Использование конических прямозубных передач в технических средствах

Зубчатые колеса из текстолита и ДСП изготовляют из пластин этих материалов, которые склеивают друг с другом, заключают между стальными дисками и склепывают (рис. 1.12, а) или скрепляют болтами (рис. 1.12,6). В некоторых случаях текстолитовые зубчатые колеса изготовляют цельнопрессованными или с металлической втулкой, как, например, шестерни распределительных механизмов двигателей внутреннего сгорания (рис. 1.12, в).

Рисунок 1.

9. Конструкции зубчатых колес.

Рисунок 1.

10. Конструкции зубчатых колес Зубчатые колеса из полиамидов (нейлоновые и капроновые) изготовляют отливкой под давлением. Они могут быть цельными или составными. Для уменьшения изменения линейных размеров полиамидного зубчатого колеса от нагрева при работе (полиамиды обладают низкой теплопроводностью) или изменения влажности окружающего воздуха (содержание влаги в полиамидах зависит от влажности окружающего воздуха) из полиамида изготовляют лишь зубчатый венец.

Рисунок 1.

11. Конструкции зубчатых колес Венец соединяют со стальной частью зубчатого колеса (центром) во время отливки либо насаживают на центр с натягом и скрепляют с ним винтами (рис. 1.12, г) или заклепками. Иногда зубья металлических колес покрывают тонким слоем нейлона.

Рисунок 1.

12. Конструкции зубчатых колес

2. Цилиндрические зубчатые передачи.

2.

1. Цилиндрические прямозубые передачи.

В прямозубой передаче (см. рис. 1.1, а) зубья входят в зацепление сразу по всей длине. Из-за неточности изготовления передачи и ее износа процесс выхода одной пары зубьев из зацепления и начало зацепления другой пары сопровождается ударами и шумом, сила которых возрастает с увеличением окружной скорости колес. Прямозубые передачи применяют при невысоких и средних окружных скоростях; в частности, открытые передачи, как правило, делают прямозубыми.

Для пары цилиндрических зубчатых колес рекомендуется принимать межосевое расстояние u (3…6

2.

2. Цилиндрическая косозубая передача.

Цилиндрические колеса, у которых зубья расположены по винтовым линиям на делительном цилиндре, называют косозубыми (см. рис. 1.1, б). В отличие от прямозубой в косозубой передаче зубья входят в зацепление не сразу по всей длине, а постепенно. Увеличивается время контакта одной пары зубьев, втечение которого входят новые пары зубьев, нагрузка передается по большому числу контактных линий, что значительно снижает шум и динамические нагрузки.

Чем больше угол наклона линии зуба β (рис. 2.1), тем выше плавность зацепления. У пары сопряженных косозубых колес с внешним зацеплением углы β равны, но противоположны по направлению.

Если к передачам не предъявляют специальных требований, то колеса нарезают правыми, а шестерни — левыми.

Рисунок 2.

1. Косозубая передача Косозубое колесо нарезают тем же инструментом, что и прямозубые. Наклон зуба получают поворотом инструмента на угол β. Профиль косого зуба в нормальном сечении соответствует исходному контуру инструментальной рейки и, следовательно, совпадает с профилем прямого зуба модуля т.

В косозубой передаче, меняя значение угла р, можно незначительно изменить межосевое расстояние.

Прямозубую передачу можно рассматривать как частный случай косозубой, у которой β = 0.

2.

3. Шевронная цилиндрическая передача Шевронное колесо представляет собой сдвоенное косозубое колесо, выполненное как одно целое (см. рис. 8.1, в). Вследствие разного направления зубьев на полушевронах осевые силы Ft/2 взаимно уравновешиваются на колесе и на подшипники не передаются (рис. 2.2). Это обстоятельство позволяет принимать у шевронных колес угол наклона зуба β = 25…40°, что повышает прочность зубьев и плавность передачи.

Шевронные зубчатые колеса изготовляют с дорожкой в середине колеса для выхода режущего инструмента (червячной фрезы на рис. 2.2) или без дорожки (нарезаются долбяком или гребенкой со специальной заточкой, см. рис. 1.1, в).

Шевронные колеса без дорожки нарезают, на специальных малопроизводительных и дорогих станках, поэтому их применяют реже, чем колеса с дорожкой. Ширина дорожки а=(10…15)m.

Шевронный зуб требует строго определенного осевого положения шестерни относительно колеса, поэтому вал одного из колес пары монтируют в подшипниках, допускающих осевую «игру» вала.

Недостатком шевронных колес является большая стоимость их изготовления. Применяются в мощных быстроходных закрытых передачах. Геометрический и прочностной расчеты шевронной передачи аналогичны расчетам косозубой передачи.

Рисунок 2.

2. Схема сил на шевронном колесе

3. Конические зубчатые передачи.

Конические зубчатые колеса применяют в передачах, когда оси валов пересекаются под углом Σ (см. рис. 8.2). Наибольшее распространение имеют передачи с углом 2 = 90°, которые и рассматриваются ниже. Конические колеса (см. рис. 1.2) бывают с прямыми (а), круговыми (б) и редко с шевронными зубьями.

