Параллельные vs скрещивающиеся косозубые шестерни: ключевые различия

Механические передачи используются для передачи движения, момента и мощности от ведущего вала к ведомому. Ведущий вал в большинстве случаев часть первичного двигателя (электродвигатель, гидротурбина, паровая турбина и т.д.), ведомый вал — часть рабочего узла. Существует четыре основных механических привода: зубчатый, ременной, цепной, канатный. Зубчатый привод — зацепление жесткое, где движение и мощность передаются последовательным зацеплением и расцеплением зубьев двух шестерен. Внутренне свободен от скольжения, обеспечивает постоянное передаточное число (положительный привод). Применяется для легких (игрушки, часы) и тяжелых (коробки передач, морские приводы) условий.

Ведущий и ведомый валы могут иметь три взаимных ориентации: (i) параллельные, (ii) пересекающиеся, (iii) непараллельные непересекающиеся. Существует четыре основных типа шестерен, подходящий выбирается на основе ориентации валов. Цилиндрические прямые и косозубые — для параллельных валов. Конические — для пересекающихся (не обязательно перпендикулярных). Червячная передача — для третьей категории (непараллельные непересекающиеся). В отличие от прямых цилиндрических с прямыми зубами, параллельными оси, косозубые имеют зубы в виде спирали, вырезанные на делительном цилиндре. Хотя косозубые обычно используются для параллельных валов как и прямые, они могут применяться для перпендикулярных, но непересекающихся валов.

Соответственно есть два типа косозубых шестерен — параллельные и скрещивающиеся. Параллельные косозубые шестерни, наиболее распространенные, используются для передачи между параллельными валами. Две зацепляющиеся параллельные косозубые должны иметь одинаковый модуль, угол давления, но противоположное направление спирали. Обеспечивают безвибрационную и тихую работу, передают тяжелые нагрузки. Скрещивающиеся косозубые шестерни (также называемые винтовыми) используются для непересекающихся, но перпендикулярных валов. Две зацепляющиеся скрещивающиеся косозубые должны иметь одинаковый модуль, угол давления и либо одинаковое, либо противоположное направление спирали. Применение похоже на червячную передачу; однако червячная предпочтительна для крутых снижений скорости (1:15 – 1:100), тогда как скрещивающиеся косозубые не дают снижения более 1:2. Различия в таблице.

Таблица: Различия между параллельными и скрещивающимися косозубыми шестернями

Передача мощности и ориентация валов: За исключением четверть-поворота ремня, зубчатый привод — единственный механический привод, который может преимущественно передавать мощность и движение под любым углом в любой плоскости. Разные типы шестерен предпочтительны для разных ориентаций. Как и прямые цилиндрические, параллельные косозубые передают только между параллельными валами. Следовательно, их монтируют на параллельных валах с правильной локационной и угловой выверкой. Скрещивающиеся косозубые (винтовые) передают между перпендикулярными валами, поэтому монтируются на перпендикулярных непересекающихся валах.

Направление спирали: Независимо от параллельного или скрещивающегося расположения, две зацепляющиеся косозубые должны иметь одинаковый модуль, угол давления и угол спирали. Делительные диаметры должны касаться в одной точке. Если зацепляющиеся косозубые имеют параллельное расположение, одна должна иметь правостороннюю спираль, другая — левостороннюю. Таким образом, параллельные косозубые обязательно имеют противоположное направление спирали. В случае скрещивающегося расположения одна правосторонняя может зацепиться с другой, имеющей левую или правую спираль. Следовательно, скрещивающиеся косозубые могут иметь одинаковое или противоположное направление спирали.

Контакт между зубьями: В зависимости от профиля зубьев и ориентации шестерен, контакт происходит по-разному. У прямых цилиндрических зубы вступают во внезапный контакт, длина контакта всегда линия, равная ширине зуба. Такой внезапный контакт заменяется постепенным в косозубых. Для параллельных косозубых зацепление начинается с точки, постепенно становится линией, затем расцепляется как точка. Для скрещивающихся косозубых контакт всегда остается одной точкой. В начале зацепления точка лежит на одном конце грани зуба, постепенно перемещается по грани. При расцеплении точка на другом конце.

Мощность передачи: Основная цель любого механического привода — передать мощность. Будучи зацеплением жестким приводом, зубчатый привод имеет максимальную передаточную способность среди всех механических приводов. Однако разные типы зубчатых приводов дают разный уровень. Пара параллельных косозубых может передать сравнимо большую мощность по сравнению с аналогичной прямой цилиндрической того же материала. По размеру и материалу параллельные косозубые передают от нескольких ватт до нескольких мегаватт. Скрещивающиеся косозубые предпочтительны для малой мощности, обычно до 100 кВт.

Области применения: Благодаря высокой передаточной способности параллельные косозубые успешно применяются во многих областях. Для низких и высоких скоростей. Типичные области: редукторы станков, автомобили, маслины, морские приводы и т.д. Скрещивающиеся косозубые подходят для низкоскоростных и легких применений: розовочные машины текстильной промышленности, масляные насосы ДВС и т.д.

Научное сравнение параллельных и скрещивающихся косозубых шестерен представлено в статье. Автор рекомендует обратиться к следующим источникам:

1. Design of Machine Elements by V. B. Bhandari (Fourth edition; McGraw Hill Education).
2. Machine Design by R. L. Norton (Fifth edition; Pearson Education).
3. A Textbook of Machine Design by R. S. Khurmi and J. K. Gupta (S. Chand; 2014).