Механизм

Две зацепляющиеся шестерни, передающие вращательное движение. Поскольку большая шестерня вращается медленнее, ее крутящий момент пропорционально больше. Одна тонкость этой конкретной компоновки заключается в том, что линейная скорость на делительном диаметре одинакова на обеих шестернях.

Множественные редукторы в микроволновой печи (мерная лента показывает шкалу)

Чугунное врезное колесо с деревянными зубьями (приводимое в движение внешним водяным колесом ), зацепленное с чугунным зубчатым колесом, соединенным со шкивом с помощью приводного ремня . Маслобойня в Сторкенсоне ( Верхний Рейн ), Франция.

Шестерня является вращающейся круглой машиной частью , имеющей вырезать зубы или, в случае зубчатого колеса или зубчатого колеса , вставленные зубы ( так называемые COGS ), которые входят в зацепление с другими зубчатыми частями для передачи крутящего момента . Шестерня может также неофициально называться винтиком . Редукторные устройства могут изменять скорость, крутящий момент и направление источника питания . Шестерни разных размеров изменяют крутящий момент, создавая механическое преимущество за счет своего передаточного числа , и, таким образом, могут считаться простой машиной . Скорость вращения, а крутящие моменты двух зацепляющих шестерен различаются пропорционально их диаметрам. Зубья на двух зубчатых колесах имеют одинаковую форму. ^[1]

Две или более зубчатых передачи, работающих последовательно, называются зубчатой ​​передачей или трансмиссией . Шестерни в трансмиссии аналогичны колесам в системе перекрестных ременных шкивов . Преимущество шестерен в том, что зубья шестерни предотвращают проскальзывание. В трансмиссиях с несколькими передаточными числами - таких как велосипеды, мотоциклы и автомобили - термин «передача» (например, «первая передача») относится к передаточному отношению, а не к реальной физической передаче. Этот термин описывает аналогичные устройства, даже когда передаточное число является непрерывным, а не дискретным, или когда устройство фактически не содержит шестерен, как в бесступенчатой ​​трансмиссии . ^[2]

Кроме того, шестерня может зацепляться с линейной зубчатой ​​частью, называемой рейкой , производя поступательное движение вместо вращения.

История [ править ]

Ранние образцы шестерен датируются 4 веком до нашей эры в Китае ^[3] (времена Чжань Го - поздняя восточная династия Чжоу ), которые сохранились в Лоянском музее провинции Хэнань, Китай . Самые ранние сохранившиеся шестерни в Европе были найдены в механизме Antikythera , примере очень раннего и сложного зубчатого механизма, предназначенного для расчета астрономических положений. Время его постройки сейчас оценивается между 150 и 100 годами до нашей эры. ^[4] Шестерни появляются в работах, связанных с героем Александрии в Римском Египте около 50 г. н.э. ^[5], но их можно проследить до механикиАлександрийская школа в Египте Птолемея III в. До н.э. и была сильно развита греческим эрудитом Архимедом (287–212 гг. До н.э.). ^[6]

Сегментарный передач, который принимает / сообщаетс возвратно - поступательное движение от / к зубчатому колесу, состоящий из сектора круговой шестерни / кольца , имеющих зубы на периферии, ^[7] был изобретен арабским инженер Аль-Джазари в 1206. ^[8] червячная передача была изобретена на Индийском субконтиненте для использования в хлопкоочистительных машинах , где-то в 13-14 веках. ^[9] Дифференциальные шестерни, возможно, использовались в некоторых китайских колесницах , указывающих на юг , ^[10] но первое поддающееся проверке использование дифференциальных шестерен было британским часовщиком Джозефом Уильямсоном в 1720 году.

Примеры применения раннего снаряжения:

• 1386 г. н.э.: часы собора Солсбери : это самые старые в мире все еще работающие механические часы с редуктором.
• c. XIII – XIV века. Червячная передача была изобретена на индийском субконтиненте как часть роликовой хлопкоочистительной машины . ^[9]
• c. 1221 г. н.э. В Исфахане была построена астролябия с зубчатым колесом, показывающая положение Луны по зодиаку и ее фазу , а также количество дней после новолуния. ^[11]
• c. 1206 г. н.э.: Аль-Джазари изобрел сегментный механизм как часть водоподъемного устройства. ^[8]
• 725 г. н.э .: первые механические часы с редуктором были построены в Китае .
• c. 200–265 гг. Н. Э .: Ма Цзюнь использовал шестерни как часть колесницы, указывающей на юг .
• 2 век до нашей эры: антикиферский механизм
• В природе: в задних лапах нимф кузнечика обыкновенного Issus coleoptratus .

Этимология [ править ]

Слово « снаряжение» , вероятно, происходит от древнескандинавского gørvi (множественное число gørvar ) «одежда, снаряжение», относящееся к gøra , gørva »создавать, строить, строить; установить порядок, подготовить 'глагол, распространенный в древнескандинавском языке, «используется в самых разных ситуациях, от написания книги до заправки мяса». В этом контексте значение слова «зубчатое колесо в машинах» впервые засвидетельствовано 1520-ми годами; особый механический смысл «частей, с помощью которых двигатель сообщает движение» - с 1814 г .; конкретно транспортного средства (велосипеда, автомобиля и т. д.) к 1888 г. ^[12]

Зубчатое является зуб на колесе. От среднеанглийского cogge, от древнескандинавского (сравните норвежский kugg ('зубчик'), шведского kugg , kugge ('зубец, зуб')), от протогерманского * kuggō (сравните голландский kogge (' зубчатая лодка '), немецкий Kock ) , от протоиндоевропейского * gugā ('горб, мяч') (ср. литовское gugà (' вершина , горб, холм'), от PIE * gēw- ('сгибаться, сводить '). ^[13]Впервые использовал c. 1300 в смысле «колесо с зубьями или зубьями»; конец 14 в., «зуб на колесе»; зубчатое колесо, начало 15 века. ^[14]

Исторически зубья были сделаны из дерева, а не из металла, а зубчатое колесо технически состояло из ряда деревянных зубцов шестерни, расположенных вокруг врезного колеса, каждый зуб образовывал тип специализированного сквозного паза и шипового соединения. Колесо может быть изготовлено из дерева, чугуна или другого материала. Деревянные зубья раньше использовались, когда нельзя было разрезать большие металлические шестерни, когда литой зуб не имел даже приблизительно правильной формы или размер колеса делал производство непрактичным. ^[15]

Винтики часто делали из кленового дерева. В 1967 году производственная компания Thompson Manufacturing Company из Ланкастера, штат Нью-Гэмпшир, все еще вела очень активный бизнес по поставке десятков тысяч зубцов кленовых шестерен в год, в основном для использования на бумажных фабриках и мельницах , некоторые из которых были построены более 100 лет назад. ^[16] Поскольку деревянный зубец выполняет точно такую ​​же функцию, что и литой или обработанный металлический зуб, это слово было применено как расширение к обоим, и различие в целом было утрачено.

Сравнение с приводными механизмами [ править ]

Определенное передаточное число, которое зубья придают зубчатым колесам, обеспечивает преимущество перед другими приводами (такими как тяговые приводы и клиновые ремни ) в точных машинах, таких как часы, которые зависят от точного передаточного отношения. В случаях, когда привод и ведомый элемент расположены близко друг к другу, шестерни также имеют преимущество перед другими приводами в уменьшенном количестве требуемых деталей. Обратной стороной является то, что шестерни дороже в производстве, а требования к их смазке могут повлечь более высокие эксплуатационные расходы в час.

