Зубья шестерен располагаются разными способами и имеют различную форму, в зависимости от чего различают шестерни цилиндрические и конические. Цилиндрические шестерни бывают с прямым или косым зубом. По способу зацепления цилиндрические шестерни бывают наружного или внутреннего зацепления. При помощи зубчатых колес можно выполнять следующее:
1) Передать вращение от одного вала к другому, как это показано на рис. 98.
Рис. 98. Передача вращения от одного вала к другому.
Вал и зубчатое колесо, от которого передается вращение, называется ведущими, а вал и зубчатое колесо, которым передается вращение, называются ведомыми. Для передачи движения необходимо, чтобы в системе было не менее двух зубчатых колес (шестерен или зубчаток).
При передаче движения между параллельными валами применяются цилиндрические шестерни, при наличии цепной передачи — зубчатки, а между валами, расположенными под углом, — конические шестерни.
2) Изменять направление вращения вала. В случае сцепления двух шестерен ведомая шестерня вращается в направлении, обратном вращению ведущей шестерни. Если в зацепление между ведущей и ведомой шестерней ввести третью, то направление вращения ведущего и ведомого валов не изменится.
Вообще, если в зацеплении находится четное число шестерен, то крайние шестерни вращаются в разных направлениях, а если в зацеплении нечетное число шестерен, то направление вращения крайних одинаковое (рис. 99).
Рис. 99. Передача вращения от одного вала к другому без изменения направления вращения.
При цепной передаче направление вращения зубчаток не изменяется.
3) Изменять скорость вращения валов (шестерен и зубчаток).
Зубчатые колеса могут быть различного диаметра. При движении каждый зуб ведущего колеса передвигает один зуб ведомого колеса. Поэтому, если число зубьев объединенных между собой зубчатых колес (шестерен или зубчаток) одинаковое, то и скорости вращения их одинаковые. Если же число зубьев соединенных между собой колес различное, то и скорости их вращения различные.
Из двух соединенных колес быстрее вращается колесо с меньшим количеством зубьев и, наоборот, колесо с большим количеством зубьев вращается медленнее.
Передаточное число зубчатых колес определяется делением числа зубьев ведомого колеса на число зубьев ведущего.
4) Изменять усилие, передаваемое с одного вала на другой. При соединенных зубчатых колесах полное усилие ведущего вала, развивающееся за один оборот, передается зубьям ведущего колеса, причем каждый зуб передает равную долю полного усилия.
Ведомое колесо каждым своим зубом воспринимает усилие одного зуба ведущего колеса. Поэтому, если число зубьев у колес одинаковое, то ведомое колесо за свой полный оборот воспринимает все усилие ведущего вала. Если число зубьев ведомого колеса меньше, т. е. если оно вращается быстрее, то оно за свой оборот воспримет не все усилие ведомого, а только часть его и во столько раз меньшую, во сколько у него меньше зубьев. Наоборот, если число зубьев у ведомого колеса больше, т. е. если это колесо вращается медленнее ведущего, то оно за свой оборот воспримет большее усилие, чем ведущее, так как получит его не от одного оборота, а от стольких оборотов, во сколько раз число его зубьев больше числа зубьев ведущего колеса. Таким образом, если ведомое колесо вращается быстрее, то передаваемое усилие уменьшается, а если оно вращается медленнее, то передаваемое усилие увеличивается.
На перечисленных свойствах шестеренчатых передач и основано действие коробки передач.
На рис. 100 приведена схема двухступенчатой коробки передач.
Рис. 100. Схема двухступенчатой коробки передач: 1 — промежуточный вал; 2 — ведущий первичный вал; 3 — шестерня первичного вала первой передачи; 4 — зубья торцового зацепления шестерни первичного вала; 5 — кулачковая муфте переключения; 6 — зубья торцового зацепления шестерни; 7 — шестерня второй передачи вторичного вала; 8 — вторичный вал; 9 — шестерня второй передачи промежуточного вала; 10 — шестерня первой передачи.
Первичный ведущий вал 2 коробки передач получает вращение от коленчатого вала двигателя. На первичном валу, как одно целое с ним, располагается шестерня 3, сцепленная с шестерней 10, которая с помощью шпонки закреплена на конусе промежуточного вала 1 коробки передач. Также на шпонке на втором конусе промежуточного вала насажена шестерня 9, постоянно сцепленная с шестерней 7, свободно сидящей на вторичном (ведомом) валу 8 коробки передач. Один конец вторичного вала 8 закреплен на первичном валу, а другой постоянно связан с задним колесом мотоцикла.