Механизм, предназначенный для передачи вращательного движения от одного вала к другому с помощью находящихся в зацеплении зубчатых колес, называют зубчатой передачей.

Зубчатые передачи

Механизм, предназначенный для передачи вращательного движения от одного вала к другому с помощью находящихся в зацеплении зубчатых колес, называют зубчатой передачей.

Рис.1

Зубчатые передачи являются самыми распространенными в машиностроении (автомобили, тракторы, самолеты, станки, приспособления и др.).

Достоинства:

Ï малые габариты;

Ï возможность передачи вращательного движения любых мощностей;

Ï высокая надежность и долговечность;

Ï высокий к.п.д. – 0,97-0,99 – при высокой точности изготовления и монтаже, смазке. При невыполнении этих условий к.п.д. может снижаться на 40%;

Ï постоянство передаточного отношения;

Ï простота обслуживания;

Ï сравнительно малые нагрузки на валы и подшипники;

Ï могут изготавливаться из любых материалов;

Недостатки:

Ï Относительно высокие требования к точности изготовления и монтажу;

Ï Ограниченность передаточного отношения для одной пары

Ï ίmax= 12.5;

Ï При низком качестве изготовления и монтажа является источником вибрации и шума;

Ï Плохо воспринимают ударные нагрузки;

Меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней,

большее – колесом. Параметр шестерни – индекс 1, колеса -2.

Классификация зубчатых передач

1) В зависимости от взаимного расположения геометрических осей валов зубчатые передачи бывают:

Цилиндрические – оси валов параллельны	Конические – оси валов пересекаются, т.е. вращающий момент передается под углом
Винтовые – оси валов перекрещиваются, имеют низкую нагрузочную способность, но повышенное скольжение	Реечные – для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Рейку можно рассматривать как колесо, число зубьев которого Z→¥

2) В зависимости от расположения зубьев на ободе колес:

Прямозубые – в которых образующие боковых поверхностей параллельны образующим делительного цилиндра;	Косозубые – применяются при высокой скорости и точности изготовления;
Шевронные – косозубые сдвоенные;	Криволинейные;

3) В зависимости от формы профиля зуба передачи бывают:

Ï эвольвентные (зацепление не нарушается при изменении межосевого расстояния), является наиболее распространенным (Рис.3.1);

Рис.3.1 Рис.3.2 Рис.3.3

Ï с зацеплением Новикова, является круговинтовой системой зацепления (Рис.3.2 Рис.3.3);

Ï циклоидальные – чувствительны к изменению межосевого расстояния;

4) В зависимости от взаимного расположения колес передачи бывают:

Внешнего – наиболее распространенное, вращение колес в разные стороны;

Внутреннего зацепления, вращение колес в одном направлении, но затруднительное расположение осей валов;

5) В зависимости от конструктивного исполнения:

Ï открытые - смазка консистентная, периодическая или без смазки, передачи не защищены от влияния внешней среды, защитный кожух;

Ï закрытые – в корпусе, смазка жидкая, окунанием.

Основные элементы эвольвентного зацепления

1) Окружной шаг зубьев – Р – это расстояние между одноименными сторонами двух соседних зубьев, взятое по дуге делительной окружности. Для пары зубчатых колес шаг должен быть одинаковым;

2) Модуль зубьев – m – это часть диаметра делительной окружности, приходящаяся на один зуб. Для пары зубчатых колес шаг должен быть одинаковым;

Для обеспечения взаимозаменяемости зубчатых колес, значения модулей стандартизированы: 1; 1,125; 1,25; 1,375; 1,5; 1,75; 2; 2,25; 2,5; 2,75; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25.

3) Основные геометрические соотношения прямозубой цилиндрической передачи с внешним зацеплением.

3.1) Передаточное отношение (z ³ 17):

где

n1 – число оборотов шестерни	n2 - число оборотов колеса;
z1 – число зубьев шестерни;	z2 – число зубьев колеса;
d1 – делительный диаметр шестерни	d2 - делительный диаметр колеса;

3.2) Делительный диаметр шестерни:

d₁ = m ´ z₁ (мм)

3.3) Делительный диаметр колеса:

d₂ = m ´ z₂ (мм)

3.4) Параметры зуба:

верхняя часть зуба ha = m;

нижняя часть зуба h_f = 1.25m;

0.25m – радиальный зазор

высота зуба h_a + h_f = 2.25m;

3.5) Диаметр вершин шестерни:

da₁ = d₁ + 2m (мм);

3.6) Диаметр вершин колеса:

da₂ = d₂ + 2m (мм);

3.7) Диаметр впадин шестерни:

d_f1 = d₁ - 2´1.25m (мм);

3.8) Диаметр впадин колеса:

d_f2 = d₂ - 2´1.25m (мм);

3.9) Межосевое расстояние:

A = 0.5 (d₁ + d₂) (мм)

Влияние числа зубьев шестерни на форму и прочность зубьев

Для уменьшения габаритов зубчатой передачи применяют шестерни с малым числом зубьев.

Изменение числа зубьев приводит к изменению формы зуба.

У рейки с Z →¥ - зуб прямобочный.

С увеличением z₁ повышается плавность передачи и возрастает К.П.Д.

