Зубчасте колесо

Зубчасте колесо
З матеріалу	легована сталь, чавун і пластмаси
Зубчасте колесо у Вікісховищі

Зубчасті колеса

Зу́бчасте ко́лесо (триб, шестірня́, розм. шестерня́, коліща́) — основна деталь зубчастої передачі у вигляді диска з зубами на циліндричній або конічній поверхні, що входять в зачеплення із зубами іншого зубчастого елемента і призначена для передавання руху до цього зубчастого елемента або отримання руху від нього.

Термін

Цівкове колесо («шестерня») вітряка.

У Словарі української мови Б. Д. Грінченка словом шестерня́ називається цівкове колесо, що використовувалося в особливому типі зубчастої передачі — цівковій. З первісним виглядом такої шестірні пов'язана і її назва в східнослов'янських мовах: вона складалася з двох співвісних дисків, з'єднаних шістьма стрижнями-цівами. Велике колесо з кулачками по колу («пальцями», «пальками»), що приводило в рух шестерню, називалося палечним (зараз частіше називається корончастим). Словом триб, трибок (через пол. tryb від нім. Trieb) первісно називався елемент ручного ткацького верстата — споряджене заскочкою зубчасте коліщатко в місці проходу навою через раму. «Словник технічної термінології» під редакцією І. Шелудька і Т. Садовського 1928 року залишив цей термін для відповідника рос. шестерня, у той час як російський термін шестеренка він перекладав словом трибок. У СУМ-11 шестерня подане як розмовний варіант, офіційними термінами є шестірня і зубчасте колесо.

Мале привідне зубчасте колесо, незалежно від числа зубів у машинобудуванні заведено називати шестірнею, а велике ведене — колесом. Проте часто усі зубчасті колеса називають шестірнями.

Загальний опис

Зубчасті колеса зазвичай використовуються парами з різним числом зубів з метою конвертування обертового моменту і швидкості обертання валу на виході. Колесо, до якого обертовий момент підводиться, називається приводним (ведучим), а колесо, з якого момент знімається, — веденим. Якщо діаметр ведучого колеса менший за діаметр веденого, то обертовий момент веденого колеса стане більшим при одночасному пропорційному зменшенні швидкості його обертання, і навпаки. Відповідно до передавального відношення, збільшення обертового моменту викликатиме пропорційне зменшення кутової швидкості обертання веденої шестірні, а їх добуток — механічна потужність — залишиться незмінним. Це співвідношення справедливе для ідеального випадку, в якому не враховуються втрати на тертя та інші ефекти, характерні для реальних пристроїв.

Циліндричні зубчасті колеса

Параметри зубчатого колеса

Поперечний профіль зуба

Профіль зубів коліс як правило має евольвентну бічну форму. Проте, існують передачі з коловою формою профілю зубів (передача Новікова з однією і двома лініями зачеплення) і з циклоїдною. Крім того, в храпових механізмах використовуються колеса з несиметричним профілем зуба.

Параметри евольвентного зубчатого колеса:

• m — модуль колеса — є стандартизований найголовніший параметр. Визначається з розрахунку на міцність зубчатих передач. Має, також, враховувати умови експлуатації (наприклад абразивність довкілля, тип мащення і т. ін.). — Чим більш навантажена передача, тим вищим вибирається значення модуля. А далі через нього визначається решта всіх параметрів. Модуль вимірюється в міліметрах і обчислюється за формулою:

$\mathbf {m={\frac {d}{z}}={\frac {p}{\pi }}}$

• z — число зубів колеса
• p — крок зубів по ділильному колу (позначений фіолетовим кольором)
• d — діаметр ділильного кола (позначений жовтим кольором)
• d_a — діаметр кола вершин темного колеса (позначений червоним кольором)
• d_b — діаметр основного кола — евольвенти (позначений зеленим кольором)
• d_f — діаметр кола западин темного колеса (позначений синім кольором)
• h_ap+h_fp — висота зуба темного колеса, x+h_ap+h_fp — висота зуба світлого колеса
• х — зміщення інструменту при виготовленні колеса з метою коригування зачеплення (допустимі значення — до +/- 0,25m)

Кресленик колеса зубчастого у машинобудуванні, зразок виконання.

Поздовжня лінія зуба

Прямозубі колеса

Прямозубі колеса

Це — найпоширеніший вид зубчатих коліс. Зуби у них розміщені радіально, а лінія контакту зубів у зачепленні пари коліс паралельна до їхніх осей обертання, при цьому осі обох коліс мають розташовуватися у просторі також паралельно. Прямозубі зубчасті колеса мають найменшу вартість, проте обертовий момент, який вони можуть передавати, нижчий, порівняно з моментом, який можуть передавати косозубі і шевронні колеса таких самих габаритних розмірів.

Косозубі колеса

Косозубі колеса

Косозубі колеса є вдосконаленим варіантом прямозубих. Їх зуби розташовуються під кутом до осі обертання, а формою утворюють частину спіралі. Зачеплення таких коліс відбувається більш плавно, ніж у прямозубих, а також із меншим шумом.

