Основные типы передач и редукторов
Цилиндрические редукторы
Цилиндрические редукторы применяются для передачи вращательного момента между параллельными валами. Цилиндрические редукторы имеют высокий КПД, от 0,94 до 0,98 в одной ступени, и продолжительный срок службы. Редукторы цилиндрические могут быть горизонтальными, когда оси валов находятся в одной горизонтальной плоскости, и вертикальные, если оси валов имеют параллельное расположение и находятся в одной вертикальной плоскости. Конические редукторы обладают значительно более сложной структурой, чем редукторы цилиндрические. Конические редукторы применяются для передачи между пересекающимися валами вращательного движения. Такие редукторы обладают значительно более низким КПД 0,9-0,96 в одной ступен.
Зубчатое колесо (шестерня) – 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 ведущее зубчатое колесо независимо от числа зубьев называть шестернёй, а большое ведомое – колесом. Однако часто все зубчатые колеса называют шестернями.
Следует заметить, что шестерённая передача не является усилителем механической мощности, так как общее количество механической энергии на её выходе не может превышать количество энергии на входе. Это связано с тем, что механическая работа в данном случае будет пропорциональна произведению крутящего момента на скорость вращения. В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомого зубчатого колеса, а их произведение останется неизменным. Данное соотношение справедливо для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.
Рис. 2.1. Движение точки соприкосновения зубьев с эвольвентным профилем
Боковая форма профиля зубьев колёс для обеспечения плавности качения может быть: эвольвентной, неэльвовентной - передача Новикова (с одной и двумя линиями зацепления), циклоидальной. На рис. 2.1 показано движение точки соприкосновения зубьев с эвольвентным профилем
Прямозубые зубчатые колеса (рис. 2.2) – самый распространённый вид зубчатых колес. Зубья являются продолжением радиусов, а линия контакта зубьев обеих шестерён параллельна оси вращения. При этом оси обеих зубчатых колес также должны располагаться строго параллельно.
Рис. 2.2. Прямозубая цилиндрическая зубчатая передача
Косозубые шестерни являются усовершенствованным вариантом прямозубых шестерён. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали. Зацепление таких шестерён происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом. Недостатками косозубых шестерён можно считать следующие факторы: при работе косозубой шестерни возникает механический момент, направленный вдоль оси, что вызывает необходимость применения для установки вала упорных подшипников; увеличение площади трения зубьев (что вызывает дополнительные потери мощности на нагрев), которое компенсируется применением специальных смазок. В целом, косозубые шестерни применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высокой скорости, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.
Рис. 2.3. Двойные косозубые зубчатые колеса (шевроны)
Двойные косозубые зубчатые колеса (рис. 2.3.) решают проблему осевого момента. Зубья таких зубчатых колес изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых шестерён со встречным расположением зубьев). Осевые моменты обеих половин такой шестерни взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке осей и валов в специальные подшипники. Передачи, основанные на таких зубчатых колёсах, обычно называют «шевронными».
Кроме наиболее распространенных, цилиндрических зубчатых колес применяются колёса конической формы (рис. 2.4). Конические шестерни применяются там, где необходимо передать крутящий момент под определённым углом. Такие конические шестерни с круговым зубом, например, применяются в автомобильных дифференциалах, используемых для передачи момента от двигателя к колёсам.
Рис. 2.4. Конические колёса в приводе затвора плотины
При жёстких ограничениях на габариты, в планетарных механизмах, в шестерённых насосах с внутренним зацеплением, в приводе башни танка, удобно применение колёс с зубчатым венцом, нарезанным с внутренней стороны. Также стоит заметить, что вращение ведущего и ведомого колеса направленно в одну сторону.
Реечная передача (кремальера) (рис. 2.5.) применяется в тех случаях, когда необходимо преобразовать вращательное движение в поступательное и обратно. Состоит из обычной прямозубого зубчатого колеса и зубчатой планки (рейки).
Рис. 2.5. Реечная передача (кремальера)
Рис. 2.6. Коронная шестерня
Коронная шестерня (рис. 2.6.) – это особый вид зубчатого колеса, зубья которого располагаются на боковой поверхности. Такое зубчатое колесо обычно стыкуется с обычной прямозубой, либо с барабаном из стержней (цевочное колесо), как в башенных часах.