Зачем ступица на зубчатом колесе

Использование зубчатых колёс (шестерён) со ступицами

Применение зубчатых колёс широко распространено в современных машинах, механизмах и устройствах. В настоящее время изготовление зубчатых колёс предусмотрено для транспортных средств, энергетических установок, грузоподъёмных устройств, авиационной техники, сельскохозяйственных машин и точных приборов. В технических устройствах зубчатую передачу применяют, чтобы распространить вращательное движение между параллельными, скрещенными или пересекающимися осями валов.

Особенности зубчатых колёс со ступицами

Зубчатое сцепление (зубчатая передача), в своей основе имеющее зубчатое колесо со ступицей с калёными зубьями, эффективно передаёт вращательный момент, который создаёт двигатель и ведущий вал. Вместе с этим есть возможность изменения направления вращения, его частоты и мощности крутящего момента.

Большое разнообразие такой продукции предоставляет возможность составления собственных схем зубчатых передач для приведения в движение механизмов с разными габаритами и весом.

Формируется зубчатая шестерня со ступицей на зубчатом колесе, у которого калёные зубья.

Такие изделия используются, когда производятся буровые установки, оборудование¸ агрегаты и разнообразные транспортные трансмиссии. Для них можно назвать такие характеристики:

• небольшие динамические нагрузки, если сравнивать с другим сцеплением;
• отличная нагрузочная способность;
• высокий коэффициент полезного действия;
• простое обслуживание и обработка;
• отсутствует чувствительность при точном монтаже;
• использование только высококачественных материалов при изготовлении (конструкционная углеродистая сталь).

Из каких материалов изготавливаются шестерёнки со ступицей

Для изготовления используют разные виды материалов.

Стальное литье

Выполняется серьёзная продукция с диаметром больше 500 миллиметров. Стали марок 35Л…55Л.

Чугун

Этот материал применяется, когда производятся зубчатые колёса для нескоростной открытой передачи. Серые чугуны марок СЧ20…СЧ35, высокопрочные чугуны – ВЧ36…ВЧ50 (добавляется шаровидный графит и магний). Для зубьев чугунного колеса допускается ограниченное смазывание.

Пластмасса

Для быстроходной и слабонагруженной передачи. Здесь пластмассовое зубчатое колесо должно составлять пару с металлическим колесом. Колёса из пластика бесшумно работают, имеют плавный ход и не требуют тщательной смазки. В производстве предусмотрено применение текстолита (ПТ и ПТК), а также древесно-слоистых пластиков (ДСП-Г).

Из чего состоит зубчатое колесо со ступицей

Материал изготовления этой продукции (углеродистая и легированная сталь) обладает прочностью, долговечностью, устойчивостью к коррозионным процессам. Изделия легко переносят незапланированные температурные регламенты и агрессивную среду. Для уменьшения риска повредить зубья они подвергаются термообработке. Это делает поверхностный слой высокопрочным, предотвращает истирание и повышает прочность на изгиб.

Шестерня на первый взгляд имеет простое устройство, тем не менее, в её конструкции присутствуют разные части. Главный конструкционный компонент – диск с пропорциональным диаметром, а основная часть – обод с зубьями на торцевой и боковой поверхностях. Все они находятся в составах венца зубчатых колёс.

Зубья могут иметь различную геометрию. На это оказывает влияние тип передачи. Чтобы обеспечить закрепление деталей на валах механических устройств, предусмотрено изготовление ступицы. Она может быть с проходящим насквозь квадратным, многоугольным или цилиндрическим отверстием. Место её расположения – центральная часть диска. Для того чтобы закрепить цилиндрический вал, ступица оснащается шпонным пазом. Чтобы уменьшить вес всей конструкции, ступицу и обод делают с меньшей толщиной, чем имеет диск.

Преимущества зубчатых передач

Зубчатые колёса со ступицами обеспечивают хорошую работу механизмов благодаря своим достоинствам:

• технологичные устройства со стабильным передаточным числом;
• с их помощью скорость может просто регулироваться, настойка и установка возможна с массой вариаций;
• могут эксплуатироваться очень продолжительный период времени благодаря тому, что для изготовления применяется крепкий металл, и отсутствуют ломкие компоненты;
• независимо от того, что это у шестерён со ступицами небольшие размеры, они приспособлены для выдерживания существенных нагрузок;
• способствуют обеспечению высокого уровня КПД – до 0,99 (на одну пару колёс), при этом не требуются большие затраты;
• обеспечивают постоянно высокую и надёжную работу механизмов при простом обслуживании;
• компактные устройства дают возможность использования других агрегатов, например, более компактного насоса с высокой мощностью;
• качественные зубчатые пары обеспечивают образование минимального люфта;
• применяются в широких диапазонах мощностей и скоростей;
• отличаются высокой надёжностью, несмотря на различные условия эксплуатации.

Профессиональные мастера, механики и специалисты, имеющие техническое образование, имеют одинаковое мнение, что шестернями и зубчатыми колёсами называют одни и те же детали. Это подтверждено и в межгосударственном стандарте с перечислением основной терминологии и обозначений зубчатых передач.