Недоліками косозубих коліс можна вважати наступне:

• При роботі у зачепленні косозубих коліс виникає механічна сила, направлена уздовж осей, що викликає необхідність застосування в опорах валів радіально-упорних підшипників, замість радіальних у випадках використання прямозубих, або шевронних коліс;
• Збільшення площі тертя зубів, що викликає додаткові втрати потужності на нагрів. (Може нівелюватись застосуванням спеціальних мастил).

Шевронні колеса

В цілому, косозубі колеса застосовуються в механізмах, що вимагають передачі великого крутного моменту, високих швидкостей, або що мають жорсткі обмеження за шумом.

Шевронні колеса

Винайдені Андре Сітроеном. Шевронні колеса розв'язують проблему компенсації осьової сили. Зуби таких коліс виготовляються у вигляді букви «V» (або вони отримуються стикуванням двох косозубих коліс із зустрічним розташуванням зубів). Осьові сили обох половин такого колеса взаємно компенсуються, тому відпадає необхідність у встановленні валів на упорні підшипники. При цьому передача є самовстановлюваною в осьовому напрямі, унаслідок чого в редукторах з шевронними колесами один з валів встановлюють на пливучих опорах (як правило — на підшипниках з короткими циліндричними роликами). Передачі із застосуванням таких зубчатих коліс, зазвичай називають «шевронними».

Зубчасті колеса з внутрішнім зачепленням

При жорстких обмеженнях на габарити, наприклад в планетарних механізмах, в шестеренній гідромашині з внутрішнім зачепленням, в приводі башти танка, застосовують колеса із зубчатим вінцем, нарізаним з внутрішньої сторони. Обертання ведучого і веденого колеса здійснюється в один бік. У такій передачі втрати на тертя менші.

Секторні колеса

Секторним колесом є частина звичайного колеса будь-якого типу. Такі колеса застосовуються в тих випадках, коли обертання в механізмі здійснюється не на повний оберт. Тому можна заощадити на його габаритах.

Колеса з коловими зубами

Передача на основі коліс з коловими зубами (Передача Новікова) має ще вищі ходові якості, ніж косозубі — високу здатність навантаження зачеплення, високу плавність і безшумність роботи. Проте вони обмежені в застосуванні через понижені, за тих же умов, ККД і ресурс роботи. Такі колеса суттєво складніші у виготовленні. Лінія зубів у них є колом радіусу, що підбирається під певні вимоги. Контакт поверхонь зубів відбувається в одній точці на лінії зачеплення, розташованій паралельно осям коліс.

Конічні зубчасті колеса

Конічні зубчасті колеса в приводі засувки дамби

У багатьох машинах здійснення необхідних рухів механізму пов'язане з необхідністю передати обертання з одного валу на інший за умови, що осі цих валів перетинаються. У таких випадках застосовують конічну зубчасту передачу. Розрізняють види конічних коліс, що відрізняються формою ліній зубів: з прямими, тангенціальними, круговими і криволінійними зубами. Конічні колеса з прямим зубом, наприклад, застосовуються в автомобільних диференціалах для передачі моменту від двигуна до коліс.

Корончасті колеса

Цівкова передача

Корончаста шестерня

Корончасте колесо — особливий вид коліс, зуби яких розташовуються на бічній поверхні. Таке колесо зазвичай стикується із звичайним прямозубим, або з барабаном зі стрижнів (цівкове колесо), як в баштовому годиннику. На українських млинах корончасте колесо називалося «палечним» («палешним»), а зуби на ньому — «пальками» чи «пальцями».

Рейкова передача (кремальєра)

Кремальєра

Рейкова передача використовується в тих випадках, коли потрібно перетворити обертальний рух на поступальний і навпаки. Складається зі звичайної прямозубої шестерні і рейки, на якій також нарізані зуби. Фактично, рейка може розглядатися як зубчате колесо нескінченного радіуса. Також цей принцип використовується на зубчастій залізниці.

Некруглі зубчасті колеса

Некругле зубчасте колесо

Для деяких спеціальних застосувань використовуються некруглі зубчасті колеса. Такі колеса можуть використовуватися там, де є потреба у зміні передатного числа, осциляції осей коліс, та в інших. Такі колеса використовуються у безступеневій трансмісії, прядильних машинах, кіноапаратах тощо.

Див. також

• Зірочка (техніка)
• Диференціал (механіка)
• Кінематичний ланцюг
• Трансмісія

Література

1. Под ред. Скороходова Е. А. Общетехнический справочник. — М.: Машиностроение, 1982. — С. 416.
2. Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — С. 416. — ISBN 5-7695-1384-5
3. Богданов В. Н., Малежик И. Ф., Верхола А. П. и др. Справочное руководство по черчению. — М.: Машиностроение, 1989. — С. 438—480. — 864 с. — ISBN 5-217-00403-7
4. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. В трёх томах. — М.: Машиностроение, 2001. — ISBN 5-217-02962-5