Типы [ править ]

Внешние и внутренние шестерни [ править ]

Наружное зацепление один с зубами , сформированных на наружную поверхности цилиндра или конуса. И наоборот, внутренняя шестерня - это зубчатая передача, зубья которой сформированы на внутренней поверхности цилиндра или конуса. Для конических зубчатых колес , шестерня с внутренним зацеплением одна с шагом углом , превышающим 90 градусов. Внутренние шестерни не вызывают изменения направления выходного вала. ^[17]

Шпора [ править ]

Прямозубые или прямозубые шестерни - это простейшие зубчатые колеса. Они состоят из цилиндра или диска с радиально выступающими зубьями. Хотя зубья не являются прямыми (но обычно имеют особую форму для достижения постоянного передаточного числа, в основном эвольвентного, но реже циклоидального ), край каждого зуба прямой и выровнен параллельно оси вращения. Эти шестерни правильно зацепляются друг с другом только в том случае, если они установлены на параллельных валах. ^[18] Под нагрузкой на зубья осевое усилие не создается. Прямозубые шестерни превосходны на средних скоростях, но имеют тенденцию к шуму на высоких скоростях. ^[19]

Спиральный [ править ]

Цилиндрические зубчатые колеса или зубчатые колеса с «сухой фиксацией» лучше прямозубых. Передние кромки зубьев не параллельны оси вращения, а расположены под углом. Поскольку шестерня изогнута, этот наклон делает зуб в форме сегмента спирали . Цилиндрические зубчатые колеса могут быть зацеплены в параллельном или перекрестном положении . Первое относится к случаям, когда валы параллельны друг другу; это наиболее распространенная ориентация. В последнем случае валы не параллельны, и в этой конфигурации шестерни иногда называют «косыми шестернями».

Угловые зубья входят в зацепление более плавно, чем зубья прямозубой шестерни, благодаря чему они работают более плавно и тихо. ^[20] В параллельных косозубых зубчатых колесах каждая пара зубьев сначала входит в контакт в одной точке на одной стороне зубчатого колеса; затем движущаяся кривая контакта постепенно нарастает по поверхности зуба до максимума, а затем отступает, пока зубцы не прервут контакт в одной точке на противоположной стороне. В цилиндрических зубчатых колесах зубья внезапно встречаются в прямом контакте по всей своей ширине, вызывая напряжение и шум. Прямозубые шестерни на высоких оборотах издают характерный вой. По этой причине прямозубые цилиндрические шестерни используются в низкоскоростных приложениях и в ситуациях, когда контроль шума не является проблемой, а косозубые шестерни используются в высокоскоростных приложениях, при передаче большой мощности или там, где важно снижение шума .^[21] Скорость считается высокой, если скорость продольной оси превышает 25 м / с. ^[22]

Недостатком косозубых шестерен является возникающая в результате осевая тяга вдоль оси шестерни, которая должна компенсироваться соответствующими упорными подшипниками . Однако эту проблему можно превратить в преимущество при использовании шестеренчатой ​​шестерни или двойной косозубой шестерни , которая не имеет осевой тяги, а также обеспечивает самовыравнивание шестерен. Это приводит к меньшей осевой нагрузке, чем у сопоставимой цилиндрической зубчатой ​​передачи.

Вторым недостатком косозубых зубчатых колес является также большая степень трения скольжения между зубьями зацепления, что часто устраняется добавками в смазку.

Перекос шестерен [ править ]

Для «скрещенной» или «косой» конфигурации шестерни должны иметь одинаковый угол сжатия и нормальный шаг; однако угол наклона спирали и рукоятка могут быть разными. Взаимосвязь между двумя валами фактически определяется углом (углами) спирали двух валов и вращением, как определено: ^[23]

${\displaystyle E=\beta _{1}+\beta _{2}}$ для шестерен одинаковой руки,

${\displaystyle E=\beta _{1}-\beta _{2}}$ для шестерен разнонаправленных,

где - угол винтовой линии шестерни. Скрещенная конфигурация менее надежна с механической точки зрения, поскольку между шестернями имеется только точечный контакт, тогда как в параллельной конфигурации имеется линейный контакт. ^[23]${\displaystyle \beta }$

Довольно часто используются косозубые шестерни с углом наклона винтовой линии одной винтовой линии, отрицательным по отношению к углу винтовой линии другой; такую ​​пару можно также назвать имеющей правую спираль и левую спираль с равными углами. Два равных, но противоположных угла складываются в ноль: угол между валами равен нулю, то есть валы параллельны . Если сумма или разность (как описано в приведенных выше уравнениях) не равна нулю, валы перекрещиваются . Для пересеченных валовпод прямыми углами углы спирали имеют одну и ту же руку, потому что они должны составлять 90 градусов. (Так обстоит дело с шестернями на иллюстрации выше: они правильно зацепляются в перекрестной конфигурации: для параллельной конфигурации один из углов винтовой линии должен быть изменен на противоположное. Изображенные шестерни не могут зацепляться с параллельными валами.)

• 3D-анимация косозубых шестерен (параллельная ось)
• 3D анимация косозубых шестерен (перекрещенная ось)

Двойная спираль [ править ]

Двойные косозубые шестерни преодолевают проблему осевого усилия, создаваемого одинарными косозубыми шестернями, за счет использования двойного набора зубцов, наклоненных в противоположных направлениях. Двойную косозубую шестерню можно представить как две зеркальные косозубые шестерни, установленные близко друг к другу на общей оси. Эта конструкция компенсирует чистую осевую нагрузку, поскольку каждая половина шестерни перемещается в противоположном направлении, в результате чего результирующая осевая сила равна нулю. Такое расположение также может устранить необходимость в упорных подшипниках. Однако двойные косозубые шестерни сложнее изготовить из-за их более сложной формы.

Шестерни типа " елочка" - это особый вид косозубых шестерен. У них нет канавки посередине, как у некоторых других двойных косозубых шестерен; две зеркальные косозубые шестерни соединены вместе так, что их зубья образуют V-образную форму. Это также может быть применено к коническим зубчатым колесам , как и в главной передаче от Citroën Type A .

Для обоих возможных направлений вращения существуют два возможных варианта расположения противоположно ориентированных косозубых шестерен или поверхностей шестерен. Одно устройство называется стабильным, а другое - нестабильным. В стабильном расположении поверхности косозубой шестерни ориентированы так, что каждая осевая сила направлена ​​к центру шестерни. В нестабильной конструкции обе осевые силы направлены от центра шестерни. В любом случае общая (или чистая) осевое усилие на каждой шестерне равно нулю, если шестерни правильно выровнены. Если шестерни смещаются в осевом направлении, нестабильная конструкция создает результирующую силу, которая может привести к разборке зубчатой ​​передачи, в то время как устойчивая конструкция создает чистую корректирующую силу. Если направление вращения меняется на противоположное, направление осевых усилий также меняется на противоположное, поэтому стабильная конфигурация становится нестабильной, и наоборот.

Стабильные двойные косозубые шестерни можно напрямую заменять прямозубыми цилиндрическими шестернями без необходимости установки других подшипников.