Зубчатое колесо

Изобретение относится к зубчатым колесам и может быть использовано в коробках передач. Зубчатое колесо (10) содержит ступицу (15), круглый зубчатый обод (11) с зубчатым венцом (12) и, по меньшей мере, одну промежуточную стенку (14), которая связывает зубчатый обод (11) и ступицу (15) таким образом, чтобы ступица (15) фиксировалась, по существу, около центра зубчатого обода (11). Аксиальные концы ступицы (15) оканчиваются около или в пределах плоскости, которая ограничена аксиальными концами зубчатого обода (11) поперечно по отношению к продольному валу, вокруг которого должно быть размещено зубчатое колесо. По меньшей мере один из аксиальных концов ступицы (15) имеет соединительное устройство (16), выполненное как одно целое и предназначенное для вращения относительно ступицы смежного зубчатого колеса. Зубчатый обод (11) и ступица (15) являются двумя отдельными частями, соединенными вместе с помощью крепежного соединения (17) для образования зубчатого колеса (10). Изобретение направлено на повышение прочности и надежности зубчатого колеса. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Настоящее изобретение относится к зубчатому колесу согласно вводной части пункта 1 формулы изобретения.

Зубчатые колеса используются в многочисленных применениях, например, в коробках передач для согласования скоростей вращения и для силовой передачи от первичного двигателя до финального использования.

Зубчатые колеса различных размеров и конфигураций используются в коробках передач для обеспечения желательных изменений скорости вращения и силовой трансмиссии. В коробке передач зубчатые колеса размещаются вокруг продольного главного вала и распределительного вала. Каждое зубчатое колесо имеет ступицу, которая окружает вал и которая размещается в центре зубчатого обода, снабженного зубьями вокруг его внешней периферии. Зубчатые колеса, размещенные вдоль вала, присоединяются с помощью их ступиц к смежным зубчатым колесам для предотвращения относительного вращения вокруг вала. Однако это означает, что ступицы должны быть длиннее, чем зубчатый обод, для обеспечения надежного зацепления между смежными ступицами, что приводит к появлению зазора между смежными зубчатыми колесами. Ширина зубчатого колеса имеет размер с учетом крутящего момента, который должен передаваться с его помощью, и зазоры, таким образом, приводят к увеличению общей длины коробки передач. Иное зубчатое колесо, предполагаемое для решения этой проблемы и описанное в EP 1464874, имеет ступицу с зубьями, которые являются не длиннее, чем длина зубчатого обода. Эти зубья изготавливаются как отдельная часть, которая прикрепляется впоследствии к кованой ступице зубчатого колеса. Однако зубчатое колесо с такой конфигурацией является дорогостоящим в изготовлении.

Следовательно, имеется необходимость в зубчатом колесе, которое обеспечивает лучшее использование имеющегося пространства в коробке передач и которое может быть изготовлено с приемлемой себестоимостью.

Целью настоящего изобретения является создание зубчатого колеса, которое удовлетворяет вышеописанной потребности.

Эта цель достигается с помощью зубчатого колеса в соответствии с независимым пунктом формулы изобретения, которое содержит ступицу, круглый зубчатый обод и, по меньшей мере, одну промежуточную стенку, которая связывает зубчатый обод и ступицу. Зубчатое колесо отличается тем, что, по меньшей мере, один из аксиальных концов ступицы имеет соединительные устройства, выполненные как одно целое, предназначенные для фиксации зубчатого колеса с возможностью вращения относительно ступиц смежных зубчатых колес, и тем, что аксиальный конец/концы ступицы, каждый, содержат конец соединительного устройства на или в пределах плоскости, которая ограничена соответствующим аксиальным концом зубчатого обода поперечно по отношению к продольному валу, вокруг которого должно быть размещено зубчатое колесо. Круглый зубчатый обод и ступица представляют собой две отдельные части, которые изготавливаются отдельно для того, чтобы, в конечном итоге, быть соединенными вместе с помощью одного или более крепежных соединений для образования зубчатого колеса.

С помощью вышеописанной конструкции зубчатого колеса ступица и зубчатое колесо могут быть изготовлены и подвергнуты механической обработке отдельно перед тем, как они будут соединены вместе, позволяя получить ступицу с зубьями, которая не продолжается аксиально дальше, чем зубчатый обод, что приводит к весьма положительному эффекту в отношении общей длины, например, коробки передач, которая содержит ряд зубчатых колес, размещенных бок о бок в ней.

Зубчатое колесо согласно настоящему изобретению функционирует лучше, чем обычное зубчатое колесо, поскольку все поверхности составных частей могут быть подвергнуты механической обработке с большей точностью, тем самым зубчатое колесо будет лучше сбалансировано и, следовательно, генерировать меньшую вибрацию, соответственно, с уменьшением риска поломок в течение более длительного срока.

Промежуточная стенка зубчатого колеса может быть выполнена или как одно целое со ступицей или с зубчатым ободом, или может быть отдельной частью.

Зубчатое колесо согласно настоящему изобретению также позволяет выбор различных материалов для разных частей, что может иметь положительный эффект как в отношении функционирования зубчатого колеса с точки зрения материалов, так и в отношении себестоимости механической обработки.

Зубчатое колесо согласно настоящему изобретению также обеспечивает качество различных частей, подлежащих улучшению, поскольку в значительной степени обеспечена возможность их доступа для механической обработки, и их обработка может быть выполнена до того, как они соединены вместе.

