Шестерни и зубчатые колеса – есть ли различия

Шестерни и зубчатые колеса – есть ли различия?

Зубчатые колеса и шестерни – основные элементы зубчатой передачи, широко используемой в разнообразных промышленных машинах и механизмах. Как правило, термины «шестерня» и «зубчатое колесо» являются синонимами, и между ними не находят особых различий. Но не все специалисты отождествляют шестерню и зубчатое колесо, считая, что между этими деталями есть существенная разница. Рассмотрим основные точки зрения по этому вопросу.

Особенности зубчатых колес и шестерен

И зубчатое колесо, и шестерня имеют вид диска с зубьями, расположенными на конической или цилиндрической поверхности. Эти детали используются в механизмах для преобразования и передачи крутящего момента. Изготовление шестерен и зубчатых колес возможно несколькими способами: методом обката, копированием, горячим и холодным накатыванием. Традиционно зубчатые колеса и шестерни используются парами, в зацеплении одна деталь становится ведущей, а вторая – ведомой. И вот здесь кроется главное различие элементов: ведущую деталь часто называют шестерней, а ведомую – зубчатым колесом. То есть разница основывается на роли элемента в работе механизма, но конструктивно шестерни и зубчатые колеса остаются одинаковыми деталями.

Также при парном зацеплении двух зубчатых колес шестерней называют ту деталь, которая имеет большее число зубьев. То, что зубчатые колеса и шестерни – понятия синонимичные, подтверждает и ГОСТ 16530-83: в определении шестерни указано, что она является ведущим зубчатым колесом передачи (при равном количестве зубьев на обеих деталях) или же колесом с меньшим числом зубьев.

Несмотря на это, некоторые специалисты (особенно работающие в специфических областях) считают необходимым строго разделять понятия шестерни и зубчатого колеса. Для них производство зубчатых колес и изготовление шестерен – принципиально разные процессы, а сами детали имеют свои сходства и различия.

Сходства и различия шестерен и зубчатых колес

Придерживаясь вышеописанного мнения о разделении шестерен и зубчатых колес на два самостоятельных вида деталей, специалисты все же сходятся во мнении, что у этих элементов есть некоторые сходства:

• и шестерня, и зубчатое колесо могут выполнять функции как ведомого, так и ведущего элемента передачи (что противоречит терминологии межгосударственного стандарта);
• и та, и другая деталь может иметь коническую, либо цилиндрическую поверхность;
• оба элемента одинаково эффективны при эксплуатации в бензо- и электроинструменте;
• шестерни и зубчатые колеса можно использовать для запуска вращательных осей;
• эти виды деталей взаимозаменяемы, они схожи внешне и функционально.

Подобные сходства несколько противоречивы, но все же они встречаются в профессиональной среде. То же самое касается и различий, согласно которым:

• зубчатые колеса применяются только в сложных механизмах, в то время как шестерни являются универсальными элементами;
• шестерни используют исключительно парами, тогда как зубчатое колесо может работать без парного элемента;
• для зубчатых колес характерен больший диаметр, за счет чего эти детали чаще применяются в мощных системах.

Даже исходя из такой точки зрения можно сделать вывод, что шестерни и зубчатые колеса одинаковы по функционалу и в большинстве сфер не имеют формальной разницы.

Вывод

Большинство мастеров, механиков и специалистов с техническим образованием сходится во мнении, что «шестерня» и «зубчатое колесо» – это разные названия одного типа детали. Эту позицию подтверждает и текст межгосударственного стандарта, в котором перечислена основная терминология и обозначения, связанные с зубчатыми передачами. Определения ГОСТа точно дают понять, что главное различие шестеренок и зубчатых колес заключается в роли, которую выполняет элемент в передаче.

Разрезная шестерня: что это, установка и регулировка

В автомобиле есть масса интересных деталей, о которых знают только автомеханики или люди, сильно увлеченные техникой. Одна из таких деталей – разрезная шестерня. Об этом элементе также знают любители тюнинга. Давайте узнаем, что это за деталь, и для чего она нужна.

