Види зубчастих коліс, шестерень

Циліндричні шестерні

Поперечний профіль зуба

Зазвичай шестерні мають профіль зубців з евольвентною боковою формою. Адже евольвентне зачеплення має низку переваг: форма цих зубців відповідає вимогам міцності, зубці легко виготовити та обробити, шестерні не чутливі до точності встановлення. Тим не менш, існують передачі з циклоїдною або круговою формою профілю зубців, наприклад — передача Новікова. Також застосовується несиметричний профіль зуба, наприклад у храпових механізмах.

Параметри евольвентної шестерні:

Модуль шестерні (m) — це основний параметр, який визначається з розрахунку міцності зубчастих передач. Чим більша навантаження на передачу, тим більшим має бути модуль. Одиниця виміру модуля — міліметри.

Розрахунок модуля шестерні:

d — діаметр ділильного кола

z — кількість зубців шестерні

p — крок зубців

d_a — діаметр кола вершин темної шестерні

d_b — діаметр основного кола — евольвенти

d_f — діаметр кола впадин темної шестерні

h_aP+h_fP — висота зуба темної шестерні, x+h_aP+h_fP — висота зуба світлої шестерні

У машинобудуванні прийняті стандартні значення модуля зубчастого колеса для зручності виготовлення та заміни, які становлять значення від 1 до 50.

Висота головки зуба — h_aP і висота ніжки зуба — h_fP у випадку так званого «нульового» зубчастого колеса співвідносяться з модулем m наступним чином: h_aP = m; h_fP = 1,2 m, тобто:

Звідси отримаємо, що висота зуба h = 2,2m

Також можна практично визначити модуль шестерні за наступною формулою, навіть без повного набору даних:

Поздовжня лінія зуба

Прямозубі шестерні

Прямозубі шестерні — найбільш поширений тип зубчастих коліс. Зубці розташовані у радіальних площинах, лінія контакту зубців пари шестерень паралельна осі обертання, як і осі обох коліс — паралельні між собою.

Косозубі шестерні

Косозубі шестерні — це вдосконалений варіант прямозубих. Зубці в них розміщені під кутом до осі обертання. Зачеплення відбувається тихіше та плавніше. Застосовуються в малошумних або високонавантажених механізмах. Недоліки — підвищене тертя й нагрів, втрата потужності, потреба в мастилі, а також поява осьової сили, яка вимагає використання упорних підшипників.

Шевронні колеса

Шевронні шестерні усувають проблему осьової сили, яка виникає при застосуванні косозубих шестерень. Зубці виготовляються у формі літери «V» або складаються з двох зустрічних косозубих частин. Осьові сили компенсуються, тому упорні підшипники не потрібні. Такі шестерні самовстановлюються в осьовому напрямку. У редукторах один з валів встановлюють на підшипниках із короткими роликами — «плаваючих» опорах.

Шестерні з внутрішнім зачепленням

Такі шестерні мають зубці з внутрішньої сторони. Застосовуються у механізмах обмежених розмірів, у планетарних передачах, шестеренних насосах, у приводу башти танка. Перевага — менше тертя та вищий ККД. Рух відбувається в одному напрямку у ведучої та веденої шестерні.

Гвинтові шестерні

Ці шестерні мають форму циліндра, на якому зубці розміщені по гвинтовій лінії. Застосовуються для неперехрещених валів, розміщених під кутом 90° один до одного.

Секторні шестерні

Секторна шестерня — це частина (сектор) будь-якої шестерні. Дозволяє заощадити місце, використовується у передачах, де повний оберт не потрібен.

Шестерні з круговими зубцями

У таких шестерень лінія зубців — дуга кола. Контакт при зачепленні відбувається в одній точці. Передача Новікова має плавний, тихий хід і високу навантажувальну здатність, але її ККД та ресурс нижчі. Виготовлення складне, тому застосування обмежене.

Конусні шестерні

Конусні шестерні відрізняються за формою ліній зубців: прямі, криволінійні, тангенціальні або кругові. Застосовуються для передачі обертання між пересічними валами, наприклад у диференціалах авто.

Зубчаста рейка

Зубчаста рейка — це частина зубчастого колеса з нескінченним радіусом. Її кола — прямі лінії. Профіль зубців прямолінійний. Така передача називається реечною (кремальєрою), перетворює обертальний рух у поступальний і навпаки. Складається з рейки та прямозубої шестерні. Застосовується в зубчастих залізницях.

Зірочка

Шестерня-зірка — основний елемент ланцюгової передачі. Працює разом із ланцюгом для передачі механічної енергії.

Коронна шестерня

Коронна шестерня — особливий тип шестерень, у яких зубці розташовані на боковій поверхні. Зазвичай працює в парі з прямозубою шестернею або цівковим колесом (барабаном зі стрижнями). Застосовується у баштових годинниках.