Другое преимущество зубчатого колеса согласно настоящему изобретению состоит в том, что оно может быть выполнено с помощью более предпочтительного способа изготовления различных частей отдельно до их соединения вместе. Более оптимизированная конфигурация позволяет дополнительное уменьшение толщины и количества материала, использованного в некоторых частях зубчатого колеса. Более оптимизированная конфигурация зубчатого колеса также может означать, что могут быть уменьшены обычно имеющиеся отверстия и каналы, необходимые при изготовлении с помощью существующих способов, что может иметь положительные эффекты в отношении прочности и т.д.

Зубчатое колесо согласно настоящему изобретению также позволяет размещение промежуточной стенки на некотором расстоянии от осевой линии зубчатого колеса, что может быть полезным в случае, если нагрузки на зубчатое колесо являются по некоторым причинам больше на одной стороне, чем на другой.

В варианте осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению зубчатый обод, промежуточная стенка и/или ступица выполнены из разных материалов, что позволяет оптимизировать различные части независимо друг от друга.

В варианте осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению зубчатый обод и ступица соединены вместе с помощью двух промежуточных стенок, которые продолжаются по существу в радиальном направлении от ступицы до зубчатого обода. Этот вариант осуществления может быть очень предпочтительным, например, в случае, если нагрузка на зубчатое колесо является большой или если пространство между двумя стенками по возможности может быть использовано для охлаждающей или смазочной среды.

В варианте осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению крепежное соединение принимает вид прессового соединения. В этом случае длина промежуточной стенки является несколько больше, чем расстояние между ступицей и внутренней стороной зубчатого обода, с тем, чтобы создавалось необходимое усилие для поддержания различных частей фиксированными друг относительно друга, когда ступица и промежуточная стенка вдавливаются в пространство около центра зубчатого обода.

В варианте осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению крепежное соединение принимает форму сварного соединения. Сварное соединение может быть или обычного типа, при котором добавляется материал для сварного шва, или сварным соединением, получаемым сваркой трением, при котором материалы в контактных поверхностях между смежными частями становятся пластифицированными и тем самым соединяются вместе.

В варианте осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению крепежное соединение принимает форму адгезивного соединения или резьбового соединения.

Комбинации этих различных типов крепежного соединения также возможны для увеличения надежности крепежного соединения или в случае, если материалы, из которых выполнены части, накладывают конкретные требования.

В варианте осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению внутренняя сторона зубчатого обода имеет одно или более выступающих утолщений, на которые может опираться промежуточная стенка. Эта конфигурация внутренней стороны зубчатого обода облегчает изготовление зубчатого колеса в том, что промежуточная стенка может опираться на это утолщение вплоть до частей, которые неразъемно скреплены вместе.

В варианте осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению промежуточная стенка снабжена одной или более выемками для уменьшения веса зубчатого колеса и количества используемого материала. Это может привести к значительной экономии в случае, если выемки размещены в участках промежуточной стенки, где нагрузки являются небольшими.

Настоящее изобретение также относится к коробке передач, содержащей, по меньшей мере, два зубчатых колеса по любому из п.п.1-9.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение объясняется более подробно со ссылкой на чертежи, которые изображают половину сечения зубчатого колеса, то есть сечение от центра зубчатого колеса к его зубчатому ободу. Фиг.1 изображает первый вариант осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению, и фиг.2 — второй вариант осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

Фиг.1 изображает зубчатое колесо 10, содержащее круглый зубчатый обод 11, снабженный зубчатым венцом 12 вокруг его внешней периферии. Зубья на зубчатом венце 12 могут быть прямыми или наклонными и иметь размер с учетом ожидаемых нагрузок, которые зубчатое колесо 10 должно передавать. Осевая длина (ширина) зубчатого обода 11 и, следовательно, также зубчатого венца 12 определяется с учетом нагрузок, которые должны передаваться зубчатым колесом 10. Зубчатое колесо 10 также содержит промежуточную стенку 14, которая продолжается по существу радиально наружу от ступицы 15, размещенной около центра зубчатого колеса. В этом варианте осуществления зубчатого колеса промежуточная стенка 14 составляет единое целое со ступицей 15, но также может иметь вид полностью отдельной части, выполненной с возможностью прикрепления к зубчатому ободу и ступице на этапах ее изготовления. Промежуточная стенка 14 соединяет зубчатый обод 11 и ступицу 15.

Для облегчения изготовления зубчатого колеса 10 внутренняя сторона зубчатого обода может быть снабжена опорным утолщением 13, на которое может опираться промежуточная стенка 14 вплоть до неразъемного крепежного соединения 17, в этом случае сварное соединение, которое фиксирует различные части друг к другу, размещено на месте около перехода между зубчатым ободом 11 и промежуточной стенкой 14. Утолщение 13 обычно размещено таким образом, чтобы промежуточная стенка 14 была размещена около центра зубчатого колеса 10 для предотвращения косонаправленных нагрузок в зубчатом колесе, что может приводить к угловым отклонениям между различными компонентами. Зубчатое колесо также может содержать две или более промежуточных стенки, предпочтительно, размещенных симметрично в зубчатом колесе. В таком случае опорные утолщения 13 будут использоваться преимущественно для каждой промежуточной стенки.