1. Фазовращатели и их функция
2. Функция разрезной шестерни
3. Как это работает?
4. Конструкция
5. Основные причины для установки разрезной шестерни
6. Методика регулировки
7. ВАЗ-2108-21099
8. 16-клапанные двигатели ВАЗ-2110-2112
9. Классика ВАЗ
10. Заключение

Фазовращатели и их функция

Большинство новых двигателей оснащено фазовращателями, которые дают возможность выполнять корректировку работы силового агрегата на основе числа оборотов коленвала. Это необходимо для того, чтобы получить максимальный вращательный момент в большем диапазоне оборотов.

Если взять любое руководство по эксплуатации авто, то в нем будут указаны такие характеристики, как мощность двигателя в лошадиных силах и максимальный вращательный момент, который мотор способен выдавать при определенных оборотах коленвала в минуту.

Вот взять, к примеру, распространенную модель «Рено-Логан». Двигатель способен выдавать при 6 тыс. оборотах коленвала 170 лошадиных сил. Максимальный крутящий момент составляет 270 Нм при 3250 об/мин. Из этих цифр видно, что показателя максимального вращательного момента можно достичь уже при средних оборотах. А наибольшая мощность становится доступной лишь после 6000 об/мин. Если такой мотор оснастить системой фазовращателей, у него будет более широкий диапазон, при котором двигатель выдаст самый высокий вращательный момент, а не тот, который заложен в конструкцию производителем.

Разрезная шестерня распредвала выполняет примерно такие же функции, что и фазовращатель. Эта деталь имеет схожую конструкцию, что и распределительный вал. Она может поворачиваться на определенные углы вперед либо назад.

Функция разрезной шестерни

Обычная шестерня, установленная на распределительном валу, предназначена для передачи крутящего момента с коленчатого на распределительный вал механизма газораспределения. Деталь представляет собой цельный элемент без каких-либо подвижных деталей. Разрезная шестерня состоит из двух компонентов – они могут перемещаться друг относительно друга. Такая конструкция позволяет менять углы распредвала, не влияя при этом на силу натяжения ремня ГРМ или приводной цепи.

К примеру, эта деталь на двигателях ВАЗ может поворачивать вал на 5° в одну или в другую сторону. Здесь необходимо понимать, что изменить таким образом можно характеристики работы двигателя лишь в конкретных режимах – в верхних либо в нижних диапазонах.

Очень часто для увеличения мощности и других характеристик двигателя меняют распредвал и его шестеренку. Если произвести их замену, можно по-разному настраивать фазы газораспределения. Также появится возможность менять углы запаздывания клапанов. Если на двигатель вместо заводской устанавливается разрезная шестерня без замены распредвала, тогда можно изменить только углы перекрытия.

Как это работает?

К примеру, вращательный момент изменится с 4000 оборотов в меньшую сторону, например, до 3000. Такого эффекта добиваются, поворачивая распредвал по направлению коленвала. При этом фазы газораспределения выставляют так, чтобы было небольшое опережение. Это воздействует на уменьшение угла закрытия впускных клапанов.

Но нужно помнить, что если двигатель раскрутится до максимально возможных оборотов, в его цилиндрах не будет уже такого плотного наполнения. Это не лучшим образом повлияет на скорость и выходную мощность.

Конструкция

Разрезная шестерня представляет собой два элемента – это зубчатый венец и ступица. Они соединяются между собой при помощи болтов. Отверстия для этого сделаны так, чтобы ступицу можно было провернуть по отношению к венцу. На распредвал ступица крепится посредством шпонки. Такая фиксация обеспечивает поворот ступицы вместе с распределительным валом.

Основные причины для установки разрезной шестерни

Специалисты по тюнингу двигателей выделяют две причины, по которым многие устанавливают эту деталь. Стоит учитывать, что спортивный распределительный вал ничего не даст, если дополнительно не будет установлена разрезная шестерня распредвала (ВАЗ быстрее не поедет). При сборочных работах на заводе изготовитель часто отклоняется от данных, указанных в чертежах. Поэтому параметры моторов, предназначенных для одной модели автомобилей, отличаются от исходных. Эти погрешности составляют не более десяти градусов в каждую из сторон. Естественно, что это оказывает влияние на мощностные характеристики моторов. Установив разрезную шестеренку, владелец автомобиля получает возможность по необходимости настраивать и выполнять оптимизацию вращательного момента.

