Различия зубчатых колес и шестерней

Вопрос «в чем разница между шестерней и зубчатым колесом» не праздный. С одной стороны продавцы и производители повсеместно используют оба термина для обозначения идентичных узлов оборудования не делая между ними различий. С другой, существуют эксперты, которые считают, что эти понятия описывают разные детали.

Определение

Шестерня и/или зубчатое колесо — ключевые элементы классической зубчатой передачи, механизма, предназначенного для распределения усилия (крутящего момента) между парой вращающихся дисков. Классический образец такого устройства — цилиндрическая зубчатая передача с внешним зацеплением.

В современном машиностроении данный механизм активно используется для передачи мощности измеряемой как долями (например, в наручных часах), так и тысячами киловатт (горнодобывающая техника, судовые установки), с диаметром дисков от нескольких миллиметров до метров, в различном конструктивном исполнении (со ступицей и без ступицы).

Сцепление деталей обеспечивают зубья, расположенные на радиальной плоскости изделия. Их число на каждом колесе пары варьируется в зависимости от назначения узла. Разница в количестве определяет крутящий момент и служит главным фактором преобразования оборотов на входе и выходе устройства. Диапазон величины передаточного отношения может составлять сотни и даже тысячи зубьев.

А теперь главное:

• зубчатое колесо, движение которого инициируется внешними силами, называют ведущим, оно передает крутящий момент, а диск, принимающий нагрузку — ведомым.

Сторонники разделения понятий считают, что шестерня — это ведущий элемент, а зубчатое колесо — ведомый. Другими словами: различие в терминологии определяет функциональную роль звена в механизме. При этом, даже если обе части имеют идентичную конструкцию, шестерней называют деталь с меньшим числом зубьев.

В то же время, существует ГОСТ 16530-83 (Передачи зубчатые), который позволяет считать оба термина синонимами. В нем шестерня определяется, как ведущее зубчатое колесо (в схеме с равным числом зубьев обоих элементов) либо, колесо с меньшим количеством зубьев.

Сравнение элементов

Обобщение элементов по внешним и механическим признакам демонстрирует следующую картину:

• детали нередко полностью взаимозаменяемы, имеют одинаковую конструкцию и назначение — передачу мощности или кинетической энергии;
• некоторые конфигурации (например, цилиндрические шестерни с прямой линией зуба) могут служить как ведомым, так и ведущим элементом пары;
• разновидности профиля зубьев (прямой, косой, шевронный, круговой) и форма диска применяются в равной степени к обеим деталям;
• конфигурация — оба элемента могут как иметь ступицу для передачи усилия, так и не иметь;
• изготавливаются из одних тех же материалов — стали и сплавов, полимеров, композитов.

Различия же, на которых базируется аргументация части профессиональной среды, выглядят так:

• шестерня — универсальный элемент, используемый в механизмах любой конструкции, зубчатые колеса предназначены только для сложных узлов;
• колесо с зубьями может применяться для решения технических задач без шестерни, а шестерня всегда работает в паре;
• в отличие от шестерни, зубчатые колеса характеризуются большим диаметром, что позволяет использовать их с меньшими ограничениями по мощности систем.

Исходя из приведенных доводов можно сделать очевидное заключение: рабочий потенциал обеих деталей одинаков, а различия, которые им приписывают, исключительно формальны.

Вывод

Большинство профессионалов соглашаются, что термины «шестерня» и «зубчатое колесо» — синонимы, обозначающие одну и ту же деталь. Если и существует разница между ними, то это роль, которую они исполняют в конкретном механизме. По нашему мнению, ответ на вопрос в начале текста, будет звучать так: любая шестерня может быть зубчатым колесом, но не каждое колесо может быть шестерней.