Особенности и отличия
• Полиспаст. Виды и устройство. Применение и особенности
• Подшипник. Виды и применение. Особенности и как выбрать