Зубчатое колесо или Шестерня – это важнейшая деталь, которая применяется в механизмах зубчатой передачи и выполняет основную функцию - передает вращательное движения между валами, при помощи зацепление с зубьями соседней шестерни. Выглядит шестерня как диск с конической или цилиндрической поверхностью на которой на равном расстоянии расположены зубья. В зубчатой передаче шестерней называют малое зубчатое колесо с небольшим количеством зубьев, а большое - зубчатым колесом. В случае применения пары шестерен с одинаковым количеством зубьев, ведущую называют шестерней, а ведомую – зубчатым колесом. Но чаще всего все зубчатые колеса и малые и большие называют шестернями (шестеренками).
Заурядно используют шестерни парами с различным количеством зубьев, этот механизм зубчатой передачи позволяет преобразовать число оборотов валов и вращающий момент. Передаточное число - это отношение чисел оборотов валов в минуту, определяется отношением диаметров шестерен или отношением чисел из зубьев. К стати, число зубьев на колесах влияет на плавность хода передачи, чем их число больше, тем плавнее ход передачи. Ведущей шестерней называется та, вращение которой передается извне, а ведомой называют шестерню, с которой снимается вращающий момент. Если диаметр ведущей шестерни больше, то вращающий момент ведомой шестерни уменьшается за счёт пропорционального увеличения скорости вращения, и наоборот.
Изобретение Шестерни
Изобретатель шестерни не известен, в истории шестерни упоминаются Ктезибием он использовал древнее зубчатое колесо в своих водяных часах во II веке до нашей эры, а так же упоминает в своем сочинении о применение шестерен Архимедом в III веке до н.э. Есть данные о использовании шестерен Римлянами в начале новой эры. В работах Леонардо да Винчи, в чертежах некоторых механизмов присутствуют шестерни с формой зуба близкой к современной.
Области применения шестерен
Шестерни применяются в различных, сложных и простых механизмах в машиностроении, судостроении, в пищевой и горнодобывающей промышленности, а так же: в буровых установках, железно дорожных вагонах, в подъемных кранах, в автомобильных дифференциалах, коробке передач, танках, лебедках, шестеренных гидромашинах – насосах, часах и в прочих механизмах.
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 колёса называют шестерня́ми.
Зубчатые колёса обычно используются па́рами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента и числа оборотов вала на выходе. Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается - ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот.
Следует заметить, что зубчатая 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 вращающего момента на скорость вращения . В соответствии с передаточным отношением , увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение останется неизменным. Данное соотношение справедливо для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.
Поперечный профиль зуба
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 . Кроме того, в храповых механизмах применяются зубчатые колёса с несимметричным профилем зуба.
Продольная линия зуба
Прямозубые колёса
Работа цилиндрической зубчатой передачи
Прямозубые колёса - самый распространённый вид зубчатых колёс. Зубья являются продолжением радиусов, а линия контакта зубьев обеих шестерён параллельна оси вращения. При этом оси обеих шестерён также должны располагаться строго параллельно.
Косозубые колёса
Косозубые колёса являются усовершенствованным вариантом прямозубых. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали. Зацепление таких колёс происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом.
- При работе косозубого колеса 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 колёса применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высокой скорости, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.
Колёса с круговыми зубьями
Передачи на основе колёс с круговыми зубьями имеют ещё более высокие ходовые качества, чем косозубые - высокую плавность и бесшумность работы. Однако они ограничены в применении сниженными, при тех же условиях, КПД и ресурсом работы, такие колёса заметно сложнее в производстве. Линия зубьев у них представляет собой окружность радиуса, подбираемого под определённые требования.
Двойные косозубые колёса (шевроны)
Двойные косозубые колёса решают проблему осевого момента. Зубья таких колёс изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых колёс со встречным расположением зубьев). Осевые моменты обеих половин такого колеса взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке осей и валов в специальные подшипники. Передачи, основанные на таких зубчатых колёсах, обычно называют «шевронными».
Зубчатые конические колёса
Конические колёса в приводе затвора плотины
Кроме наиболее распространёных циллиндрических З. к. применяются колёса конической формы. Конические колёса применяются там, где необходимо передать крутящий момент под определённым углом. Такие конические колёса с круговым зубом, например, применяются в автомобильных дифференциалах , используемых для передачи момента от двигателя к колёсам.
Секторные колёса
Секторная передача с внутренним зацеплением
Секторное колесо представляет собой часть обычного колеса любого типа. Такие колёса применяются в тех случаях, когда не требуется вращение механизма на 360°, и поэтому можно сэкономить на его габаритах.
Зубчатые колёса с внутренним зацеплением
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 сто́ит заметить, что вращение ведущего и ведомого колеса направленно в одну сторону. В такой передаче меньше потери на трение, т.е. выше КПД.
Реечная передача (кремальера)
Литература
- Под ред. Скороходова Е. А. Общетехнический справочник. - М.: Машиностроение, 1982. - С. 416.
- Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин. - М.: Издательский центр "Академия", 2004. - С. 416. - ISBN 5-7695-1384-5
- 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
- Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х тт. - М.: Машиностроение, 2001. - ISBN 5-217-02962-5
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :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 колёса называют шестерня́ми.
Зубчатые колёса обычно используются па́рами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента и числа оборотов вала на выходе. Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается - ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот.
Следует заметить, что зубчатая 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 вращающего момента на скорость вращения . В соответствии с передаточным отношением , увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение останется неизменным. Данное соотношение справедливо для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.
Поперечный профиль зуба
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 . Кроме того, в храповых механизмах применяются зубчатые колёса с несимметричным профилем зуба.
Продольная линия зуба
Прямозубые колёса
Работа цилиндрической зубчатой передачи
Прямозубые колёса - самый распространённый вид зубчатых колёс. Зубья являются продолжением радиусов, а линия контакта зубьев обеих шестерён параллельна оси вращения. При этом оси обеих шестерён также должны располагаться строго параллельно.
Косозубые колёса
Косозубые колёса являются усовершенствованным вариантом прямозубых. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали. Зацепление таких колёс происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом.
- При работе косозубого колеса 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 колёса применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высокой скорости, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.
Колёса с круговыми зубьями
Передачи на основе колёс с круговыми зубьями имеют ещё более высокие ходовые качества, чем косозубые - высокую плавность и бесшумность работы. Однако они ограничены в применении сниженными, при тех же условиях, КПД и ресурсом работы, такие колёса заметно сложнее в производстве. Линия зубьев у них представляет собой окружность радиуса, подбираемого под определённые требования.
Двойные косозубые колёса (шевроны)
Двойные косозубые колёса решают проблему осевого момента. Зубья таких колёс изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых колёс со встречным расположением зубьев). Осевые моменты обеих половин такого колеса взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке осей и валов в специальные подшипники. Передачи, основанные на таких зубчатых колёсах, обычно называют «шевронными».
Зубчатые конические колёса
Конические колёса в приводе затвора плотины
Кроме наиболее распространёных циллиндрических З. к. применяются колёса конической формы. Конические колёса применяются там, где необходимо передать крутящий момент под определённым углом. Такие конические колёса с круговым зубом, например, применяются в автомобильных дифференциалах , используемых для передачи момента от двигателя к колёсам.
Секторные колёса
Секторная передача с внутренним зацеплением
Секторное колесо представляет собой часть обычного колеса любого типа. Такие колёса применяются в тех случаях, когда не требуется вращение механизма на 360°, и поэтому можно сэкономить на его габаритах.
Зубчатые колёса с внутренним зацеплением
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 сто́ит заметить, что вращение ведущего и ведомого колеса направленно в одну сторону. В такой передаче меньше потери на трение, т.е. выше КПД.
Реечная передача (кремальера)
Литература
- Под ред. Скороходова Е. А. Общетехнический справочник. - М.: Машиностроение, 1982. - С. 416.
- Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин. - М.: Издательский центр "Академия", 2004. - С. 416. - ISBN 5-7695-1384-5
- 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
- Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х тт. - М.: Машиностроение, 2001. - ISBN 5-217-02962-5
Wikimedia Foundation . 2010 .
В Википедии написано, что данную деталь механизмов называют ещ шестерня или зубчатое колесо . В слове шестернка вложено слово шесть, что обозначает число 6. Говорят, что шесть оттого, что для качественной работы зубчатого колеса необходимо минимум шесть зубьев. Если сделать меньше, то движение получится прерывистым, хотя на больших скоростях это, наверное, и незаметно. Но придумали шестернку когда особо не было механизмов с большими скоростями, поэтому, видимо, учные и вывели число 6 как минимальное для соблюдения требуемого качества.
Начну с того, что чткого определения шестернки, на мой взгляд, в словарях не дано.
Шестернка, или шестерня это зубчатое колесо, которое передат движение. Примерно так объясняется значение данного слова в словаре Д. Н. Ушакова .
Так же толкуется слово ШЕСТЕРНЯ в словаре Ефремовой .
Словарь Ожегова в словарной статье ШЕСТЕРНКА, как и словарь Ушакова, отсылает ко 2-му омониму ШЕСТЕРНЯ и дат такое определение: малое колесо в зубчатой передаче.
В ушаковском словаре слово имеет помету тех. техническое, то есть указывается его принадлежность к профессиональной лексике, ефремовский и ожеговский словарь никаких помет не дают.
В Большом толковом словаре к значению добавляется слово вращательное (не просто движение, а вращательное движение) и тоже нет специальных помет, что, как мне кажется, неверно, так как, даже если слово, относящееся к профессиональной лексике, довольно распространено в связи с тем, что у большинства населения как минимум среднее образование, оно не перестат быть профессиональным.