Ступица 15 имеет по существу круглую цилиндрическую форму с центральным круглым отверстием 18, проходящим через нее для непоказанного вала. Один аксиальный конец ступицы снабжен соединительными зубьями 16 для соединения зубчатого колеса 10 с возможностью вращения со смежным зубчатым колесом, снабженным соответствующими соединительными зубьями. Если зубчатое колесо подлежит соединению с возможностью вращения со смежными зубчатыми колесами с обеих сторон, оба конца ступицы снабжены зубьями. Аксиальный конец или концы ступицы, которые обеспечены соединительными зубьями 16, заканчиваются на или в пределах плоскости, которая ограничена соответствующими аксиальными концами зубчатого обода 11 поперечно по отношению к продольному валу, вокруг которого должно быть размещено зубчатое колесо.

Соединительные зубья 16 направлены или в радиальном направлении от концевых поверхностей ступицы 15, или в осевом направлении от концевых поверхностей ступицы. Однако соединительные зубья 16 никогда не продолжаются в осевом направлении дальше, чем зубчатый обод 11, для того, чтобы свести к минимуму нежелательное пространство, которое образовано между смежными зубчатыми ободами, в случае, если длина ступицы является больше длины зубчатого обода.

Фиг.2 изображает второй вариант осуществления зубчатого колеса 20 согласно настоящему изобретению. Это зубчатое колесо 20 содержит части, подобные тем, которые описаны выше, а именно зубчатый обод 21 с зубчатым венцом 22, промежуточную стенку 24 и ступицу 25 с соединительными зубьями 26, размещенными в соединении с одним концом ступицы 25, и по существу кругообразно размещенное отверстие 28 для вала, вокруг которого должно размещаться зубчатое колесо 20. Однако в этом случае внутренняя сторона зубчатого обода 21 является по существу ровной, без опорного утолщения, и промежуточная стенка 24 и зубчатый обод 21 соединены вместе с помощью сварного соединения 27, связанного с переходом между промежуточной стенкой 24 и внутренней стороной зубчатого обода 21 на каждой стороне промежуточной стенки 24.

Различные альтернативные крепежные соединения между частями были описаны выше и могут преимущественно использоваться в комбинации друг с другом для большей надежности при закреплениях. Если используются резьбовые соединения, внутренняя сторона зубчатого обода и/или внешняя сторона ступицы преимущественно снабжены радиально направленным выступом, на который опирается промежуточная стенка. Для надежного закрепления вместе различных частей завинчиваются винты в осевом направлении через выступ и промежуточную стенку.

Настоящее изобретение было описано на основе варианта осуществления зубчатого колеса. Однако возможны дополнительные изменения, например, в размерах и детальной конфигурации различных частей. Кроме того, промежуточная стенка зубчатого колеса может быть смещена от центральной плоскости зубчатого колеса с точки зрения дальнейшей оптимизации зубчатого колеса в соответствии с действующим режимом нагрузки.

Несмотря на то, что изобретение было описано на основе различных примерных вариантов осуществления, настоящее изобретение не ограничено этим, но определено на основе соответствующей формулы изобретения.

1. Зубчатое колесо (10; 20), содержащее:
ступицу (15; 25) с соответствующими первым и вторым аксиальными концами, выполненную с возможностью размещения вокруг оси вращения;
круглый зубчатый обод (11; 21) с соответствующими первым и вторым аксиальными концами и внешней периферией, которая снабжена зубчатым венцом (12; 22); и
по меньшей мере, одну промежуточную стенку (14; 24), которая связывает зубчатый обод (11; 21) и ступицу (15; 25) таким образом, чтобы ступица (15; 25) фиксировалась, по существу, около центра зубчатого обода (11; 21), отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из соответствующих первого и второго аксиальных концов ступицы имеет соединительные устройства (16; 26), выполненные как одно целое, предназначенные для фиксации зубчатого колеса (10; 20) с возможностью вращения относительно ступицы смежного зубчатого колеса, при этом аксиальный конец/концы ступицы (15; 25), которые содержат конец соединительных устройств около или в пределах плоскости, которая ограничена соответствующим аксиальным концом зубчатого обода (11; 21) поперечно по отношению к продольному валу, вокруг которого должно быть размещено зубчатое колесо, причем зубчатый обод (11; 21) и ступица (15; 25) представляют собой две отдельные части, соединенные вместе с помощью крепежных соединений (17; 27) для образования зубчатого колеса (10; 20).

2. Зубчатое колесо (10; 20) по п.1, отличающееся тем, что зубчатый обод (11; 21), промежуточная стенка (14; 24) и/или ступица (15; 25) выполнены из разных материалов.

3. Зубчатое колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что зубчатый обод и ступица соединены вместе с помощью двух промежуточных стенок, которые продолжаются, по существу, в радиальном направлении от ступицы до зубчатого обода.

4. Зубчатое колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что крепежное соединение содержит прессовое соединение.

5. Зубчатое колесо (10; 20) по п.1 или 2, отличающееся тем, что крепежное соединение (17; 27) содержит сварное соединение.

6. Зубчатое колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что крепежное соединение содержит адгезивное соединение.

