Как сделать шестерню с внутренним зацеплением

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 18.09.2024

У них хорошая взаимозаменяемость, относительно не высокая стоимость и простота в изготовлении. И на изготовлении хотелось бы остановиться подробнее.

Кроме классических методов, в конце рассмотрим и некоторые современные, обязательно дочитайте до конца!

Есть 2 основные группы способов нарезания зубьев:

Метод копирования

Суть метода копирования заключается в нарезании зуба шестерни с помощью инструмента, который имеет профиль впадины зуба.

При нарезании этим методом используют дисковые модульные фрезы и пальцевые модульные фрезы.

Дисковая фреза прорезает по очереди каждую впадину. Нарезание производят на универсальных фрезерных и зуборезных станках.

По схожему принципу ведут обработку и пальцевой фрезой.

Таким методом целесообразно нарезать шестерни и колеса больших диаметров.

У метода копирования есть существенный недостаток. Профиль зуба сильно меняется в зависимости от числа зубьев и размеров шестерни, потому нужно держать целую россыпь инструмента даже для одного модуля.

Чтобы не мучаться с кучей фрез есть другой метод.

Метод обкатки

Идея метода заключается в том что инструмент и заготовка находятся в таком же относительном зацеплении что и два зубчатых колеса.

Эвольвентный профиль зуба образуется как огибающая всех положений инструмента.

Есть 3 основных инструмента, которыми формируют профиль: долбяк, червячная фреза, рейка.

Долбяк - инструмент в основе которого зубчатое колесо с эвольвентным профилем. Сам процесс довольно незамысловат.

В движении это выглядит так:

Долбяком можно нарезать зубья не только внешнего, но и внутреннего зацепления.

Но наиболее широкой применение нашли червячные модульные фрезы .

Режущие кромки фрезы расположенные по винтовой линии при движении воспроизводят поступательное движение рейки, необходимое для огибания нарезаемых зубьев.

Ну и последний способ - рейкой.

Здесь и говорить особо не о чем, есть инструментальная рейка, есть заготовка, принцип примерно как у долбяка.

У методов обкатки полно достоинств по сравнению с методом копирования. Они точнее, производительнее, можно использовать один инструмент для разных диаметров и числа зубьев, можно задавать смещение, чтобы исключать подрезку зуба на малых диаметрах.

Некоторые современные методы

Скайвинг (skiving)

Если честно, об этом методе я впервые узнал, когда готовил материал для этой статьи, так что, если кто-то видел вживую, пишите в комментариях!

Метод сложно назвать новым, ведь первый патент на него появился в Германии еще в 1910 году. Однако данный метод не применялся ввиду технологических ограничений.

Эта технология позволяет нарезать как наружный зуб, так и внутренний. Сам процесс можно представить как симбиоз зубодолбления и фрезерований червячной фрезой.

Зубчатые передачи получили широкое распространение как в промышленном оборудовании, так и в бытовых приборах. Они служат промежуточным элементом между источником вращательно-поступательного движения и агрегатом, который является потребителем получаемой энергии. При этом передаваемая мощность может варьироваться от незначительных величин (например, в часовых механизмах) до огромных значений (в турбинах электростанций).

Что такое модуль зубчатого колеса

Современные шестерни далеко ушли от своих деревянных шестизубых предков, изготавливаемых механиками с помощью воображения и мерной веревочки. Конструкция передач намного усложнилась, тысячекратно возросли скорость вращения и усилия, передаваемые через такие передачи. В связи с этим усложнились и методы их конструирования. Каждую шестеренку характеризует несколько основных параметров

диаметр;
число зубьев;
высота зубца;
и некоторые другие.

Одним из самых универсальных характеристик является модуль зубчатого колеса. Существует для подвида — основной и торцевой.

В большинстве расчетов используется основной. Он рассчитывается применительно к делительной окружности и служит одним из важнейших параметров.

Для расчета этого параметра применяют следующие формулы:

где h — высота зубца.

