Что называют колесом в зубчатом зацеплении в редукторе

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

Зубчатые передачи в редукторах

Зубчатые передачи известны несколько тысячелетий. Они встречаются как в небольших приборах, часах, так и в мощном оборудовании, например, турбине электростанции, буровой установке.

Зубчатая передача изобретена несколько тысячелетий назад и ее изобретатель неизвестен. Первые зубчатые колеса — деревянные, причем, современная форма зубьев (оптимизированная математически) возникла лишь недавно. Основной период времени это были тяжелые и громоздкие деревянные колеса с вбитыми стержнями по ободу, которые и выполняли роль зубьев. Они активно использовались на ветряных и водяных мельницах.

Очевидно, что зубчатое зацепление возникло после фрикционного, когда с одного вращающегося колеса пытались передать вращение на другое. Так получалось передавать лишь незначительную мощность, а попытка ее увеличения приводила к проскальзыванию колес, вот и возникла идея сделать зубья, чтобы исключить такой недостаток. В результате передаваемая мощность резко выросла.

Любая зубчатая передача состоит как минимум из четырех элементов. Это сами зубчатые колеса (не менее двух), корпус, подшипники и валы. На небольших мощностях такой элемент как подшипники может отсутствовать. Например, зубчатые передачи в CD/DVD технике и ранее распространенных магнитофонах не имеют подшипников. Там просто ставится втулка из антифрикционного сплава или даже просто отверстия в корпусе (особенно в пластиковых корпусах). Промышленные редукторы уже все делаются на подшипниках за исключением специальных серий для управления очень небольшой мощностью.

Зубчатые колеса

Идеальный материал для зубчатых колес — легированная к абразивному износу сталь. Чтобы реализовать возможность передавать большие нагрузки, зубчатые колеса делают по более сложной схеме. Сама сталь выбирается относительно мягкой, а поверхностная закалка упрочняет только наружный слой. В результате получаются износостойкие зубья, которые не выкрашиваются от ударных нагрузок. Мелкие шестерни могут быть закаленными полностью.

Для зубчатых колес небольших редукторов используется латунь и различные пластмассы. Выбор этих материалов обусловлен их свойствами, позволяющими выполнять отливки под давлением с высокой точностью. Станочная обработка небольших шестерен неоправданно удорожает их производство, поэтому подобрана группа материалов, которой такая обработка не требуется. Редукторы с пластиковыми шестерёнками применяются даже в ответственных системах, например, в промышленных редукторах для управления клапанами, в сервоприводах стояночного тормоза автомобилей.

Перспективно покрытие зубьев антифрикционными материалами, например бронзой, однако эта практика ограничена ввиду быстрого стачивания таких покрытий. Чтобы снизить трение, зубчатым колесам требуется смазка, которая должна присутствовать на них постоянно во время работы.

Виды зубчатых передач

Корпуса зубчатых передач (картеры редукторов)

Задача корпуса — обеспечение правильного положения зубчатых колес относительно друг друга и в пространстве для передачи вращения через валы. Для всех редукторов оптимален полностью закрытый корпус. Поэтому всегда стараются использовать именно его. Открытые зубчатые передачи, незащищенные от пыли и механических воздействий, постепенно выходят из обращения.

Шестерни могут составлять до 50% стоимости редуктора. Их изготавливают с высокой точностью. Высший класс — хонинговка зубьев. Профиль зубьев рассчитан математически, и зуборезный станок нарезает его в несколько приемов. Зубья имеют рабочие поверхности, которые обрабатываются. Остальная поверхность может быть грубой отливкой. При необходимости шестерню балансируют, наваривая грузики. Особенно точная балансировка требуется маховым шестерням.

Если шестерни находятся вне закрытого корпуса, то им нельзя обеспечить подачу жидкой смазки. Такие редукторы работают с густой смазкой, которая снижает ресурс и КПД. Эти решения годятся лишь для небольших мощностей или режима работы с редкими периодическими включениями.

У редукторов в герметичном картере, обратная ситуация. Через них можно передавать значительные мощности. А благодаря внутренней защите от коррозии и пыли они могут работать в средах с высоким содержанием абразивной пыли: горнорудная промышленность, дробилки, проходческие комбайны, нефтяные качалки. Специальное климатическое тропическое исполнение маркируется буквой «Т» в названии.

Валы и подшипники

Ни одна зубчатая передача не обходится без валов. Подшипники отсутствуют только в маломощных редукторах и сервоприводах. На средней и большой мощности обязательны шариковые или роликовые подшипники. Распространенные в промышленности червячные пары оснащаются торцевым подшипником. Также он может быть коническим.

Валы и подшипники являются телами вращения, поэтому изготавливаются на токарных станках с тем допуском размеров, который указан в технологической карте производителя. Повышение точности ведет к увеличению стоимости изготовления. За несколько столетий совершенствования металлообработки выверен оптимальный баланс между точностью изготовления валов и подшипников и их стоимостью.

Подшипники в шестеренчатых передачах ставятся унифицированные необслуживаемые или, рассчитанные на автоматическую жидкую смазку. Установочные гнезда могут быть либо глухими, либо сквозными, что делается чаще, так как проще технологически. Гнезда под подшипники обрабатываются на фрезерном станке с высокой точностью. Посадка подшипников проводится прессом. Такое соединение не требует сальника и зазор получается столь малым, что масло не протекает.

Большие мощности передаются черед цилиндрические горизонтальные редукторы, где подшипники всех ступеней размещены на одной плоскости, причем она же является плоскостью соединения картера из двух половин. Получается технологичная схема, удобная для разборки и замены деталей.

Эксплуатация зубчатых передач

Эксплуатация возможная лишь в условиях, указанных производителем, как находящиеся в диапазоне допустимых. В первую очередь, это требования к скорости вращения. КПД электродвигателей растет с числом оборотов, чего нельзя сказать о зубчатых передачах. Они очень плохо работают на высоких оборотах, сильно нагреваясь и изнашиваясь. Авиационные редукторы, приводимые от газотурбинных двигателей со скоростью вращения десятки тыс об/мин имеют ресурс всего 2000 часов. Промышленный редуктор, эксплуатируемый на скорости вращения входного вала 1250 об/мин может проработать более 10 000 часов.

Основное число зубчатых передач рассчитано на эксплуатацию в диапазоне до 3000 об/мин. Это частоты вращения унифицированных общепромышленных электродвигателей и они кратны промышленной сети 50 Гц. В зависимости от типа обмоток двигателя, можно получать вращения 50 или 25 оборотов в секунду (3000 и 1500 об/мин, соответственно).

Узлами трения являются не только подшипники, но и обод каждой шестерни. Смазка подается с помощью устройства разбрызгивания масла. Оптимальная среда работы зубчатых передач — масляный туман. В ней обеспечивается хорошая смазка всех трущихся поверхностей и отсутствует гидродинамическое сопротивление. По этой причине картеры зубчатых передач заполняют лишь частично, периодически проводя замены масла.

Источник