Цилиндрические зубчатые колеса

В основе любой движущейся техники, окружающей нас в повседневной жизни, лежит работа механизмов, передающих крутящий момент от привода к рабочим элементам конструкции. Среди таких механизмов важное место занимают цилиндрические зубчатые пары, предназначенные для передачи вращательного движения между двумя валами, которые могут располагаться параллельно друг другу. По виду зубьев колеса, образующие зубчатую пару, могут быть прямозубыми, косозубыми, а также шевронными цилиндрическими внутреннего зацепления и внешнего зацепления.

Что интересно, реечные зубчатые передачи также относятся к цилиндрическим — согласно ГОСТ 16531-83, зубчатую рейку принимают, как колесо с бесконечно большим диаметром. При грамотном расчете зубчатой передачи это не влияет на качество сцепления зубьев и долговечность работы самого механизма.

Виды цилиндрических зубчатых колес

Крутящий момент передается от одного вала к другому посредством зацепления зубьев установленных на валах зубчатых колес. Причем, шестерня ведущая цилиндрическая оставляет за собой название «шестерня», а шестерня ведомая цилиндрическая называется ответной или зубчатым колесом. Самая простая конструкция у прямозубых колес. У косозубых цилиндрических колес зубцы расположены не параллельно оси вращения, как у прямозубых, а под определенным углом. Благодаря этому такие колеса способны выдерживать большие нагрузки, работая при этом очень плавно. Еще большую плавность хода демонстрируют шевронные цилиндрические колеса, зубцы которых скошены в противоположные стороны (визуально такая геометрия воспринимается, как протектор «елочка»). Улучшенной плавностью хода шевронных и косозубых колес объясняется их применение в цилиндрических зубчатых передачах с большой скоростью вращения валов. Более шумные и менее плавные прямозубые цилиндрические пары применяются там, где не требуется высокая скорость работы механизма.

Встречаются цилиндрические зубчатые передачи с внешним и с внутренним зацеплением. У первых валы вращаются в противоположных направлениях, в последнем случае вращение идет в одну сторону. Если в ходе проектирования механизма необходимо сохранить направление вращения, но технической возможности использования цилиндрической передачи с внутренним зацеплением нет, в конструкцию вводят дополнительное зубчатое колесо. Других функций (изменение скорости или крутящего момента) оно, как правило, не несет, но позволяет достигнуть желаемого эффекта.

Характеристики цилиндрических пар

Грамотный выбор параметров зубчатых колес и цилиндрической передачи в целом на стадии проектирования очень важен. Он влияет не только на работоспособность узлов и их долговечность, но и на размеры машин и механизмов, их вес, значит, стоимость их производства.

Основные параметры цилиндрической зубчатой передачи:

• Расчетный модуль m (должен соответствовать ГОСТ 9563-80, главное значение, через которое рассчитывается большинство прочих параметров зубчатой передачи);
• Межосевое расстояние Aw (определяет нагрузочную способность пары, вычисляется по передаточному числу и величине крутящего момента, округляется до стандартного значения по ГОСТ 13 755-85);
• Ширина венца зубчатого колеса b (коэффициент выражается через межосевое расстояние, значения регламентируются ГОСТ 16532-85);
• Число зубьев шестерни ведущей цилиндрической Z1 и ведомого зубчатого колеса Z2 (для шестерни выбирается с помощью последовательных приближений от минимально возможного числа зубьев, свободных от подрезания, к наибольшему с целью улучшения качества зацепления — до 100…150, для зубчатого колеса высчитывается вычитанием из суммарного числа);
• Угол наклона зуба (для прямозубых колес отсутствует, для косозубых принимается от 8 до 18 градусов, для шевронных значение может составлять от 15 до 40 градусов).

Для цилиндрических зубчатых пар главными величинами, определяющими параметры цилиндрических зубчатых колес и их зубьев, являются модули зацепления и межосевые расстояния. Расчет зубьев на выносливость по напряжениям изгиба ведется по формулам, где искомая величина выражается через модуль m. Расчет на выносливость по напряжениям изгиба строится на величине межосевого расстояния.

Изготовление цилиндрических зубчатых колес

В массовом производстве цилиндрических зубчатых колес задействованы проверенные технологии, которые можно считать уже классическими: литьё, фрезерная обработка, накатка. В зависимости от требуемых прочностных характеристик может применяться дополнительная химико-термическая обработка либо воздействие на заготовку сменой температурных режимов (закаливание, отпуск и т.п.). При наличии повышенных требований к качеству поверхности в технологический процесс изготовления цилиндрического зубчатого колеса может быть добавлена операция шлифовки.

Цилиндрические зубчатые колеса и передачи сегодня изготавливают не только из стали или чугуна, но и из таких материалов, как модифицированный или армированный стекловолокном пластик, цветные металлы. Зубчатые колеса больших размеров отливают, после чего доводят до формы фрезерованием и точением. Улучшенное зацепление зубьев получают после дополнительной притирки. Современное производственное оборудование, работающее на машиностроительных предприятиях, дает возможность изготовления цилиндрических зубчатых передач высокого класса точности. Принимаются заказы на проектирование и производство зубчатых колес и передач с нестандартными параметрами. Причина спроса — относительно невысокая себестоимость цилиндрических зубчатых пар в сочетании с надежностью и универсальностью применения.