где De — диаметр окружности выступов,а z — число зубьев.

Что же такое модуль шестерни?

это универсальная характеристика зубчатого колеса, связывающая воедино такие его важнейшие параметры, как шаг, высота зуба, число зубов и диаметр окружности выступов. Эта характеристика участвует во всех расчетах, связанных с конструированием систем передач.

Вопросы для контроля

Что называют механической передачей, их основные разновидности?
Что представляют собой зубчатые передачи: описание, назначение, классификация, достоинства и недостатки?
Каков принцип работы червячных зубчатых передач, их основные достоинства и недостатки?
Что представляют собой передачи с гибкими звеньями: описание, назначение, классификация?
Какие основные достоинства и недостатки ременных передач в сравнении с цепными?
Что представляют собой фрикционные передачи: описание, назначение, классификация?

Формула расчета параметров прямозубой передачи

Чтобы определить параметры прямозубой шестеренки, потребуется выполнить некоторые предварительные вычисления. Длина начальной окружности равна π×D, где D — ее диаметр.

Шаг зацепления t – это расстояние между смежными зубами, измеренное по начальной окружности. Если это расстояние умножить на число зубов z, то мы должны получить ее длину:

проведя преобразование, получим:

Если разделить шаг на число пи, мы получим коэффициент, постоянный для данной детали зубчатой передачи. Он и называется модулем зацепления m.

размерность модуля шестерни — миллиметры. Если подставить его в предыдущее выражение, то получится:

выполнив преобразование, находим:

Отсюда вытекает физический смысл модуля зацепления: он представляет собой длину дуги начальной окружности, соответствующей одному зубцу колеса. Диаметр окружности выступов D e получается равным

где h’- высота головки.

Высоту головки приравнивают к m:

Проведя математические преобразования с подстановкой, получим:

Диаметр окружности впадин D i соответствует D e за вычетом двух высот основания зубца:

где h“- высота ножки зубца.

Для колес цилиндрического типа h“ приравнивают к значению в 1,25m:

Выполнив подстановку в правой части равенства, имеем:

D i = m×z-2×1,25m = m×z-2,5m;

что соответствует формуле:

и если выполнить подстановку, то получим:

Иначе говоря, головка и ножка зубца относятся друг к другу по высоте как 1:1,25.

Следующий важный размер, толщину зубца s принимают приблизительно равной:

для отлитых зубцов: 1,53m:
для выполненных путем фрезерования-1,57m, или 0,5×t

Поскольку шаг t приравнивается к суммарной толщине зубца s и впадины s в, получаем формулы для ширины впадины

для отлитых зубцов: s в =πm-1,53m=1,61m:
для выполненных путем фрезерования- s в = πm-1,57m = 1,57m

Характеристики конструкции оставшейся части зубчатой детали определяются следующими факторами:

усилия, прикладываемые к детали при эксплуатации;
конфигурация деталей, взаимодействующих с ней.

Для отображения шестеренок методами инженерной графики используются упрощенные формулы. В инженерных справочниках и государственных стандартов можно найти значения характеристик, рассчитанные для типовых размеров зубчатых колес.

Достоинства и недостатки зубчатых передач

Прежде всего, среди достоинств зубчатой передачи можно выделить:

высокую надежность с учетом расширенного диапазона нагрузок и скоростей;
компактность, большой ресурс и высокий КПД;
относительно небольшие нагрузки на валы и подшипники;
постоянное передаточное число (отношение);
простота изготовления и обслуживания;

Также выделяют и недостатки зубчатой передачи:

повышенные требования к качеству изготовления и точности установки;
при высокой скорости вращения возникает шум по причине возможных неточностей при изготовлении шага и профиля зубьев;
повышенная жесткость не позволяет эффективно компенсировать динамические нагрузки, в результате чего возникает разрушение и пробуксовки, появляются дефекты;

Напоследок отметим, что во время обслуживания механизм нужно осматривать, производя проверку состояния зубчатых колес, шестерен и зубьев на предмет повреждений, трещин, сколов и т.д.