Обращение к энциклопедиям и словарям профессиональной лексики особой ясности тоже не внесло в то, что считать шестернй (шестернкой): вообще зубчатое колесо или только малое колесо в зубчатой передаче, так как БСЭ утверждает, что ШЕСТЕРНЯ (этот термин более употребим, чем ШЕСТЕРНКА) это меньшее колесо в сопряжнной паре зубчатых колс, а согласно Морскому словарю , ШЕСТЕРНЯ ведущее зубчатое колесо. Хотя именно морской словарь говорит о том, что ШЕСТЕРНЙ (ШЕСТЕРНКОЙ) часто называют любое зубчатое колесо.
Вот на этом и остановлюсь: ШЕСТЕРНЯ (ШЕСТЕРНКА) это любое зубчатое колесо. Думаю, что для технически мало подкованного человека, наподобие меня, этого значения достаточно, а специалисты пусть сами разбираются, какое из зубчатых колс называть шестернкой, а какое нет, тем более что ещ одна энциклопедия ШЕСТЕРНЙ (ШЕСТЕРНКОЙ) тоже называет не только малое колесо.
Так как толковать слова можно и с помощью синонимов, то заглянула и в словарь синонимов . Правда, здесь пришлось выбирать, потому что синонимы к двум разным словам ШЕСТЕРНЯ перемешаны. Итак, синонимами к техническому термину являются слова ЗВЕЗДЧАТКА, ЗУБЧАТКА, КОЛЕСО. Последнее слово, конечно, можно назвать только контекстуальным синонимом.
Происхождение слова ШЕСТЕРНКА в общем-то понятно: это суффиксальное образование от существительного ШЕСТЕРНЯ, поэтому этимологические словари обходят стороной это слово, а вот происхождение слова ШЕСТЕРНЯ словарь Шанского объясняет так: слово исконно русское , является суффиксальным образованием от числительного ШЕСТЕРО, которое в свою очередь образовано от числительного ШЕСТЬ. А названо сие техническое приспособление именно ШЕСТЕРНЙ, а производное от него ШЕСТЕРНКОЙ (а не ПЯТЕРНКОЙ И прочими образованиями от других числительных) в связи с тем, что количество осей, соединяющих два круга, именно шесть .
Очень часто в обиходе бывалых механиков можно услышать фразы, касающиеся различных деталей: их функций, возможностей, цены и работоспособности. Одной из таких деталей является шестерня. А для чего необходима эта деталь? Что это, и по какому принципу она работает? Давайте разбираться.
Описание и виды шестерёнок
Шестерня – это колесо (диск) с зубьями (другим словом – зубчатое колесо (ЗК)), которое крепится ко вращающейся оси. Она может быть, как с конической, так и с цилиндрической поверхностью.
Шестерёнчатые передачи подразделяются (в зависимости от линии зуба) на следующие виды:
Прямозубые. Это самые применяемые из всех видов ЗК, у которых зубья располагаются в радиальных плоскостях.
Скошенные (косозубые) , используемые в электрических и бензо инструментах (лобзиках, ножовки…). В этих деталях зубья располагаются под углом ко вращающейся оси.
Червячные (спиральные) используются для рулевого управления автомобилем.
Винтовые имеют цилиндрическую форму, зубья располагаются по линии винта. Используются на валах, расположенных перпендикулярно относительно друг друга.
С круговыми зубьями , которые имеют линию окружности радиуса, за счёт чего контакт передачи осуществляется лишь в одной точке (на линии зацепления), расположенной параллельно осям зубчатого кольца.
С внутренним зацеплением , в которых «зубы» нарезаны внутри. Применяются в приводе танковой башни, в планетарных механизмах, насосах…
Секторные являются частью шестерни различного типа, что значительно экономит габариты. Применяется в таких передачах, где не нужно вращение ЗК.
Есть ещё немало других видов этих деталей, каждая из которых может выполнять определённую функцию.
Область применения и принцип действия
ЗК считается одной из важнейших деталей, применяемых в механизмах с зубчатой передачей, как в сложных, так и в простых. Их применяют в машиностроении, пищевой и горнодобывающей промышленности, в судостроении, в подъёмных кранах, коробках передач, лебёдках, танках, буровых установках…
Зубчатые колёса применяются парно и работают при помощи зубьев, цепляясь за соседние, благодаря чему и выполняется основная функция ЗК – передача вращательных движений между валами.
Каждая из шестерён имеет своё число зубьев. Разница в количестве зубьев шестерни необходима для возможности преобразования числа оборотов вала и крутящего момента, то есть для передачи или изменения КМ от ведущего к ведомому ЗК. Ведущей называется та шестерня, к которой крутящий момент подводится снаружи, а ведомая – та, с коей он снимается.
При этом, когда диаметр ведущей детали меньше, чем у ведомой – КМ увеличивается пропорционально уменьшению скорости вращения, а в обратном случае (диаметр ведомой меньше ведущего) – наоборот. Кроме того, нужно знать то, что от числа зубьев на шестерёнке зависит плавность хода передачи (больше зубьев – плавный ход, и наоборот).
Износ шестерни (откалывание зубцов) влечёт за собой необходимость её замены, так как ремонту деталь не подлежит.
