Виды передач: строение, функции и применение.

Шестерни являются одним из наиболее распространенных компонентов механической трансмиссии и широко используются в различном механическом оборудовании для передачи мощности, изменения скорости и направления. Существует множество типов передач, каждый из которых имеет свою уникальную структуру и функцию, подходящую для различных сценариев применения. В этой статье будут подробно представлены распространенные типы зубчатых колес, включая их структурные характеристики, принципы работы, технологию обработки и применение в различных областях.

Основные принципы и классификация передач

Основные принципы передач

Шестерни — это механические элементы, которые передают мощность и движение посредством зацепления зубьев шестерни. Принцип его работы основан на зацеплении зубьев двух шестерен, которые передают крутящий момент и движение за счет силы контакта поверхностей зубьев. Зубчатая передача обладает характеристиками высокой эффективности, высокой точности и высокой надежности и широко используется в различных механических системах.

Классификация передач

Зубчатые колеса можно классифицировать по-разному в зависимости от их структуры, формы, назначения и метода обработки. Общие методы классификации включают:

Классификация по форме шестерни:

• Цилиндрическая передача
• Коническая передача
• Червячный редуктор
• Некруглая шестерня

Классификация по методу зацепления зубчатых колес:

• Внешнее зацепление
• Внутреннее зацепление
• Шестерня и стойка

Классификация по направлению передачи передач:

• Параллельная зубчатая передача
• Шестеренчатая передача с пересекающейся осью
• Зубчатая передача с шахматной осью

Классификация по уровню точности передач:

• Прецизионный механизм
• Обычная экипировка
• Низкоточная передача

Распространенные типы передач и их характеристики.

Цилиндрические шестерни

Цилиндрические шестерни — наиболее распространенный тип шестерен с профилями зубьев, распределенными по цилиндрической поверхности, пригодными для передачи между параллельными валами.

Конструктивные особенности:

• Профиль зуба шестерни обычно имеет эвольвентную форму, с хорошими характеристиками зацепления и несущей способностью.
• Он может быть выполнен в виде прямых, спиральных или «елочных» зубьев для удовлетворения различных требований к передаче.

Тип:

• Прямозубая передача: Линия зубьев параллельна оси, конструкция проста, обработка удобна, но во время передачи создается осевая сила.
• Винтовая передача: Линия зубьев расположена под определенным углом к ​​оси, трансмиссия стабильна, несущая способность высока, но необходимо учитывать баланс осевых сил.
• Шестерня «елочка»: Он состоит из левого и правого спиральных зубьев, которые могут автоматически балансировать осевую силу и подходят для передачи высокой мощности.

Области применения:

• Широко используется в механических трансмиссионных системах, таких как автомобильные трансмиссии, промышленные редукторы, двигатели и т. д.

Конические шестерни

Конические передачи имеют профили зубьев, распределенные по конической поверхности, и подходят для передачи между пересекающимися валами.

Конструктивные особенности:

• Профиль зуба шестерни обычно имеет эвольвентную или дугообразную форму, что позволяет осуществлять передачу двух пересекающихся осей.
• Во время передачи будет создаваться осевая сила, которую необходимо поддерживать подшипниками.

Тип:

• Прямозубая коническая шестерня: Линия зуба пересекается с осью, конструкция проста, но шум передачи велик.
• Спирально-коническая передача: Линия зубьев имеет дугообразную форму, передача плавная, шум низкий, грузоподъемность высокая.
• Спирально-коническая передача: Линия зубьев спиральная, эффективность передачи высокая, подходит для высокоточной передачи.

Области применения:

• Обычно используется в автомобильных дифференциалах, механических системах рулевого управления, приводах шпинделей станков и т. д.

Червячная передача

Червячная передача — это особая форма зубчатой ​​передачи, состоящая из червяка и червячного колеса, пригодная для передачи между расположенными в шахматном порядке валами.

Конструктивные особенности:

• Червяк похож на резьбу, а червячное колесо похоже на винтовую цилиндрическую шестерню, и они находятся в зацеплении через винтовые зубья.
• Передаточное число большое, конструкция компактная, но эффективность трансмиссии низкая, и обычно используется для понижающей передачи.

Тип:

• Обычная червячная передача: подходит для общей понижающей передачи.
• Винтовая червячная передача: более стабильная трансмиссия и более высокая несущая способность.
• Червячная передача с круглыми дуговыми зубьями: поверхность зуба имеет дугообразную форму, имеет высокую эффективность передачи, подходит для высокоточной передачи.

