Разница между прямым коническим зубчатым колесом и спиральным коническим зубчатым колесом

Машину можно определить как совокупность механизмов, способных выполнять определенную задачу за счет расширения энергии. Такие механизмы приводятся в действие механической энергией, которая возникает в результате вращательного момента. Первичный двигатель (такой как электродвигатель, турбина и т. д.) обычно подает механическую энергию, которая затем передается на агрегат машины с помощью механических приводов. Имеется четыре механических привода, а именно зубчатый привод, ременный привод, цепной привод и канатный привод. Зубчатая передача передает движение и мощность от ведущего вала к ведомому валу посредством зацепления зубьев. Это один жесткий привод из-за отсутствия какого-либо промежуточного гибкого элемента. Он может передавать мощность от легкой до тяжелой без какого-либо проскальзывания (положительного привода), что является предпочтительным для передачи мощности на небольшие расстояния.

Существует четыре основных типа зубчатых передач:прямозубая, косозубая, коническая и червячная. Цилиндрические и косозубые шестерни используются для параллельных валов; однако прямозубая шестерня имеет прямые зубья, параллельные оси шестерни; в то время как косозубая шестерня имеет спиральные зубья, нарезанные на делительном цилиндре. Эта спиральная форма зубьев дает определенные преимущества, такие как постепенное восприятие нагрузки на зуб, меньшую вибрацию, меньший шум, меньший износ и т. д. Пара конических зубчатых колес может применяться для передачи движения и мощности между пересекающимися валами (обычно перпендикулярными).; в то время как червячная передача применима для непараллельных и непересекающихся валов. Существуют различные типы конических зубчатых колес, такие как прямые конические зубчатые колеса, косые конические зубчатые колеса, торцевые зубчатые колеса, спиральные зубчатые колеса, гипоидные зубчатые колеса, коронные зубчатые колеса, нулевые зубчатые колеса и т. д. Каждый из них имеет различные характеристики и подходит для определенного типа приложений.

Зубья конической шестерни могут иметь как прямой, так и спиральный профиль; однако оба применимы только для пересекающихся валов. Как следует из названия, в конических зубчатых колесах с прямыми зубьями , зубья прямые, как прямозубая шестерня, но нарезаны вдоль оси шестерни с сохранением наклона. Из-за внезапного контакта зубьев двух сопряженных шестерен зуб испытывает ударную нагрузку. Это приводит к вибрации и шуму. Торцевая коническая шестерня и косая коническая шестерня также имеют прямые зубья. Винтовые зубчатые колеса предлагают те же преимущества по сравнению с коническими шестернями с прямыми зубьями, что и косозубые шестерни по сравнению с цилиндрическими шестернями. Здесь зубы имеют спиралевидный профиль и таким образом постепенно входят в контакт во время спаривания. Таким образом, он обеспечивает плавную, безвибрационную и бесшумную работу. Однако он оказывает большую осевую нагрузку на подшипники. Гипоидные шестерни также имеют спиральные зубья. Различные различия между прямозубым и спирально-коническим зубчатым колесом приведены ниже в виде таблицы.

Таблица:Различия между прямозубым и спирально-коническим зубчатым колесом

Ориентация зубов: Конические шестерни могут иметь как прямые, так и спиральные зубья. Когда зубья конической шестерни прямые, но наклонены таким образом, что они сходятся в общей точке вершины, то эта шестерня называется прямой конической шестерней. Две такие шестерни должны быть установлены только на пересекающихся валах. Вариант прямого конического зубчатого колеса, называемый косым коническим зубчатым колесом, может использоваться для непараллельных и непересекающихся валов. С другой стороны, когда зубья нарезаны по спирали на заготовке конического зубчатого колеса таким образом, что спиральные кривые сходятся в одной точке вершины, это называется спирально-коническим зубчатым колесом. Пара сопрягаемых спирально-конических шестерен должна быть установлена ​​на пересекающихся валах; в качестве альтернативы можно использовать гипоидную передачу (также со спиральными зубьями) для непараллельных и непересекающихся валов.

Сценарий контакта: Зубчатая передача - это один из типов привода с жестким зацеплением, который указывает на то, что зубья двух сопряженных шестерен входят в непосредственный контакт для передачи движения и мощности от одного вала к другому. Независимо от типа зубчатого колеса, зубья, параллельные оси зубчатого колеса, внезапно входят в контакт. Это происходит как в прямозубых, так и в прямозубых зубчатых передачах. Здесь контакт всегда представляет собой линию длиной, равной ширине передних зубов. С другой стороны, зубья двух сопряженных спирально-конических шестерен входят в контакт постепенно, как это происходит в косозубых передачах. Здесь зацепление начинается с точки, постепенно переходит в линию и, наконец, исчезает в виде точки.

Ударная нагрузка и ее последствия: Из-за внезапного контакта зубья прямозубых конических шестерен испытывают ударную или ударную нагрузку. Это также приводит к значительному шуму и вибрации. Эта вибрация иногда накладывает ограничение на максимальную скорость работы, а также мощность передачи. С другой стороны, зубья спирально-конических шестерен испытывают постепенную нагрузку, что гораздо менее вредно. Таким образом, их работа плавная и бесшумная даже на высокой скорости.

Сравнение затрат: Сложность изготовления приводит к высокой цене на спирально-конические зубчатые колеса. При одинаковом материале, размере и допуске спиральные зубчатые колеса в 1,2–1,5 раза дороже, чем прямозубые конические зубчатые колеса. Разница в стоимости увеличивается, когда размер шестерни мал из-за сложности изготовления. Высокие требования к отделке также могут привести к большей разнице в цене.

Тяговое усилие: Две сопряженные шестерни всегда оказывают усилие на подшипники, крепящие валы. В зависимости от ориентации зубов эта сила может быть либо радиальной, либо осевой, либо и той, и другой. Например, прямые зубья, параллельные оси шестерни (как в цилиндрическом зубчатом колесе), создают только радиальную нагрузку; тогда как винтовые зубья (как в винтовой передаче) создают оба типа силы. Прямые конические шестерни, а также спиральные конические шестерни создают как радиальную, так и осевую нагрузку; однако осевая нагрузка (осевая) в спирально-коническом редукторе сравнительно выше, поскольку она возникает из двух источников.

В этой статье представлено научное сравнение параллельных косозубых и скрещенных косозубых колес. Автор также предлагает вам просмотреть следующие ссылки для лучшего понимания темы.

1. Design of Machine Elements by V. B. Bhandari (Четвертое издание; McGraw Hill Education).
2. Machine Design by R. L. Norton (пятое издание; Pearson Education).
3. Учебник по проектированию машин Р. С. Хурми и Дж. К. Гупта (С. Чанд, 2014 г.).