Зубчатые передачи используются человечеством давно, такой способ сообщения энергии вращения является самым распространенным в механике.
Эти механизмы передают движение от одного вала другому, обычно с изменением частоты оборотов за единицу времени. Средством зацепления и непосредственными элементами сообщения движения служат либо колеса, либо рейки с нарезанными на их рабочих поверхностях углублениями и выступами особой формы.
Из двух круглых элементов, взаимодействующих в передаче, один, большего диаметра, принято называть колесом, а второй – шестерней, хотя, в сущности, они оба представляют собой зубчатые колеса.
В зависимости от того, ставится ли в редукторе задача увеличения скорости вращения или, напротив, снижения, ведущим бывает либо колесо, либо шестерня.
Современные конструкционные материалы позволяют создавать зубчатые передачи, способные успешно трансформировать мощность до 36 миллионов Ватт.
Требования к механизмам различны, поэтому и разнообразие форм зубчатых зацеплений очень велико. Оси вращения могут быть параллельными, скрещивающимися или пересекающимися, в зависимости от этого существуют цилиндрические, винтовые, червячные или конические зубчатые передачи. Особенностью последних является способность сообщать вращение валу, расположенному под прямым углом по отношению к ведущей оси. Эта возможность часто нужна в самых различных механизмах, например, передача механической энергии от карданного вала автомобиля к ведущим колесам осуществляется именно по такой кинематической схеме.
Чаще всего коническая зубчатая передача имеет прямые зубья радиальной нарезки (тангенциальные). Если ведущая и ведомая ось не пересекаются, то такой редуктор называют гипоидным. Применение подобных механизмов в конструкции заднего моста вызвано стремлением разработчиков сделать ниже общий центр тяжести автомобиля для придания ему большей устойчивости.
Кроме прямозубых, используются и другие зубчатые передачи, например со спиралевидной нарезкой.
Кроме этого, конические передачи дают возможность сообщения вращения не только под прямым, но и практически под любым другим углом, тупым или острым.
Технология изготовления конических зубчатых колес примерно такая же, как и цилиндрических, но заготовка имеет довольно сложную форму. Она состоит как бы из двух усеченных конусов с общим большим основанием на одной оси. Образующие конусов находятся под прямым углом. Профиль зубьев хорошо виден с нерабочей стороны конического колеса, при этом ширина зуба уменьшается от периферии к центру. Материалом изготовления служит специальная сталь, стойкая к износу и очень твердая.
Профиль нарезки представляет собой линию эвольвенты, такая форма обеспечивает наиболее плавное вращение, равномерность износа и максимальное распределение механического напряжения в момент соприкосновения зубьев.
Зубчатые передачи с переменной по длине формой профиля сложны в изготовлении, и для их получения используются станки с программным управлением.
