Зубчатое колесо - 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 шестернями.

Зубчатые колёса обычно используются парами, с разным числом зубьев, с целью преобразования силы и скорости вращения валов на входе и выходе. Колесо, к которому усилие подводится извне, называется ведущим, а то, с которого сила вращения снимается - ведомым.
Если диаметр ведущего колеса меньше, то сила ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот.

m - модуль колеса (тёмное и светлое колёсо имеют одинаковый модуль) - главный параметр.
Чем больше нагружена передача, тем выше значение модуля.

Модуль измеряется в миллиметрах, вычисляется по формуле:

m = d/z = P/3.14159

z	число зубьев колеса
p	шаг зубьев (отмечен фиолетовым)
d	диаметр делительной окружности (отмечен жёлтым)
d_a	диаметр окружности вершин тёмного колеса (отмечен красным)
d_b	диаметр основной окружности - эвольвенты (отмечен зелёным)
d_f	диаметр окружности впадин тёмного колеса (отмечен синим)
h_aP+h_fP	высота зуба тёмного колеса
x+h_aP+h_fP	высота зуба светлого колеса

Диаметр окружности вершин (d_a) больше диаметра окружности впадин (d_f) на двойную высоту зуба (h).
Если требуется определить модуль (m) зубчатого колеса, не имея нужных данных для вычислений (кроме числа зубьев - z), то необходимо измерить его наружный диаметр (d_a) и результат разделить на число зубьев (z) плюс 2:

m = d_a/z + 2

Зубчатое колесо от часового механизма.

Зубчатые колеса классифицируются в зависимости от формы продольной линии зуба на:
- прямозубые;
- косозубые;
- шевронные.

Прямозубые колёса - самый распространённый вид. Зубья расположены в радиальных плоскостях, а линия контакта зубьев обеих шестерён параллельна оси вращения.
При этом оси обеих шестерён также должны располагаться строго параллельно. Прямозубые колеса имеют силу ниже, чем косозубые и шевронные.

Косозубые колёса - усовершенствованный вариант прямозубых. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали.

Зацепление таких колёс происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом. Площадь контакта увеличена по сравнению с прямозубой передачей, таким образом сила тоже больше.
Но при работе косозубого колеса возникает сила, направленная вдоль оси, что вызывает необходимость применения упорных подшипников. Кроме того увеличение площади трения зубьев вызывает дополнительные потери мощности на нагрев, которое приходится компенсировать применением специальных смазок.

Косозубые колёса применяются в механизмах, требующих передачи большого усилия на высоких скоростях, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.

Шевронные колеса.

Зубья шевронных колёс изготавливают в виде буквы V (либо получают стыковкой двух косозубых колёс со встречным расположением зубьев). Такие передачи обычно называют шевронными. Осевые силы обеих половин такого колеса взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке валов на упорные подшипники.
При этом передача является самоустанавливающейся в осевом направлении, по причине чего в редукторах с шевронными колесами один из валов устанавливают на плавающих опорах (как правило на подшипниках с короткими цилиндрическими роликами).

Секторная передача с внутренним зацеплением.

Секторное колесо - это часть обычного колеса любого типа. Такие колёса применяются, когда не требуется вращение звена на полный оборот, и поэтому можно сэкономить на его габаритах.

Передача на основе колёс с круговыми зубьями (передача Новикова) имеет ещё более высокие ходовые качества, чем косозубые - высокую нагрузочную способность, плавность и бесшумность работы.
Однако они ограничены в применении сниженными, при тех же условиях, КПД и ресурсом работы, такие колёса сложнее в производстве. Линия зубьев у них представляет собой окружность радиуса, подбираемого под определённые требования. Контакт поверхностей зубьев происходит в одной точке на линии зацепления, расположенной параллельно осям колёс.

Конические зубчатые колёса.

Конические колёса в приводе затвора плотины.

Главная передача в автомобиле.

Если необходимо передать вращение с одного вала на другой при условии, что оси их пересекаются, применяют коническую зубчатую передачу.

Различают виды конических колёс, отличающихся по форме линий зубьев: с прямыми, тангенциальными, круговыми и криволинейными зубьями.
Конические колёса с прямым зубом, применяются в частности в автомобильных дифференциалах, используемых для передачи усилия вращения от двигателя к колёсам.

Cистема Романа Абта.

Реечная передача применяется, когда необходимо преобразовать вращательное движение в поступательное. Состоит из обычной прямозубой шестерни и зубчатой планки (рейки).

Цевочная передача.

Коронная шестерня.

Коронное колесо - особый вид колёс, зубья которых располагаются на боковой поверхности. Такое колесо стыкуется с обычным прямозубым, либо с барабаном из стержней (цевочное колесо), как в башенных часах.

Метод обката - в настоящее время наиболее технологичный, а поэтому и самый распространённый способ изготовления зубчатых колёс.

При изготовлении зубчатых колёс могут применяться такие инструменты, как гребёнка, червячная фреза и долбяк.

Метод обката с применением гребёнки.

Нарезание зубчатого колеса методом обкатки на зубофрезерном станке с помощью червячной фрезы.

Червячная фреза.