Bevel [ править ]

Коническая шестерня имеет форму правильного круглого конуса, большая часть которого срезана . Когда две конические шестерни входят в зацепление, их воображаемые вершины должны находиться в одной точке. Их оси валов также пересекаются в этой точке, образуя произвольный непрямой угол между валами. Угол между валами может быть любым, кроме нуля или 180 градусов. Конические шестерни с одинаковым количеством зубьев и осями вала под углом 90 градусов называются косыми (США) или косыми (Великобритания) шестернями.

Спиральные фаски [ править ]

Спирально-конические шестерни могут быть изготовлены по типу Глисона (дуга окружности с непостоянной глубиной зуба), типа Oerlikon и Curvex (дуга окружности с постоянной глубиной зуба), цикло-паллоида Клингельнберга (эпициклоида с постоянной глубиной зуба) или паллоида Клингельнберга. Спирально-конические зубчатые колеса имеют те же преимущества и недостатки по сравнению со своими собратьями с прямым нарезом, что и косозубые зубчатые колеса с цилиндрическими зубчатыми колесами. Прямые конические шестерни обычно используются только на скоростях ниже 5 м / с (1000 футов / мин) или, для малых шестерен, 1000 об / мин ^[24]

Примечание. Профиль зуба цилиндрической шестерни соответствует эвольвенте, а профиль зуба конической шестерни - восьмигранной. Все традиционные генераторы конических шестерен (такие как Gleason, Klingelnberg, Heidenreich & Harbeck, WMW Modul) производят конические шестерни с восьмигранным профилем зубьев. ВАЖНО: Для 5-осевых конических зубчатых колес с фрезерованием важно выбрать тот же расчет / компоновку, что и при обычном методе производства. Упрощенные расчетные конические шестерни на основе эквивалентного цилиндрического зубчатого колеса нормального сечения с эвольвентной формой зуба демонстрируют отклоняющуюся форму зуба с уменьшенной прочностью зуба на 10-28% без смещения и на 45% со смещением [Дисс. Hünecke, TU Dresden]. Кроме того, «эвольвентные конические зубчатые передачи» вызывают больше шума.

Гипоид [ править ]

Гипоидные шестерни напоминают спирально-конические шестерни, за исключением того, что оси валов не пересекаются. Поверхности деления кажутся коническими, но для компенсации смещения вала фактически являются гиперболоидами вращения. ^{[25] [26]} Гипоидные шестерни почти всегда предназначены для работы с валами под углом 90 градусов. В зависимости от того, с какой стороны смещен вал относительно угла наклона зубьев, контакт между зубьями гипоидной шестерни может быть даже более плавным и постепенным, чем с зубьями спирально-конической шестерни, но также иметь скользящее действие вдоль зубьев зацепления при его вращении. и поэтому обычно требуются некоторые из наиболее вязких типов трансмиссионного масла, чтобы избежать его вытеснения с поверхностей сопрягаемых зубьев, масло обычно обозначается HP (для гипоида), за которым следует число, обозначающее вязкость. Так жешестерня может быть сконструирована с меньшим количеством зубьев, чем спиральная коническая шестерня, в результате чего передаточное число 60: 1 и выше становится возможным при использовании одного набора гипоидных шестерен. ^[27] Этот тип шестерни наиболее распространен в трансмиссии автомобилей вместе с дифференциалом . В то время как обычная (негипоидная) зубчатая передача с кольцом и шестерней подходит для многих применений, она не идеальна для приводов транспортных средств, поскольку создает больше шума и вибрации, чем гипоидная. Вывод на рынок гипоидных шестерен для массового производства был инженерным усовершенствованием 1920-х годов.

Корона [ править ]

Коронные шестерни или конические шестерни представляют собой особую форму конической шестерни, зубья которой выступают под прямым углом к ​​плоскости колеса; по своей ориентации зубы напоминают острие на коронке. Коронная шестерня может точно зацепляться только с другой конической шестерней, хотя коронная шестерня иногда встречается в зацеплении с прямозубой шестерней. Коронная шестерня также иногда зацепляется со спусковым механизмом, например, в механических часах.

Червь [ править ]

Черви напоминают винты . Червяк находится в зацеплении с червячным колесом , которое похоже на прямозубую шестерню .

Червячные передачи - это простой и компактный способ достижения высокого крутящего момента и низкого передаточного числа. Например, косозубые шестерни обычно ограничиваются передаточным числом менее 10: 1, в то время как червячные передачи варьируются от 10: 1 до 500: 1. ^[28] Недостатком является возможность значительного скольжения, что приводит к низкой эффективности. ^[29]

Червячная передача - это разновидность косозубой шестерни, но ее угол наклона винтовой линии обычно несколько велик (около 90 градусов), а ее корпус обычно довольно длинный в осевом направлении. Эти атрибуты придают ему черты винта. Различие между червяком и косозубой шестерней состоит в том, что по крайней мере один зуб остается для полного вращения вокруг спирали. Если это происходит, то это «червь»; в противном случае это «косозубая шестерня». У червя может быть всего один зуб. Если этот зуб сохраняется в течение нескольких оборотов по спирали, на поверхности кажется, что у червя больше одного зуба, но на самом деле вы видите тот же зуб, который появляется снова через определенные промежутки времени по длине червя. Применяется обычная номенклатура винтов: однозубый червяк называется однозаходным или однозаходным.; червяк с более чем одним зубом называется многониточным или многозаходным . Угол наклона спирали червяка обычно не указывается. Вместо этого указывается угол подъема, равный 90 градусам минус угол наклона спирали.

В червячной передаче червяк всегда может приводить в движение шестерню. Однако, если шестерня пытается запустить червяк, это может или не может быть успешным. В частности, если угол опережения небольшой, зубья шестерни могут просто сцепиться с зубьями червяка, потому что составляющая силы по окружности червяка недостаточна для преодоления трения. Однако в традиционных музыкальных шкатулках шестерня приводит в движение червяк, имеющий большой угол наклона спирали. Эта сетка приводит в движение лопатки ограничителя скорости, установленные на валу червяка.

Червячные передачи, которые блокируются, называются самоблокирующимися , что можно использовать с пользой, например, когда требуется установить положение механизма, повернув червяк, а затем заставить механизм удерживать это положение. Примером может служить головка станка на некоторых типах струнных инструментов .

Если шестерня в червячной передаче представляет собой обычную косозубую шестерню, достигается только одна точка контакта. ^{[27] [30]} Если требуется передача мощности от средней до высокой, форма зуба шестерни изменяется для достижения более тесного контакта, заставляя обе шестерни частично охватывать друг друга. Для этого они должны быть вогнутыми и соединяться в седловой точке ; это называется коническим приводом ^[31] или «двойным охватом».

Червячные передачи могут быть правосторонними или левосторонними, в соответствии с давно установившейся практикой для резьбовых соединений. ^[17]

• 3D-анимация червячной передачи

Некруглое [ править ]

Некруглые шестерни предназначены для специального назначения. В то время как обычная шестерня оптимизирована для передачи крутящего момента на другой зацепленный элемент с минимальным шумом и износом и максимальной эффективностью , основной задачей некруглой шестерни могут быть изменения передаточного числа , колебания смещения оси и многое другое. Общие области применения включают текстильные машины, потенциометры и бесступенчатые трансмиссии .

