Шевронные vs двойные косозубые шестерни: ключевые различия

Механические передачи передают движение, момент и мощность от ведущего вала (обычно первичный двигатель вроде электродвигателя) к ведомому (рабочий узел). Четыре механических привода: зубчатый, ременной, цепной, канатный. У каждого свои особенности и пригодность. Зубчатый привод предпочтителен для малой дистанции. Положительный привод, может передавать мощность под любым углом в любой плоскости. Четыре базовых типа: прямые цилиндрические, косозубые, конические, червячные. Прямая цилиндрическая — прямые зубы параллельно оси, только для параллельных валов. Из-за внезапного контакта зубы двух зацепляющихся прямых цилиндрических испытывают ударную/шоковую нагрузку.

Проблемы ударной нагрузки устраняются косозубыми. Как и прямые, косозубые для параллельных валов, но зубы вырезаны в виде спирали на цилиндрической заготовке. Спиралевидные зубы двух зацепляющихся постепенно контактируют, давая постепенную нагрузку (вместо ударной). Это увеличивает передаточную способность и снижает вибрацию. Но спиралевидный профиль зубья вызывает осевую тяговую нагрузку на подшипник, иногда вредную и ограничивающую максимальную допустимую скорость. Чтобы устранить тяговую силу, сохраняя спиралевидную форму, применяют шевронные или двойные косозубые шестерни.

В обоих случаях зубы вырезаны в двух половинах заготовки с одинаковым модулем, числом зубьев и углом спирали, но противоположным направлением спирали. Тяговая сила каждой половины равна и противоположна, поэтому они компенсируют друг друга. Хотя шевронная или двойная косозубая свободна от осевой нагрузки, есть различия в конструктивных особенностях и изготовлении. В двойной косозубой шестерне предусмотрен небольшой зазор-рельеф между двумя половинами. Зубы левосторонней спирали не касаются зубьев правосторонней. В шевронной шестерне такого зазора нет — зубы с левосторонней спиралью касаются зубьев с правосторонней. Различия в таблице.

Таблица: Различия между шевронной и двойной косозубой шестерней

Наличие зазора-рельефа: Зазор-рельеф между лево- и правосторонними зубами — главное различие. В шевронной нет зазора, левосторонние зубы в физическом контакте с правосторонними. В двойной косозубой поддерживается небольшой зазор (2–10 см в зависимости от размера).

Сложность изготовления: При вырезании зубьев шевронной резец не должен выходить за грань зубьев с одной стороны (где стык). Любое превышение создаст нежелательный канавку на другой половине, так как промежуточного канавки/пространства нет. Это усложняет изготовление и требует выделенного станка. Для двойной косозубой зазор-рельеф позволяет резаку свободно выходить за грань. Из-за сложности изготовления стоимость шевронной незначительно выше стоимости аналогичной двойной косозубой.

Осевая ширина: Ширина/толщина шестерни определяет прочность зуба и передаточную способность. Из-за зазора-рельефа в двойной косозубой ширина грани зуба не равна ширине шестерни. При одинаковой ширине шестерни и прочих параметрах ширина грани шевронной больше, следовательно, передаточная способность выше. Обратно, для заданной передаточной способности можно применить более тонкую шевронную. Особенно подходит для компактных узлов с ограниченным пространством.

Научное сравнение шевронной и двойной косозубой шестерни представлено в статье. Автор рекомендует обратиться к 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).