Использование зубчатых колёс (шестерён) со ступицами

Эти детали успешно применяются в механических передачах от приводов к исполнительному механизму. Передают мощность на другое зубчатое колесо или ремень (цепь).

Отличие от обычных монолитных шестерён в том, что ступица изготовлена из менее дорогого металла. Это нужно для более рационального использования материалов, и повышения ремонтопригодности.

Виды передач с использованием ступичных колес

Производятся три вида деталей механизмов:

• Колеса зубчатые – диски с зубчатым венцом по окружности. Форма зубьев прямая или прямоугольная, трапециевидная или косая. Качество зацепления достигается низкой шероховатостью с обработанной до большой чистоты поверхностью.
• Зубчатые рейки реализуют в оборудовании, чтобы передавать возвратно-поступательное движение. Пример – полозья в станках, раздвижных дверях, в заслонках сдвижного типа. Часто проходят термическую обработку (закаливание) на зубьях для износостойкости.
• Комплекты цепные для передачи на роликовые цепи одно, двух и трех рядные. Они выгодны там, где большие расстояния между осями, нужны меньшие, чем для ремней габариты, с высоким КПД передачи момента силы.

В зависимости от назначения, они изготавливаются из металлов и композитных материалов.

Особенности построения

Шестерня представляет собой колесо, по окружности которого нанесены зубья с определенным шагом, формой и размерами. Это необходимо для передачи усилий от привода на механизмы через другую деталь со встречно симметричными зубьями.

Учитывая нагрузки на зубья и постоянный износ во времени, для их изготовления выбирается дорогой износостойкий материал с повышенным ресурсом работы. Обод с зубьями обычно каленый. Для него применяют прочную инструментальную сталь или имеющую малое трение бронзу. Изготавливать всю шестерню из такого материала – значит перерасходовать элитный материал. Это приводит к повышенным затратам. Частично уменьшают материалоемкость колес, используя перед ободом радиальные спицы. Или вырезая в монолитном диске выборки материала (отверстия разной формы). Они уменьшают массу изделия (это тоже важно) и расход дорогого материала.

Но лучший выход – применение колес со ступицами. Та часть шестерни в ее центре, которая насаживается на вал привода или исполнительного механизма, производится отдельно. Ее выполняют из менее прочного и более дешевого материала. Внутренняя полость по центру ступицы насаживается на вал плотно, работая на трении, или удерживается вкладышем – шпонкой, другими способами. После этого такой цилиндр соединяют (сваривают) с ободом колеса. Или соединяются посредством спиц. Тело ступиц выполняют из чугунного литья, недорогих марок стали, прочных пластиков.

Как ступица сопрягается с валом

Применяют такие способы соединений:

• Расточные на месте. Деталь выливают меньшим диаметром, а на объекте точат (рассверливают) под нужный диаметр вала.
• Зажимного типа для разных диаметров.
• Проточка для типоразмеров вала. На месте соединение с допусками при помощи соединительных деталей – на шлицах или шпонках.

Шлицевое сопряжение – по типу шлиц-паз вдоль оси вала или втулки.

На шпонках – соединение легко разбирается. На валу есть паз с фиксированной длиной. В него вставляется выступающая над валом шпонка. Во втулке ступицы есть паз под шпонку.

Характеристики ступичных передач

Колеса зубчатые со ступицами нужны для ответственных механизмов в оборудовании и агрегатах, буровых установках, трансмиссиях на транспорте. Их монтируют там, где необходимо иметь:

• малую динамическую нагрузку по сравнению с другими сцеплениями;
• высокую способность к износу при нагрузках по ободу;
• продуктивность с высоким КПД;
• удобство в обработке и дальнейшем обслуживании.

Такие детали легко собираются, и не требуют особой точности при монтаже.

Использование ступичных колес с зубьями

Общее применение таких деталей затрагивает такие отрасли:

• Всех видов в машиностроении, судовом и автомобильном строении.
• Пищевой промышленности и сельского хозяйства.
• Горнодобывающей промышленности с грузоподъемными механизмами.
• Приводных систем для оборудования и агрегатов.
• Станкостроения и двигателестроения.
• Оборонного промышленного комплекса.
• Буровых установок, насосного оборудования.

Ступичные детали в цепных комплектах применяют в транспортных средствах – велосипедах, мотоциклах, автомобилях. В станках, где нужна качественная передача без потерь, как в ременных приводах. Это техника специальная и сельскохозяйственная – снегоуборщики, комбайны, оборудование на элеваторах.

Передачи с реек на ступичные колеса и наоборот чаще всего применяются в станках, где нужно поступательное перемещение с помощью полозьев станин и отдельных массивных блоков оборудования, производственных линий. Важное место такие приводы занимают в сдвижных механизмах, в том числе ворот и дверей. Еще одно массовое изготовление – для ручных механизированных или автоматизированных заслонок.

Преимущества ступичных шестерен

Они имеют выгодные отличия от цельных деталей:

• Важный плюс такого соединения – выбор типа и возможная замена. Можно отверстие для вала растачивать под нужный диаметр, или соединять быстро на шпонках. Может применяться и шлицевое соединение.
• Можно менять ступицу для другого типа соединения, или по износу, когда диаметр разбивается с появлением люфта.
• Ступицы отдельно от диска с зубчатым венцом приносят большую экономию. Из-за того, что на зубчатый венец идет дорогой материал, который нерационально расходуется в монолитных колесах.
• Высокая ремонтопригодность.

Колеса со ступицами легко собирать и разбирать. При необходимости можно заменить менее дорогую ступицу, когда износостойкий обод продолжает работать.