Індивідуальний Циліндричні зубчасті колеса
Прецизійна обробка на ЧПУ

Зубчаста передача — це найпростіший і найпоширеніший тип циліндричної передачі. Вона має прямі зуби, які зрізані паралельно осі обертання шестерні, і з'єднуються з іншими шестернями в одній площині для передачі потужності між паралельними валами. Прямозубі шестерні широко використовуються, оскільки їх легко виготовляти, вони дуже ефективні (97–99%), і доступні в широкому діапазоні розмірів і матеріалів.

Шукайте три ключові ознаки: (1) прямі зуби які ідуть абсолютно паралельно осі вала — не під кутом і не закручені; (2) циліндричне тіло (не конічне або черв'ячне); та (3) зовнішні або внутрішні профілі зубів на плоскому диску. Якщо ви подивитеся на шестерню прямо, зуби виглядають як прямі радіальні лінії. Спіральні шестерні виглядають подібно, але їх зуби помітно під кутом.

Згідно з ISO 54 / DIN 780, рекомендовані стандартні модулі для циліндричних зубчастих коліс такі: 0.5, 0.8, 1, 1.25, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20 (Серія I). Модулі від 1 до 3 охоплюють більшість робототехнічних і малих промислових застосувань; модулі від 4 до 6 переважають у коробках передач автомобілів і верстатів; модуль 8 і вище використовується у важких промислових приводах. Модуль розраховується як діаметр поділу, поділений на кількість зубців (m = d / z). HXC виготовляє циліндричні зубчасті колеса по всьому діапазону метричних модулів, а також за дюймовою системою від DP 2 до DP 48.

Для метричні циліндричні зубчасті колеса: d = m × z — діаметр поділу дорівнює модулю, помноженому на кількість зубців. Приклад: колесо на 24 зубці з модулем 2 має діаметр поділу 48 мм. Для дюймові циліндричні зубчасті колеса: d = z / DP — кількість зубців, поділена на діаметральний крок. Приклад: 48 зубців при DP 16 = 3 дюйми діаметра поділу. Діаметр поділу визначає точку ефективного контакту двох зачеплених коліс і є найважливішим розміром на кресленні циліндричного зубчастого колеса. Відстань між центрами двох зачеплених коліс дорівнює (d₁ + d₂) / 2.

Прямозубі шестерні зустрічаються майже в кожній галузі: автомобільний (шестерні ведучих передач, мотори підйому вікон), медичний (хірургічні роботи, інфузійні насоси), авіакосмічна (приводи актуаторів), робототехнічний (серво редуктори), промислове обладнання (насоси, компресори, реєчно-шестеренні лінійні приводи), та споживча електроніка (механізми автофокусу камер, принтери). Вони є стандартним вибором, коли потрібна передача потужності між паралельними валами на помірних швидкостях.

"Регулярна шестерня" не є технічним терміном — в інженерії, шестерня з прямими зубцями є базовим типом шестерні.. Інші сімейства шестерень (спіральні, конічні, черв'ячні, планетарні) визначаються тим, як вони відрізняються від шестерень з прямими зубцями. У порівнянні зі спіральними шестернями, шестерні з прямими зубцями мають прямі зуби і не генерують осьове зусилля; у порівнянні з конічними шестернями, вони працюють на паралельних, а не перетинаючихся валах; у порівнянні з черв'ячними шестернями, вони є реверсивними і набагато ефективнішими.

Шестерні з прямими зубцями також називають шестернями з прямими зубцями or прямими шестернями, що стосується орієнтації їх зубів. У контексті гонок та високопродуктивних автомобілів ви часто почуєте "коробка передач з прямими зубцями", що означає трансмісію, побудовану з шестерень з прямими (а не спіральними) зубцями. У деякій старій технічній літературі їх просто називають циліндричними шестернями, хоча сьогодні цей термін охоплює як шестерні з прямими, так і спіральними варіантами.

Основні переваги: висока ефективність (97–99% на зчепленні — без втрат осьового зусилля); простота — найпростіший тип шестерні для проектування, виготовлення та перевірки; низька вартість — обробка є швидкою та економічною при будь-якому обсязі; немає осьового навантаження на підшипниках, спрощуючи проектування валів і корпусів; точні швидкісні співвідношення — підходять для позиціонування та індексації; широкий вибір матеріалів — від загартованої сталі до інженерних пластиків.

