Конические зубчатые передачи — устройство, параметры, применение

Цилиндрическая зубчатая передача

Зубча́тая переда́ча — это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса.

Назначение:

• передача вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся и скрещивающиеся оси.
• преобразование вращательного движения в поступательное, и наоборот.

При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев. Шестернёй принято называть меньшее из зубчатых колёс находящееся в зацеплении (меньшее по диаметру колёса). Большее колесо называют зубчатым колесом.

Обычно число зубьев на сопряжённых зубчатых колёсах стремятся делать взаимно простым, что обеспечивает бо́льшую равномерность износа: в этом случае каждый зуб одного колеса будет по очереди работать со всеми зубьями другого колеса.

Основы теории зацепления

Боковые грани зубьев, соприкасаю­щиеся друг с другом во время враще­ния колес, имеют специальную кри­волинейную форму, называемую про­филем зуба. Наиболее распространен­ным в машиностроении является эвольвентный профиль(рис. 175).

Рис. 175

Придание профилям зубьев зубча­тых зацеплений таких очертаний не является случайностью. Чтобы зубья двух колес, находящихся в зацепле­нии, могли плавно перекатываться один по другому, необходимо было вы­брать такой профиль для зубьев, при котором не происходило бы перекосов и защемления головки одного зуба во впадине другого.

На рис. 176 изображена пара зубчатых колес, находящихся в зацепле­нии. Линия, соединяющая центры колес О1 и О2 называется линией центров или межосевым расстоянием — aw.

Рис. 176

Точка Р касания начальных окружностей dW1 и dW2 — полюс — все­гда лежит на линии центров. Начальными называются окружнос­ти, касающиеся друг друга в полюсе зацепления, имеющие общие с зуб­чатыми колесами центры и перекатывающиеся одна по другой без сколь­жения.

Если проследить за движением пары зубьев двух колес с момен­та, когда они впервые коснутся друг друга до момента, когда они выйдут из зацепления, то ока­жется, что все точки касания их в процессе движения будут лежать на одной прямой NN. Прямая NN, проходящая через полюс за­цепление Р и касательная к ос­новным* окружностям db1, db2, двух сопряженных колес, назы­вается линией зацепле­ния. Отрезок ga линии зацепле­ния, отсекаемый окружностями выступов сопряженных колес, — активная часть линии зацепле­ния, определяющая начало и ко­нец зацепления пары сопряжен­ных зубьев.

Линия зацепления представ­ляет собой линию давления со­пряженных профилей зубьев в процессе эксплуатации зубча­той передачи.

Угол ?w между линией зацеп­ления и перпендикуляром к ли­нии центров O1О2 называется углом зацепления. В основу профилирования эвольвентных зубьев и инструмента для их на­резания положен стандартный по ГОСТ 13755-81 исходный контур так называемой рейки, равный 20°.

Во время работы цилиндри­ческой прямозубой передачи сила давления Рn ведущей шес­терни O1 в начале зацепления передается ножкой зуба на со­пряженную боковую поверх­ность (контактную линию) головки ведомого колеса О2. Чем больше пара зубьев одновременно находится в зацеплении, тем более плавно работает передача, тем меньшую нагрузку воспринимает на себя каждый зуб.

Стремление сделать зубчатую передачу более компактной вызывает не­обходимость применять зубчатые колеса с возможно меньшим числом зубь­ев. Изменение количества зубьев зубчатого колеса влияет на их форму (рис. 177). При увеличе­нии числа зубьев до бесконечно­сти  колесо превращается в рейку и зуб приобретает пря­молинейное очертание. С умень­шением числа зубьев одновре­менно уменьшается толщина зу­ба у основания и вершины, а так­же увеличивается кривизна эвольвентного профиля, что приводит к уменьшению проч­ности зуба на изгиб. При умень­шении числа зубьев, когда z < zmim, происходит так называе­мое подрезание зубьев, то есть явление, когда зубья большого колеса при вращении заходят в область ножки меньшего колеса (см. заштрихованная площадь на рис. 177), тем самым ослабляя зуб в самом опасном сечении, увеличивая износ зубьев и снижая КПД передачи.

Рис. 177

На практике подрезку зубьев предотвращают прежде всего выбором со­ответствующего числа зубьев. Наименьшее число зубьев (zmin), при кото­ром еще не происходит подрезание, рекомендуется выбирать от 35 до 40 при равном 15° и от 18 до 25 при ?w равном 20°.

В отдельных случаях приходится выполнять передачу с числом зубьев меньшим, чем рекомендуется, при этом производят исправление, или, как говорят, корригирование формы зубьев. Один из таких способов заключает­ся в изменении высоты головки и ножки зуба до ha = 0,8m; hf = m. Этот спо­соб исключает подрезку, но увеличивает износ зубьев.