7. Зубчатое колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что крепежное соединение содержит резьбовое соединение.

8. Зубчатое колесо (10) по п.1 или 2, отличающееся тем, что внутренняя сторона зубчатого обода (11) имеет одно или более выступающих утолщений (13), на которые может опираться промежуточная стенка (14).

9. Зубчатое колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что промежуточная стенка снабжена одной или более выемками для уменьшения веса зубчатого колеса и количества используемого материала.

10. Коробка передач, содержащая, по меньшей мере, два зубчатых колеса (10; 20) по любому из пп.1-9.

Зубчатое колесо

Зубчатое колесо — один из основных элементов зубчатой передачи, работающий в паре с другим зубчатым колесом (шестерней) или зубчатой рейкой. Служат зубчатые колеса для передачи и преобразования механической энергии между силовыми агрегатами и далее для исполнительных механизмов машин. Зубчатые передачи имеют преимуществами перед другими видами передач:

• Способность выдерживать значительные нагрузки при меньших габаритах.
• Постоянство и высокое значение (до нескольких сот) передаточного числа.
• Надежность и длительный срок службы.
• Применение в широком диапазоне скоростей и мощностей.

Виды зубчатых колес и область применения

Цилиндрические зубчатые колеса прямозубые. С наружным и внутренним зацеплением. Служат для передачи энергии вращения между валами с параллельными осями. Наиболее распространены благодаря сравнительной простоте изготовления, обслуживания, надежности и малым габаритам. Применяются во всех отраслях машиностроения: станкостроение, тяжелое оборудование, автомобильное производство, производство редукторов и др. Передачи с прямозубыми цилиндрическими колесами обладают наиболее высокой кинематической точностью. Поэтому востребованы в приборостроении.

Конические зубчатые колеса (с прямой и тангенциальной формой зуба). Для зубчатых передач с пересекающимися осями (обычно под 90 градусов). Требуют для изготовления специальных станков, более требовательны к точности изготовления, точности установки, усложняют конструкцию опор валов.

Применяются во фрезерных и зубонарезных станках. Также нашли применение в конических редукторах, дифференциальных механизмах — там, где по компоновке редуктора предусмотрены передачи с пересекающимися осями.

Червячные колеса. Для зубчатых передач с перекрещивающимися (обычно под 90 градусов) осями. Сложнее цилиндрических колес в изготовлении, быстрее изнашиваются.

Обладают низким уровнем шума, плавностью хода, обусловленные особенностями механического зацепления червяка и червячного колеса. Эти свойства ценятся в металлообрабатывающих станках, цеховых электрокарах, мешалках, бетономешалках, приводах ворот и т.д.

Только у червячных колес есть эффект «самоторможения» для передач с передаточным числом свыше 1:35. При остановке электродвигателя выходной вал невозможно провернуть. Поэтому червячные колеса применяют в редукторах там, где важна техника безопасности, сохранность грузов при перегрузке: подъемники, наклонные транспортеры. При определённых требованиях это позволяет сэкономить на дополнительном тормозном устройстве.

Подбор зубчатых колес по каталогу

Компания Техноберинг предлагает качественные зубчатые колеса производства Sati (Италия). Вся продукция сертифицирована, соответствует ГОСТ РФ и стандартам ISO.

Пользуйтесь удобной интерактивной таблицей для подбора зубчатых колес. Она простая, интуитивно понятная. Просто заполняйте характеристики (вводите или выбирайте из предложенных вариантов) последовательно согласно спецификации по вашей документации.

• Для цилиндрических зубчатых колес: передаточное число, количество зубьев и наличие (отсутствие ступицы).
• Для конических колес. Конические зубчатые колеса очень требовательны к точности изготовления и точности установки, поэтому производитель рекомендует приобретать сразу пару зубчатой передачи. Для выбора пары необходимо ввести: модуль, передаточное число и количество зубьев обеих шестерен.

Зубчатые колеса выпускают также компании SKF (Швеция) и Bonfiglioli Riduttori (Италия).

Приобретайте ответственные решения для производственных задач в компании с долголетней репутацией, широкой линейкой продукции и легкодоступным оперативным складом.

Опытные специалисты Техноберинга подскажут, быстро подберут и порекомендуют наиболее оптимальный вариант зубчатой пары для решения вашей производственной задачи.

Магазин Техноберинг — надёжный поставщик качественных колес и шестерен для зубчатых передач!

Зубчатое колесо

Зубчатые передачи весьма широко и продуктивно применяются в конструкциях современных машин, механизмов и устройств. Транспортные средства, энергетические установки, грузоподъемные устройства, авиационные установки, сельскохозяйственные машины, точные приборы — во всех них найдутся те или иные варианты зубчатого колеса. В технике зубчатая передача используется с целью распространения вращательного движения между осями валов, которые могут быть расположены параллельно, скрещиваться или пересекаться. Также, при помощи подобной передачи легко преобразовать вращательное движение, например, в поступательное, или реализовать эффективное преобразование крутящего момента и оборотов валов. Благодаря последнему свойству их используют в редукторах или мультипликаторах различных типов, а также коробках передач.