Также проверяется само зацепление и его качество (часто используется краска, которая наносится на зубья). Нанесение краски позволяет изучить величину пятна контакта, а также расположение относительно высоты зуба. Для регулировки зацепления применяются прокладки, которые ставятся в подшипниковые узлы.

Исходные данные и замеры

На практике перед инженерами часто встает задача определения модуля реально существующей шестерни для ее ремонта или замены. При этом случается и так, что конструкторской документации на эту деталь, как и на весь механизм, в который она входит, обнаружить не удается.

Самый простой метод — метод обкатки. Берут шестерню, для которой характеристики известны. Вставляют ее в зубья тестируемой детали и пробуют обкатать вокруг. Если пара вошла в зацепление — значит их шаг совпадает. Если нет — продолжают подбор. Для косозубой выбирают подходящую по шагу фрезу.

Такой эмпирический метод неплохо срабатывает для зубчатых колес малых размеров.

Для крупных, весящих десятки, а то и сотни килограмм, такой способ физически нереализуем.

Результаты расчетов

Для более крупных потребуются измерения и вычисления.

Как известно, модуль равен диаметру окружности выступов, отнесенному к числу зубов плюс два:

Последовательность действий следующая:

измерить диаметр штангенциркулем;
сосчитать зубцы;
разделить диаметр на z+2;
округлить результат до ближайшего целого числа.

Данный метод подходит как для прямозубых колес, так и для косозубых.

Форма зуба

Зацепления различаются по профилю и типу зубьев . По форме зуба различают эвольвентные, круговые и циклоидальные зацепления. Наиболее часто используемыми являются эвольвентные зацепления. Они имеют технологическое превосходство. Нарезка зубьев может производиться простым реечным инструментом. Эти зацепления характеризуются постоянным передаточным отношением, не зависящим от смещения межцентрового расстояния. Но при больших мощностях проявляются недостатки, связанные с небольшим пятном контакта в двух выпуклых поверхностях зубьев. Это может приводить к поверхностным разрушениям и выкрашиванию материала поверхностей.

В круговых зацеплениях выпуклые зубья шестерни сцепляются с вогнутыми колесами и пятно контакта значительно увеличивается. Недостатком этих передач является то, что появляется трение в колёсных парах. Виды зубчатых колёс:

Прямозубые колёсные пары имеют наибольшее распространение. Их легко проектировать, изготавливать и эксплуатировать .

Поперечный профиль зуба

Боковая форма профиля зубьев колёс для обеспечения плавности качения может быть: , неэльвовентной передача Новикова (с одной и двумя линиями зацепления), . Кроме того, в применяются зубчатые колеса с несимметричным профилем зуба.

Двойные косозубые шестерни (шевроны)

Зубчатые конические колёса

Кроме наиболее распространёных циллиндрических З. к. применяются колёса конической формы. Конические шестерни применяются там, где необходимо передать крутящий момент под определённым углом. Такие конические шестерни с круговым зубом, например, применяются в автомобильных , используемых для передачи момента от двигателя к колёсам.

Секторные колёса

Секторная шестерня представляет собой часть обычной шестерни любого типа. Такие шестерни применяются в тех случаях, когда не требуется вращение механизма на 360°, и поэтому можно сэкономить на его габаритах.

Зубчатые колёса с внутренним зацеплением

При жестких ограничениях на габариты, в планетарных механизмах, в шестерённых насосах с внутренним зацеплением, в приводе башни , удобно применение колёс с зубчатым венцом, нарезанным с внутренней стороны. Также стоит заметить что вращение ведущего и ведомого колеса направленно в одну сторону.

Из чего изготавливаются зубчатые колеса и шестерни

Как правило, в основе зубчатого колеса лежит сталь. При этом шестерня должна иметь большую прочность, так как сами колеса могут иметь разные характеристики по прочности.

