Эвольвентный профиль

Введение

Эвольвентный профиль – это определенная форма зуба, которая очерчивается по эвольвенте окружности. Чаще всего эвольвентный профиль применяется в парах зубчатых колес для создания надежного зацепления и передачи крутящего момента.

История создания

История создания эвольвентного профиля зубчатых колес начинается с древних времен, когда Архимед впервые представил многоступенчатый редуктор, с помощью которого силой одного человека можно было перемещать корабль. Также существует информация о первом применении зубчатого зацепления в изобретениях древнего Египта, где создавались специальные устройства, передающие воду на большое расстояние.

За все времена существования зубчатой передачи, создавались самые разнообразные её формы. Главной задачей такой передачи было создание соединения пары вращающихся колес (ведущего и ведомого) без скольжения их друг относительно друга. История насчитывает огромное количество способов соединения зубчатых колес, а также их применения: в редукторах, на мельницах и других механизмах, где была необходимость передачи крутящего момента и самого вращения.

В зависимости от применяемых материалов шестерен, менялись и профили зубчатых зацеплений, от витковой передачи при использовании деревянных колес, до эвольвентного соединения в металлических.

Эвольвентный профиль зацепления колес был впервые предложен Леонардом Эйлером, швейцарским математиком и механиком. В основе образования данной формы зуба колеса лежит траектория движения точки, расположенной на прямой, которая перекатывается по поверхности окружности. Благодаря такой форме выражения траектории, как считал Эйлер, достигается наименьшее трение при работе пары колес.

Достоинства эвольвентного профиля

Эвольвентное зацепление зубчатых колес стало прорывом в машиностроении, поскольку именно данный тип зацепления обеспечил максимальный КПД механических пар, что обеспечило новый виток в развитии машиностроения, увеличения мощностей механизмов и паровых машин, а позже и других видов механических устройств.

Благодаря определенной форме зубчатого зацепления при работе пары колес обеспечивается минимальное трение зубьев относительно друг друга. Другим преимуществом эвольвентного профиля зубчатого колеса является высокая прочность механического соединения. Благодаря особой форме каждого зуба, напряжение распределяется более равномерно, чем, например, при использовании зубьев квадратного сечения. Еще одним преимуществом данного типа зацепления является плавность передачи крутящего момента двух колес.

Размеры и формы колес с эвольвентным профилем рассчитываются по специальным формулам, учитывающим диаметр двух зубчатых колес, крутящего момента, а также динамических нагрузок и точности вращения. В случае, если передаваемая нагрузка достаточно велика, используется широкий модуль зубчатых колес, а при необходимости максимальной плавности движения и минимальной нагрузки, количество зубьев может быть увеличено, а высота их уменьшена.

Зубчатые колеса с эвольвентным профилем

Изготовление эвольвентного профиля зубчатого колеса чаще всего происходит методом металлообработки. С помощью специального долбяка производится нарезание профиля зубьев на каждом из колес. Помимо долбяков применяются также такие инструменты, как инструментальная рейка или червячная фреза, которые проход за проходом формируют требуемый профиль каждого зуба колеса.

На сегодняшний день существуют несколько типов эвольвентного профиля зубчатых колес, используемых при различных требованиях к зубчатой передаче, такие как: косозубая эвольвентная передача, прямозубая и шевронная.

Несмотря на большое разнообразие зубчатых колес современных механизмов, эвольвентный профиль зубчатого колеса использовался и будет использоваться еще много лет.