Основными преимуществами подобного способа передачи мощностей являются высокий КПД; компактный конструктив; плавная работа; точность; долговечность; надежность; возможность осуществления передачи силы с использованием любого угла, передаточного числа (до нескольких тысяч) и большого диапазона скоростей (до 150 м/с). Эти качества и обусловили распространение использования зубчатых передач в технике. К негативным моментам можно отнести технологическую сложность производства; требовательность к точности обработки, материалам и обрабатывающему оборудованию. Выбор материала для зубчатого колеса один из наиболее важных критериев надежности и долговечности в дальнейшей его работе. Жесткость конструкции, обеспечивающая передаче высокую эффективность, к сожалению, не позволяет ей держать высокие значения динамических нагрузок, часто являющихся причиной разрушения механизма. В дополнение, этим передачам характерна повышенная шумность, снижения которой можно достичь повышением качества и точности при производстве изделий.

Что такое зубчатые колеса

В общем случае, шестерня, или зубчатое колесо — главная деталь одноименной передачи, имеет вид диска с расположенными на цилиндрической или конической поверхности зубьями. При помощи этих зубьев в процессе вращения происходит зацепление колес между собой, что позволяет реализовать перенос вращательного момента от одного вала, на котором расположено колесо, к другому. Зуб зубчатого колеса при вращении толкает зуб другого, сопряженного с ним, колеса, которое вследствие этого тоже начинает совершать вращательное движение.

Сопряженная зубчатая передача должна всегда состоять из двух типов элементов: ведущих и ведомых. При этом ведущим, по определению, называют колесо передающее (сообщающее) вращение, ведомым — то зубчатое колесо, которое имеет большой диаметр с большим количеством зубьев и приводит во вращение. В большинстве случаев используется пара зубчатых колес, одно из которых с большим числом зубьев, а другое с меньшим. Иногда элемент, несущий меньше зубьев, считается шестерней, тогда колесом считают тот, у которого зубьев больше.

Виды зубчатых колес

Все зубчатые колеса, виды которых также многочисленны, как и варианты их применения, делятся на основные типы по расположению осей валов и геометрии формы зубьев. Выделяют цилиндрические, конические, червячные, винтовые передачи. На практике, исходя из формы профиля зубьев, выделяют эвольвентные и круговые колеса, а по расположению — прямозубые и косозубые типы зубчатых колес.

Для параллельного случая расположения осей валов применяют цилиндрические передачи:

• прямозубые;
• с круговыми зубьями;
• шевронные;
• косозубые.

Конические передачи подходят для пересекающихся осей:

• с криволинейными зубьями;
• косозубые;
• с нулевым углом наклоном;
• прямозубые.

Когда оси перекрещиваются, тогда используют передачи:

• спироидные;
• гипоидные;
• винтовые;
• червячные.

Наибольшую распространенность среди машин и механизмов обрели цилиндрические зубчатые колеса. Им свойственна простота изготовления, надежность, малые габариты. Конические, червячные и винтовые виды зубчатых колес используют лишь тогда, когда компоновка машины предъявляет особые условия. Цилиндрические зубчатые передачи делятся на два существенных вида: внешнего и внутреннего зацепления. В первом варианте реализации колесо и шестерня, у которой внешнее зацепление, крутятся в направлениях, которые противоположны друг другу. Во втором — колесо внутреннего зацепления и шестерня внешнего зацепления совершают вращательное движение со направленно. Существует также реечная передача — в ней рейка с зубьями сопрягается с имеющей внешнее зацепление шестерней.

Косозубые цилиндрические колеса имеют расположенные под углом к оси зубья. Сопряженные колеса имеют одинаковый наклон зубьев, но различные его направления. У одного наклон будет правым, у другого же — левым. Наличие наклона дает возможность передавать большие, по сравнению с прямозубыми, нагрузки, способствует плавному зацеплению зубьев и снижению шума.

Шевронные колеса представляют собой пару соединенных колес с косыми зубьями, имеющими равный угол наклона, но расположенными противоположно: одно с правым, второе с левым наклоном. Это позволяет уравновесить осевые силы, тем самым снизив нагрузку на подшипник. Колеса могут иметь в середине канавку. Колеса без канавки более прочны, но сложны в изготовлении.

Винтовые цилиндрические передачи, в свою очередь, применяют для вращения валов, когда угол их перекрещивания лежит в пределах от 0 до 90 градусов. Они похожи на косозубые колеса, однако винтовая передача имеет контакт точечный, а не линейный, как косозубая. Направление наклона зубьев у всех таких сопряженных колес одинаковое. Точечный контакт зубов вызывает повышение их износа, как следствие их используют только на небольших нагрузках.

Реечные передачи составляются из зубчатых колес и реек, которые также имеют зубья. Вращаясь, цилиндрическое колесо, перемещает сопряженную рейку по перпендикулярной оси колеса прямой. Таким способом движение из вращательного превращается в поступательное. Подобная передача бывает как с косыми зубьями, так и с прямыми.

Прямозубые конические колеса обладают зубьями, пересекающими оси этих колес. Коническое расположение позволяет вращать пересекающиеся или скрещивающиеся оси. Зубья также могут быть косыми, т.е. касательными к окружности. Угол наклона зубьев у таких колес составляет не больше тридцати градусов. Снабжение конических колес зубьями с нулевым углом наклона обеспечивает первым невысокие осевые и радиальные нагрузки, дает возможность применения подшипников скольжения. Эти качества делают передачи с использованием таких колес компактными, а изготовление не затратным.

