Зубчатые колеса: особенности и классификация

Мы расскажем, какие есть виды зубчатых колес, в чем их различия и достоинства. Также вы узнаете подробнее про особенности строения запчастей и получите список критериев для их выбора.

Особенности комплектующих

Зубчатые колеса — основной элемент одноименных передач. Они имеют простую и надежную конструкцию. Состоят из колесного диска и венца с зубьями. Бывают со ступицей для крепления на валу. Основная нагрузка во время вращения приходится на венец. Зубья на нем имеют различную геометрию в зависимости от модели запчасти. С помощью них колеса сцепляются с сопряженными элементами и передают крутящий момент от ведомого вала к ведущему. 

У деталей широкая сфера применения. Их устанавливают в конвейерных системах и механизмах для электростанций, в редукторах для ветряных турбин и транспорта. Также комплектующие активно задействованы в сельскохозяйственном и промышленном оборудовании. Применяются для станков и агрегатов горнодобывающих, металлургических, машиностроительных предприятий.

Зубчатые колеса просты в установке. Позволяют передавать силовое действие под нужным углом. Имеют широкий рабочий диапазон скоростей. Различаются по форме, строению зубьев, материалу и другим характеристикам.

Варианты конструктивного исполнения

Классификация зубчатых колес по форме и характеру вращения включает следующие модели запчастей:

• Цилиндрические. Простые в изготовлении, надежные, имеют малые размеры. Подходят для передачи крутящего момента между валами, расположенными параллельно

Конические. Выполнены в виде конуса. Используются для передачи вращения между валами, которые пересекаются под прямым углом. Зубья на колесах располагаются прямо или имеют наклон.

Гипоидные. Используются в механизмах, где требуется снижение или повышение скорости и компактная конструкция передачи. Имеют форму конуса и спиральное расположение зубьев. В отличие от конических моделей оси вращения сопряженных колес не совпадают. Для обеспечения нормального сцепления конструкция зубьев тщательно выверяется по углу наклона.

Червячные. Применяются совместно с червячным валом. Разработаны для узлов, где необходимы надежность и высокий крутящий момент. Передают вращение между валами, которые перекрещиваются под прямым углом. Обеспечивают высокий передаточный коэффициент, имеют способность к самоторможению. Благодаря плотному соединению сопряженные червячные колеса работают бесшумно и не создают вибраций.

Спироидные. Промежуточный вариант между гипоидными и червячными колесами. Комплектующие имеют коническую форму и предполагают зацепление с колесным элементом с зубцами на торцах.

Реечные. Это модели цилиндрической формы, соединенные с прямой зубчатой рейкой. Скорость вращения в таком механизме низкая. Зубчатая шестеренка надежно фиксируется в нужном положении, а рейка двигается влево и вправо, как элементы в червячной передаче. При зацеплении зубьев не издаются никакие звуки.

Планетарные. В таких механизмах ось зубчатого колеса подвижная и может перемещаться. Сопряженные шестерни не вращаются одновременно, а маленький диск движется по поверхности большого, и его ось крутится по траектории круга. Планетарные зубчатые передачи компактные и имеют малый вес. Обеспечивают высокое передаточное число. Работают с низким уровнем шума.

Цилиндрические колеса — стандартные и самые востребованные. Они используются в большинстве механизмов. Другие разновидности колес применяются, когда к оборудованию с зубчатой передачей предъявляются особые условия.

Также в зависимости от положения исходного производящего контура относительно заготовки зубчатого колеса комплектующие могут быть без смещения (нулевые), с положительным или отрицательным смещением.

Классификация запчастей по особенностям зубов

По расположению зубьев

Прямозубые модели имеют зубья, которые находятся в радиальных плоскостях. Оси двух сопряженных зубчатых колес располагаться параллельно (у цилиндрических шестерен) или под прямым углом (у конических моделей). 

Прямозубые комплектующие применяются в механизмах, для которых нужна невысокая или средняя окружная скорость. Они имеют высокий коэффициент полезного действия. Но при этом предельный передаваемый крутящий момент у них ниже, чем у других исполнений.

Косозубые шестерни — это более совершенная разновидность прямозубых моделей. Они имеют зубцы, расположенные под углом к оси вращения колеса. При этом у сопряженных элементов одинаковый наклон, но разное направление: у одного правое, у другого левое. 