Прямозубые передачи рекомендуется применять при окружных скоростях до 3 м/с.

Конические колеса с круговыми зубьями по сравнению с прямозубыми обладают большей несущей способностью, работают плавно и с меньшим шумом. Нарезание кругового зуба производится резцовыми головками по методу обкатки. Угол наклона зуба β в середине ширины зубчатого венца выбирают, учитывая плавность зацепления. Рекомендуется принимать β = 35°.

Сопряженные колеса с круговым зубом имеют разноименное направление линий зубьев — правое и левое, если смотреть со стороны вершины конуса. Шестерни выполняют с правым зубом, колеса — с левым (см. рис. 1.2, б).

В конических передачах шестерня располагается консольно, при этом вследствие меньшей жесткости консольного вала и деформации подшипников (особенно шариковых) увеличивается неравномерность распределения нагрузки по длине зуба. По этой причине конические колеса по сравнению с цилиндрическими работают с большим шумом. Подшипники вала шестерни располагаются в стакане для обеспечения возможности осевого регулирования зацепления колес при сборке.

4. Применение зубчатых передач.

Зубчатые передачи применяют в виде простых одноступенчатых передач и в виде различных сочетаний нескольких передач, встроенных в машины или выполненных в виде отдельных агрегатов. Широко используют зубчатые передачи для понижения угловых скоростей и повышения крутящих моментов в редукторах. Редукторы выполняют обычно в самостоятельных корпусах одно-, двухи трёхступенчатыми с передаточными числами соответственно 1,6−6,3; 8−40; 45−200. Наиболее распространены двухступенчатые редукторы (около 95%). Для получения различных частот вращения выходного вала при постоянной скорости приводного двигателя применяют коробки скоростей. Возможности зубчатых механизмов расширяются с применением планетарных передач, которые используются в качестве редукторов и дифференциальных механизмов. Небольшие габариты и масса планетарных зубчатых передач обусловливаются распределением нагрузки между несколькими совершающими планетарное движение зубчатыми колёсами (сателлитами) и применением внутреннего зацепления, обладающего повышенной несущей способностью. При переходе от простых передач к планетарным достигается уменьшение массы в 1,5−5 раз.

По эксплуатационному назначению выделяют четыре основные группы зубчатых передач:

— отсчётные,

— скоростные,

— силовые,

— общего назначения.

К отсчётным относятся зубчатые передачи измерительных приборов, делительных механизмов металлорежущих станков и делительных машин, счётно-решающих механизмов и т. п. В большинстве случаев колёса этих передач имеют малый модуль и работают при малых нагрузках и скоростях. Основным эксплуатационным показателем делительных и других отчётных передач является высокая кинематическая точность, т. е. точная согласованность углов поворота ведущего и ведомого колёс передачи. Для реверсивных отсчётных передач весьма существенное значение имеет боковой зазор в передаче и колебание этого зазора.

Скоростными являются зубчатые передачи турбинных редукторов, двигателей турбовинтовых самолётов и др. Окружные скорости зубчатых колёс таких передач достигают 60 м/с при сравнительно большой передаваемой мощности (до 40 МВт). Их основной эксплуатационный показатель — плавность работы, т. е. отсутствие циклических погрешностей, многократно повторяющихся за оборот колеса. С увеличением частоты вращения требования к плавности работы повышаются. Передача должна работать бесшумно и без вибраций, что может быть достигнуто при минимальных погрешностях формы и взаимного расположения зубьев. Для тяжело нагруженных скоростных зубчатых передач имеет значение также полнота контакта зубьев. Колёса таких передач обычно имеют средние модули. Для них часто ограничивают также шумовые характеристики работающей передачи, вибрацию, статическую и динамическую неуравновешенность вращающихся масс и т. п.

К силовым относят зубчатые передачи, передающие значительные крутящие моменты при малой частоте вращения (зубчатые передачи шестерённых клетей прокатных станов, подъемно-транспортных механизмов и др.). Колёса для таких передач изготовляют с большим модулем. Основное точное требование к ним — обеспечение более полного использования активных боковых поверхностей зубьев, т. е. получение наибольшего пятна контакта зубьев.

К передачам общего назначения не предъявляют повышенных требований по точности. Они применяются во всех неответственных передачах.

1. Гузенков П. Г. Детали машин: Учеб. для вузов. — 4-е изд., испр. М.: Высш. шк., 1986. — 359 с.: ил.

2. Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин.

— М.: Издательский центр «Академия», 2004. — С.

416.

3. Иванов М. Н. Детали машин: Учеб. для студентов втузов/ Под ред. В. А. Финогенова. — 6-е изд., перераб.

— М.: Высш. шк., 2000. — 383 с.: ил.

4. Куклин Н. Г., Куклина Г. С. Детали машин: Учеб. для машиностроит. спец. техникумов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1987. — 383 с.: ил.

Некоторые зубчатые передачи работают со скоростями до 150 м/с.

Для стандартных редукторов и: 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5 и т. д. Для одноступенчатого редуктора u (6,3.