Использование криволинейных зубьев для применения в конических зубчатых колесах резко снижает шумность передач и повышает прочность. Конические передачи подобного рода всегда имеют в зацеплении как минимум два зуба, что дает им возможность выдерживать нагрузку, которая выше на 30% относительно идентичных прямозубых и колес, имеющих нулевой наклон.

Гипоидные зубчатые колеса подобны коническим, но ось ведущей шестерни у них смещена выше или ниже относительно оси колеса, которое она ведет. У таких передач шестерни имеют наклон зубьев больший, чем у колес. Нормальный шаг при этом у шестерни и зубчатого колеса будет одинаковый, а торцовый — у шестерни больше. Гипоидной передаче не присуще чистое качение или скольжение, все ее точки подвержены скольжению. Это придает ей плавность и повышенную бесшумность. Кроме того, притирка происходит быстрее и качественней. Минус — присутствие скольжения вызывает повышенный износ поверхности зубов, что требует применения для таких передач специализированных масел.

Червячные передачи цилиндрические имеют червяк, имеющий геометрию цилиндра, на котором нарезаются витки, идущие вдоль направления винтовой линии. Червячное колесо должно иметь вогнутые зубья. Линейный контакт таких зубьев обеспечивает передачу больших нагрузок. Скольжение у червячных значительно выше, чем у прочих зубчатых передач. В глобоидной передаче червяк обладает вогнутой формой. Эта особенность позволяет участвовать в процессе зацепления большему числу зубьев, что повышает величину передаваемых такой передачей нагрузок.

Спироидные передачи занимают промежуточное место между червячными и гипоидными вариантами. В отличие от червячной, у гипоидной передачи червяк имеет форму конуса и зацепляется с колесом, на котором зубья располагаются на торцевой стороне.

Конструкция зубчатого колеса

Металлические зубчатые колеса, чертеж которых иногда довольно сложен, имеют разнообразные варианты конструкций, однако в них можно выделить три основных компоненты: венец с зубьями, ступицу и сам колесный диск. Венец зубчатого колеса является основным компонентом и на него приходится основная нагрузка. Зубья имеют различную геометрию. Наружная часть у зуба — это вершина, прилегающие к ней боковые части — головка зуба. Внутренняя часть зуба называется его ножкой. Пространство между двумя ближними ножками образует впадину колеса. Чтобы крепить шестерню или колесо на валу, в центре диска располагается ступица, имеющая сквозное отверстие, форма которого напрямую зависит от сечения вала: она может иметь форму цилиндра, квадрата или любого другого многоугольника. В случае цилиндрических валов, ступица часто имеет т.н. шпоночный паз. В целях экономии материалов и веса колеса, его диск имеет толщину, меньшую по сравнению с толщиной обода и ступицы. Часто в диске для этих целей еще выполняют различные отверстия.

Основные параметры

Чтобы обеспечивать возможность конструирования работоспособных зубчатых передач, размеры колес и шестерен, а также их прочностные и массогабаритные характеристики описываются специальными параметрами, величины которых хорошо стандартизированы ГОСТ. Так, эвольвентный профиль, положенный в основу сечения зуба подавляющего большинства колес, характеризуется модулем зацепления и имеющимся количеством зубьев на колесе или шестерне. Довольно часто, эвольвентные зубчатые колеса, имея один и тот же диаметр, могут иметь существенно различающие значения данных величин. Окружной модуль, служащий основной характеристикой для зубьев, по стандарту может иметь значения в диапазоне от 0,05 до 100 мм. Главными параметрами геометрии у различных зубчатых колес являются следующие диаметры: начальный, основной и делительный. Шагом зубчатого колеса называется общее расстояние ширины зуба и впадины. Так же важным параметром является радиус колеса. Радиуса зубчатых колес делятся: радиус окружности вершин, радиус делительной окружности, радиус основной окружности, радиус окружности впадин.

Диаметры окружностей

Зубчатое колесо описывается несколькими окружностями, являющимися важными характеристиками их геометрии. Так, диаметр вершин дает максимальные размеры зубчатого колеса. Ему противоположен диаметр окружности впадин. Высчитав разность между этими двумя величинами и разделив ее пополам, получим полную длину зуба. Важным параметром считается диаметр делительной окружности, имеющий формулу d=pz/3,14, по нему можно определить окружной шаг p расположенных на колесе зубьев, иначе называемый шагом зацепления, имеющий геометрический смысл части длины этой окружности, приходящейся на каждый зуб. В общем случае, диаметр делительной окружности отделяет высоту головок и высоту ножек зуба. Он также задает кривую, являющуюся необходимой базой для построения самой эвольвенты, и используется для построения требуемого в конкретной задаче профиля зубьев колес и шестерен.

