Зубчасте колесо

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
(Перенаправлено з Шестерня)
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Зубчасті колеса

Зу́бчасте ко́лесо (три́б, шестірня́[1], розм. шестерня́[2], 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[3].

Термін[ред. | ред. код]

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[4][5]. Велике колесо з кулачками по колу («пальцями», «пальками»), що приводило в рух шестерню, називалося палечним[6] (зараз частіше називається корончастим). Словом триб, трибок (через пол. tryb від нім. Trieb)[7] первісно називався елемент ручного ткацького верстата — споряджене заскочкою зубчасте коліщатко в місці проходу навою через раму[8]. «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[9]. У СУМ-11 шестерня подане як розмовний варіант[2], офіційними термінами є шестірня[1] і зубчасте колесо.

Мале ведуче зубчасте колесо, незалежно від числа зубів у машинобудуванні прийнято називати шестірнею, а велике ведене — колесом[3]. Проте часто усі зубчасті колеса називають шестірнями.

Загальний опис[ред. | ред. код]

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[3]. 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[ред. | ред. код]

Параметри зубчатого колеса

Поперечний профіль зуба[ред. | ред. код]

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[10][11] найголовніший параметр. Визначається з розрахунку на міцність зубчатих передач. Має, також, враховувати умови експлуатації (наприклад абразивність оточуючого середовища, 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:
  • z — число зубів колеса
  • p — крок зубів по ділильному колу (позначений фіолетовим кольором)
  • d — діаметр ділильного кола (позначений жовтим кольором)
  • da — діаметр кола вершин темного колеса (позначений червоним кольором)
  • db — діаметр основного кола — евольвенти (позначений зеленим кольором)
  • df — діаметр кола западин темного колеса (позначений синім кольором)
  • hap+hfp — висота зуба темного колеса, x+hap+hfp — 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[ред. | ред. код]

Прямозубі колеса

Прямозубі колеса[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

Винайдені Андре Сітроеном. Шевронні колеса вирішують проблему компенсації осьової сили. Зуби таких коліс виготовляються у вигляді букви «V» (або вони отримуються стиковкою 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 плаваючих опорах (як правило — на підшипниках з короткими циліндричними роликами). Передачі із застосуванням таких зубчатих коліс, зазвичай називають «шевронними».

Зубчасті колеса з внутрішнім зачепленням[ред. | ред. код]

При жорстких обмеженнях на габарити, наприклад в планетарних механізмах, в шестеренчастих насосах 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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

Докладніше: Корончасте колесо
Корончаста шестерня

Корончасте колесо — особливий вид коліс, зуби яких розташовуються на бічній поверхні. Таке колесо зазвичай стикуєтся із звичайним прямозубим, або з барабаном із стрижнів (цівкове колесо), як в баштовому годиннику. На українських млинах корончасте колесо називалося «палечним» («палешним»)[6], а зуби на ньому — «пальками» чи «пальцями»[12][13].

Рейкова передача (кремальєра)[ред. | ред. код]

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 радіусу. Також цей принцип використовується на зубчастій залізниці.

Некруглі зубчасті колеса[ред. | ред. код]

Некругле зубчасте колесо

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

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. а б Шестірня // Словник української мови : в 11 т. — К. : Наукова думка, 1970—1980.
  2. а б Шестерня // Словник української мови : в 11 т. — К. : Наукова думка, 1970—1980.
  3. а б в ДСТУ ISО 1122-1:2006 Передачі зубчасті. Словник термінів. Частина 1. Визначення, що стосуються геометрії (ISO 1122-1:1998, IDТ)
  4. Шестерня // Словарь української мови : у 4 т. / за ред. Бориса Грінченка. — К. : Кіевская старина, 1907—1909.
  5. Етимологічний словник української мови : у 7 т. : т. 6 : У — Я / укл.: Г. П. Півторак та ін ; редкол.: О. С. Мельничук (гол. ред.) та ін. — К. : Наукова думка, 2012. — Т. 6 : У — Я. — 568 с. — ISBN 978-966-00-0197-8.
  6. а б Колесо // Словарь української мови : у 4 т. / за ред. Бориса Грінченка. — К. : Кіевская старина, 1907—1909.
  7. Етимологічний словник української мови : у 7 т. : т. 5 : Р — Т / укл.: Р. В. Болдирєв та ін ; редкол.: О. С. Мельничук (гол. ред.) та ін. — К. : Наукова думка, 2006. — Т. 5 : Р — Т. — 704 с. — ISBN 966-00-0785-X.
  8. Триб // Словарь української мови : у 4 т. / за ред. Бориса Грінченка. — К. : Кіевская старина, 1907—1909.
  9. Шероховатый — Шип косой // Словник технічної термінології (загальний) / за редакцією І. Шелудька і Т. Садовського. — К. : Державне видавництво України, 1928.
  10. ДСТУ ISO 54-2001 Передачі зубчасті циліндричні для загального і важкого машинобудування. Модулі (ISO 54:1996, IDT) [Текст] / наук. керівник В. Фей [та ін.]. — Офіц. вид. — Чинний від 01.01.2003. — К. : Держстандарт України, 2002. — ІІІ, 2 с. — (Національний стандарт України)
  11. ГОСТ 9563-60 Основные нормы взаимозаменяемости. Колеса зубчатые. Модули.
  12. Палець // Словарь української мови : у 4 т. / за ред. Бориса Грінченка. — К. : Кіевская старина, 1907—1909.
  13. Пальок // Словарь української мови : у 4 т. / за ред. Бориса Грінченка. — К. : Кіевская старина, 1907—1909.

Література[ред. | ред. код]

  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