Наклон зубьев создает увеличенную площадь контакта и улучшенное сцепление. Это позволяет обеспечить передачу вращающего движения на больших скоростях. Кроме того, косое положение зубьев уравновешивает осевые силы. Благодаря этому можно передавать более высокие, чем у прямозубых моделей, нагрузки. Зацепление выполняется плавно и с низким уровнем шума. Но у косозубых моделей есть и недостатки. По сравнению с прямозубыми моделями они имеют более низкий КПД и меньший срок эксплуатации.

Шевронные колеса имеют зубья, расположенные в форме буквы V и напоминающие стыковку двух косозубых шестерен с разнонаправленным расположением зубьев. Благодаря такому строению они эффективно решают проблему осевых нагрузок. Во время вращения оси не давят на подшипник, что позволяет снизить нагрузку на него и обеспечить стабильность при продолжительной работе. Колеса обладают плавным ходом, подходят для использования в высокоскоростных передачах с большой нагрузкой.

По типу зацепления

Выделяют колеса с внутренним и внешним зацеплением. В первом случае зубчатая пара выполняет вращение в одном направлении, а во втором — шестерни крутятся в противоположные стороны. Передачи с внутренним зацеплением более компактные и позволяют получить широкое разнообразие передаточных отношений.

По форме профиля зубьев

Зубчатые колеса подразделяют на эвольвентные и круговые. Эвольвентные модели представляют собой механизм с замкнутой системой зубьев.

У комплектующих с круговым профилем линия зубьев имеет вид части окружности определенного радиуса. Благодаря такому строению обеспечивается контакт поверхностей сопряженных колес в одной точке, которая постоянно смещается вдоль линии зуба. Конструкция имеет высокие ходовые качества, плавный и бесшумный ход, выдерживает сильные нагрузки.

Разновидности по материалу

Чаще всего для изготовления зубчатых колес используют сталь качественных марок. Чтобы увеличить прочность, выполняют термообработку или легирование металла. Сталь обладает высокой устойчивостью к деформации и другим механическим повреждениям. Обеспечивает длительный срок службы запчастей даже при интенсивном использовании.

Также зубчатые колеса производят из серого чугуна. Из этого материала обычно изготавливают крупногабаритные тихоходные комплектующие. Чугун нетребователен к составу технических смазок. Кроме того, он обладает высокой износостойкостью и длительным сроком службы.

Еще зубчатые колеса изготавливают из текстолита, капролона, пластиков, латуни и бронзы. Материалы обладают меньшей прочностью, чем сталь и чугун, и используются для легких и менее нагруженных механизмов.

В зависимости от материала и конструкции комплектующие производятся методом обкатки (это самый точный и высокопроизводительный способ), штамповки, а также горячего и холодного накатывания.

Критерии выбора

При подборе зубчатых колес учитываются следующие характеристики:

• радиус окружности вершин зубьев;

радиусы делительной и основной окружностей;

радиус окружности впадин;

число зубьев (маркировка Z в обозначении модели);

шаг по делительной окружности (сумма ширины зуба и впадины);

высота зуба;

модуль (расстояние между соседними зубьями).

От правильности выбора зубчатого колеса зависит эффективность, надежность и долговечность механизма передачи. Материал и конструкцию запчасти подбирают в зависимости от выполняемых функций, условий эксплуатации, величины нагрузок, угла пересечения валов и других параметров системы.

Для передачи высокого крутящего момента и интенсивного использования, например, подойдут цилиндрические детали из стали с большим модулем. Количество зубьев подбирается в зависимости от требуемой скорости и значения передаточного числа.

Правильно выбрать зубчатые колеса для любых условий использования помогут консультанты компании ISKRA. Мы сами производим промышленные комплектующие и знаем все тонкости их строения и применения. Поставляем продукцию по всей России в любых объемах.

Чтобы получить консультацию, позвоните нам или напишите в онлайн-чат. Наши сотрудники расскажут подробнее про различные типы зубчатых колес и предложат подходящие модели для решения ваших задач. Также можете оставить телефон и другие контактные данные в онлайн-форме, и мы сами свяжемся с вами.