Индивидуальный заказ Цепные передачи
П precision CNC обработка

Цилиндрическая шестерня — самый простой и распространённый тип цилиндрической шестерни. У неё прямые зубья, нарезанные параллельно оси вращения шестерни, и она сочетается с другими шестернями в той же плоскости для передачи мощности между параллельными валами. Цилиндрические шестерни широко применяются, потому что их легко изготавливать, они очень эффективны (97–99%) и доступны в широчайшем диапазоне размеров и материалов.

Обратите внимание на три ключевые особенности: (1) прямые зубья которые идут абсолютно параллельно оси шатуна — без угла наклона или скрутки; (2) цилиндрическое тело (не конусное или червячное); и (3) внешние или внутренние профили зубьев на плоском диске. Если вы смотрите на зубчатку лицом, зубья выглядят как прямые радиальные линии. Геликальные зубчатки выглядят похоже, но их зубья заметно наклонены.

Согласно ИСО 54 / ДИН 780, предпочтительные стандартные модули для прямозубых шестерён: 0.5, 0.8, 1, 1.25, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20 (Серия I). Модуль 1–3 охватывает большинство робототехнических и малых промышленных применений; модуль 4–6 преобладает в автомобильных и станочных редукторах; модуль 8 и выше используется в тяжёлых промышленных приводах. Модуль рассчитывается как делительный диаметр, делённый на число зубьев (m = d / z). HXC изготавливает прямозубые шестерни по всему диапазону метрических модулей, а также по дюймовым диаметральным шагам от DP 2 до DP 48.

Для метрические прямозубые шестерни: d = m × z — делительный диаметр равен модулю, умноженному на число зубьев. Пример: шестерня с 24 зубьями и модулем 2 имеет делительный диаметр 48 мм. Для дюймовые прямозубые шестерни: d = z / DP — число зубьев, делённое на диаметральный шаг. Пример: 48 зубьев при DP 16 = 3 дюйма делительный диаметр. Делительный диаметр определяет точку контакта двух зацепляющихся шестерён и является самой важной размерной характеристикой на чертеже прямозубой шестерни. Межосевое расстояние между двумя зацепляющимися прямозубыми шестернями равно (d₁ + d₂) / 2.

Цилиндрические зубчатые передачи встречаются почти в каждой отрасли: автомобильная (механизмы выбора передач, моторы подъёма окон), медицинская (хирургические роботы, инфузионные насосы), космическая (приводы исполнительных механизмов)., робототехника (серво-редукторы), промышленное оборудование (насосы, компрессоры, реечно-шестерённые линейные приводы), и потребительская электроника (механизмы автофокусировки камер, принтеры). Они являются выбором по умолчанию, когда требуется передача мощности по параллельным валам на умерших скорости.

"Обычный венец" не является техническим термином — в инженерии, шлицевой венец сам по себе базовый тип венца. Другие семейства зубчатых передач (илошилевая, угловая, червячная, планетарная) определяются тем, чем они отличаются от шлицевых венцов. По сравнению с цилиндрическими шестернями шлицевые зубья прямые и не создают осевого thrust; по сравнению с угловыми зубчатыми передачами они работают на параллельных валов, а не на пересекающихся; по сравнению с червячными передачами они обратимы и значительно более эффективны.

Шлицевые зубчатые передачи также называют прямозубыми передачами or прямыми зубьями, касательно ориентации их зубьев. В условиях гоночных и высокопроизводительных автомобилей вы часто будете слышать "straight-cut gearbox", что означает трансмиссию, изготовленную с шестернями прямозубого типа (spur), а не цилиндрическими (гелического типа). В некоторых старых технических публикациях их просто называют цилиндрические шестерни, хотя сегодня этот термин охватывает как прямозубые, так и косозубые варианты.

Основные преимущества: высокая КПД (97–99% на зуб — без осевых потерь за счет тяги); простота — самый простой тип передачи по конструкции, производству и контролю; низкая стоимость — чистовая металлообработка зубьев быстрый и экономичный при любом объёме; отсутствие осевой нагрузки на подшипниках, упрощая проектирование валов и корпусов; точные передаточные числа — подходит для позиционирования и индексирования; и широкий выбор материалов — от закаленной стали до инженерной пластмассы.