Установка тюнингованых распределительных валов позволяет существенно нарастить крутящий момент силового агрегата. Разрезная шестерня ВАЗ – еще +5% к мощностным характеристикам. Это довольно неплохо.

Методика регулировки

Сегодня на автомобильном рынке есть шестерни, предназначенные для практически любых автомобилей от АвтоВАЗа. Для каждой модели имеется своя методика настройки. Рассмотрим принцип регулировки на примере ВАЗ-2108-2112.

ВАЗ-2108-21099

Итак, первым делом на шестеренке отмечают точки на подвижной и неподвижной части. Они нужны, чтобы выполнить правильный монтаж – все операции такие же, как и в случае со стандартной деталью. Далее, после того как нанесены точки, ставится на место разрезная шестерня. Установка ее ничем не отличается от стандартной. Затем можно надевать на только что установленную деталь ремень.

Важно несколько раз проверить, что метки полностью совпадают. Для получения оптимальных характеристик необходимо вести контроль за степенью открытия клапанов. Данный показатель строго определен и задан на этапе проектирования конкретного распределительного вала. Если клапаны открыты на большую от паспортных данных величину, тогда ослабляют болты на шестеренке, которые расположены снаружи. Затем проворачивают распределительный элемент к внешней половине разрезного таким образом, чтобы параметр можно было без труда отрегулировать.

Когда удастся правильно выставить нулевое положение распределительного вала, необходимо выполнить более точную настройку фаз. Если верхний вал поворачивают в сторону вращения нижнего (коленчатого), таким образом увеличивают тягу. Крутящий момент будет доступен в среднем и низком диапазонах. Если разрезная шестерня распредвала (ВАЗ-2108 или другая модель авто, не столь важно) и непосредственно вал будут повернуты в сторону, обратную вращению коленчатого, то вырастает мощность.

Выполняя эту процедуру коррекции, важно не уйти от изначальной точки больше, чем на половину зуба на шкиве. Если шестерню регулируют для карбюраторов, то после каждой манипуляции с валом требуется коррекция угла зажигания. В противном случае будут наблюдаться перебои в работе системы.

16-клапанные двигатели ВАЗ-2110-2112

Если регулировка разрезной шестерни выполняется для этих моторов, то вместе с ней рекомендуется также устанавливать тюнингованные распределительные валы. Ориентироваться следует на отметки, сделанные на заводе-изготовителе. По ним приблизительно настраивают закрытие/открытие клапанов. Затем в положение верхней мертвой точки подводят поршень на первом и втором цилиндрах. Также на шестерню аккуратно надевают ремень.

После этого необходимо установить индикаторы. Они помогут определить, как будут перемещаться клапаны. Нужно отыскать такое положение, при котором механизмы четвертого цилиндра окажутся полностью закрыты. Далее при помощи шестерни и индикатора настраивают закрытие. Затем можно закрутить фиксирующие болты, собрать силовой агрегат и выполнить тестовый заезд.

Классика ВАЗ

На классических восьмиклапанных двигателях шестерная выставляется по стандартным заводским отметкам. Далее настраивается закрытие клапанов. Первый и четвертый поршни выставляют в ВМТ. Ножки индикатора должны упираться в рокер.

По очереди устанавливают точку, когда клапаны закрыты на первом цилиндре. После этого выставляется точное положение ВМТ на тюнингованной шестеренке. Не стоит забывать про передаточные числа на рокерах и точку, где установлен индикатор. Далее шестерню фиксируют, собирают и запускают двигатель.

Заключение

Таким образом, при помощи одной шестерни можно существенно улучшить исходные параметры вазовских моторов. Это довольно популярный тюнинг отечественных двигателей.

Устройство коробки переключения передач

Коробка переключения передач (сокр. КПП или коробка передач) предназначена для изменения крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам, для движения автомобиля задним ходом и длительного разобщения двигателя от трансмиссии во время стоянки автомобиля и при движении его по инерции.
Устройство механической коробки передач (кликабельно). Механическая коробка передач — КПП, в которой выбор передач и их включение осуществляется вручную, механическим способом. Механическая коробка передач уже не является наиболее распространенным типом КПП из применяемых на автомобилях сегодня. Однако она все еще остается достаточно востребованной благодаря своей надежности, простоте конструкции и ремонтопригодности.