Рейка и шестерня [ править ]

Стойка является зубчатым баром или стержня , который можно рассматривать как зубчатый сектор с бесконечно большим радиусом кривизны . Крутящий момент можно преобразовать в линейную силу, зацепив рейку с круглой шестерней, называемой шестерней : шестерня вращается, а рейка движется по прямой линии. Такой механизм используется в автомобилях для преобразования вращения рулевого колеса в движение рулевой тяги слева направо .

Стойки также используются в теории геометрии зубчатых колес, где, например, форма зуба сменного набора зубчатых колес может быть указана для зубчатой ​​рейки (бесконечный радиус), а формы зуба для зубчатых колес конкретных фактических радиусов затем выводятся из этого . Зубчатая передача реечного типа также используется в зубчатых железных дорогах .

Эпициклический [ править ]

В планетарной передаче перемещается одна или несколько осей шестерни . Примерами являются солнечная и планетарная передача (см. Ниже), циклоидальный привод , автоматические коробки передач и механические дифференциалы .

Солнце и планета [ править ]

Солнечно-планетарная передача - это метод преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение, который использовался в паровых двигателях . Джеймс Ватт использовал его на своих первых паровых двигателях, чтобы обойти патент на кривошип , но он также давал преимущество в виде увеличения скорости маховика, чтобы Ватт мог использовать более легкий маховик.

На иллюстрации солнце желтое, планета красная, возвратно-поступательный рычаг - синий, маховик - зеленый, а карданный вал - серый.

Гармоническая передача [ править ]

Гармоническая шестерня или деформации волна шестерня является специализированным механизмом зацепления часто используется в промышленном управлении движением , робототехнике и аэрокосмической для его преимуществ по сравнению с традиционными системами зацепления, в том числе отсутствия люфта, компактности и высоких передаточных отношений.

Хотя диаграмма не демонстрирует правильную конфигурацию, это «зубчатая передача», обычно с гораздо большим количеством зубьев, чем у традиционной шестерни, чтобы обеспечить более высокую степень точности.

Клетка для снаряжения [ править ]

Клетка передачи , которая также называется фонарь передач или фонарь шестерни , имеют цилиндрические стержни для зубов, параллельно оси и расположены по кругу вокруг него, скольких баров на круглую клетку птицы или фонаре. Узел скрепляется дисками на каждом конце, в которые вставлены зубчатые стержни и ось. Клетка шестерня является более эффективной , чем твердые шестерни, ^{[ править ]} и грязь может попасть через стержни , а не становясь в ловушке и увеличение износа. Они могут быть изготовлены с помощью очень простых инструментов, поскольку зубья формируются не резанием или фрезерованием, а скорее путем сверления отверстий и вставки стержней.

Иногда используемое в часах зубчатое колесо всегда должно приводиться в движение зубчатым колесом , а не использоваться в качестве привода. Клетка передач не была изначально выступает за консервативные производители часы. Он стал популярным в башенных часах, где грязные условия труда были наиболее распространенным явлением. Их часто использовали в отечественных американских часовых механизмах.

Циклоидальная передача [ править ]

Магнитная передача [ править ]

Все зубцы каждого зубчатого компонента магнитных зубчатых колес действуют как постоянный магнит с периодическим чередованием противоположных магнитных полюсов на сопряженных поверхностях. Компоненты редуктора устанавливаются с возможностью люфта , как и другие механические редукторы. Хотя они не могут оказывать такое же усилие, как традиционные шестерни, такие шестерни работают, не касаясь друг друга, поэтому они невосприимчивы к износу, имеют очень низкий уровень шума и могут скользить без повреждений, что делает их очень надежными. ^[32] Их можно использовать в конфигурациях, которые невозможны для шестерен, которые должны физически соприкасаться, и могут работать с неметаллическим барьером, полностью отделяющим движущую силу от нагрузки. Магнитная муфта может передавать усилие в герметичном корпусе без использованиярадиальное уплотнение вала , которое может протекать.

Номенклатура [ править ]

Общие [ править ]

Частота вращения , n

Измеряется во времени вращения, например, оборотов в минуту (об / мин или об / мин).

Угловая частота , ω

Измеряется в радианах в секунду . 1  об / мин = 2π  рад / мин = π / 30  рад / сек.

Количество зубьев, Н

Сколько зубцов у шестерни, целое число . В случае червя это количество запусков потока, которое имеет червь.

Шестерня

Большая из двух взаимодействующих шестерен или отдельная шестерня.

Шестерня

Меньшая из двух взаимодействующих шестерен.

Путь контакта

Путь, по которому следует точка контакта между двумя зубьями зацепляющейся шестерни.

Линия действия, напорная линия

Линия, по которой направлена ​​сила между двумя зубьями зубчатой ​​передачи. Он имеет то же направление, что и вектор силы. В общем, линия действия меняется от момента к моменту в течение периода зацепления пары зубов. Однако для эвольвентных зубчатых колес сила между зубьями всегда направлена ​​по одной и той же линии, то есть линия действия постоянна. Это означает, что для эвольвентных зубчатых колес путь контакта также является прямой линией, совпадающей с линией действия, что действительно имеет место.

Ось

Ось вращения шестерни; осевая линия вала.

Точка подачи

Точка, где линия действия пересекает линию, соединяющую две оси шестерен.

Окружность поля, линия подачи

Круг с центром и перпендикуляром к оси, проходящий через точку деления. Предварительно заданное диаметральное положение на зубчатом колесе, в котором определены толщина круглого зуба, угол давления и углы винтовой линии.

Диаметр шага, d

Предварительно заданное диаметральное положение на зубчатом колесе, в котором определены толщина круглого зуба, угол давления и углы винтовой линии. Стандартный делительный диаметр является расчетным размером и не может быть измерен, но это место, где производятся другие измерения. Его значение зависит от количества зубьев ( N ), нормального модуля ( m _n ; или нормального диаметрального шага, P _d ) и угла наклона спирали ( ):${\displaystyle \psi }$

${\displaystyle d={\frac {Nm_{n}}{\cos \psi }}}$в метрических или имперских единицах. ^[33]${\displaystyle d={\frac {N}{P_{d}\cos \psi }}}$

Модуль или модуль, м

Поскольку вычислять круговой шаг с иррациональными числами непрактично , инженеры-механики обычно используют коэффициент масштабирования, который заменяет его обычным значением. Это известно как модуль или модуль колеса и просто определяется как:

${\displaystyle m={\frac {p}{\pi }}}$

где m - модуль, а p - круговой шаг. В блоках модуля являются обычно миллиметрами ; английский модуль иногда используется с единицами дюймов . Когда диаметральный шаг DP выражается в английских единицах,

${\displaystyle m={\frac {25.4}{DP}}}$ в условных метрических единицах.