Модули зубчатых колес

Чтобы упростить расчеты элементов, использующихся для зацепления, для зубчатых колес была введена стандартизованная ГОСТ величина, названная модулем. Модуль зубчатого колеса является частью от диаметра имеющейся делительной окружности зубчатого колеса, которая приходится на зуб: m=d/z. Таким образом, количество зубьев колеса, его собственный делительный диаметр и его модуль — во взаимовлиянии. Модуль можно расписать как отношение шага зацепления колеса и числа Пи: m=d/3,14. Когда передаваемая зубчатыми колесами нагрузка невелика, то лучше использовать малые модули. Малый модуль дает более длительный срок эксплуатации и упрощается обработка зубчатых колес. В данном случае на делительном диаметре разместится больше зубьев, а значит и зацепление будет происходить с большим их числом, что уменьшит нагрузку на отдельные зубья шестерен. У прямозубых цилиндрических колес бывает всего только один модуль, у косозубых — два: нормальный и окружной. В расчетах используют первый.

Расчет параметров

Для всех зубчатых колес инженерный расчет их параметров является задачей комплексной, в ходе решения которой принимается во внимание конструкция всей передачи. Вначале нужно определиться с числом зубьев и необходимым в задаче модулем зацепления. Для выбора последнего необходимы параметры прочности и предполагаемого срока службы колес; материала, из которого оно будет изготовлено. На основе этих данных рассчитывается минимально возможная в данной задаче величина модуля зацепления, которое затем приводится к стандартизованным значениям, находящимся из соответствующих таблиц. Передаточное отношение высчитывается с применением формулы u=z₂z₁, где z₂ — это количество колесных зубьев, а z₁ — количество зубьев, находящихся на шестерне. Оно позволяет понять, сколько всего нужно зубьев на колесах, подлежащих сопряжению. Зная модули и полученное число зубьев для всех колес и шестерней, можно произвести дальнейшие расчеты размеров требуемых деталей, используя стандартный метод для их расчетов.

Применение

Каждый из видов передач имеет свои преимущества и отрицательные качества. Нарезание прямозубых колес — довольно простой технологический процесс, поэтому они широко применяются в промышленности. Косозубые, как и прямозубые цилиндрические колеса, используются в тракторах, станках, коробках передач автотранспорта. Цилиндрические колеса с использованием внутреннего зацепления, благодаря компактности и прочности, нашли себя в самолетах, трансмиссиях автомобилей, редукторах, в шлицевых соединениях и сложных планетарных передачах, которые славятся своим особенно малым весом и габаритными размерами. При этом они предоставляют высокие передаточные числа и значительно сниженные уровни шумов при своей работе. Шевронные колеса, будучи трудоемкими в производстве, используются в больших редукторах и их ремонте, где требуется плавная и бесшумная передача значительных нагрузок. Конические колеса с нулевым наклоном и их прямозубые аналоги, имея высокую компактность и невысокую себестоимость изготовления, эксплуатируются в дифференциалах автомашин и станков. Криволинейные зубья обеспечивают коническим колесам особую прочность и малошумность, поэтому их можно найти в ответственных и скоростных передачах. Их используют практически везде: от самолетов до тракторов. Гипоидные зубчатые пары можно делать с большим передаточными числами (до 100:1), они часто используются в металлорежущем оборудовании.

Зубчатое колесо и шестерня — отличия

Главными деталями в зубчатой передаче – зубчатое колесо и шестерня. Они применяются во многих промышленных узлах, машинах. Многие полагают, что зубчатое колесо и шестерня это одна и та же деталь и у них нет различий между собой. Специалисты, которые тесно связаны с промышленностью и машиностроением так не считают и уверяю, что это разные детали хоть и выполняют по сути одну и ту же функцию передачу вращательного движения. Давайте разберем основные моменты по данному вопросу.

Особенности зубчатых колес и шестерней

Внешне зубчатое колесо и шестерня имеют схожесть в виде диска с расположенными на нем зубцами. Их расположение может быть как на конической, так и цилиндрической поверхности. Основной задачей данных деталей является передача крутящего момента. Для того чтобы получить и передать крутящий момент, нужна ответная шестерня, то есть пара. Мы разобрали выше, что существует ведомая деталь и ведущая. С ведущей начинается движение и дальнейшая передача крутящего момента на ведомую деталь. В этом ключевом моменте и есть отличие зубчатого колеса от шестерни, ведущая деталь является шестерней, а ведомая зубчатым колесом. Получается, что вся разница между ними в том какую роль в механизме выполняет деталь.

Отметим что при работе двух зубчатых колес, колесо, которое имеет большее количество зубьев, называют шестерней. В ГОСТ 16530-83 есть пояснение, что зубчатое колесо и шестерня являются словами синонимами, шестерня является главным и ведущим зубчатым колесом. Существуют специалисты работающие в определенных областях промышленности и машиностроения, которые четко разделяют разницу между зубчатым колесом и шестерней. Они убеждены, что изготовление зубчатых колес это одно, а производство шестерней это другое, так как между ними есть различия.

Почему вам стоит обращаться в нашу компанию

Наша компания работает на своих станочных мощностях, что позволяет выполнять работы не только быстрее посредников, но и с более выгодными условиями на изготовление червячных зубчатых колес.

Работаем с любыми видами стали:

• Черные виды сталей;
• Цветные стали;
• Нержавеющие стали;
• Чугун.

Мы оказываем полный спектр услуг по металлообработке на современном, точном оборудовании с помощью качественного режущего инструмента, что позволяет нашим специалистам получать максимальной точности детали с чертежом заказчика.