Области применения:

• Широко используется в подъемных машинах, редукторах, механизмах подачи станков и т. д.

Некруглые шестерни

Некруглые шестерни имеют профили зубьев, отличные от стандартных кругов, и используются для удовлетворения особых требований к передаче.

Конструктивные особенности:

• Профиль зуба шестерни разрабатывается в соответствии с конкретными требованиями трансмиссии и может иметь некруглую, эллиптическую или другую сложную форму.
• Передаточное число меняется со временем и подходит для случаев, когда требуется передача с регулируемой скоростью.

Типы:

• Эллиптические шестерни: используется для достижения периодической передачи с регулируемой скоростью.
• Гиперболические шестерни: используется для достижения высокоточной передачи.
• Шестерни с переменной толщиной зуба: используется для достижения неравномерной передачи.

Области применения:

• Обычно используется в соединениях роботов, точных инструментах, аэрокосмической и других областях.

Технология обработки шестерен

Основные методы обработки зубчатых колес

Существует множество различных методов обработки шестерен. Различные методы обработки могут быть выбраны в зависимости от типа и требований к точности зубчатого колеса. Общие методы обработки включают в себя:

Зубофрезерная обработка:

• Зубофрезерные резы используются для вырезания формы зуба на заготовке. Подходит для обработки прямозубых, косозубых и цилиндрических шестерен типа «елочка».
• Он обладает высокой эффективностью и точностью обработки и является одним из наиболее часто используемых методов обработки зубчатых колес.

Зубоформование:

• Зубодолбежные надрезы используются для вырезания формы зуба на заготовке. Подходит для обработки внутренних шестерен и многозвенных шестерен.
• Он имеет высокую точность обработки, но относительно низкую эффективность.

Зубофрезерование:

• Форма шестерни вырезается на заготовке фрезами. Подходит для обработки небольших партий шестерен или шестерен сложной формы.
• Он имеет низкую точность обработки, но высокую гибкость.

Зубошлифование:

• Шестерни шлифуются шлифовальными кругами для повышения точности и качества поверхности шестерен.
• Он подходит для обработки высокоточных зубчатых передач, таких как автомобильные трансмиссии и аэрокосмические шестерни.

Современные технологии обработки зубчатых колес

Благодаря постоянному развитию технологий современные технологии обработки зубчатых колес также постоянно развиваются, чтобы удовлетворить потребности в высокой точности, высокой эффективности и обработке сложных форм.

ЧПУ обработка:

• Высокоточная обработка зубчатых колес достигается с помощью станков с ЧПУ, которые могут производить зубья сложной формы и высокоточные шестерни.
• Технология обработки с ЧПУ сочетает в себе несколько процессов, таких как зубофрезерная обработка, формование зубчатых колес и шлифование зубчатых колес, для повышения эффективности и точности обработки.

Прецизионная ковка:

• Заготовки зубчатых колес изготавливаются по технологии прецизионной ковки, что позволяет сократить припуски на механическую обработку и улучшить использование материала.
• Он подходит для массового производства и позволяет значительно снизить производственные затраты.

Порошковая металлургия:

• Шестерни изготавливаются по технологии порошковой металлургии, которая отличается высокой точностью, высокой прочностью и легким весом.
• Он подходит для изготовления малогабаритных высокоточных шестерен, таких как микрошестерни и прецизионные инструментальные шестерни.

Области применения зубчатых передач

Автоматизированная индустрия

Шестерни широко используются в автомобильной промышленности, охватывая практически все системы трансмиссии автомобилей.

Трансмиссия:

• Используется в автомобильной трансмиссии для передачи мощности на разных скоростях.
• Требует высокой точности, высокой грузоподъемности и хорошей износостойкости.

Дифференциал:

• Используется в автомобильных дифференциалах для обеспечения дифференциальной передачи колес.
• Обычно используются конические передачи, требующие высокой точности и высокой надежности.

Шестерня рулевого управления:

• Используется в системе рулевого управления автомобиля для передачи рулевого механизма.
• Требует высокой точности и низкого уровня шума, обычно используются косозубые цилиндрические шестерни.

Аэрокосмическая область

В аэрокосмической области предъявляются чрезвычайно высокие требования к зубчатым передачам: высокая точность, высокая прочность и легкая конструкция.

Шестерни двигателя:

• Используется в авиационных двигателях для передачи мощности и регулирования скорости.
• Обычно изготавливаются из высокопрочной легированной стали или титанового сплава и подвергаются точной механической обработке и термообработке.

