Важная роль зубчатых колес в обрабатывающей промышленности и их будущее развитие
2026-01-05
Шестерня — это механический компонент с зубцами по краю, которые непрерывно взаимодействуют друг с другом для передачи движения и мощности. Применение шестерен в системах передачи появилось на раннем этапе. В конце XIX века принцип резки и последующая разработка специализированных станков и режущих инструментов, использующих этот принцип, привели к появлению зуборезки. С развитием производства все большее значение приобретала бесперебойная работа зубчатых механизмов.
Происхождение
На Западе еще в 300 году до нашей эры древнегреческий философ Аристотель в своем труде «О механических проблемах» затронул тему передачи вращательного движения с помощью бронзовых или чугунных шестерен. Во время промышленной революции XVIII века технология производства шестерен быстро развивалась, что привело к активным исследованиям в этой области. В 1733 году французский математик Ками опубликовал основные законы, регулирующие зацепление зубьев шестерен. В 1765 году швейцарский математик Эйлер предложил использовать эвольвентные кривые в качестве профилей зубьев. К 1955 году С. Н. Новиков провел обширные исследования круговых дуговых зубчатых колес, что позволило внедрить их в производство. Эти зубчатые колеса обладают высокой несущей способностью и эффективностью, хотя они по-прежнему менее доступны в производстве, чем эвольвентные зубчатые колеса, и требуют дальнейшего усовершенствования.
Развитие зубчатых колес в китайской промышленности
Ситуация
По сравнению с развитыми странами, сектор производства зубчатых колес в Китае по-прежнему сталкивается с рядом проблем, в том числе недостаточным потенциалом в области независимых инноваций, низкими темпами разработки новых продуктов, беспорядочной рыночной конкуренцией, слабым управлением предприятиями, низким уровнем информатизации и необходимостью повышения общего уровня квалификации рабочей силы. На данном этапе отрасль производства зубчатых колес должна усилить концентрацию сектора посредством рыночной конкуренции и консолидации, сформировав группу крупных, средних и малых предприятий с активами, оцениваемыми соответственно в миллиарды, сотни миллионов и десятки миллионов юаней. Путем проектирования и разработки продуктов с независимыми правами интеллектуальной собственности следует создать группу ведущих предприятий в области систем привода автомобилей (коробки передач, приводные оси). Следует использовать вспомогательные возможности этих ведущих предприятий для интеграции возможностей и ресурсов зубчато-ременной промышленности. Это позволит обеспечить специализированную сетевую поддержку цепочки поставок, способствуя развитию многочисленных уникальных предприятий со специализированными процессами, уникальными продуктами и возможностями быстрого реагирования. Кроме того, технологические усовершенствования должны способствовать преобразованию предприятий по производству зубчатых колес в современные предприятия.
Самые ранние применения зубчатых колес
Развитие
Развитие машиностроительной отрасли в 2012 году может следовать схеме «более медленный рост в первом полугодии, более сильный рост во втором полугодии, с умеренным общим расширением». Замедление роста отрасли, наблюдавшееся в четвертом квартале 2012 года, по всей видимости, сохранится и в текущем году. Во второй половине года постепенное внедрение национальных политик по расширению внутреннего спроса, развитие стратегических новых отраслей промышленности и начало реализации национального «Плана трех основ» несомненно приведут к подъему сектора производства современного оборудования, что станет движущей силой новой волны роста во всей отрасли производства зубчатых колес. Прогнозируется, что выручка от продаж в секторе производства зубчатых колес увеличится более чем на 10 %, а рост экспорта может достичь 15 %.
Цель и сфера применения
Пластиковые шестерни
С развитием науки шестерни постепенно перешли от металла к пластику. Этот сдвиг обусловлен тем, что пластиковые шестерни обладают превосходной смазывающей способностью и износостойкостью. Они могут снизить шум, сократить затраты и минимизировать трение.
