Зубчатые передачи. 
Основы технической эксплуатации и обслуживания электрического и электромеханического оборудования

Общие сведения

Зубчатой передачей называется механизм, служащий для преобразования вращательных движений или вращательного движения в поступательное при помощи зубчатого зацепления.

Зубчатое зацепление представляет собой кинематическую пару, в которой зубья соприкасаются между собой по точкам или линиям.

В зубчатом зацеплении меньшее по числу зубьев зубчатое колесо пары называется шестерней, а большее-зубчатым колесом или просто колесом. Термин «зубчатое колесо» является общим. Параметрам шестерни (ведущего колеса), как правило, при обозначении приписывают нечётные индексы (1, 3, 5 и т. д.), а параметрам ведомого колеса — чётные (2,4, 6 и т. д.).

Часть зубчатого колеса называется сектором.

Сектор цилиндрического зубчатого колеса бесконечно большого диаметра называется зубчатой рейкой.

Зубчатые передачи классифицируются по следующим признакам:

• — по расположению осей валов — с параллельными, перекрещивающимися, скрещивающимися осями и соосные;
• — по условиям работы — закрытые, работающие в масляной ванне;
• — открытые — работающие всухую или смазываемые периодически;
• — по числу ступеней — одноступенчатые и многоступенчатые;
• — по взаимному расположению колбе — с внешним или внутренним зацеплением;
• — по изменению частоты вращения валов — понижающие и повышающие;
• — по форме поверхности, на которой нарезаны зубья — цилиндрические и конические;
• — по окружной скорости колбе — тихоходные при скорости до 3 м/с, среднескоростные при скорости до 15 м/с, быстроходные при скорости более 15 м/с;
• — по расположению зубьев относительно образующей колеса — прямозубые, косозубые, шевронные, с криволинейными зубьями;
• — по форме профиля зуба — эвольвентные, круговые, циклоидальные.

Основными видами зубчатых передач (рис. 34) являются:

1. С параллельными осями:

а — цилиндрическая прямозубая;

б — цилиндрическая косозубая;

в — шевронная;

г — с внутренним зацеплением;

2. Со скрещивающимися осями:

д — зубчатая винтовая;

3. Реечная передача:

е — зубчато-реечная;

4. С перекрещивающимися осями:

ж — коническая прямозубая;

з — коническая с тангенциальными зубьями;

и — коническая с криволинейными (круговыми) зубьями.

Зубчатые передачи нашли наибольшее распространение и широко применяются на тракторах, автомобилях, сельскохозяйственных и лесных машинах, металлорежущих, деревообрабатывающих станках и т. д.

В настоящее время стандартизированы термины, определения, обозначения, элементы зубчатых колбе и зацеплений, основные параметры передач, расчет геометрии, расчеты цилиндрических эвольвентных передач на прочность и тщ.

Основной кинематической характеристикой зубчатой передачи является передаточное число и.

Передаточным числом называется отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни (или отношение числа зубьев ведомого колеса к числу зубьев ведущего колеса), т. е.

Рис. 34. Основные виды зубчатых передач.

Передаточное отношение определяется также как и для других механических передач, т. е.

Одной парой зубчатых колёс нельзя осуществить передачу с большим передаточным числом. С целью получения больших передаточных чисел применяются многоступенчатые передачи — редукторы.

На рис. 35, а представлен общий вид двухступенчатого цилиндрического редуктора (верхняя крышка корпуса снята). Он состоит из картера 1, ведущего вала 2, промежуточного вала 7 и ведомого вала 5. На ведущем валу 2 установлена ведущая шестерня с числом зубьев Z. На промежуточном валу 7 установлено зубчатое колесо с числом зубьев Z2, находящееся в зацеплении с шестерней Zj, а также шестерня с числом зубьев Zj. На ведомом валу 5 установлено зубчатое колесо с числом зубьев Z₄, находящееся в зацеплении с шестерней Z3.

Для уменьшения трения все валы вращаются в подшипниках качения (шариковых, роликовых и т. п.), установленных в специальных стаканах и закрытых крышками. Как правило, каждый вал имеет два подшипника. С целью уменьшения шума и уменьшения трения, зубчатые зацепления работают в масле, заливаемое в картер 1. На картер через прокладку при помощи болтового соединения крепится крышка. Прокладка обеспечивает герметичность соединения. В крышке имеется заливное отверстие, закрываемое пробкой, для заливки масла, а в картере — сливное отверстие с пробкой для слива отработашюго масла.

Рис. 35. Двухступенчатый цилиндрический редуктор: а — общий вид редуктора; б — кинематическая схема: 1 — картер; 2-ведущий вал; 3 — подшипниковая группа промежуточного вала; 4 — подшипниковая группа ведомого вала; 5 — ведомый вал; 6 — подшипниковая группа ведущего вала; 7 — промежуточный вал; Z — шестерня ведущего вала; Zj — зубчатое колесо промежуточного вала; Zj — шестерня промежуточного вала; Z* — зубчатое колесо ведомого вата Передаточное число такого редуктора определяется по кинематической схеме (рис. 35, б) из следующих соображений.

Передаточное число первой пары составляет:

второй пары.

Общее передаточное число двухступенчатой передачи равно произведению передаточных чисел отдельных пар зубчатых колёс, входящих в передачу, т. е.

Аналогичным образом производится расчет передаточных чисел для различных чисел зацеплений. Для представленной на рис. 36 кинематической схемы трёхступенчатого цилиндрического редуктора общее передаточное число будет равно произведению трёх передаточных чисел, т. е.

Рис. 36. К расчету передаточного числа трёхступенчатой зубчатой передачи.

Потери энергии в зубчатых передачах зависят от типа передачи, точности изготовления, смазки и складываются из коэффициентов потерь на трение в зацеплении — г_у = 0,96… 0,98 для закрытых передач; 7^=0,95… 0,96 для открытых передач); потерь в подшипниках опор валов — т]_п(для одной пары подшипников: /fa =0,99… 0,995 для подшипников качения; т]_п=0,96… 0,98 для подшипников скольжения); потерь на перемешивание и разбрызгивание масла — rfa(17**0,98… 0,99).

Общий КПД одноступенчатой зубчатой передачи равен произведению ее потерь, то есть

Поверхности взаимодействующих в зацеплении зубьев колёс, обеспечивающих заданное передаточное отношение, называются сопряжёнными.

Процесс передачи движения в кинематической передаче, образованной зубчатыми колёсами, называется зубчатым зацеплением.