Разница между цилиндрическим зубчатым колесом и винтовым зубчатым колесом

Механические приводы используются для передачи движения, крутящего момента и мощности от ведущего вала (например, первичного двигателя) к ведомому валу (например, машинному агрегату). Имеется четыре механических привода, а именно зубчатый привод, ременный привод, цепной привод и канатный привод. В отличие от ременной передачи (фрикционной передачи), зубчатая передача является приводом однозацепления, что свидетельствует о том, что передача мощности происходит за счет последовательного зацепления и расцепления зубьев двух шестерен. Это также жесткий привод, поскольку между двумя шестернями не существует промежуточного гибкого элемента. Здесь ведущая шестерня сопрягается непосредственно с соответствующей ведомой шестерней и, таким образом, подходит для передачи мощности на небольшое расстояние. Однако его мощность передачи очень высока, и он может обеспечить широкий диапазон снижения скорости (от 1:1 до 1:100, в одноступенчатом режиме). Он также может обеспечивать постоянное соотношение скоростей, поскольку он по своей природе свободен от проскальзывания, ползучести или полигонального эффекта.

Зубчатые колеса можно разделить на четыре основные группы:прямозубые, косозубые, конические и червячные. Каждая из этих передач имеет определенные особенности и может предложить определенные преимущества по сравнению с другими. цилиндрическое зубчатое колесо является простейшим, который используется для передачи движения и мощности между параллельными ведущими и ведомыми валами. Он имеет прямые зубья, параллельные оси шестерни. Другая похожая шестерня, называемая винтовая шестерня. , также используется для параллельных валов; однако его зубья нарезаны в виде спирали над цилиндрической заготовкой. С другой стороны, коническая передача используется для пересекающихся валов, которые могут быть или не быть перпендикулярными. Он может иметь зубья вдоль оси шестерни (коническая шестерня с прямыми зубьями) или в форме спирали (коническая шестерня со спиральными зубьями). Червячная передача используется для перпендикулярных, но непересекающихся валов.

Хотя и прямозубая, и косозубая шестерня предназначены для параллельных валов, каждая из них имеет разную ориентацию зубьев и подходит для разных применений. В случае цилиндрических зубчатых колес , зубья сопрягаемых шестерен приходят в соприкосновение. При этом зуб испытывает ударную или ударную нагрузку. Это вызывает вибрацию, а также сокращает срок службы редуктора. Спиралевидная форма зубов может устранить эту проблему. В двух сопряженных винтовых шестернях , зубы соприкасаются постепенно и, таким образом, не подвергаются ударной или ударной нагрузке. Он может нести сравнительно большую нагрузку. Он также предлагает более высокую скорость снижения. В отличие от цилиндрического зубчатого колеса, которое создает только радиальную нагрузку, косозубое зубчатое колесо создает как радиальную, так и осевую нагрузку на подшипники. Различия между прямозубым и косозубым зубчатым колесом приведены ниже в виде таблицы.

Таблица:Различия между прямозубым и косозубым зубчатым колесом

Конфигурация зубьев шестерни: Очевидное различие между прямозубым и косозубым зубчатым колесом заключается в форме их зубьев. Цилиндрическая шестерня имеет прямые зубья, расположенные параллельно оси шестерни. Следует отметить, что прямые конические шестерни также имеют прямые зубья, ориентированные вдоль оси шестерни, но они не параллельны оси шестерни (они наклонены и, таким образом, пересекаются). Как следует из названия, косозубая шестерня имеет зубья в форме спирали, которые нарезаны на делительном цилиндре. Косозубая шестерня может иметь либо левую спираль, либо правую спираль. Угол спирали может варьироваться от одной шестерни к другой. Обычно он находится в пределах 15–25°; однако для двойных косозубых или шевронных зубчатых колес можно использовать больший угол наклона спирали (до 45°).

Характер нагрузки и соответствующие подшипники: При сопряжении двух шестерен подшипники испытывают крутящий момент и силы, которые в конечном итоге передаются на землю. Направление и интенсивность такой силы варьируются в зависимости от скорости вращения и конфигурации зубьев. Поскольку некоторые подшипники могут эффективно справляться только с радиальной нагрузкой, некоторые могут справляться только с осевой нагрузкой, а немногие могут справляться с обеими нагрузками, поэтому необходимо выбирать подходящий подшипник в зависимости от характера и интенсивности таких сил. Из-за прямых зубьев прямозубые шестерни создают только радиальную нагрузку на подшипники. Таким образом, можно использовать более дешевый цилиндрический роликоподшипник. С другой стороны, косозубые передачи создают значительную радиальную и осевую нагрузку на подшипники. Таким образом, можно использовать радиальные шарикоподшипники, радиально-упорные подшипники и конические роликовые подшипники, поскольку эти подшипники могут выдерживать как осевые, так и радиальные нагрузки.

Ориентация приводного и ведомого валов: Одним из основных преимуществ зубчатой ​​передачи перед другими механическими приводами (например, ременной или цепной) является возможность ее использования для непараллельных валов. Однако несколько типов зубчатых колес подходят для различной ориентации ведущего и ведомого валов. И цилиндрические, и косозубые шестерни в подавляющем большинстве используются для параллельных валов; тогда как конические шестерни могут использоваться для пересекающихся валов, а червячные передачи могут использоваться для перпендикулярных непересекающихся валов. Существует особый тип винтовой передачи, называемой перекрестной косозубой передачей, которая может использоваться для передачи мощности между перпендикулярными валами. Это очень похоже на червячную передачу; однако скрещенная косозубая передача не может обеспечить высокое снижение скорости. Как правило, он подходит для передаточного числа от 1:1 до 1:2 (по сравнению с 1:15 до 1:100 в червячной передаче). Его применение также ограничено из-за многих ограничений.

Сценарий контакта между сопряженными зубьями: Цилиндрические шестерни имеют прямые зубья, параллельные оси шестерни. Две сопряженные шестерни также установлены на параллельных валах. Таким образом, зубья двух сопрягаемых прямозубых колес входят в контакт внезапно, и контакт всегда представляет собой линию длиной, равной ширине передней поверхности зубьев. Напротив, косозубые шестерни имеют косозубые зубья и установлены на параллельных валах. Таким образом, зубья двух сопрягаемых косозубых колес постепенно приходят в соприкосновение. Их взаимодействие начинается с точки и становится линией, а затем постепенно расцепляется в виде точки. Таким образом, длина контакта не остается постоянной.

Ударная нагрузка, вибрация и шум: Так как зубья двух сопрягаемых прямозубых шестерен входят в внезапный контакт, они испытывают ударную или ударную нагрузку. Это также создает значительную вибрацию и шум, которые иногда ограничивают максимально допустимую скорость работы. Наоборот, постепенный контакт между сопряженными зубьями приводит к постепенной нагрузке на зубья и снижению вибрации и шума. Таким образом, косозубые шестерни можно без особых проблем использовать на более высоких скоростях.

Нарезание зубьев шестерни: Нарезать прямые зубы сравнительно легче, чем нарезать спиральные. Зубофрезерование или зубофрезерование можно использовать для нарезания зубьев прямозубых и косозубых колес. При фрезеровании желательны только два одновременных движения для нарезания зубьев цилиндрических шестерен; однако для нарезания зубьев косозубой шестерни требуется три одновременных движения.

В этой статье представлено научное сравнение прямозубых и косозубых передач. 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.).