Автомобильные шестерни
В Китае используется широкий спектр марок стали для изготовления зубчатых колес в средних и тяжелых грузовиках, в первую очередь для удовлетворения требований, связанных с внедрением передовых зарубежных автомобильных технологий того времени. В 1950-х годах, наряду с приобретением технологии производства советских средних грузовиков (а именно оригинальной модели грузовика Jiefang) у Лихачева Автомобильного Завода в бывшем Советском Союзе, Китай также внедрил марку стали 20CrMnTi, используемую в Советском Союзе для производства автомобильных зубчатых колес.
Металлургические шестерни
Основные шестерни, изготовленные методом порошковой металлургии: Шестерни, изготовленные методом порошковой металлургии, представляют собой высокотехнологичное решение для обработки с низким уровнем образования стружки или без образования стружки.
Наименования компонентов вспомогательной категории: автомобильный двигатель; распределительный вал, шкив коленчатого вала, водяной насос, шкив масляного насоса, ведущие и ведомые шестерни, ведущие и ведомые звездочки, кулачки, крышки подшипников, коромысла, втулки, упорные пластины, направляющие клапанов, седла впускных и выпускных клапанов; автомобильная коробка передач; различные высокоскоростные/низкоскоростные синхронизаторы и узлы, шестерни сцепления, кулачки, распределительные валы, вилки переключения, рычаги переключения, втулки, направляющие блоки, синхронизационные кольца.
Компоненты мотоциклов; ведомые шестерни и узлы, звездочки, собачки стартера, храповые механизмы, звездообразные колеса, двойные шестерни, холостые шестерни, переключатели передач, толкатели, втулки, подшипники скольжения, центрирующие втулки, ведомые диски, седла впускных и выпускных клапанов.
Масляные насосы для автомобилей и мотоциклов; различные шестерни и втулки масляных насосов, различные роторы масляных насосов, кулачковые кольца Амортизаторы для автомобилей и мотоциклов: различные поршни, нижние седла клапанов, направляющие седла Компрессоры: различные поршни, блоки цилиндров, головки цилиндров, клапанные пластины, уплотнительные кольца Продукция для сельскохозяйственной техники: различные втулки, роторы, подшипники.
Прочее: распределительные шестерни, планетарные шестерни, диски внутренних шестерен, композитные внутренние шестерни, различные гайки из нержавеющей стали, магнитные полюса.
Отображение передач двигателя
Спецификация материала — 30CrNiMo8
В немецком стандарте DIN 30CrNiMo8 является закаленной и отпущенной сталью, эквивалентной китайской 30Cr2Ni2Mo.
Характеристики: Обладает высоким пределом текучести, прочностью на разрыв и усталостной прочностью, а также достаточной пластичностью и вязкостью.
Методы плавки: для плавки обычно используются электродуговые печи и кислородные доменные печи с верхней подачей кислорода. Для более высоких требований к качеству используются такие процессы очистки, как очистка в ковше, электрошлаковая переплавка, вакуумная обработка, плавка в вакуумной индукционной печи или двойная вакуумная плавка, с последующей соответствующей термообработкой.
Химический состав: Углерод C (0,26–0,34) Кремний Si (0,4) Марганец Mn (0,3–0,6) Фосфор P (0,035) Сера S (0,035) Хром Cr (1,8–2,2) Молибден Mo (0,3–0,5) Никель Ni (1,8–2,2)
Конкретные области применения: широкий спектр, включая химические емкости высокого давления, подверженные частым колебаниям давления, а также напорные трубопроводы, пластиковые формы и критически важные конструктивные элементы. Например, в главных валах ветровых турбин FD70A и FD77A, производимых компанией Dongfang Turbine Works, используются высококачественные поковки из легированной стали (30CrNiMo8).
Структурная классификация
Как правило, к ним относятся профиль зуба, корень зуба, торцевая поверхность, боковая поверхность, окружность вершины зуба, окружность корня зуба, базовая окружность и окружность шага.