Расстояние между двумя осями становится:

${\displaystyle a={\frac {m}{2}}(z_{1}+z_{2})}$

где a - расстояние по оси, z ₁ и z ₂ - количество зубцов (зубьев) для каждого из двух колес (шестерен). Эти числа (или, по крайней мере, одно из них) часто выбираются среди простых чисел, чтобы создать равномерный контакт между каждой шестеренкой обоих колес и, таким образом, избежать ненужного износа и повреждений. Равномерный износ шестерен достигается за счет того, что количество зубьев двух сцепленных шестерен относительно взаимно взаимно однозначно ; это происходит, когда наибольший общий делитель (НОД)количество зубьев каждой шестерни равно 1, например, GCD (16,25) = 1; если требуется передаточное число 1: 1, между двумя шестернями может быть вставлена ​​относительно основная шестерня; это поддерживает соотношение 1: 1, но меняет направление передачи; в этом случае может быть вставлена ​​вторая относительно первичная шестерня для восстановления исходного направления вращения при сохранении равномерного износа всех 4 шестерен. Инженеры-механики, по крайней мере, в континентальной Европе, обычно используют модуль вместо кругового шага. Модуль, как круговой шаг, может быть использован для всех типов винтиков, а не только развертки на основе прямых винтиков. ^[34]

Диаметр рабочего шага

Диаметр определяется количеством зубьев и межосевым расстоянием, на котором работают шестерни. ^[17] Пример шестерни:

${\displaystyle d_{w}={\frac {2a}{u+1}}={\frac {2a}{{\frac {z_{2}}{z_{1}}}+1}}.}$

Поверхность поля

В цилиндрических зубчатых колесах цилиндр образован путем проецирования делительной окружности в осевом направлении. В более общем смысле, поверхность, образованная суммой всех делительных окружностей, движущихся вдоль оси. У конических шестерен - конус.

Угол действия

Угол с вершиной в центре шестерни, одна ножка находится в точке первого контакта сопряженных зубьев, а другая - в точке выхода из зацепления.

Арка действия

Участок делительной окружности, ограниченный углом действия.

Угол давления ,${\displaystyle \theta }$

Дополнение угла между направлением, в котором зубья действуют друг на друга, и линией, соединяющей центры двух шестерен. Для эвольвентных шестерен зубья всегда оказывают усилие вдоль линии действия, которая для эвольвентных шестерен является прямой линией; и, таким образом, для эвольвентных зубчатых колес угол давления постоянен.

Наружный диаметр, ${\displaystyle D_{o}}$

Диаметр шестерни, измеренный от вершин зубьев.

Диаметр корня

Диаметр шестерни, измеренный у основания зуба.

Приложение, а

Радиальное расстояние от поверхности тангажа до крайней точки зуба. ${\displaystyle a={\frac {1}{2}}(D_{o}-D)}$

Dedendum, б

Радиальное расстояние от глубины желоба зуба до поверхности поля. ${\displaystyle b={\frac {1}{2}}(D-{\text{root diameter}})}$

Вся глубина, ${\displaystyle h_{t}}$

Расстояние от верхушки зуба до корня; она равна дополнению плюс нижний край или рабочей глубине плюс зазор.

Оформление

Расстояние между корневой окружностью шестерни и добавочной окружностью ее ответной части.

Рабочая глубина

Глубина зацепления двух шестерен, то есть сумма их рабочих смещений.

Круговой шаг, p

Расстояние от одной поверхности зуба до соответствующей поверхности соседнего зуба той же шестерни, измеренное по делительной окружности.

Диаметр диаметра, ДП

${\displaystyle DP={\frac {N}{d}}={\frac {\pi }{p}}}$

Отношение количества зубьев к делительному диаметру. Может быть измерено в зубах на дюйм или зубах на сантиметр, но обычно используется в единицах на дюйм диаметра. Где модуль, м, в метрических единицах

${\displaystyle DP={\frac {25.4}{m}}}$ в английских единицах

Базовый круг

В эвольвентных зубчатых колесах профиль зуба создается эвольвентой основной окружности. Радиус основной окружности несколько меньше радиуса делительной окружности.

Базовый тон, нормальный тон, ${\displaystyle p_{b}}$

В эвольвентных зубчатых колесах - расстояние от одной поверхности зуба до соответствующей поверхности соседнего зуба той же шестерни, измеренное по основной окружности.

Вмешательство

Контакт между зубами, кроме предполагаемых частей их поверхностей

Сменный набор

Набор шестерен, каждая из которых правильно сочетается с любой другой.

Винтовая передача [ править ]

Угол наклона спирали, ${\displaystyle \psi }$

Угол между касательной к винтовой линии и осью шестерни. В предельном случае прямозубого колеса он равен нулю, хотя его также можно рассматривать как угол гипотенузы.

Нормальный круговой шаг, ${\displaystyle p_{n}}$

Круговой шаг в плоскости перпендикулярно зубам.

Шаг поперечной окружности, p

Круговой шаг в плоскости вращения шестерни. Иногда просто называют «круговой шаг».${\displaystyle p_{n}=p\cos(\psi )}$

Некоторые другие параметры спирали можно рассматривать как в нормальной, так и в поперечной плоскостях. Нижний индекс n обычно указывает на нормальный.

Червячная передача [ править ]

Вести

Расстояние от любой точки резьбы до соответствующей точки на следующем витке той же резьбы, измеренное параллельно оси.

Шаг линейный, p

Расстояние от любой точки резьбы до соответствующей точки на соседней резьбе, измеренное параллельно оси. У однозаходного червяка шаг и линейный шаг одинаковы.

Угол подъема, ${\displaystyle \lambda }$

Угол между касательной к спирали и плоскостью, перпендикулярной оси. Обратите внимание, что для косозубых зубчатых колес обычно указывается дополнение угла наклона винтовой линии.

Диаметр шага, ${\displaystyle d_{w}}$

То же, что описано ранее в этом списке. Обратите внимание, что для червяка он по-прежнему измеряется в плоскости, перпендикулярной оси шестерни, а не в наклонной плоскости.

Индекс w обозначает червяк, индекс g обозначает шестерню.

Зубной контакт [ править ]

• Линия контакта

• Путь действия

• Линия действия

• Самолет действия

• Линии контакта (косозубая передача)

• Арка действия

• Продолжительность действия

• Предельный диаметр

• Лицо продвижение

• Зона действия

Точка касания

Любая точка, в которой два профиля зуба касаются друг друга.

Линия контакта

Линия или кривая, по которой две поверхности зуба касаются друг друга.

Путь действия

Географическое положение последовательных точек контакта между парой зубьев шестерни во время фазы зацепления. Для сопряженных зубьев шестерни путь действия проходит через точку тангажа. Это след поверхности действия в плоскости вращения.

Линия действия

Путь действия эвольвентных шестерен. Это прямая линия, проходящая через точку тангажа и касательная к обеим базовым окружностям.

Поверхность действия

Воображаемая поверхность, на которой происходит контакт между двумя контактирующими поверхностями зубьев. Это сумма путей действия во всех секциях зубьев зацепления.

Самолет действия

Поверхность действия для эвольвентных шестерен с параллельными осями и прямозубых или косозубых зубьев. Он касается базовых цилиндров.

Зона действия (контактная зона)

Для эвольвентных шестерен с параллельными осями и прямозубыми или косозубыми зубьями - это прямоугольная область в плоскости действия, ограниченная длиной действия и эффективной шириной торца .

Путь контакта

Кривая на любой поверхности зуба, вдоль которой происходит теоретический одноточечный контакт во время зацепления шестерен с корончатыми поверхностями зубьев или шестерен, которые обычно входят в зацепление только с одноточечным контактом.

Продолжительность действия

Расстояние на линии действия, через которое точка контакта перемещается во время действия профиля зуба.