Шестерни системы управления полетом:

• Используется в передаточном механизме системы управления полетом для достижения высокой точности управления.
• Требует высокой точности, высокой надежности и хорошей усталостной прочности.

Шестерни шасси:

• Используется в механизме уборки и выдвижения шасси для выдвижения и вращения шасси.
• Требует высокой прочности и высокой надежности, обычно используются конические или червячные передачи.

Промышленное оборудование

Зубчатые передачи также широко используются в промышленном оборудовании, в различных системах трансмиссии и средствах автоматизации.

Редукторные шестерни:

• Используется в промышленных редукторах для достижения высоких передаточных чисел и передачи высокого крутящего момента.
• Требует высокой грузоподъемности и хорошей износостойкости, обычно используются косозубые цилиндрические шестерни или цилиндрические шестерни «елочкой».

Шестерни станков:

• Используется в передаче шпинделя и механизме подачи станков для достижения высокоточной обработки.
• Требует высокой точности и низкого уровня шума, обычно используется прецизионное шлифование.

Шарнирные шестерни робота:

• Используется в передаточном механизме суставов робота для достижения высокоточного управления движением.
• Требует высокой точности, высокой надежности и хорошей усталостной стойкости, обычно используются некруглые или гармонические шестерни.

Медицинское оборудование

Зубчатые передачи также имеют важное применение в медицинском оборудовании и используются в системах передачи различных точных инструментов и оборудования.

Медицинское оборудование:

• Используется в трансмиссионном механизме медицинского оборудования для достижения высокоточного управления.
• Требует высокой точности, высокой надежности и хорошей коррозионной стойкости, обычно изготавливается из нержавеющей стали или алюминиевого сплава.

Диагностическое оборудование:

• Используется в системе трансмиссии диагностического оборудования для достижения высокоточного перемещения.
• Требуется высокая точность и низкий уровень шума, обычно прецизионное шлифование.

Реабилитационное оборудование:

• Используется в трансмиссионном механизме реабилитационного оборудования для достижения высокоточного управления движением.
• Требует высокой точности, высокой надежности и хорошей усталостной прочности, обычно это некруглые или гармонические шестерни.

Будущая тенденция развития передач

Высокоточная и высокоэффективная обработка

Благодаря постоянному развитию технологий обработка зубчатых колес будет развиваться в направлении высокой точности и высокой эффективности. Современные технологии обработки, такие как технология обработки с ЧПУ, технология прецизионной ковки и технология порошковой металлургии, будут более широко использоваться для удовлетворения потребностей в высокоточной, высокоэффективной обработке сложных форм.

Легкие и высокопроизводительные материалы

В аэрокосмической и автомобильной сферах легкий дизайн станет важной тенденцией будущего. Высокопроизводительные материалы, такие как высокопрочные алюминиевые сплавы, титановые сплавы и композитные материалы, будут более широко использоваться для создания легких и высокопроизводительных зубчатых передач.

Интеллект и автоматизация

Интеллект и автоматизация являются важными направлениями развития будущего производства зубчатых колес. Благодаря внедрению технологий промышленного Интернета, больших данных и искусственного интеллекта процесс производства шестерен станет автоматизированным и интеллектуальным. Например, интеллектуальные станки с ЧПУ могут автоматически регулировать параметры обработки в соответствии с данными обработки, чтобы повысить эффективность и качество обработки.

Экологическое производство

Экологическое производство является важным направлением развития обрабатывающей промышленности будущего, и производство шестерен не является исключением. Производство шестерен достигнет устойчивого развития за счет оптимизации технологии обработки, сокращения отходов материалов и снижения энергопотребления. Например, использование эффективных режущих инструментов и оптимизированных процедур обработки может сократить время резки и снизить потребление энергии. В то же время переработка и повторное использование отходов, образующихся в процессе переработки, также могут снизить загрязнение окружающей среды.

Заключение

Зубчатые передачи, как основные компоненты механической трансмиссии, имеют широкий спектр применений и играют важную роль. В данной статье подробно представлены виды, конструктивные характеристики, технология обработки и применение зубчатых колес в разных областях. Благодаря постоянному развитию технологий производство зубчатых колес будет развиваться в направлении высокоточного, высокоэффективного, легкого, интеллектуального и экологически чистого производства, оказывая мощную поддержку прогрессу машиностроительной отрасли.