Теперь обратимся к изложению основной теоремы зацепления: общая нормаль (линия зацепления NN) к сопряженным профилям зубьев делит межосевое расстояние ( ?w= О1О2) на отрезки (О1Р и 02Р), обратно пропор­циональные угловым скоростям (w1 и w2). Если положение точки Р (полю­са зацепления) неизменно в любой момент зацепления, то передаточное от­ношение — отношение частоты вращения ведущего колеса к частоте враще­ния ведомого — будет постоянным.

02Р / O1P = w1/w2 = i = const.

4.3. Основные элементы зубчатых зацеплений. При изменении осевого расстояния ?w = О1О2 пары зубчатых колес будет меняться и положение по­люса зацепления Р на линии центров, а следовательно, и величина диаметров начальных окружностей, то есть у пары сопряженных зубчатых колес может быть бесчисленное множество начальных окружностей. Следует отметить, что понятие начальные окружности относится лишь к паре со­пряженных зубчатых колес. Для отдельно взятого зубчатого колеса нельзя говорить о начальной окружности.

Если заменить одно из колес зубчатой рейкой, то для каждого зубчатого колеса найдется только одна окружность, катящаяся по начальной прямой рейке без скольжения, — эта окружность называется делительной.

Примечание. В настоящей книге рассматриваются зубчатые передачи, у которых на­чальные и делительные окружности совпадают.

Так как у каждого зубчатого колеса имеется только одна делительная ок­ружность, то она и положена в основу определения основных параметров

зубчатой передачи по ГОСТ 16530- 83 и ГОСТ 16531-83 (рис. 178)

Рис. 178

Основные параметры зубчатых колес:

1.  Делительными окружностя­ми пары зубчатых колес называ­ются соприкасающиеся окружно­сти, катящиеся одна по другой без скольжения. Эти окружности, на­ходясь в зацеплении (в передаче), являются сопряженными. На чер­тежах диаметр делительной ок­ружности обозначают буквой d.

2.  Окружной шаг зубьев Рt — расстояние (мм) между одноимен­ными профильными поверхностя­ми соседних зубьев. Шаг зубьев, как нетрудно представить, равен делительной окружности, разде­ленной на число зубьев z.

3.  Длина делительной окруж­ности. Модуль. Длину делитель­ной окружности можно выразить через диаметр и число зубьев: Пd = Pt • r. Отсюда диаметр делитель­ной окружности d = (Рt • z)/П.

Отношение Pt/П называется модулем зубчатого зацепления и обозначается буквой т. Тогда диаметр дели­тельной окружности можно выразить через модуль и число зубьев d = m • z. Отсюда m = d/z.

Значение модулей для всех передач — вели­чина стандартизированная.

Для понимания зависимости между вели­чинами Рt т и d приведена схема на рис. 178, II, где условно показано размещение всех зубь­ев 2 колеса по диаметру ее делительной окруж­ности в виде зубчатой рейки.

4. Высота делительной головки зуба ha — расстояние между делительной окружностью колеса и окружностью вершин зубьев.

5. Высота делительной ножки зуба hf — расстояние между делительной окружностью колеса и окружностью впадин.

6.     Высота зуба h — расстояние между ок­ружностями вершин зубьев и впадин цилинд­рического зубчатого колеса h = ha + hf..

7. Диаметр окружности вершин зубьев da — диаметр окружности, ограничивающей вершины головок зубьев.

8. Диаметр окружности впадин зубьев df — диаметр окружности, прохо­дящей через основания впадин зубьев.

При конструировании механизма конструктор рассчитывает величину модуля т для зубчатой передачи и, округлив, подбирает модуль по таблице стандартизированных величин. Затем он определяет величины остальных геометрических элементов зубчатого колеса.

Основные параметры

• Цилиндрические зубчатые передачи:

Число зубьев шестерни —

Число зубьев колеса —

Модуль —

Угол наклона линии зуба — ( — для прямозубых колёс,  — для косозубых колёс,  — для шевронных колёс)

Передаточное отношение —

• Реечные зубчатые передачи:

Число зубьев колеса —

Модуль —

Угол наклона линии зуба, рейки — ( — для прямозубых колёс,  — для косозубых колёс,  — для шевронных колёс)

• Конические зубчатые передачи

Число зубьев шестерни —

Число зубьев колеса —

Внешний окружной модуль —

Передаточное число —

• Червячные передачи:

Модуль —

Коэффициент диаметра червяка —

Число витков червяка —

Вид червяка — (архимедов (ZA), эвольвентный (ZI), конволютный (ZN), шлифуемый конусным кругом (ZK), шлифуемый торовым кругом (ZT))

Передаточное отношение —

Зубчатые передачи с зацеплением M.Л. Новикова

В этом зацепле­нии профиль зубьев выполняется не по эвольвенте, а по дуге окружности или по кривой, близкой к ней (рис. 179).