Дуга действия, Q _т

Дуга делительной окружности, по которой профиль зуба перемещается от начала до конца контакта с сопрягаемым профилем.

Дуга подхода, Q _a

Дуга делительной окружности, по которой профиль зуба перемещается от начала контакта до точки контакта, достигающей точки деления.

Дуга выемки, Q _r

Дуга делительной окружности, по которой профиль зуба перемещается от контакта в точке деления до конца контакта.

Коэффициент контакта, м _c , ε

Количество угловых шагов, на которые поверхность зуба поворачивается от начала до конца контакта. Проще говоря, его можно определить как меру среднего числа зубьев, находящихся в контакте в течение периода, в течение которого зуб выходит из контакта с сопряженной шестерней.

Коэффициент поперечного контакта, м _п , ε _α

Коэффициент контакта в поперечной плоскости. Это отношение угла действия к угловому шагу. Для эвольвентных зубчатых колес он наиболее точно определяется как отношение длины хода к основному шагу.

Коэффициент торцевого контакта, м _F , ε _β

Коэффициент контакта в осевой плоскости или отношение ширины грани к осевому шагу. Для конических и гипоидных зубчатых колес это отношение забоя к круговому шагу.

Общее контактное отношение, м _t , ε _γ

Сумма отношения поперечного контакта и отношения торца контакта.

${\displaystyle \epsilon _{\gamma }=\epsilon _{\alpha }+\epsilon _{\beta }}$

${\displaystyle m_{\rm {t}}=m_{\rm {p}}+m_{\rm {F}}}$

Модифицированное соотношение контактов, м _o

Для конических зубчатых колес - квадратный корень из суммы квадратов коэффициентов поперечного и торцевого контакта.

${\displaystyle m_{\rm {o}}={\sqrt {m_{\rm {p}}^{2}+m_{\rm {F}}^{2}}}}$

Предельный диаметр

Диаметр шестерни, при котором линия действия пересекает максимальную (или минимальную для внутренней шестерни) дополнительную окружность ответной шестерни. Это также называется началом активного профиля, началом контакта, концом контакта или концом активного профиля.

Начало активного профиля (SAP)

Пересечение предельного диаметра и эвольвентного профиля.

Лицо продвижение

Расстояние на делительной окружности, через которую проходит спиральный или спиральный зубец из положения, в котором контакт начинается на одном конце следа зуба на делительной поверхности, до положения, в котором контакт прекращается на другом конце.

Толщина зуба [ править ]

• Толщина зуба

• Соотношение толщины

• Толщина хорды

• Измерение толщины зуба по штифту

• Измерение диапазона

• Длинные и короткие придаточные зубы

Круглая толщина

Длина дуги между двумя сторонами зуба зубчатого колеса, на заданной нулевой точке окружности .

Толщина поперечного круга

Толщина круга в поперечной плоскости.

Нормальная круглая толщина

Толщина окружности в нормальной плоскости. В косозубой передаче это можно рассматривать как длину дуги вдоль нормальной спирали.

Осевая толщина

В косозубых передачах и червяках - толщина зуба в осевом поперечном сечении при стандартном продольном диаметре.

Базовая круговая толщина

В эвольвентных зубах длина дуги на основной окружности между двумя эвольвентными кривыми, образующая профиль зуба.

Нормальная толщина хорд

Длина хорды, которая образует дугу толщины окружности в плоскости, перпендикулярной продольной спирали. Может быть выбран любой удобный измерительный диаметр, не обязательно стандартный делительный диаметр.

Chordal addendum (высота хорды)

Высота от вершины зуба до хорды, проходящей по дуге толщины окружности. Может быть выбран любой удобный измерительный диаметр, не обязательно стандартный делительный диаметр.

Сдвиг профиля

Смещение базовой стойки базовой линии от опорного цилиндра, сделанного безразмерным путем деления нормального модуля. Он используется для указания толщины зуба, часто для нулевого люфта.

Сдвиг стойки

Смещение базовой линии инструмента от опорного цилиндра, сделанного безразмерным путем деления нормального модуля. Используется для указания толщины зуба.

Измерение по штифтам

Измерение расстояния, проведенного над штифтом, расположенным в пространстве между зубьями и эталонной поверхностью. Базовая поверхность может быть базовой осью зубчатого колеса, базовой поверхностью или одним или двумя штифтами, расположенными в пространстве зубьев или пространствах напротив первого. Это измерение используется для определения толщины зуба.

Измерение диапазона

Измерение расстояния между несколькими зубами в нормальной плоскости. Пока измерительное устройство имеет параллельные измерительные поверхности, которые соприкасаются с неизмененной частью эвольвенты, измерение будет проводиться по линии, касательной к основному цилиндру. Используется для определения толщины зуба.

Модифицированные придаточные зубы

Зубья шестерни включения, одна или обе имеют нестандартное приспособление.

Зубы на всю глубину

Зубья, у которых рабочая глубина равна 2.000 деленным на нормальный диаметральный шаг.

Короткие зубы

Зубья с рабочей глубиной менее 2.000 деленных на нормальный диаметральный шаг.

Равные придаточные зубы

Зубья, в которых две зацепляющие шестерни имеют одинаковые сростки.

Длинные и короткие придаточные зубы

Зубья, в которых сращения двух зацепляющих шестерен неравные.

Шаг [ править ]

Шаг - это расстояние между точкой на одном зубе и соответствующей точкой на соседнем зубе. ^[17] Это размер, измеряемый вдоль линии или кривой в поперечном, нормальном или осевом направлениях. Использование шага одного слова без уточнения может быть неоднозначным, и по этой причине предпочтительно использовать специальные обозначения, такие как поперечный круговой шаг, нормальный базовый шаг, осевой шаг.

• Подача

• Шаг зуба

• Отношения основного тона

• Основные передачи

Круговой шаг, p

Расстояние дуги по заданной делительной окружности или делительной линии между соответствующими профилями соседних зубьев.

Шаг поперечной окружности, п _т

Круговой шаг в поперечной плоскости.

Нормальный круговой шаг, p _n , p _e

Шаг окружности в нормальной плоскости, а также длина дуги по винтовой линии с нормальным шагом между зубьями или резьбой.

Осевой шаг, p _x

Линейный шаг в осевой плоскости и на продольной поверхности. В косозубых зубчатых колесах и червяках осевой шаг имеет одинаковое значение на всех диаметрах. В зубчатых передачах других типов осевой шаг может быть ограничен поверхностью наклона и может быть круглым. Термин «осевой шаг» предпочтительнее термина «линейный шаг». Осевой шаг винтового червяка и круговой шаг его червячной передачи одинаковы.

Нормальный базовый шаг, p _N , p _bn

Эвольвентная косозубая передача - это базовый шаг в нормальной плоскости. Это нормальное расстояние между параллельными спиральными эвольвентными поверхностями на плоскости действия в нормальной плоскости или длина дуги на нормальной базовой спирали. Это постоянное расстояние в любой косозубой эвольвентной передаче.

Шаг поперечного основания, p _b , p _bt

В эвольвентной передаче шаг находится на основной окружности или вдоль линии действия. Соответствующие стороны зубьев эвольвентной шестерни представляют собой параллельные кривые, а основной шаг - это постоянное и фундаментальное расстояние между ними по общей нормали в поперечной плоскости.