Устройство механической коробки передач

Схема работы КПП: 1 — первичный вал; 2 — рычаг переключения; 3 — механизм переключения; 4 — вторичный вал; 5 — сливная пробка; 6 — промежуточный вал; 7 — картер. Конструктивно МКПП состоит из следующих элементов:

• картера;
• первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
• дополнительного вала и шестерни заднего хода;
• синхронизаторов;
• механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
• рычага переключения.

Сцепление

Сцепление является неотъемлемым компонентом механической КПП, осуществляющим разъединение двигателя и коробки в момент переключения ступеней без последствий для агрегатов. Говоря упрощенно — сцепление отключает крутящий момент. В момент выжатой педали сцепления мотор и колеса автомобиля вращаются отдельно друг от друга.

Сцепление создано для аккуратного соединения мотора и колес. Состоит из двух дисков, один из которых соединен с двигателем, второй — с колесами. В момент отпускания педали сцепления диски прижимаются и начинаются вращаться вместе. Именно поэтому и важна плавность отпускания педали.

Шестерни и валы

В стандартных МКПП оси валов расположены параллельно, на них располагаются шестеренки.
Ведущий (первичный) вал присоединяется к маховику мотора через корзину сцепления, находящиеся на нем продольные выступы передвигают второй диск сцепления и передают через жестко закрепленную ведущую шестерню вращающий момент на промежуточный вал.

В хвостовике ведущего вала расположен подшипник, к которому примыкает конец вторичного. Отсутствие фиксированной связи делает возможным крутиться валам независимо друг от друга в разных направлениях и с разными скоростями.

На ведомом вале имеется целый набор различных шестерней как жестко закрепленных, так и свободно вращающихся.

Синхронизаторы

Угловые скорости первичного и вторичного валов уравниваются при содействии синхронизатора и становится возможным смена ступени. Синхронизаторы обеспечивают более щадящий режим эксплуатации КПП и пониженный шум.
Во время включения водителем передачи муфта подается в сторону нужной шестеренки. Во время перемещения усилие переходит на одно из блокировочных колец муфты. За счет разных скоростей между шестерней и муфтой конические поверхности зубьев взаимодействуют с помощью силы трения. Она поворачивает блокировочное кольцо на упор.

Зубья последнего устанавливаются против зубьев муфты, поэтому последующее смещение муфты становится невозможным. Муфта заходит без противодействия в зацепление с малым венцом на шестерне. Шестерня за счет такого соединения жестко блокируется с муфтой. Такой процесс осуществляется за доли секунды. Один синхронизатор обычно обеспечивает включение двух передач.

Виды механических КПП

По количеству ступеней (передач) механические коробки в основном подразделяются на:

• 4-ступенчатую;
• 5-ступенчатую;
• 6-ступенчатую.

Наиболее распространенной механикой считается 5МТ, то есть пятиступенчатая коробка переключения передач.

По количеству валов МКПП подразделяются на:

• двухвальные, устанавливаемые на легковые переднеприводные автомобили;
• трехвальные, устанавливаемые на легковые заднеприводные, а также на грузовые автомобили.

Принцип работы МКПП

Суть функционирования МКПП состоит в создании соединений между первичным и вторичным валом путем варьирования шестерней с различным количеством зубьев, что адаптирует трансмиссию под постоянно меняющиеся обстоятельства передвижения транспортного средства.

Данный силовой агрегат обеспечивает необходимые режимы работы мотора путем изменения количества оборотов, изменяя передаваемое усилие на ведущие колеса. Соответственно, при уменьшении количества оборотов снижается передаваемое усилие, а при увеличении — увеличивается. Это необходимо при удержании требуемого режима работы мотора при начале движения, снижении скорости или разгоне.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

В таких трансмиссиях вращающий момент передается от шестеренок первичного вала на шестеренки ведомого. Ведущий вал соединяется с мотором через маховик, а ведомый передает вращающий момент на передние колеса. Располагаются они параллельно.

Ведущая шестеренка главной передачи на вторичном валу крепко зафиксирована. Между шестеренками находятся муфты синхронизаторов.

