Основные геометрические и кинематические характеристики эвольвентных цилиндрических зубчатых передач

Классификация зубчатых передач

Общие сведения о зубчатых передачах

ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Зубчатые передачи – механические передачи зацепления с непосредственным контактом ведущего и ведомого элементов, называемых зубчатыми колесами.

Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев (чаще всего – ведущее) называется шестерня. Колесо – это зубчатое колесо передачи с большим числом зубьев. Термин "зубчатое колесо" можно применять как к шестерне, так и к колесу зубчатой передачи.

Достоинства зубчатых передач:

· высокая нагрузочная способность, и, следовательно, небольшие габариты и масса;

· высокий КПД (0,97-0,99 для одной ступени);

· отсутствие проскальзывания, постоянное передаточное число;

· высокая надежность и долговечность.

Недостатки зубчатых передач:

· относительно высокая стоимость изготовления, связанная с применением дорогостоящих материалов;

· сравнительно сложная технология изготовления, необходимость высокой точности изготовления;

· высокая жесткость, не позволяющая гасить и рассеивать динамические нагрузки;

· шум при высоких скоростях;

· необходимость смазки.

Зубчатые передачи широко распространены в технике, их используют в большинстве машин и приборов в широком диапазоне мощностей (до 300 МВт) и скоростей (до 200 м/сек). Диаметры зубчатых колес могут быть от нескольких миллиметров до нескольких метров.

Конструктивно зубчатые передачи большей частью выполняются закрытыми в общем жестком корпусе, что обеспечивает высокую точность сборки. Лишь тихоходные передачи (v < 3 м/сек) с колесами значительных размеров, нередко встроенных в конструкцию машин (например, в механизмах поворота подъемных кранов, станков), изготавливаются в открытом исполнении.

Чаще всего зубчатые передачи применяют в качестве замедлительных (редукторов), т.е. для уменьшения частоты вращения и увеличения вращающего момента, но также с успехом используются для повышения скорости вращения (мультипликаторы).

Для предохранения рабочих поверхностей зубьев от заедания и абразивного износа, а также для уменьшения потерь на трение и связанного с этим нагревания, применяют смазку. Закрытые передачи обычно смазываются жидкими минеральными маслами, окунанием колес или принудительной подачей масла к зацепляющимся зубьям. Открытые передачи смазываются консистентными смазками, периодически наносимыми на зубья.

Передаточные числа в редукторных передачах могут достигать 8, в открытых передачах – до 20, в коробках передач – до 4.

Зубчатые передачи с параллельными валами называются цилиндрические (рис. 2.1), с пересекающимися валами – конические (рис. 2.2).

По расположению зубьев различают передачи с наружным (рис. 2.1 а - в) и внутренним зацеплением (рис. 2.1 г).

По профилю зубьев колес передачи подразделяют: на передачи с эвольвентным зацеплением, в котором профили зубьев очерчены эвольвентами; на передачи с циклоидальным профилем; на передачи с зацеплением Новикова. Далее в пособии будут описываться только передачи эвольвентного профиля с наружным зацеплением.

Цилиндрические зубчатые передачи бывают прямозубыми, косозубыми и шевронными.

Прямозубые колеса применяют преимущественно при невысоких и средних окружных скоростях, при большой твердости зубьев (когда динамические нагрузки от неточностей изготовления невелики по сравнению с полезными), в планетарных передачах, в открытых передачах, а также при необходимости осевого перемещения колес (в коробках передач).

а	б	в	г
Рис. 2.1. Виды цилиндрических зубчатых передач

Косозубые колеса обладают более высокой нагрузочной способностью (за счет большей длины зуба при одинаковой ширине зубчатого венца), повышенной плавностью и пониженной шумностью, поэтому их применяют для ответственных передач при средних и высоких скоростях. Объем их применения – свыше 40 % объема применения всех цилиндрических колес в машинах.

Косозубые колеса с твердыми поверхностями зубьев требуют повышенной защиты от загрязнений во избежание неравномерности износа по длине контактных линий и опасности выкрашивания. В косозубом зацеплении возникает осевая сила, которую надо учитывать при проектировании опор и валов.

Шевронные колеса обладают всеми преимуществами косозубых колес, и при этом отсутствует вредная осевая сила, но их технология изготовления сложней.

Для прямозубых колес угол наклона зубьев b = 0°, для косозубых - b = 8...20°, для шевронных - b = 25...40°.

В косозубых передачах редукторов для шестерен рекомендуют принимать направление зуба левое, для колес – правое.

Среди конических зубчатых передач наибольшее распространение в машиностроении имеют передачи с прямыми зубьями. Также часто применяются передачи с круговыми зубьями. Гораздо реже – с тангенциальными и другими криволинейными зубьями.

	а	б
Рис. 2.2. Виды конических зубчатых передач

Прямозубые конические передачи (рис. 2.2 а) применяют при невысоких окружных скоростях (до 2…3 м/сек, допустимо до 8 м/сек), как наиболее простые в монтаже.

Конические передачи с круговыми зубьями (рис. 2.2 б) имеют более плавное зацепление и поэтому большие быстроходность и несущую способность. Они более технологичны.

Передаточное число u является кинематической характеристикой и равно обратному отношению чисел зубьев:

,

где , – частоты вращения ведущего и ведомого колес, об/мин;

, – число зубьев ведущего и ведомого колес.

Геометрия цилиндрической зубчатой передачи представлена на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Геометрические параметры зубчатых колес

В качестве основного параметра зубчатого зацепления принят модуль зубьев m – величина, пропорциональная шагу зубьев p, взятого по дуге делительной окружности:

.

Шаг p, так же как и длина окружности, является кратным числу и поэтому неудобен для принятия за основной параметр зацепления.

Так как длина делительной окружности равна , а длина шага зубьев равна длины делительной окружности, то:

,

где – число зубьев зубчатого колеса.

Модули стандартизированы в диапазоне 0,05…100 мм (ГОСТ 9563). Ниже приведены модули, мм, в наиболее распространенном диапазоне:

1-й ряд: 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40.

2-й ряд: 1,125; 1,375; 1,75; 2,25; 2,75; 3,5; 4,5; 5,5; 7; 9; 11; 14; 18; 22; 28; 36; 45.

1-й ряд следует предпочитать 2-му.

Для редукторов также допускают модули 1,6; 3,15; 6,3; 12,5.

Делительные окружности с диаметрами и касаются друг друга в точке пересечения с линией, соединяющей центры колес.

Диаметры делительных окружностей ведущего и ведомого колес соответственно равны:

; .

Зацепление зубчатых колес эквивалентно качению без скольжения окружностей с диаметрами и .

Высоту зуба условно разделяют на высоту головки зуба и высоту ножки зуба . Их величина определена ГОСТ 13755:

; ; .

Диаметры окружности выступов:

; .

Диаметры окружности впадин:

; .

Радиальный зазор между вершиной зуба одного колеса и дна впадины между зубьями другого колеса предназначен для предотвращения заедания и выдавливания смазки при работе передачи:

.

Угол профиля исходного контура .

Межосевое расстояние а:

.

Дата добавления: 2014-11-25