Сравнение с другими приводными механизмами

Определенное отношение скоростей, как следствие наличия зубьев, дает зубчатым передачам преимущество над другими приводами (такими, как фрикционные и клиноременными) в точных механизмах, таких как часы, которые основаны на точном отношении скоростей.

В случаях, когда источник движения и его приемник в непосредственной близости друг от друга, зубчатые колеса также имеют преимущество над другими приводами благодаря малому числу необходимых деталей; обратная сторона заключается в том, что зубчатые колеса более дороги в изготовлении и необходимость в смазке повышает стоимость эксплуатации.

Редуктор это не усилитель или сервомеханизм. Закон сохранения энергии определяет, что количество энергии, выдаваемое выходным зубчатым колесом или валом, никогда не превышает энергию, приложенную к входному колесу, вне зависимости от передаточного отношения. Работа равна произведению силы и пройденного пути, поэтому небольшому зубчатому колесу необходимо покрыть большее расстояние в процессе, и воздействовать с большей крутящей силой или вращающим моментом, чем это было бы в случае, если зубчатые колеса были бы одного размера. Также имеет место некоторая потеря выходной мощности вследствие трения. Используя качественные хорошо смазанные зубчатые колеса промышленного производства, сделанные в соответствии с запросами рынка, можно добиться снижения потерь энергии до двух процентов и ниже.

Прямозубые цилиндрические колеса

Прямозубые цилиндрические колеса наиболее простой, и по всей видимости, наиболее распространенный тип зубчатого колеса. Их основная форма – цилиндр или диск (диск это всего лишь короткий цилиндр). Зубья выступают радиально, и у этих «прямо нарезанных колес» образующие поверхности зуба расположены параллельно оси вращения. Данные зубчатые колеса зацепляются подобающим образом, только если они установлены на параллельных валах.

Косозубые цилиндрические колеса

Косозубые цилиндрические зубчатые колеса – усовершенствование по сравнению с прямозубыми. Образующие зубьев не параллельны оси вращения, а расположены под углом. Так как колесо круглое, то отклонение на угол вызывает то, форма зуба представляет собой участок винтовой линии. Расположенный под углом зуб входит в зацепление постепенно, в отличие от прямого. Это приводит к тому, что косозубые колеса работают более плавно и тихо, чем прямозубые. Косозубые колеса допускают возможность использования непараллельных валов. Пара косозубых колес может зацепляться при двух способах ориентации валов: либо по сумме, либо по разности углов зубьев колес. Эти конфигурации еще называются параллельной и скрещивающейся соответственно. Параллельная более традиционна. При ней винтовые линии пары сцепленных зубьев соприкасаются на общей касательной, и контакт между зубьями проходит (в общем случае) по кривой на некотором участке их длины. В скрещивающейся конфигурации винтовые линии не соприкасаются по касательным, и между поверхностями зубьев контакт происходит в точке. Из-за небольшой площади контакта, скрещивающиеся косозубые колеса могут быть использованы только при слабых нагрузках.

Достаточно часто косозубые колеса входят в пары, где угол винтовой линии одного колеса противоположен по знаку углу другого; их можно назвать колесами с правой и левой винтовыми линиями равных углов. Если подобная пара сцепляется параллельно, то два равны, но противоположных угла дадут ноль: угол между валами равен нулю, значит, валы параллельны. Если пара сцепляется «накрест», то угол между валами будет равен удвоенному значению угла их винтовых линий.

Следует отметить, что «параллельные» косозубые колеса не нуждаются в параллельных валах – так получается, только если углы их винтовых линий равны по модулю, но противоположны по знаку. Здесь имеется в виду параллельность (квази-параллельность) зубьев, а не положение валов.

Как отмечалось в начале параграфа, косозубые колеса работают более плавно, чем прямозубые. Когда колеса параллельные, каждая пара зубьев сначала входит в контакт в одной точке на одной стороне зубчатого колеса; движущаяся кривая контакта на поверхности зуба постепенно увеличивается. Вплоть до всей ширины зуба в некоторой момент времени. Наконец, она убывает до того момента, когда зубья теряют контакт в единственной точке на противоположной стороне колеса. Таким образом, сила распределена равномерно. В случае с прямозубым колесом ситуация иная. Когда пара зубьев сходится, немедленно возникает линия контакта по всей длине зуба. Это вызывает ударную нагрузку и шум. Прямозубые колеса на высоких скоростях производят характерный «жалобный вой» и не способны к передачи таких же больших моментов, как косозубые, из-за того, что их зубья воспринимают ударную нагрузку. Тогда как прямозубые колеса используются при небольших скоростях и когда можно подавить шум (а косозубые требуются, когда заложены высокие скорости, мощности или требуется снижение шума). Скорость считается высокой, когда скорость по делительной окружности (окружная скорость) превышает 5000 футов в минуту¹. Недостатки косозубых колес - в возникающем давлении вдоль оси колеса, которое необходимо уравновесить установкой радиально-упорного подшипника, а также в повышенном трении скольжения между входящими в зацепление зубьями, из-за чего часто прибегают к специальным присадкам в смазку.