Червячная передача

Червяк напоминает винт. Его можно отнести к косозубым колесам, но угол винтовой линии обычно довольно большой (примерно равен 90 градусам) и его корпус достаточно протяженный в осевом направлении; и это те самые характеристики, которые придают ему винтообразные качества. Червяк обычно входит в зацепление с заурядно выглядящим дискообразным зубчатым колесом, который называют «шестеренкой», «колесом», «червячной шестеренкой», или же «червячным колесом». Главнейшее свойство сочетания червяка и червячного колеса – возможность получения высокого передаточного отношения с использованием очень малого числа деталей в небольшом рабочем пространстве. На практике, передаточные отношения у косозубых передач ограничены 10:1, в то время как у червячных они могут быть от 10:1 до 100:1, а иногда и 500:1. Между червячном колесом и червяком из-за большого угла винтовой линии последнего наблюдается значительное трение, что приводит к потерям, и КПД передачи обычно меньше 90%, а иногда и меньше 50%.

Отличие червяка от косозубого колеса наглядно проявляется, когда, по крайней мере, один зуб может удержаться на полном обороте по винтовой линии. В таком случае это червяк, иначе – косозубое колесо. Червяк может иметь несколько, и даже один зуб. Если зуб удерживается на нескольких полных оборотах по винтовой линии, то получается, что у червяка более одного зуба, однако это один и тот же зуб, растянутый по длине червяка. Червяки делятся на однозаходные и многозаходные.

В сочетании червяка и колеса, червяк всегда приведет в движение колесо. Но если попытаться привести в движение червяк, то это может и не получиться. Это вышеописанное свойство называется самоблокировкой. Самоблокировка может быть и преимуществом, например, когда требуется установить положение механизма поворотом червяка, и чтобы механизм его сохранял. Настроечные колеса струнных музыкальных инструментов работают сходным образом.

Рейка и шестерня

Рейка это зубчатый брусок или пруток, который можно считать зубчатым сектором с бесконечно большим радиусом кривизны. Вращающий момент может быть преобразован в линейную силу при зацеплении рейки с шестеренкой: она вращается, а рейка движется по прямой линии. Подобный механизм используется в автомобилях для преобразования вращения рулевого колеса в движение соединительных тяг вправо и влево. Рейкам также отводится важное место в геометрии зубчатого зацепления, где, к примеру, может быть точно определена форма зубьев взаимозаменяемого набора зубчатых колес для рейки бесконечного радиуса, а также вывести формы зубьев для колес определенных радиусов.

Профиль зуба

Как упоминалось в начале статьи, достижение постоянного отношения скоростей зависит от профиля зуба. Трение и износ работающих вместе зубчатых колес также зависят от профиля зуба. Существует великое множество профилей зубьев, которые дают постоянное отношение скоростей, и во многих случаях, выбирая произвольную форму зуба, можно разработать такой профиль зуба для сопряженного колеса, что получится постоянное отношение скоростей. Хотя в наше время повсеместно используются в основном два профиля с постоянным отношением скоростей. Это циклоида и эвольвента. Циклоидальный профиль был более распространен вплоть до конца первого десятилетия девятнадцатого века; c тех пор её значительно потеснила эвольвента, особенно при построении кинематических цепей приводов. Циклоида в некотором роде более интересная и «гибкая» форма; хотя эвольвента имеет два преимущества: она легче в изготовлении и допускает смещение центров зубчатых колес в некоторых границах без потери постоянства отношения скоростей. Циклоидальные зубчатые колеса работают соответствующим образом только если расстояние между центрами в точности правильное. Они до сих пор применяются в механических часах.