Для уменьшения габаритов агрегата и для увеличения количества ступеней устанавливается до трех вторичных валов, на каждом из них стоит шестеренка главной передачи, которая постоянно взаимодействует с ведомой шестеренкой.

Главная передача и дифференциал трансформируют вращающий момент вторичного вала на ведущие колеса машины.

Трехвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Подшипники, расположенные в корпусе, обеспечивают вращение валов. На каждом валу имеется комплект шестеренок с различным числом зубьев.

Ведущий вал примыкает к двигателю посредством корзины сцепления, ведомый с карданным, промежуточный передает вращающий момент вторичному.

На первичном валу имеется ведущая шестеренка, которая раскручивает промежуточный с расположенным на нем крепко зафиксированным набором шестеренок. На ведомом валу имеется свой комплект шестеренок, перемещающихся по шлицам.

Между шестеренками вторичного вала находятся муфты синхронизаторы, которые выравнивают угловые скорости шестеренок с оборотами самого вала. Синхронизаторы крепко закреплены на валах и передвигаются в продольном направлении по шлицам. На современных МКПП такие муфты находятся на каждой ступени.

Преимущества и недостатки МКПП

Как пользоваться механической коробкой

Использование автомобиля с механической КПП имеет некоторые особенности, которые нужно знать автолюбителю.

Во-первых, это последовательность действий при запуске машины:

• выжать педаль сцепления до упора и передвинуть рычаг КПП в положение нейтральной передачи, если есть сомнения правильно ли выбрана скорость необходимо пошевелить рукоятку рычага в стороны, при нахождении рукоятки КПП в нейтральном положении рычаг свободно ходит вправо и влево;
• при переводе автомобиля на нейтральную ступень необходимо зафиксировать транспорт во избегании неконтролируемого движения, для этого машина ставится на ручной тормоз или выжимается педаль тормоза;
• при выжатом сцеплении и удерживании машины тормозом необходимо повернуть ключ зажигания, при этом должны загореться значки на панели приборов, как только потухнут почти все значки следует дальше повернуть ключ и после запуска двигателя отпустить ключ.

Во-вторых, схема переключения на МКПП. Она чаще всего находится на внешней части рукоятки рычага. При переключении передачи рекомендуется ориентироваться на тахометр. Переключаться на более высокую передачу можно раскрутив обороты двигателя до 1500–2000 об/мин в случае дизельного мотора и до 2000–2500 об/мин в случае бензинового.

В-третьих, процесс переключения передач. Он состоит из нескольких этапов:

• отпустить педаль газа;
• левой ногой выжать педаль сцепления до упора;
• рукой передвинуть рычаг в необходимое положение;
• аккуратно отпустить педаль сцепления и потихоньку нажать педаль акселератора.

В-четвертых, регулярная проверка уровня рабочей жидкости и замена ее согласно указаниям производителя продлят период эксплуатации механической КПП.

Заключение

В большинстве стран с более высоким доходом населения количество выпускаемых авто с МКПП уменьшено практически до 10-15%. Связано это в первую очередь с комфортом во время вождения — при использовании АКПП он несомненно выше. Механическая КПП имеет самый простой принцип работы. Из-за этого она дешевле и экономичнее. МКПП является отличным решением для любителей быстрой езды или езды по бездорожью. Если комфорт для вас не является первостепенным, то выбор в пользу МКПП очевиден.

Шестерня vs зубчатое колесо

Часто участникам портала приходится изготавливать зубчатые колеса и шестерни. Но мало кто задается вопросом, в чем их отличие?

Недавно на полях одного топика, посвященного шестеренному насосу возник спор, что есть шестерня? Может ли быть две шестерни в паре? И чем шестерня отличается от зубчатого колеса, или это одно и то же?

Приводились разные мнения, перечислю некоторые —

1) Шестерни и зубчатые колеса — это одно и то же. Синонимы.

Вывод — те кто говорит, что изготовит ‘шестерни и зубчатые колеса’, на самом деле говорит ‘масло масляное’ и врет, что это разные вещи.

зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев, а при равенстве их — ведущее зубчатое колесо.