Основні обмеження: шум на високій швидкості — зчеплення зубів є ударом, а не поступовим зчепленням, що викликає характерний свист при швидкості близько ~3 м/с по лінії зачеплення; нижча вантажопідйомність на одиницю ширини в порівнянні з гвинтовими шестернями (контакт є лінією, а не діагональною смугою); тільки паралельні вали — не можуть передавати потужність між непаралельними осями; вібрація від того ж ударного зчеплення, що викликає шум. Для високошвидкісних, малошумних застосувань зазвичай віддають перевагу гвинтовим шестерням.

At на низьких до помірних швидкостях вони тихі; на високих швидкостях вони виробляють характерний свист, оскільки весь контакт зубів починається і закінчується одночасно — удар, а не поступове зчеплення. Шум зростає зі швидкістю по лінії зачеплення, помилкою зуба та люфтом. Щоб зменшити шум: використовуйте профільне шліфування до DIN 5–6, застосовуйте зняття вершини або коронування, вибирайте ПОМ або нейлон для легких застосувань та забезпечення точної вирівняння. Спіральні зубчасті колеса зазвичай тихіші на високих швидкостях завдяки перекриттю контакту зубів.

Так — прямозубі колеса зазвичай є найекономічнішим типом зубчастих коліс для виробництва. Обробка зубчастих коліс швидка і не вимагає спеціального інструменту для профілю; один хоб покриває діапазон кількостей зубів при одному модулі. ЧПУ обробка може виробляти сотні зубчастих коліс на годину в виробництві. Основними факторами вартості є клас матеріалу (легована сталь проти нержавіючої), необхідний клас точності DIN (кожен клас приблизно подвоює час обробки) та кількість замовлення. У HXC прототипні кількості починаються з конкурентної ціни за одиницю без плати за інструмент.

20° — це світовий стандартний кут тиску для циліндричних зубчастих коліс сьогодні використовується у понад 95% нових конструкцій. Забезпечує найкращий баланс між вантажопідйомністю, коефіцієнтом зачеплення та мінімальною кількістю зубців (17 зубців до підрізання). 14,5° залишається у старих імперських приводах та обладнанні до 1960 року — тихіший, але слабший і складніше знайти замінні фрези. 25° застосовується там, де потрібна висока вантажопідйомність і де допустимо мінімум 13 зубців без підрізання. Усі циліндричні зубчасті колеса HXC мають кут тиску 20° за замовчуванням; 14,5° та 25° доступні на замовлення.

Зовнішні циліндричні зубчасті колеса мають зубці на зовнішній поверхні циліндра і зчіплюються з іншим зовнішнім колесом — напрямок обертання змінюється між вхідним і вихідним валом. Внутрішні (кільцеві) прямозубі шестерні мають зуби, вирізані з внутрішньої сторони кільця, і зчіплюються з зовнішньою шестірнею, що знаходиться всередині — напрямок обертання залишається тим самим, а зчеплені шестерні займають одну вісь, забезпечуючи більш компактну конструкцію. Внутрішні шестерні є необхідними для планетарних редукторів, інтегрованих ступиць коліс та гармонічних приводів. Їх неможливо нарізати методом довбання, вони виготовляються методом зубофрезерування, протягування або електроерозійної обробки, що робить їх дорожчими, але незамінними для компактних редукторних систем.

Так. "Прямий зріз" є визначальною характеристикою прямозубих коліс — їх зуби оброблені паралельно до осі обертання зубчастого колеса, що забезпечує ідеально прямий профіль зуба при перегляді збоку. Це те, що відрізняє їх від спіральних зубчастих коліс (кутові зуби), зубчастих коліс у формі риб'ячої кістки (подвійно кутові) та спіральних конічних зубчастих коліс (криві). Прямий зріз також є причиною, чому вони генерують імпульсивне зчеплення і не створюють осьового тиску.