Зубья: обычно называемые зубцами, это выступающие элементы на каждой шестерне, предназначенные для зацепления. Обычно расположенные в радиальном порядке, зубья на сопрягаемых шестернях входят в зацепление друг с другом, позволяя шестерням работать в режиме непрерывного зацепления.
Промежуток между зубьями: пространство между двумя соседними зубьями на шестерне; Торцевая поверхность: плоскость, перпендикулярная оси цилиндрической шестерни или цилиндрического червяка.
Торцевая поверхность: плоская поверхность на обоих концах зубчатого колеса.
Лицевая сторона: плоскость, перпендикулярная профилю зубьев шестерни.
Верхний круг зуба: круг, на котором лежат вершины зубов.
Корневой круг: круг, на котором лежит дно канавки.
Базовый круг: круг, чья генерирующая линия подвергается чистому качению, образуя эвольвентную кривую.
Круг зацепления: эталонный круг, используемый для расчета геометрических размеров зубчатого колеса в пределах торцевой поверхности.
Метод обработки
Существует два основных метода изготовления эвольвентных зубчатых колес: один из них — метод формового резания, при котором зубья зубчатого колеса фрезеруются с помощью формового резака, по сути «копируя форму». Другой — метод генерации (также известный как эвольвентный метод).
(1) Фрезерование зубчатых колес на зубофрезерном станке: Возможность обработки косозубых зубчатых колес с модулем 8 или менее.
(2) Фрезерование зубчатых колес на фрезерном станке: возможность обработки цилиндрических зубчатых колес
(3) Фрезерование зубчатых колес: возможность обработки внутренних зубьев
(4) Холодная формовка зубьев: может быть достигнута посредством обработки без стружки.
(5) Фрезерование зубчатых колес: Возможность обработки больших зубчатых колес с модулем 16.
(6) Прецизионные литые шестерни: возможность массового производства недорогих небольших шестерен
(7) Шлифование зубчатых колес на зубошлифовальном станке: умение обрабатывать зубчатые колеса на прецизионных станках.
(8) Литые шестерни, изготовленные на литьевом прессе: в основном обработанные шестерни из цветных металлов.
(9) Зубошлифовальный станок: металлорежущий станок, используемый для чистовой обработки зубчатых колес.
Будущие приложения
В будущем разработка редукторов будет сосредоточена на тяжелых нагрузках, высоких скоростях, высокой точности и высокой эффективности, при этом будет стремиться к компактным размерам, легкой конструкции, увеличенному сроку службы и экономичной надежности.
Стали, обычно используемые для изготовления зубчатых колес, включают закаленную и отпущенную сталь, закаленную сталь, цементированную и закаленную сталь, а также азотированную сталь. Литой сталь обладает немного меньшей прочностью, чем кованая сталь, и часто используется для изготовления зубчатых колес больших размеров; серый чугун имеет худшие механические свойства и может использоваться в открытых зубчатых передачах с небольшой нагрузкой; Дуктильный чугун может частично заменить сталь в производстве зубчатых колес; пластиковые зубчатые колеса в основном используются в низконагруженных системах, требующих низкого уровня шума, причем их сопряженными компонентами обычно являются стальные зубчатые колеса, обладающие хорошей теплопроводностью.
Развитие теории и технологий производства зубчатых колес позволит более глубоко изучить механизмы повреждения зубьев, что станет основой для создания надежных методов расчета прочности и обеспечит теоретическую базу для повышения несущей способности зубчатых колес и продления срока их службы. Это включает в себя разработку новых профилей зубьев, представленных в виде дугообразных форм, исследование новых материалов для зубчатых колес и инновационных технологий производства, исследование упругой деформации, допусков на изготовление и установку, а также распределения температуры внутри зубчатых колес; внедрение модификаций профиля зубьев для повышения плавности работы; увеличение площади контакта зубьев в условиях полной нагрузки для повышения несущей способности.
