Зубчатая передача

Передача зубчатыми колёсами, или шестернями, находит самое широкое применение в технике. Так, при помощи зубчатых колёс осуществляется передача от двигателя к ведущим колёсам в автомобиле, тракторе и трамвае. При помощи зубчатых колёс передаётся движение от двигателя к гребному винту парохода. Зубчатые колёса применяются во многих станках для передачи движения от двигателя к станку и т. д. На рисунке изображено применение зубчатых колёс в ручной лебёдке.

С помощью шестерён можно вращательное движение преобразовать в поступательное, как это показано на рисунке. На этом рисунке изображена упрощённая схема одного из наиболее употребительных механизмов строгального станка. Движение от шкива D (который приводится во вращение ремнём) передаётся при помощи валов и системы шестерён, сидящих на этих валах, зубчатой рейке R. Зубчатая рейка движется поступательно в направлении, указанном на рисунке оперённой стрелкой. Вместе с ней движется и стол станка (не изображён на рисунке), с которым скреплена рейка. Когда рейка дойдёт до конца, особым приспособлением перекрещённый ремень переводится на шкив D1. Рейка при этом получит обратный ход (холостой) в направлении, обозначенном простой стрелкой.

Число оборотов ведомого колеса зависит от числа оборотов ведущего и числа зубьев на обоих колёсах.

Пусть одна шестерня имеет z1 зубьев и делает n1 оборотов в секунду, другая же, сцепленная с ней шестерня имеет z2 зубьев и делает n2 оборотов.

У первой шестерни за 1 секунду через точку сцепления пройдёт z1n1 зубьев, а у второй шестерни – z2n2. Так как числа прошедших зубьев на обеих шестернях равны, то

z1n1 = z2n2

откуда


n1/n2 = z2/z1

т. е. число оборотов в единицу времени каждой из сцепленных шестерён обратно пропорционально числу зубьев.

Чтобы получить на станке такое же направление вращения, как и на ведущем колесе, применяется промежуточная шестерня.

Для получения нужных скоростей в различных станках применяются коробки скоростей, а в автомобилях и тракторах – коробки передач. Передача в них осуществляется зубчатыми колёсами.

На первом рисунке изображено устройство коробки передач, а на втором рисунке схематически показаны три передачи в автомобиле. Здесь А – ведущий, В – ведомый и С – промежуточный валы.

Особым механизмом можно разъединять валы А и В. На ведущем валу А насажена шестерня 1 (на первом рисунке изображена только задняя половина этой шестерни). На промежуточном валу С укреплены шестерни 2, 3, 4 и 7, и на ведомом валу В установлены скользящие шестерни 5 и 6 (каретки).

Шестерни 5 и 6, вращающиеся вместе с валом В, могут перемещаться вдоль него с помощью кольцевых проточек М, в которые входят специальные вилки (они обозначены на первом рисунке буквой М), служащие для передвижения шестерён. Шестерня 1 всегда сцеплена с шестернёй 2. Шестерня 7 и сцепленная с ней шестерня 8 служат для получения заднего хода.

I передача. Шестерня 5 сцеплена с шестернёй 4. Валы В и А прямого сцепления не имеют. Ведомый вал В вращается с наименьшей скоростью при данном числе оборотов двигателя. Первая передача даёт наибольшее тяговое усилие; она применяется при трогании автомобиля с места.

II передача. Шестерня 6 сцеплена с шестерней 3; шестерня 5 возвращается на прежнее место. Валы В и А прямого сцепления не имеют. Скорость вращения вала В увеличивается. Вторая передача используется для разгона автомобиля и для преодоления сопротивления средней трудности.

III передача. Валы А и В соединены непосредственно. Шестерни 5 и 6 не сцеплены с шестернями промежуточного вала С. Ведомый вал делает столько же оборотов, сколько и ведущий. Промежуточный вал С вращается вхолостую. При этой передаче скорость движения автомобиля может быть наибольшей. III передача используется во всех случаях движения автомобиля, когда не требуется преодолевать повышенных сопротивлений.

Задний ход автомобиля осуществляется с помощью особой шестерни 8, сидящей на короткой оси. Эта шестерня всегда сцеплена с шестерней 7, расположенной на промежуточном валу С. Задний ход необходим для маневрирования автомобиля (разворота на ограниченных по ширине площадках, при тупиковом въезде, движении назад и др.). Передачи переключаются с помощью особого механизма, изображённого в верхней части первого рисунка.

Сцепление служит для временного отключения силовой передачи автомобиля от вала двигателя, что необходимо при переключении шестерён в коробке передач и торможении автомобиля. Кроме того, сцепление даёт возможность плавного трогания автомобиля с места.