Рис. 179

При зацеплении выпуклые зубья одного из колес контактируют с вогнуты­ми зубьями другого. Поэтому площадь соприкосновения одного зуба с другим в передаче Новикова значительно больше, чем в эвольвентных передачах. Касание сопряженных профилей теоретически происходит в точке, поэтому данный вид зацепления называют точечным.

При одинаковых с эвольвентным зацеплением параметрах точечная систе­ма зацепления с круговым профилем зуба обеспечивает увеличение контакт­ной прочности, что в свою очередь позволяет повысить нагрузочную способ­ность передачи в 2…3 раза по сравнению с эвольвентной. Взаимодействие зу­бьев в сравниваемых передачах также различно: в эвольвентном зацеплении преобладает скольжение, а в зацеплении Новикова — качение. Это создает благоприятные условия для увеличения масляного слоя между зубьями, уменьшения потерь на трение и увеличения сопротивления заеданию.

К достоинствам зацепления Новикова относятся возможность примене­ния его во всех видах зубчатых передач: с параллельными, пересекающи­мися и скрещивающимися осями колес, с внешним и внутренним зацепле­нием, постоянным и переменным передаточным отношением. Потери на трение в этой системе зацепления примерно в 2 раза меньше потерь в эвольвентном зацеплении, что увеличивает КПД передачи.

К основным недостаткам передач с зацеплением Новикова относятся: технологическая трудоемкость изготовления колес, ширина колес должна быть не менее 6 модулей и др. В настоящее время передачи с зацеплением Новикова находят применение в редукторах больших размеров.

Классификация

Движение точки соприкосновения зубьев с эвольвентным профилем

Червячная передача с четырёхзаходным червяком

Гипоидная зубчатая передача

• По форме профиля зубьев:
• По типу зубьев:
  • прямозубые;
  • косозубые;
  • шевронные;
  • криволинейные;
  • магнитные.
• По взаимному расположению осей валов:
  • с параллельными осями (цилиндрические передачи с прямыми, косыми и шевронными зубьями);
  • с пересекающимися осями — конические передачи;
  • с перекрещивающимися осями.
• По форме начальных поверхностей:
  • цилиндрические;
  • конические;
  • глобоидные;
• По окружной скорости колёс:
  • тихоходные до 3 м/с;
  • среднескоростные от 3 до 15 м/с;
  • быстроходные от 15 м/с.
• По степени защищенности:
  • открытые;
  • закрытые.
• По относительному вращению колёс и расположению зубьев:
  • внутреннее зацепление (вращение колёс в одном направлении);
  • внешнее зацепление (вращение колёс в противоположном направлении).

Реечная передача — один из видов цилиндрической зубчатой передачи, радиус делительной окружности рейки равен бесконечности. Применяется для преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот. См. также: кремальера.

Винтовые, червячные и гипоидные передачи относятся к зубчато-винтовым передачам. Элементы этих передач скользят относительно друг друга.

Гипоидные зубчатые передачи

Гипоидные зубчатые передачи

Гипоидные зубчатые передачи

Гипоидные колеса за счет увеличения угла наклона зубьев β n и коэффициента перекрытия работают более плавно и бесшумно, чем передачи с круговыми зубьями. Они широко применяются в автомобилестроении, так как благодаря смещению осей шестерни и колеса дают возможность конструировать низко опущенные кузова автомобилей.

Гипоидная зубчатая передача: 1 — ведомая шестерня, 2 — ведущая шестерня Гипоидная передача (гиперболоидная) — вид винтовой зубчатой передачи, осуществляемой коническими колёсами (с косыми или криволинейными зубьями) со скрещивающимися осями (обычно 90°). Гипоидная передача имеет смещение по оси между большим и малым зубчатыми колесами. Данный тип передачи характеризуется повышенной нагрузочной способностью, плавностью хода и бесшумностью работы. Часто используется как главная передача в приводах ведущих колёс автомобилей, сельскохозяйственной техники, а также в качестве привода в станках и прочих индустриальных машинах для обеспечения высокой точности при большом передаточном числе.

Отличается от спиральной тем, что ось ведущей шестерни смещена относительно оси ведомого колеса на величину гипоидного смещения.