По этой причине шестерни изготавливаются из разных материалов, а также такие изделия проходят дополнительную термическую обработку и/или комплексную химическую и температурную обработку.

Например, шестерни, которые выполнены из легированной стали, также проходят процесс упрочнения поверхности, в рамках которого может быть использован метод, позволяющий добиться желаемых характеристик (азотирование, цементация или цианирование). Если для изготовления шестерни используется углеродистая сталь, такой материал проходит поверхностную закалку.

Что касается зубьев, для них предельно важна прочность поверхности, а также сердцевина должна быть мягкой и вязкой. Данные характеристики позволяют избежать излома и быстрого износа рабочей нагруженной поверхности. Еще добавим, что колесные пары механизмов, где нет больших нагрузок и высокой частоты вращения, изготавливают из чугуна. Также можно встретить в качестве материала для изготовления колесных пар бронзу, латунь и даже всевозможные виды пластика.

Сами зубчатые колеса выполняются из заготовки, полученной методом литья или штамповки. Затем применяется метод нарезки зубьев. Нарезка осуществляется путем использования методов копирования, обкатки. Метод обкатки дает возможность изготовить зубья разной конфигурации при помощи одного инструмента (долбяк, червячные фрезы, рейка).

Чтобы осуществить нарезку методом копирования, требуются пальцевые фрезы. После нарезки выполняется термическая обработка. Если же нужно зацепление высокой точности, после такой термообработки дополнительно выполняется шлифовка и обкатка.

Кол-во блоков: 16 | Общее кол-во символов: 11460
Количество использованных доноров: 4
Информация по каждому донору:

В современных технологиях используются десятки видов различных механических передач, которые предназначены для передачи крутящегося момента от одного вала к другому. Так же есть виды передач, которые преобразуют поступательные движения во вращательные. В этих передачах используются различные виды шестерней, конические шестерни, цилиндрические и другие. Такие передачи используются там, где необходимо передать большую мощность при маленьком размере механизма.

Виды шестерней

Прямозубые шестерни;
Косозубые шестерни;
Шестерни с внутренним зацеплением;
Винтовые шестерни;
Секторные шестерни;
Шестерни с круговыми зубьями;
Конические шестерни;
Зубчатые рейки;
Шестерня-звезда.

Прямозубые шестерни

Прямозубые шестерни используются наиболее часто и являются одними из первых придуманных зубчатых колёс. Прообразы прямозубых шестерней появились тысячи лет назад. Сейчас прямозубые шестерни изготавливают из различных материалов, металла, пластика, а так же изготавливают композитные детали используя сочетания разных металлов и пластика. Прямозубые шестерни позволяют передать поступательный момент только на валы, находящиеся в одной плоскости (параллельные).

Косозубые шестерни

Косозубые шестерни это усовершенствованные прямозубые шестерни. Здесь зубья находятся под различным углом. Данная конструкция позволяет уменьшить шум, увеличить плавность передачи и поднять допустимую передаваемую мощность, так как сами зубья имеют большую площадь, по сравнению с прямозубыми. Косозубые шестерни имеют некоторые недостатки, которые связаны с повышенным трением, в связи с увеличением площади зубьев.

Шестерни с внутренним зацеплением

Шестерни с внутренним зацеплением имеют зубья на внутренней поверхности, что позволяет ведущему и ведомому валу вращаться в одном направлении. Такие шестерни используются для создания механизмов с небольшими габаритами, в планетарных передачах, насосах. Шестерни больших габаритов устанавливаются в качестве поворотных устройств в башнях танков, для поворота крановых механизмов, вращения кабин разной строительной техники.

Винтовые шестерни

Винтовые шестерни имеют вид цилиндра, где зубья шестерней расположены по винтовой линии. Такие шестерни используются в непересекающихся валах, находящихся перпендикулярно друг к другу.