Большой энциклопедический политехнический словарь, 2004

Согласно ГОСТ 16530-83 ‘Передачи зубчатые общие термины определения и обозначения’,

Шестерня — Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев.

При одинаковом числе зубьев зубчатых колес передачи шестерней называется ведущее зубчатое колесо.

Вывод — из двух зубчатых колес, работающих в паре, только одна называется шестерня, а второе — колесо. Шестерня, это то зубчатое колесо, которое, как правило, крутится с большей угловой скоростью.

3) Согласно ГОСТ 17398-72 ‘Насосы. Термины и определения’, Шестеренный насос —

Зубчатый насос с рабочими органами в виде шестерен, обеспечивающих геометрическое замыкание рабочей камеры и передающих крутящий момент.

Слово ‘шестерня’ в единственном числе этот ГОСТ не употребляет вообще, и определения понятия ‘шестерни’ также не содержит. Остается только попробовать вывести это определение из текста формулировки, от обратного:

Шестерни — рабочие органы зубчатого насоса, обеспечивающие геометрическое замыкание рабочей камеры и передающие крутящий момент.

Вывод — два рабочих органа, всегда работающих только в паре, этот ГОСТ называет шестернями, и их в единственном числе не бывает, как ножниц (если вынуть из насоса один рабочий орган, то он не станет шестерней, так как он один не может обеспечить геометрическое замыкание рабочей камеры и передавать крутящий момент согласно функции из ГОСТ 17398-72), а если их разобрать на две части, то каждая часть должна называться ‘половина шестерен’, а не ‘одна шестерня’, так же как ‘половина ножниц’, а не ‘одна ножница’.

При этом такие шестерни вообще не являются зубчатыми колесами, и не являются зубчатой передачей, в понимании ГОСТ 16530-83, потому что в этом случае, только один рабочий орган был бы шестерней, а второй бы стал колесом, и вместе они не назывались бы шестернями.

Тем самым эти шестерни, не те шестерни, которые зубчатые колеса в зубчатых передачах, а те шестерни, которые рабочие органы в зубчатом насосе.

Как говорится, почувствуйте разницу, и, как принято в технике, на чертежах и в спецификациях надо указывать — ‘1/2 шестерен по ГОСТ 17398-72’ или ‘шестерня по ГОСТ 16530-83’. И в речи тоже надо добавлять, мол ‘шестерни для зубчатых насосов‘, ‘ведущая/ведомая половина шестерен для зубчатых насосов‘ или ‘шестерня для зубчатых передач‘.

4) Так как согласно ГОСТ 17398-72 шестеренный насос это зубчатый насос с рабочими органами в виде шестерен. то эти рабочие органы лишь похожи на шестерни или зубчатые колеса, но таковыми не являются. И обсуждаемый термин всегда следует понимать так, как говорится в ГОСТ 16530-83 и в словарях.

5) В классической технической литературе, рабочие органы зубчатых насосов называли — зубчатки. И любые зубчатые колеса тоже называли зубчатками.

Зубчатки в зубчатой передаче, могли быть либо шестернями, либо колесами, в зависимости от того, какое положение они там занимают. А в реверсивных передачах с равными зубчатками, одни и те же зубчатки вообще могли быть то шестерней, то колесом, в зависимости от направления вращения.

Как видно, ни стандарт ни словарь впрямую не определяет шестерню, как деталь насоса, а только как звено зубчатой передачи, и даже исключают саму возможность существования двух шестерен в паре, так как в паре одинаковых зубчатых колес, только одна становится шестерней — ведущая.

Отсюда и возник вопрос к сообществу — как следовало бы называть рабочие органы зубчатого насоса, что бы не путать ‘шестерню’c ‘шестернями’, и ‘шестерни’ с ‘зубчатыми колесами’?

При том, что ГОСТы СССР реально уже не действуют в РФ на обязательных условиях.

Прошу высказываться, какое из приведенных мнений вы поддерживаете?

А для тренировки понимания глубины и сложности вопроса, сначала предлагаю решить задачку —

Является ли насос с рабочими органами, представляющими собой прямозубые колеса с зацеплением Новикова, ‘шестеренным насосом’, а пару этих колес — ‘шестернями’, в понимании ГОСТ 17398-72?