Литература

• Под ред. Скороходова Е. А. Общетехнический справочник. — М.: Машиностроение, 1982. — С. 416.
• Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — С. 416. — ISBN 5-7695-1384-5.
• Богданов В. Н., Малежик И. Ф., Верхола А. П. и др. Справочное руководство по черчению. — М.: Машиностроение, 1989. — С. 438-480. — 864 с. — ISBN 5-217-00403-7.
• Кравченко А. И., Бовда А. М. Зубчатая передача с магнитной связью. Патент Украины № 56700. Бюл. № 2, 2011. — F16H49/00.
• Ивашов Е.И., Кузнецов П.С., Степанчиков С.В. Зубчатая передача с магнитным взаимодействием зубьев. — 2011. — (Авторское свидетельство СССР № 107309).
• Ганзбург Л.Ф., Федотов А.В. Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов: Справочник – Л.: Машиностроение, 1980. – 364 с.

Типы станков для обработки конических колес

Колёса с прямыми зубьями обрабатывают, обычно, на зубодолбежных или зубострогальных станкахпо методу обкатки одним или чаще двумя резцами. На этих станках воспроизводится зацепление нарезаемого зубчатого колеса с воображаемым плоским производящим зубчатым колесом; при этом два зуба последнего представляют собой зубострогальные резцы, совершающие возвратно-поступательное движение, боковые поверхности каждого из зубьев нарезаемого зубчатого колеса формируются в результате движения резцов и обработки находящихся в зацеплении плоского и нарезаемого зубчатых колёс. Процесс нарезания зубьев происходит при движении резцов к вершине конуса заготовки, а обратный ход является холостым (в этот период резцы отводятся от заготовки).

Пример зубострогальных станков:

Конические зубчатые колёса с круговыми зубьями нарезаются на зуборезных станках методом обкатки с применением зуборезной резцовой головки, представляющей собой диск с вставленными по его периферии резцами, обрабатывающими профиль зуба с двух сторон (первая половина резцов обрабатывает одну сторону, вторая половина — другую).

Пример зуборезных станков:

Точность зубчатых колес и методы зубонарезания

Для зубчатых цилиндрических колес по ГОСТ 1643-81 Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски установлено 12 степеней точности: с 1-й по 12-ю. Чем меньше степень, тем точнее колесо. Степени точности 1-я, 2-я и 12-я пока не регламентированы.

Для каждой степени точности установлены нормы кинематической точности, плавности зацепления и контакта зубьев.

Нормы кинематической точности определяют величину наибольшей погрешности угла поворота зубчатых колес в зацеплении за один оборот. Эта погрешность возникает при нарезании зубчатых колес за счет погрешностей взаимного расположения заготовки и режущего инструмента, а также кинематической погрешности станка. Показателями погрешности кинематической точности являются: накопленная погрешность окружного шага и колебание длины общей нормали.

Нормы плавности зацепления колеса определяют величину составляющей полной погрешности угла поворота колеса, многократно повторяющуюся за один поворот колеса. Показателями плавности являются: циклическая погрешность (средняя величина размаха колебаний кинематической погрешности за цикл), предельные отклонения основного шага и погрешность профиля.

Нормы контакта зубьев определяют точность выполнения сопряженных зубьев в передаче в зависимости от относительных размеров пятна контакта в процентах по длине и высоте зуба.

Точность каждой степени характеризуется числовыми нормами по элементам сопряжения.

Устанавливается также величина наименьшего бокового зазора между зубьями и допуск на него.

Боковым зазором называется зазор между зубьями сопряженных колес в передаче, обеспечивающий свободный поворот одного колеса относительно другого. Для передач установлено четыре вида сопряжений с гарантированным зазором: С — с нулевым, Д — с пониженным, X — с нормальным и Ш — с повышенным.

Нормы бокового зазора назначают в соответствии с эксплуатационными требованиями передачи и не зависят от норм точности.

Условное обозначение норм точности зубчатых колес состоит из четырех знаков: первые три означают степень точности в порядке их перечисления, а четвертый характеризует сочетание по боковому зазору. Например: 7-8-8-X.

1. Ачеркан Н.С. Металлорежущие станки. Том 1. 1965.
2. Гальперин Е.И. Наладка зуборезных станков. 1960.
3. Кучер А.М. Киватицкий М.М. Покровский А.А. Металлорежущие станки. (Альбом общих видов, кинематических схем и узлов) 1972.
4. Руководящий материал для конструкторов, проектирующих технологическую оснастку. Основные данные и посадочные места металлорежущих станков. НИИМАШ, 1968.
5. Малахов Я.А. Зубообрабатывающие и резьбофрезерные станки и их наладка. 1972.
6. Мильштейн М.З. Нарезание зубчатых колес. Москва, 1972.
7. Лоскутов В.В. Ничков А.Г. Зубообрабатывающие станки. Москва, М. 1978.
8. Птицин Г.А. Кокичев В.Н. Зуборезные станки. 1957.

Рубикон, 2018

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...