Диаметр диаметра (поперечный), P _d

Отношение количества зубьев к стандартному продольному диаметру в дюймах.

${\displaystyle P_{\rm {d}}={\frac {N}{d}}={\frac {25.4}{m}}={\frac {\pi }{p}}}$

Нормальный диаметральный шаг, P _nd

Величина диаметрального шага в нормальной плоскости косозубой передачи или червяка.

${\displaystyle P_{\rm {nd}}={\frac {P_{\rm {d}}}{\cos \psi }}}$

Угловой шаг, θ _Н , τ

Угол, образованный круговым шагом, обычно выражается в радианах.

${\displaystyle \tau ={\frac {360}{z}}}$градусы или радианы${\displaystyle {\frac {2\pi }{z}}}$

Люфт [ править ]

Люфтошибка движения, возникающая при изменении направления передачи. Он существует потому, что всегда существует некоторый зазор между задней поверхностью ведущего зуба и передней поверхностью зуба за ним на ведомой шестерне, и этот зазор должен быть закрыт, прежде чем сила может быть передана в новом направлении. Термин «люфт» также может использоваться для обозначения размера зазора, а не только для явления, которое он вызывает; таким образом, можно сказать, что пара шестерен имеет, например, «люфт 0,1 мм». Пара шестерен может быть спроектирована с нулевым люфтом, но это предполагает совершенство производства, однородные характеристики теплового расширения во всей системе и отсутствие смазки. Поэтому зубчатые пары рассчитаны на некоторый люфт.Обычно это достигается уменьшением толщины зуба каждой шестерни на половину желаемого зазора. Однако в случае большой шестерни и маленькой шестерни люфт обычно полностью снимается с шестерни, и шестерня получает зубья полноразмерного размера. Люфт также может быть обеспечен за счет большего разведения шестерен. ЛюфтЗубчатая передача равна сумме люфта каждой пары шестерен, поэтому в длинных поездах люфт может стать проблемой.

В ситуациях, требующих точности, таких как контрольно-измерительные приборы и управление, люфт можно минимизировать с помощью одного из нескольких методов. Например, шестерня может быть разделена по плоскости, перпендикулярной оси, одна половина прикреплена к валу обычным образом, а другая половина размещена рядом с ним, чтобы свободно вращаться вокруг вала, но с пружинами между двумя половинами, обеспечивающими относительный крутящий момент между ними, так что фактически получается единственная шестерня с расширяющимися зубьями. Другой метод заключается в сужении зубьев в осевом направлении и обеспечении скольжения шестерни в осевом направлении для компенсации провисания.

Переключение передач [ править ]

В некоторых машинах (например, автомобилях) необходимо изменять передаточное число в соответствии с задачей, этот процесс известен как переключение передач или переключение передач. Есть несколько способов переключения передач, например:

• Механическая коробка передач
• Автоматическая коробка передач
• Шестерни переключателя , которые на самом деле представляют собой звездочки в сочетании с роликовой цепью.
• Ступичные шестерни (также называемые планетарными передачами или солнечно-планетарными шестернями)

Есть несколько исходов переключения передач в автомобилях. В случае шума , производимого автомобилем , более высокие уровни шума излучаются при включении более низких передач. Расчетный срок службы шестерен с более низким передаточным числом короче, поэтому можно использовать более дешевые шестерни, которые имеют тенденцию генерировать больше шума из-за меньшего коэффициента перекрытия и более низкой жесткости зацепления и т. Д., Чем косозубые шестерни, используемые для высоких передаточных чисел. Этот факт использовался для анализа звука, создаваемого транспортными средствами, с конца 1960-х годов и был включен в моделирование шума городских дорог и соответствующий дизайн городских шумовых барьеров вдоль дорог. ^[35]

Профиль зуба [ править ]

• Профиль прямозубой шестерни

• Подрезка

Профиль - это одна сторона зуба в поперечном сечении между внешней окружностью и корневой окружностью. Обычно профиль - это кривая пересечения поверхности зуба и плоскости или поверхности, перпендикулярной к поверхности наклона, такой как поперечная, нормальная или осевая плоскость.

Кривая скругления (корневая кромка) - это вогнутая часть профиля зуба, где она соединяется с нижней частью пространства зуба. 2

Как упоминалось в начале статьи, достижение непеременного отношения скоростей зависит от профиля зубьев. Трение и износ между двумя шестернями также зависят от профиля зуба. Существует множество профилей зубьев, обеспечивающих постоянное соотношение скоростей. Во многих случаях, учитывая произвольную форму зуба, можно разработать профиль зуба ответной шестерни, который обеспечивает постоянное передаточное отношение. Однако в наше время наиболее часто используются два профиля зуба с постоянной скоростью: циклоидный и эвольвентный.. Циклоида была более распространена до конца 1800-х годов. С тех пор эвольвента в значительной степени вытеснила ее, особенно в приводах. В некотором смысле циклоида является более интересной и гибкой формой; однако эвольвента имеет два преимущества: ее легче производить, и она позволяет изменять расстояние между центрами шестерен в некотором диапазоне, не нарушая постоянство передаточного отношения. Циклоидальные шестерни работают правильно только при правильном межосевом расстоянии. Циклоидальные шестерни все еще используются в механических часах.

Выточки представляет собой состояние , в генерируемых зубьев зубчатых колес , когда какая - либо часть кривой филе лежит внутри от линии , проведенной по касательной к рабочему профилю на своей точке соединения с филе. Поднутрение может быть сделано намеренно для облегчения чистовых операций. При поднутрении кривая сопряжения пересекает рабочий профиль. Без поднутрения кривая сопряжения и рабочий профиль имеют общую касательную.

Материалы для снаряжения [ править ]

При производстве зубчатых колес используются многочисленные цветные сплавы, чугуны, порошковая металлургия и пластмассы. Однако чаще всего используются стали из-за их высокого отношения прочности к весу и низкой стоимости. Пластик обычно используется там, где важна цена или вес. Правильно спроектированная пластиковая шестерня может заменить стальную во многих случаях, потому что она обладает многими желательными свойствами, включая устойчивость к загрязнениям, низкоскоростное зацепление, способность довольно хорошо «проскакивать» ^[36].и возможность изготовления из материалов, не нуждающихся в дополнительной смазке. Производители использовали пластиковые шестерни для снижения затрат на потребительские товары, включая копировальные машины, оптические запоминающие устройства, дешевые динамо-машины, бытовое аудиооборудование, серводвигатели и принтеры. Еще одним преимуществом использования пластмасс ранее (например, в 1980-х годах) было снижение затрат на ремонт некоторых дорогостоящих машин. В случае сильного замятия (например, бумаги в принтере) пластмассовые зубья шестерни будут оторваны от подложки, позволяя приводному механизму затем свободно вращаться (вместо того, чтобы повредить себя, пытаясь противостоять замятию). Такое использование «жертвенных» зубьев шестерни позволило избежать разрушения гораздо более дорогого двигателя и связанных с ним деталей. Этот метод был заменен в более поздних разработках,за счет использования муфт и двигателей с ограничением крутящего момента или тока.