Секторные шестерни

Секторные шестерни имеют только некоторую часть обыкновенной шестерни. Такие шестерни используют там, где нет необходимости в полном обороте валов шестерней. Такие шестерни используются в шаговых механизмах, рулевых рейках.

Шестерни с круговыми зубьями

Шестерни с круговыми зубьями сделаны по оригинальной конструкции, где сами зубья шестерней имеют небольшой изгиб по радиусу. Такие шестерни имеют более плавный ход и высокую нагрузочную способность. Правда, изготовление таких элементов сложнее, а КПД механизмов снижено.

Конические шестерни

Конические шестерни имеют различные модификации, но основная их особенность – это передача вращательного движения в механизмах, где крутящиеся валы пересекаются на плоскости, то есть под углом близким к 90°. Конические шестерни бывают круговыми, тангенциальными, прямыми, криволинейными. Наиболее точный и распространённый пример использования конических шестерней – это дифференциал автомобиля. Шестерни такого вида используются в различных редукторах и сотнях разнообразных механизмов. Конические шестерни используются обычно в паре и она называется коническая зубчатая пара. Завод "Маяк" изготавливает конические шестерни на заказ, по чертежам, по образцам или на основании специфических устройств или механизмов, предоставленных заказчиком.

Шестерня звезда

Шестерня звезда используется с дополнительным элементом – цепью. Цепная передача всем известна на примере велосипеда. Такие конструкции используются для передачи вращательного и поступательного момента от одного вала к другому, которые находятся на некоторое расстояние друг от друга. Заменителем цепной передачи является ремённая. Но, в отличии от ремённой, цепная передача не вызывает проскальзывания.
Благодаря шестерённым передачам возможна работа миллионов механизмов. Во многих из них используются различные виды шестерней, благодаря чему сами механизмы имеют компактный вид.
Универсальности и компактности можно добиться, используя на одной шестерне сразу несколько видов зубьев. Несмотря на то, что изготовление сложных шестерней иногда связанно с технологическими тонкостями, и повышенной стоимости такого изделия, всё же они оправдывают себя.

Пример сложных шестерней (совокупность конической и прямозубой).

Шестерни разных видов в комплексном устройстве (коробка передач автомобиля)

Если у вас возникли вопросы или вы хотите узнать цены, обращайтесь в отдел сбыта по телефону:

Профессиональные сотрудники предоставят Вам дополнительную информацию и помогут оформить заявку.

Здесь Вы можете узнать о возможностях нашего предприятия, расположенного в Санкт-Петербурге, в области изготовления шестеренок, звездочек, нарезки шлицов.

Применение шестерен с внутренним венцом

Изготовление шестеренок с внутренним зубом на заказ – довольно востребованная операция, т.к. зубчатые колеса с внутренним венцом имеют ряд преимуществ:

высокие передаточные отношения, например, в планетарных механизмах, при небольших габаритах редуктора;

Изготовление шестеренок с внутренним зацеплением

Изготовление шестеренок с внутренним зубом часто требует повышенного внимания к точности изготавливаемого зубчатого колеса, например, при использовании шестерни с внутренним венцом в составе планетарного механизма.

Изготовление шестеренок с внутренним венцом у нас производится методом обкатки (когда инструмент и заготовка во взаимном движении имитируют процесс зацепления зубчатой пары) с использование долбяка .

Этот метод обеспечивает высокую точность и чистоту поверхности.

При отсутствии специализированного оборудования и инструмента, иногда, производители могут изготавливать внутренний венец значительно менее производительным и качественным методом копирования (он показан в начале видео).

Изготовление шестерен с внутренним зубом у нас

Наши мощности в Санкт-Петербурге позволяют производить не только изготовление на заказ шестеренок с внутренним зубом, но и изготовление шестеренок иных типов:

а так же звездочек и шлицевых соединений, как по чертежам Заказчика, так и по образцам.

Мы так же располагаем производственными мощностями для оказания разнообразных услуг по металлообработке.

Читайте также: