Как работают шестерни - Экскаваторное оборудование, ООО

Шестерни используются во многих механических устройствах. Самое главное, они обеспечивают понижающую передачу в мототехнике. Это ключевой момент, потому что часто небольшой очень быстро вращающийся двигатель может обеспечить достаточную мощность для устройства, но не достаточный крутящий момент — силу, которая заставляет объект вращаться вокруг оси или скручиваться. Например, электрическая отвертка имеет очень большое передаточное число (снижение скорости вращающейся машины, такой как электродвигатель), поскольку для поворота винтов требуется большой крутящий момент. Но двигатель производит лишь небольшой крутящий момент на высокой скорости. С помощью редуктора можно уменьшить выходную скорость и увеличить крутящий момент.

Шестерни также меняют направление вращения. Например, в дифференциале между задними колесами вашего автомобиля мощность передается через вал, проходящий по центру автомобиля, и дифференциал должен повернуть эту мощность на 90 градусов, чтобы передать ее на колеса.

В различных типах передач есть много тонкостей. В этой статье мы узнаем, как именно работают зубья шестерен, и поговорим о различных типах шестерен, которые можно найти во всех видах механических гаджетов.

Вы, наверное, слышали о передаточных числах, особенно когда речь идет об автомобилях. Передаточное число — это количество оборотов, которое делает выходной вал при одном обороте входного вала. Если передаточное число равно 2:1, то меньшая шестерня вращается два раза, а большая шестерня поворачивается только один раз. Это также означает, что большая шестерня имеет в два раза больше зубьев, чем меньшая. Большая шестерня называется просто «шестерней», а меньшая шестерня также называется шестерней.

Одним из самых примитивных типов шестерен, которые мы могли видеть, было колесо с торчащими из него деревянными колышками. Проблема с этим типом шестерен заключается в том, что расстояние от центра каждой шестерни до точки контакта меняется при вращении шестерен. Это означает, что передаточное число изменяется при вращении шестерни, а это означает, что выходная скорость также изменяется. Если бы вы использовали такую передачу в своей машине, было бы невозможно поддерживать постоянную скорость — вы бы постоянно ускорялись и замедлялись.

Во многих современных передачах используется особый профиль зубьев, называемый эвольвентой. Этот профиль обладает очень важным свойством поддержания постоянного передаточного отношения между двумя передачами. Как и в случае с колышком выше, точка контакта перемещается, но форма зуба эвольвентной шестерни компенсирует это движение.

Теперь давайте посмотрим на некоторые из различных типов передач.

Цилиндрические шестерни являются наиболее распространенным типом зубчатых передач. Они имеют прямые зубья и установлены на параллельных валах. Иногда одновременно используется несколько прямозубых шестерен для создания очень больших передаточных чисел.

Зубчатые шестерни используются во многих устройствах, которые вы можете увидеть на сайте HowStuffWorks, например, в электрической отвертке, танцующем монстре, осциллирующем разбрызгивателе, заводном будильнике, стиральной машине и сушилке для одежды. Но вы не найдете многих в своей машине.

Это потому, что прямозубая передача может быть очень громкой. Каждый раз, когда зуб шестерни зацепляется с зубом другой шестерни, зубья сталкиваются, и этот удар вызывает шум. Это также увеличивает нагрузку на зубья шестерни.

Чтобы уменьшить шум и напряжение в шестернях, большинство шестерен в вашем автомобиле являются винтовыми, о чем мы объясним далее.

Зубья косозубых шестерен срезаны под углом к торцевой поверхности шестерни. Когда два зуба в системе косозубых шестерен входят в зацепление, контакт начинается на одном конце зуба и постепенно увеличивается по мере вращения шестерни, пока два зубца не войдут в полное зацепление.

Постепенное зацепление косозубых шестерен позволяет им работать гораздо плавнее и тише, чем прямозубые. По этой причине косозубые шестерни используются практически во всех трансмиссиях автомобилей.

Из-за угла наклона зубьев косозубых шестерен при зацеплении они создают осевую нагрузку на шестерню. Устройства, в которых используются косозубые шестерни, имеют подшипники, способные выдерживать такую осевую нагрузку.