Так — всі зубчасті колеса за визначенням мають зуби, і прямозубі колеса не є винятком. Їх зуби мають профіль інволюти: математично точна крива, яка забезпечує постійне співвідношення швидкостей незалежно від незначних варіацій відстані між центрами. Ключові параметри — модуль (розмір зуба, метричний стандарт), кут тиску (зазвичай 20°), і кількість зубців. Кількість зубів, поділена на модуль, дає діаметр окружності. HXC виготовляє прямозубі колеса з модуля 0,5 (мікрозубчасті колеса) до модуля 20 (великі промислові зубчасті колеса).

При однаковому розмірі зуба та ширині обличчя, спіральні зубчасті колеса зазвичай витримують на 20–40% більше навантаження ніж прямозубі колеса, оскільки діагональний контакт зубів розподіляє навантаження по довшій лінії контакту. Однак спіральні колеса генерують осьові сили, які повинні бути поглинуті підшипниками, що додає складності та вартості. Для помірних навантажень перевага міцності спіральних коліс рідко потрібна, і прямозубі колеса є практичним вибором.

Прямозубі колеса кращі, коли: вартість, простота та ефективність мають найбільше значення; швидкість низька або помірна; осьовий простір обмежений; або вам не потрібні осьові навантаження на підшипниках. Спіральні колеса кращі, коли: робота відбувається на високій швидкості (вище ~3 м/с швидкості кроку); низький рівень шуму є критично важливим; або вам потрібна вища вантажопідйомність в тому ж об'ємі. На практиці більшість промислових та автомобільних трансмісій використовують спіральні колеса для основних стадій і прямозубі колеса для допоміжних приводів, ведучих коліс та механізмів приладів.

Для максимальної міцності, кейсовані леговані сталі є стандартним вибором: 20CrMnTi (карбюризовані до HRC 58–62) та 42CrMo4 (гартовані до HRC 50–55) домінують в автомобільному та промисловому механізмі. Для дуже високого контактного напруження, Сталь для інструментів M2 шліфування до DIN 4 забезпечує найвищу поверхневу твердість. Для корозійних середовищ, нержавіюча сталь SUS316L втрачає частину міцності за рахунок корозійної стійкості. титану 5-го класу. пропонує найкраще співвідношення міцності до ваги для аерокосмічної промисловості. Інженерні пластики (PEEK, POM) є найміцнішими серед неметалевих варіантів.

Черв'ячні колеса є самозамковими, коли кут ведення черв'яка менший за кут тертя — зазвичай нижче приблизно 5°. При низьких кутах ведення, реакційна сила на зубі черв'яка спрямована більше в бічні грані різьби, ніж вздовж різьби,, тому тертя запобігає обертанню колеса назад. Ось чому черв'ячні підйомники та замки дверей утримують позицію без гальма. Прямозубі та спіральні колеса завжди можуть бути обернені назад, оскільки їх нормалі зубів майже перпендикулярні до валу, створюючи низьке тертя відносно обертової сили.

Правило 17 зубів стверджує, що стандартне прямозубе колесо з кутом тиску 20° повинно мати щонайменше 17 зубів, щоб уникнути підрізання, — стану, коли різальний інструмент видаляє матеріал з основи зуба, послаблюючи його та спотворюючи профіль інволюти. Нижче 17 зубів корінь зуба має виїмки, що зменшує міцність на вигин і контактне співвідношення. Рішення для меншої кількості зубів включають: зміщення профілю (виведення різця з різака назовні), використовуючи вищий кут тиску (25° дозволяє мати лише 13 зубів), або зубець-стуб профілі. Інженери HXC можуть порадити оптимальний підхід до вашого дизайну шестерні.

Шість перевірених підходів: (1) Вища клас точності — шліфування до DIN 5 або 6 зменшує помилку зуба та удар; (2) Зняття верхівки — невеликий фаска на верхівці зуба полегшує зчеплення; (3) Коронування — легка бочкоподібна форма на поверхні зуба зменшує навантаження на край; (4) Пластикове зчеплення — поєднання сталевого ведучого з POM або нейлоновим веденим колесом значно зменшує шум; (5) Збільшене співвідношення контакту — більше зубів у одночасному контакті (досягається за рахунок більшого модуля або модифікації додатку) згладжує передачу; (6) Змащення та вирівнювання — правильна в'язкість олії та точне вирівнювання валу усувають більшість шуму в добре спроектованих парах прямозубих коліс.