Зубчатая передача

ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА, механизм для передачи вращательного движения между валами и изменения частоты вращения либо направления движения. Состоит из двух или более зубчатых колёс, которые сцепляются между собой и передают вращение обычно от двигателя на исполнительный механизм или на вал другой машины. Кинематическая схема зубчатой передачи обеспечивает преобразование угловых скоростей и крутящих моментов. Основными кинематическими характеристиками являются: передаточное число (n) - отношение числа зубьев большего колеса (z_б) к числу зубьев меньшего (z_м): n = z_б /z_м и передаточное отношение зубчатого механизма (i_ав) - отношение угловых скоростей ведущего колеса (ω_а) к ведомому (ω_в): i_ав = ω_а/ω_в.

При работе зубчатые колёса, совершающие вращательное движение, находятся в зубчатом зацеплении, основной кинематической характеристикой которого является непрерывный контакт зубьев колёс при постоянном передаточном числе. Частный случай зубчатой передачи - зубчато-реечная, зубчато-винтовые (винтовые, гипоидные, червячные) передачи.

Наибольшее распространение в приводах машин получили зубчатые передачи, называемые редукторами, - зубчатые механизмы, понижающие либо повышающие скорость вращения. По числу пар сцепляющихся зубчатых колёс выделяют зубчатые передачи одноступенчатые, двухступенчатые и трёхступенчатые. К редукторам относятся коробки скоростей автомобилей, тракторов и других транспортных машин, которые позволяют получать различную скорость и величину вращающего момента на выходном валу при постоянной скорости вала приводного двигателя; коробки подач металлорежущих станков и др.

Различают зубчатые передачи внешнего зацепления, у которых зубья располагаются по внешней поверхности зубчатого колеса, и внутреннего зацепления, когда на одном из колёс зубья нарезаны по внутренней поверхности. Чаще всего применяются колёса с зубьями, имеющими профиль эвольвенты окружности (так называемое эвольвентное зацепление), нарезаемыми по поверхности кругового цилиндра (цилиндрические прямозубые колёса), которые параллельны оси колеса; косозубые - с зубьями, расположенными по винтовой линии на цилиндрической поверхности под углом к оси колеса. Цилиндрические зубчатые передачи служат для передачи вращения между параллельными осями, конические - между пересекающимися осями. Зубчатые передачи с шевронными колёсами (зубья на колесе расположены под углом по винтовой линии в разных направлениях, навстречу друг другу) устанавливают на тяжёлых транспортных машинах для передачи больших мощностей. В особо точных механизмах, оси валов которых перекрещиваются под различными углами (например, в приборах), обычно применяют передачи с винтовыми, коническими и гиперболоидными колёсами, с круговыми зубьями и др. Для преобразования вращательного движения в поступательное и, наоборот, вместо одного из цилиндрических зубчатых колёс в передачах используется рейка, на одной стороне которой нарезаны зубья, таким образом получается зубчато-реечная передача. Для увеличения передаточного отношения применяют многоступенчатые зубчатые передачи, общее передаточное отношение которых равно произведению передаточных отношений отдельных ступеней.

Разновидностью зубчатых передач являются планетарные передачи, которые широко применяются в реверсивных механизмах, на транспортных, погрузочных и других машинах, а также передачи с дифференциальным механизмом (например, в приводах станков). В редукторах с большим передаточным отношением используется волновая передача (разновидность планетарной). К этому виду передач иногда относят цевочные механизмы, в которых зубья одного из колёс заменены цилиндрическими выступами (цевками); такие передачи используют, например, в часовых механизмах и других приборах, так как при достаточной конструктивной компактности они обладают относительно высоким кпд (около 0,75).

Наиболее распространены зубчатые колёса с эвольвентным зацеплением, так как они сравнительно просты в изготовлении, обладают хорошими эксплуатационными качествами и сохраняют постоянство передаточного отношения при некотором изменении межосевого расстояния. Однако наиболее высокие нагрузки выдерживает круговинтовое зацепление Новикова, с косыми зубьями, профили которых очерчиваются дугами окружностей. Выпуклые зубья одного зубчатого колеса входят в зацепление с вогнутыми зубьями другого колеса, что увеличивает площадь их контакта и уменьшает контактные напряжения.

По сравнению с другими видами передаточных механизмов (цепных, ремённых, фрикционных и др.) зубчатые передачи обладают рядом преимуществ: компактностью, возможностью передачи большой мощности, относительно высоким кпд, долговечностью. При соблюдении стандартных значений модуля зацепления (отношение шага зубьев к их числу) и при использовании на зубообрабатывающем станке для нарезания зубьев инструмента со стандартным профилем зубчатые передачи соответствует требованиям взаимозаменяемости.

Лит.: Ряховский О. А., Клыпин А. В. Детали машин. М., 2002; Клоков В. Г., Курбатова И. А. Детали машин. Проектирование узлов и деталей машин; выбор материалов и методов их упрочнения. М., 2005; Рощин Г. И., Самойлов Е. А., Алексеева Н. А. Детали машин и основы конструирования. М., 2006.