Стандартные питчи и модульная система [ править ]

Хотя шестерни могут изготавливаться с любым шагом, для удобства и взаимозаменяемости часто используются стандартные шаги. Шаг - это свойство, связанное с линейными размерами, поэтому оно отличается от того, указаны ли стандартные значения в британской (дюймах) или метрической системе. Используя дюймовые измерения, стандартные диаметральных значения шага с единицами «на дюйм» выбраны; диаметральный шаг является количество зубьев на шестерне один дюйм диаметра основного тона. Общие стандартные значения для прямозубых шестерен: 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 24, 32, 48, 64, 72, 80, 96, 100, 120 и 200. ^[37] Определенные. стандартные шаги, такие как 1/10 и 1/20в дюймах, которые связаны с линейной стойкой, на самом деле являются (линейными) значениями кругового шага с единицами измерения «дюймы» ^[37]

Когда размеры зубчатого колеса указаны в метрической системе, шаг шага обычно выражается в модуле или модуле упругости , что, по сути, является измерением длины по делительному диаметру . Под модулем понимается деленный на число зубьев средний диаметр в миллиметрах. Когда модуль основан на дюймовых измерениях, он известен как английский модуль, чтобы избежать путаницы с метрическим модулем. Модуль - это прямой размер, в отличие от диаметрального шага, который является обратным размером («количество ниток на дюйм»). Таким образом, если делительный диаметр шестерни составляет 40 мм, а количество зубьев 20, модуль равен 2, что означает, что на каждый зуб приходится 2 мм делительного диаметра. ^[38]Предпочтительные стандартные значения модуля: 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,8, 1,0, 1,25, 1,5, 2,0, 2,5, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40 и 50. ^[39]

Производство [ править ]

По состоянию на 2014 год примерно 80% всех зубчатых колес, производимых в мире, производится методом формования нетто-формы . Зубчатые передачи обычно изготавливаются из порошковой металлургии или из пластмассы. ^[40] Многие зубчатые колеса изготавливаются, когда они выходят из формы (включая литые под давлением пластмассовые и металлические зубчатые колеса), но зубчатые колеса из порошкового металла требуют спекания, а отливки в песчаные формы или литья по выплавляемым моделям требуют зуборезки или другой механической обработки для их окончательной обработки . Наиболее распространенной формой зубонарезания является зубофрезерование , но зубодробление , фрезерование ипротяжки тоже существуют. 3D-печать как метод производства быстро расширяется. Для металлических шестерен в трансмиссиях легковых и грузовых автомобилей зубья подвергаются термообработке, чтобы сделать их твердыми и более износостойкими, а сердечник остается мягким и жестким . Для больших шестерен, склонных к короблению, используется закалочный пресс .

Модель шестеренки в современной физике [ править ]

Современная физика по-разному восприняла модель шестеренки. В девятнадцатом веке Джеймс Клерк Максвелл разработал модель электромагнетизма, в которой силовые линии магнитного поля были вращающимися трубками несжимаемой жидкости. Максвелл использовал зубчатое колесо и назвал его «холостым колесом», чтобы объяснить электрический ток как вращение частиц в направлении, противоположном направлению вращающихся силовых линий. ^[41]

В последнее время квантовая физика использует в своей модели «квантовые шестеренки». Группа шестерен может служить моделью для нескольких различных систем, таких как искусственно созданное наномеханическое устройство или группа кольцевых молекул. ^[42]

Гипотеза трех волн сравнивает дуальность волна-частица с коническим зубчатым колесом. ^[43]

Механизм передач в естественном мире [ править ]

Раньше этот механизм считался исключительно искусственным, но уже в 1957 году шестерни были обнаружены в задних лапах различных видов куликов ^[44], и ученые из Кембриджского университета охарактеризовали их функциональное значение в 2013 году, сделав высокоскоростную фотосъемку. нимф Issus coleoptratus в Кембриджском университете. ^{[45] [46]} Эти шестерни встречаются только у личинок всех цикадок и теряются во время последней линьки до взрослой стадии. ^[47] У I. coleoptratus каждая ножка имеет полосу зубьев 400 микрометров, радиус шага 200 микрометров, с 10–12 полностью сцепленными зубьями прямозубого типа, включаяскругленные изгибы у основания каждого зуба для снижения риска порезов. ^[48] Совместный вращается как механические коробки передач, и синхронизирует Issus в задних ноги , когда он переходит к в течение 30 мкс, предотвращая вращение относительно вертикальной оси. ^{[49] [50] [45]} Шестерни не включаются постоянно. Один расположен на каждой из задних лап молодого насекомого, и когда оно готовится к прыжку, два набора зубов сцепляются вместе. В результате ноги двигаются почти в унисон, давая насекомому больше мощности, поскольку шестерни вращаются до точки остановки, а затем разблокируются. ^[49]

См. Также [ править ]

• Коробка передач
• Звездочка
• Дифференциальный
• Принцип суперпозиции
• Кинематическая цепь

Ссылки [ править ]

Библиография

• МакГроу-Хилл (2007), Энциклопедия науки и техники Макгроу-Хилла (10-е изд.), Макгроу-Хилл Профессионал, ISBN 978-0-07-144143-8.
• Нортон, Роберт Л. (2004), Дизайн машин (3-е изд.), McGraw-Hill Professional, ISBN 978-0-07-121496-4.
• Валланс, Алекс; Даути, Вентон Леви (1964), Дизайн элементов машин (4-е изд.), McGraw-Hill.
• Industrial Press (2012), Справочник по машинному оборудованию (29-е изд.), ISBN 978-0-8311-2900-2 
• Инженеры Edge, Конструкция шестерен и технические данные .

Дальнейшее чтение [ править ]

• Американская ассоциация производителей шестерен ; Американский национальный институт стандартов (2005 г.), Номенклатура зубчатых колес: определения терминов с символами (изд. ANSI / AGMA 1012-F90), Американская ассоциация производителей зубчатых колес, ISBN 978-1-55589-846-5.
• Бакингем, Эрл (1949), Аналитическая механика шестерен , McGraw-Hill Book Co ..
• Кой, Джон Дж .; Townsend, Dennis P .; Зарецкий, Эрвин В. (1985), трансмиссии (PDF) , NASA научно-технической информации РАН, NASA-RP-1152; Технический отчет AVSCOM 84-C-15.
• Кравченко А.И., Бовда А.М. Шестерни с магнитной парой. Пат. Украины Н. 56700 - Бул. №2, 2011 - F16H 49/00.
• Склейтер, Нил. (2011). «Шестерни: устройства, приводы и механизмы». Справочник по механизмам и механическим устройствам. 5-е изд. Нью-Йорк: Макгроу Хилл. С. 131–174. ISBN 9780071704427 . Чертежи и конструкции различных передач. 
• «Колеса, которые не проскальзывают». Popular Science , февраль 1945 г., стр. 120–125.

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме Зубчатые колеса .

• Геарариум. Музей шестерен и зубчатых колес - старинные и старинные шестерни, звездочки, трещотки и другие предметы, связанные с шестернями.
• Kinematic Models for Design Digital Library (KMODDL) - фильмы и фотографии сотен работающих моделей в Корнельском университете
• Краткий исторический отчет о применении аналитической геометрии к форме зубьев шестерни
• Математический учебник для зубчатых передач (относящихся к робототехнике)
• Американская ассоциация производителей шестерен
• Gear Technology, журнал по производству зубчатых колес