Основные ограничения: шум на высокой скорости — зацепление зубьев является ударом, а не плавным зацеплением, что приводит к характерному похрипыванию при линейной скорости резания выше ~3 м/с; меньшая допустимая нагрузка на единицу ширины по сравнению с цилиндрическими шестернями (контакт — это линия, а не диагональная полоса); только параллельные валы — не может передавать мощность между непараллельными осями; и вибрация от одного и того же момента входа, вызывающего шум. Для скоростных, малошумных применений чаще всего предпочтительны цилиндрические шестерни.

At на малых и средних скоростях они тихие; на высоких скоростях они издают характерное пискование, потому что весь контакt зубьев начинается и заканчивается одновременно — удар, а не плавное зацепление. Шум возрастает с линейной скоростью деления, погрешностью зубьев и зазором. Чтобы снизить шум: использовать шлифовку профиля по DIN 5–6, применить смещение вершин зубьев или венцовое профилирование, выбрать POM или нейлон для легких нагрузок и обеспечить точное выравнивание. Цилиндрические зубчатые передачи по своей природе тише при высокой скорости за счет перекрывающегося контакта зубьев.

Да — шлицевые зубчатые колеса обычно самый экономичный тип зубчатых колес для изготовления. Фрезеровка шлицев быстрый процесс и не требует специального инструмента по профилю; один шпонок охватывает диапазон числа зубьев при одном модуле. ЧПУ-фрезерование может производить сотни зубчатых колес в час на производстве. Факторы затрат: марка материала (легированная сталь против нержавеющей), требуемый класс точности DIN (каждый ступень класса примерно удваивает время доводки) и объём заказа. В HXC прототипные количества начинаются по конкурентной цене за штуку без платы за инструменты.

20° — мировой стандарт угла давления для цилиндрических шестерён используется сегодня и применяется более чем в 95% новых конструкций. Обеспечивает наилучший баланс между несущей способностью, коэффициентом перекрытия и минимальным числом зубьев (17 зубьев до подрезания). 14,5° сохраняется в старых имперских приводах и оборудовании до 1960 года — работает тише, но слабее и сложнее найти сменные фрезы. 25° применяется там, где требуется высокая несущая способность и допустимо минимальное число зубьев от 13 без подрезания. Все прямозубые шестерни HXC по умолчанию имеют угол давления 20°; углы 14,5° и 25° доступны по запросу.

Внешние прямозубые шестерни имеют зубья на внешней стороне цилиндра и зацепляются с другой внешней шестерней — направление вращения меняется между входом и выходом. Внутренние (кольцевые) прямозубые шестерни имеют зубья, нарезанные на внутренней стороне кольца, и зацепляются с внешней шестерней, расположенной внутри них — направление вращения остается прежним, а зацепленные шестерни занимают одну ось, что обеспечивает более компактную конструкцию. Внутренние шестерни необходимы для планетарных редукторов, интегрированных ступиц колес и гармонических приводов. Их нельзя нарезать методом долбления и необходимо изготавливать методом зубофрезерования, протяжки или электроэрозионной обработки, что делает их более дорогими, но незаменимыми для компактных редукторных систем.

Да. "Прямозубость" — определяющая характеристика спаренных зубчатых колес — их зубья обрабатываются параллельно оси вращения колеса, что при виде сбоку дает идеально прямой профиль зуба. Именно поэтому они отличаются от цилиндрических зубчатых колёс (угловые зубья), геральдических зубчатых колёс (двойной угол) и спирально-конических зубчатых колёс (изогнуты). Прямой рез создает импульсное зацепление и отсутствие осевого толчка.

Да — у всех зубчатых колес по определению есть зубья, и спаренные зубчатые колеса не исключение. Их зубья имеют инволютную профилировку: математически точную кривую, обеспечивающую постоянное отношение скорости независимо от небольших вариаций расстояния между центрами. Ключевые параметры — модуль (размер зуба, метрическая норма), угол профиля давления (обычно 20°), и количество зубьев. Количество зубьев, делённое на модуль, дает диаметра венца. Машины HXC обгоняют шестерни от модуля 0.5 (микрошестерни) до модуля 20 (крупные промышленные шестерни).