С уменьшением числа зубьев шестерни z₁ увеличивается кривизна эвольвентного профиля, а толщина зуба у основания и у вершины уменьшается.

При дальнейшем уменьшении z₁ ниже предельного (z_{1 =} 17зубьев) происходит подрез ножки зуба режущей кромкой инструмента, в результате чего прочность зуба резко снижается, уменьшается длина рабочего участка профиля, возрастает износ.

Поэтому z_1ш ³ 17 зубьев.

Для редукторов - z₁ = 20-30 зубьев;

Материалы для изготовления зубчатых колес

Основными требованиями к материалам для изготовления зубчатых колес являются:

Ï прочность общая и поверхностная;

Ï выносливость зубьев при изгибе;

Ï стойкость к заеданию;

Этим требованиям соответствуют термически обработанные стали, которые подвергаются нормализации, закалке, улучшению (закалка с высоким отпуском), цементации, азотированию.

Стальными заготовками являются поковки, изготовленные из проката или литья, т. к. зубчатые колеса относятся к ответственным передачам.

К ним относятся:

Ï углеродистая сталь – 35, 45, 50;

Ï легированная сталь – 15Х, 20Х, 35Х, 40Х, 50Г;

Ï стальное литьё – 35Л, 45Л, 55Л;

А также:

Ï заготовки из серого чугуна – СЧ150-320; СЧ180-360 – применяют в тихоходных передачах;

Ï заготовки из неметаллических материалов – текстолита, капролона и других для работы с металлическими колесами с целью уменьшения шума.

Зубья с твердостью < НВ350 допускают чистовое нарезание после термообработки с высокой точностью.

Зубья с твердостью > НВ350 нарезаются до термообработки, т.к. они плохо обрабатываются после термообработки (например, цементация может вызвать коробление зубьев). Зубчатые передачи высокой твердости применяются в малогабаритных передачах, они передают высокую мощность.

Соотношение твердости рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса не может быть выбрано произвольно:

если твердость рабочих поверхностей зубьев колеса £ 350, то в целях долговечности зубьев, ускорения их прирабатываемости и повышения сопротивляемости заеданию, твердость рабочих поверхностей зубьев шестерни на НВ 20-50 МПа больше твердости зубьев колеса.

Точность зубчатых передач

При изготовлении зубчатых передач неизбежны погрешности, которые выражаются в отклонениях шага, соосности колес, направления зубьев, межосевого расстояния и т. д. Эти погрешности приводят к повышенному шуму во время работы и преждевременному разрушению передачи.

Точность регламентируется стандартами:

6-ая степень – соответствует высокоточным скоростным передачам;

7-ая степень – соответствует точным скоростным передачам;

8-ая степень – соответствует передачам средней точности;

9-ая степень – соответствует тихоходным передачам пониженной точности.

Потери мощности в зубчатых передачах складываются из потерь на трение в зацеплении и на трение в подшипниках.

Потери в зацеплении зависят от точности изготовления, способа смазывания и числа зубьев колес.

Косозубые и шевронные зубчатые передачи

Косозубые и шевронные зубчатые передачи применяются в быстроходных передачах, они прочнее прямозубых, так как имеют большую длину контакта, менее шумные. Недостатком косозубой передачи является наличие осевой силы, которая стремиться сдвинуть колесо вдоль оси вала.

Сдвоенные косозубые – шевронные - не имеют этого недостатка, они работают более плавно, зубья обладают большей прочностью, поэтому они могут передавать большие мощности при высоких окружных скоростях, особенно шевронные зубчатые колеса, имеющие проточку.

У косозубых колес наклон зубьев - b» 8-20⁰;

У шевронных колес наклон зубьев - b» 25-40⁰;

К недостаткам относится высокая стоимость изготовления.

Конические зубчатые передачи

Применяются в передачах, когда необходимо передать вращающий момент под углом, наибольшее распространение получили передачи под углом 900.

Колеса представляют собой усеченные конусы, вершины которых пересекаются в точке О, в точке пересечения осей валов.

На боковых поверхностях конусов находятся зубья, размеры которых (толщина и высота) уменьшаются по направлению к вершине конусов.

Эта передача сложней цилиндрической в изготовлении и монтаже. Пересечение осей затрудняет расположение опор валов, поэтому одно из колес (шестерня) располагается консольно, что приводит к неравномерному распределению нагрузки по длине зуба.

Выполнить коническое колесо с той же степенью точности труднее, чем цилиндрическое, наличие осевых сил в передаче усложняет конструкции опор. Не смотря на это конические зубчатые передачи, имеют широкое распространение.

Конические зубчатые передачи проектируются сравнительно небольших мощностей из-за консольного расположения шестерни, с передаточным отношением u £ 3,5, η = 0,95-0,98 при передаче полной мощности и достаточной смазке.

Конические зубчатые передачи изготавливают с прямыми, косыми и криволинейными зубьями.

Зубчатые передачи в делительном приспособлении

2,3 – Червячная передача;

4 - Цилиндрическая прямозубая передача;

5 - Коническая прямозубая передача;

7 - Цилиндрические прямозубые передачи;

Методы изготовления зубчатых колес

а,б) червячной фрезой;

в) дисковой модульной фрезой;

г) дисковой модульной фрезой – модуль более 20 мм.

Дата добавления: 2015-08-29