Режущий инструмент, имеющий форму зубчатой рейки, называется гребёнкой. На одной из сторон гребёнки по контуру её зубьев затачивается режущая кромка. Заготовка нарезаемого колеса совершает вращательное движение вокруг оси. Гребёнка совершает сложное движение, состоящее из поступательного движения перпендикулярно оси колеса, и возвратно-поступательного движения параллельного оси колеса - для снятия стружки по всей ширине его обода.
   Движения гребёнки и заготовки могут быть и иными, например, заготовка может совершать прерывистое сложное движение обката, согласованное с движением резания гребёнки. Заготовка и инструмент движутся на станке относительно друг друга так, будто происходит зацепление профиля нарезаемых зубьев с исходным производящим контуром гребёнки.

Помимо гребёнки в качестве режущего инструмента применяют червячную фрезу. В этом случае между заготовкой и фрезой происходит червячное зацепление.

Зубчатые колёса также долбят на зубодолбёжных станках с применением специальных долбяков - зубчатых колес, снабжённых режущими кромками.
   Поскольку срезать сразу весь слой металла обычно невозможно, обработка производится в несколько этапов.
   При обработке инструмент совершает возвратно-поступательное движение относительно заготовки. После каждого двойного хода, заготовка и инструмент поворачиваются относительно своих осей на один шаг. Таким образом, инструмент и заготовка как бы обкатываются друг по другу.
   После того, как заготовка сделает полный оборот, долбяк совершает движение подачи к заготовке. Этот процесс происходит до тех пор, пока не будет удалён весь необходимый слой металла.

Литейная форма для бронзового зубчатого колеса. Китай (206 до н.э. - 220 н.э.).

Метод копирования (деления). Дисковой или пальцевой фрезой нарезается одна впадина зубчатого колеса. Режущая кромка инструмента имеет форму этой впадины. После нарезания одной впадины заготовка поворачивается на один шаг, операция повторяется.
   Метод применялся в начале XX века. Недостаток его состоит в низкой точности - впадины изготовленного таким методом колеса сильно отличаются друг от друга.

Горячее и холодное накатывание. Процесс основан на последовательной деформации нагретого до пластического состояния слоя определенной глубины заготовки зубонакатным инструментом.
   При этом сочетаются индукционный нагрев поверхностного слоя заготовки на определенную глубину, пластическая деформация нагретого слоя заготовки для образования зубьев и обкатка образованных зубьев для получения заданной формы и точности.

Технология изготовления конических колёс теснейшим образом связана с геометрией боковых поверхностей и профилей зубьев. Способ копирования фасонного профиля инструмента для образования профиля на коническом колесе не может быть использован, так как размеры впадины конического колеса изменяются по мере приближения к вершине конуса. В связи с этим такие инструменты, как модульная дисковая фреза, пальцевая фреза, фасонный шлифовальный круг, можно использовать только для черновой прорезки впадин или для образования впадин колёс не выше восьмой степени точности.
   Для нарезания более точных конических колёс используют способ обкатки в станочном зацеплении нарезаемой заготовки с воображаемым производящим колесом. Боковые поверхности производящего колеса образуются за счёт движения режущих кромок инструмента в процессе главного движения резания, обеспечивающего срезание припуска.
   Преимущественное распространение получили инструменты с прямолинейным лезвием. При прямолинейном главном движении, лезвие образует плоскую производящую поверхность. Такая поверхность не может образовать эвольвентную коническую поверхность со сферическими эвольвентными профилями. Получаемые сопряжённые конические поверхности, отличающиеся от эвольвентных, называют квазиэвольвентными.

Ошибки при проектировании зубчатых колёс.

Зуб, подрезанный у основания.

Согласно свойствам эвольвентного зацепления, прямолинейная часть производящей зубчатой рейки и эвольвентная часть зуба нарезаемого колеса, должны касаться только на линии станочного зацепления. Если же рейка пересекает эвольвентный профиль зуба нарезаемого колеса за пределами этой линии, это приводит к подрезанию зуба у основания, а впадина между зубьями нарезаемого колеса получается более широкой. Это уменьшает эвольвентную часть профиля зуба - в итоге приводит к сокращению продолжительности зацепления зубьев проектируемой передачи, а так же ослабляет зуб у основания - в его более тонком месте.

Чтобы подрезания не происходило, на конструкцию колеса накладываются геометрические ограничения, определяющие минимальное число зубьев, при котором они не будут подрезаны.
   Для стандартного инструмента это число равняется 17.

Также подрезания можно избежать, применив способ изготовления зубчатых колёс, отличный от способа обкатки. Однако и в этом случае условия минимального числа зубьев нужно обязательно соблюдать, иначе впадины между зубьями меньшего колеса получатся столь тесными, что зубьям большего будет недостаточно места для движения и передача заклинится.

Заострение зуба. Для уменьшения размеров зубчатых передач, колёса следует проектировать с малым числом зубьев. Поэтому при числе зубьев меньше 17, чтобы не происходило подрезания, колёса должны быть изготовлены со смещением инструмента - увеличением расстояния между инструментом и заготовкой.
   Но при увеличении смещения инструмента толщина зуба будет уменьшаться. Это приводит к заострению зубьев.

Опасность заострения особенно велика у колёс с малым числом зубьев (менее 17).
   Для предотвращения скалывания вершины заострённого зуба, смещение инструмента ограничивают сверху.

Карта сайта
Мой адрес Электронной почты: q2212@yandex.ru
Номер моего мобильного телефона: +79030100732

m = d/z = P/3.14159

m = da/z + 2

m = d_a/z + 2