Для одного и того же размера зуба и ширины зубчатой головки, червячые шестерни обычно несут на 20–40% больше нагрузки чем цилиндрические (спур) шестерни, потому что диагональное контактирование зубьев распределяет нагрузку по более длинной линии контакта. Однако червячные шестерни создают осевые усилия, которые должны поглощаться подшипниками, что добавляет сложности и стоимости. При умеренных нагрузках прочностное преимущество червячных шестерён редко требуется, и практичным выбором являются spur-зубчатые передачи.

Спур-зубчатые передачи лучше, когда: стоимость, простота и эффективность наиболее важны; скорость низкая или умеренная; осевое пространство ограничено; или вам не нужны осевые нагрузки на подшипники. Червячные передачи лучше, когда: работа ведется на высокой скорости (выше примерно 3 м/с контактной скорости); снижение шума критически важно; или вам нужна более высокая нагрузочная способность в одном габарите. На практике большинство промышленных и автомобильных редукторов используют червячные шестерни на основных ступенях и спур-зубчатые — для вспомогательных приводов, ведущеи и механизмов инструментов.

Для максимальной прочности, цементированно-легированные стали являются стандартным выбором: 42CrMo4 (карбуризировано до HRC 58–62) и 20CrMnTi (череззакалённый до HRC 50–55) доминируют в автомобильном и промышленном зубчатом деле. Для очень высокого контактового напряжения, M2 инструментальная сталь шлифовка по DIN 4 обеспечивает наивысшую твердость поверхности. Для коррозионных сред, SUS316L сталь нержавеющая обменивает часть прочности на устойчивость к коррозии. Титан Grade 5 предлагает лучшее отношение прочности к весу для aerospace. Инженерные полимеры (PEEK, POM) — самые прочные среди неметаллических вариантов.

Шевронные редукторы с червячной передачей самоблокируются, когда угол винтового шага меньше угла трения — обычно при углах шага ниже примерно 5°. При малых углах шага, реакционная сила на червячное зубье направлена больше в боковые стороны резьбы, чем вдоль резьбы, чтобы трение не позволяло колесу вращать червяка обратно. Именно поэтому червячная передача поднимает и дверные замки удерживают положение без тормоза. Шестерни с зубами венца и цилиндрические могут приводиться назад, потому что их нормы зуба почти перпендикулярны оси, что создает низкое трение по отношению к приводной силе.

Правило с 17 зубьями гласит, что стандартное цилиндрическое зубчатое колесо с 20° давлением угла должно иметь как минимум 17 зубьев, чтобы избежать выкрашивания — условие, при котором режущий инструмент удаляет материал с основания зуба, ослабляя его и искажая инволютную профиль. При количестве зубьев менее 17 корень зуба имеет насечку, что снижает изгибную прочность и коэффициент контакта. Решения для меньшего числа зубьев включают: смещение профиля (перемещение линейного резца наружу), использование более высокого угла давления (25° допускает даже 13 зубьев), или «зубья штифта» профили. Инженеры HXC могут подсказать оптимальный подход к вашему проекту шестерни-осьи.

Шесть проверенных подходов: (1) Более высокая точность класса — шлифовка до DIN 5 или 6 уменьшает ошибку зубьев и удар; (2) Зацепная заусенка — небольшой фасок на кончике зуба облегчает зацепление; (3) Конусность — небольшая барабанная форма поверхности зуба уменьшает перегрузку кромки; (4) Пластичное сочленение пары зубьев — сочетание стального ведущего с зубчатым колесом из ПОМ или нейлона значительно dampens шум; (5) Повышение коэффициента контакта — больше зубьев в одновременном контакте (д достигается большим модулем или модификацией вычета) сглаживает передачу; (6) Смазка и выверка — правильная вязкость масла и точная выверка вала устраняют большую часть шума в хорошо спроектированных парах зубчатых колес прямого зацепления.