Что такое шестерня?

Что такое шестерня?

Шестерни — это механические компоненты, которые передают мощность через зубчатые профили. Они обеспечивают передачу мощности по горизонтали или вертикали в зависимости от конфигурации зубьев. В отличие от клиновых ремней, шестерни предотвращают проскальзывание, что делает их критически важными для приложений, где важна точная синхронизация. Изменяя размеры шестерен и количество зубьев, можно регулировать скорость вращения, позволяя небольшому двигателю эффективно приводить в действие большую машину.

Применение шестерен

Шестерни повсеместно встречаются в повседневной жизни, особенно в оборудовании с силовым приводом. Распространенными примерами являются транспортные средства, такие как автомобили, мотоциклы и велосипеды, а также бытовая техника, такая как часы, вентиляторы и пылесосы. Они также являются неотъемлемой частью промышленного оборудования, включая турбины на электростанциях, воздуходувки и ветрогенераторы. Например, в велосипедах система передач, известная как звездочка, позволяет регулировать скорость путем переключения передач, напрямую влияя на вращение и движение педалей.

Характеристики передач

Шестерни обеспечивают надежную передачу мощности без проскальзывания, что позволяет выполнять точную регулировку синхронизации. Однако зубья шестерен могут со временем изнашиваться, увеличивая зазор, известный как люфт. Это может привести к шуму или неисправности, особенно при переменных нагрузках или частых запусках и остановках, что требует регулярного обслуживания. Шестерни позволяют регулировать ускорение и замедление с помощью изменений количества и размера зубьев, что обычно наблюдается в редукторах. Эта способность позволяет небольшому двигателю управлять большим оборудованием, снижая затраты, связанные с двигателем, потреблением энергии, обслуживанием и размером оборудования. Для минимизации износа и продления срока службы шестерни требуется правильная смазка маслом или консистентной смазкой, при этом метод смазки выбирается на основе спецификаций оборудования и места установки.

Типы шестерен

Шестерни бывают разных форм, что позволяет использовать параллельное, пересекающееся или смещенное расположение валов при парном соединении.

1. Прямозубая шестерня

Прямозубые шестерни, зубья которых параллельны оси вращения, широко используются из-за простоты изготовления и эффективности передачи мощности.

2. Внутренняя передача

Вариант прямозубой шестерни с внутренними зубьями, предназначенный для зацепления с шестернями меньшего диаметра.

3. Косозубая передача

Создается путем наклона зубьев прямозубой шестерни в винтовую форму, что обеспечивает более плавную работу.

4. Винтовая передача

В паре с косозубым зубчатым колесом передает мощность между двумя непараллельными осями.

5. Yamaba Gear

Состоит из двух косозубых шестерен с противоположными углами наклона винтовой линии, противодействующих осевому усилию.

6. Коническая шестерня

Коническая форма с зубьями на конической поверхности, используется для передачи мощности между пересекающимися осями.

7. Коронная шестерня

Вариант конической шестерни с зубьями, перпендикулярными оси вращения, напоминающими корону.

8. Червячная передача

Объединяет червяк и червячное колесо под прямым углом для компактного редуктора с высоким передаточным отношением.

9. Сферическая шестерня

Имеет зубья на сферической поверхности, что позволяет работать перпендикулярно оси.

10. Звездочка

Взаимодействует с роликовой цепью для передачи вращения, в отличие от типичных зубчатых механизмов, поскольку не использует зацепляющиеся шестерни.

Структура шестерни

Зубы шестерни определяются математически рассчитанными кривыми, известными как кривые профиля зуба, которые подразделяются на эвольвентные, циклоидальные и трохоидные профили.

1. Эвольвентный профиль зуба

Определяемый эвольвентной кривой, этот профиль обеспечивает постоянное зацепление даже при небольших изменениях межосевого расстояния, что выгодно из-за его технологичности и эффективности.

2. Циклоидный профиль зубьев

Характеризующиеся минимальным взаимодействием зубьев и равномерным скольжением, циклоидные профили сложны в изготовлении, но используются в точных механизмах, таких как часы.

3. Трохоидный профиль зубьев

Основанный на трохоидальной кривой, этот профиль применяется в насосах с внутренним зацеплением из-за его эффективности и надежности.