Модуль m и число зубьев z являются основными величинами, определяющими зубчатые зацепления. Значение модулей для всех передач - величина стандартизированная, выраженная, как видно из формулы m = d/z, в миллиметрах. Ниже преведены числовые величины стандартных модулей, применяемые при изготовлении зубчатых колес, по ГОСТ 9563-60 (СТ СЭВ 310-76):

1-й ряд, мм.: 0,05; 0,06; 0,08; 0,1; 0,12; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4,5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 60; 80; 100.

2-й ряд, мм.: 0,055; 0,07; 0,09; 0,11; 0,22; 0,28; 0,35; 0,45; 0,55; 0,7; 0,9; 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; 55; 70; 90.

При назначении величин модулей первый ряд следует предпочитать второму.

Зубчатые передачи. Общие сведения и классификация зубчатых передач

Механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми ко лесами, образующими с неподвижным звеном вращательную или поступатель ную пару, называют зубчатой передачей (рис. 1).

Рис. 1. Виды зубчатых передач: а, б, в - цилиндрические зубчатые передачи с внешним зацеплением; г - реечная передача; д - цилиндрическая передача с внутренним зацеплением; е - зубчатая винтовая передача; ж, з, и - конические зубчатые передачи; к - ги поидная передача

В большинстве случаев зубчатая передача служит для передачи вращательного движения. В некоторых механизмах эту передачу применяют для преобразования вращательного движения в поступательное (или наоборот, см. рис. 1, г).

Зубчатые передачи - наиболее распространенный тип передач в современном машиностроении и приборостроении; их применяют в широких диапазонах скоростей (до 275 м/с), мощностей (до десятков тысяч киловатт).

Основные достоинства зубчатых передач по сравнению с другими передачами:

Технологичность, постоянство передаточного числа;

Высокая нагрузочная способность;

Высокий КПД (до 0,97-0,99 для одной пары колес);

Малые габаритные размеры по сравнению с другими видами передач при равных условиях;

Большая надежность в работе, простота обслуживания;

Сравнительно малые нагрузки на валы и опоры.

К недостаткам зубчатых передач следует отнести:

Невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;

Высокие требования к точности изготовления и монтажа;

Шум при больших скоростях; плохие амортизирующие свойства;

Громоздкость при больших расстояниях между осями ведущего и ведомого валов;

Потребность в специальном оборудовании иинструменте для нарезания зубьев;

Зубчатая передача не предохраняет машину от возможных опасных перегрузок.

Зубчатые передачи и колеса классифицируют по следующим признакам (см. рис. 1):

По взаимному расположению осей колес - с параллельными осями (цилиндрические, см. рис. 1, а-д), с пересекающимися осями (ко­нические, см. рис. 1, ж-и), со скрещивающимися осями (винтовые, см. рис. 1, е, к);

По расположению зубьев относительно образующих колес - прямозубые, косозубые, шевронные и с криволинейным зубом;

По конструктивному оформлению - открытые и закрытые;

По окружной скорости - тихоходные (до 3 м/с), для средних скоростей (3-15 м/с), быстроходные (св. 15 м/с);

По числу ступеней - одно- имногоступенчатые;

По расположению зубьев в передаче и колесах - внешнее, внутрен­нее (см. рис. 1, д) и реечное зацепление (см. рис. 1, г);

По форме профиля зуба - с эвольвентными, круговыми;

По точности зацепления. Стандартом предусмотрено 12 степеней точности. Практически передачи общего машиностроения изготовляют от шестой до десятой степени точности. Передачи, изготовленные по шестой степени точности, используют для наиболее ответственных случаев.

Из перечисленных выше зубчатых передач наибольшее распространение получили цилиндрические прямозубые и косозубые передачи, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации.

Преимущественное распространение получили передачи с зубьями эвольвентного профиля, которые изготавливаются массовым методом обкатки на зубофрезерных или зубодолбежных станках. Достоинство эвольвентного зацепления состоит в том, что оно мало чувствительно к колебанию межцентрового расстояния.

Другие виды зацепления применяются пока ограниченно. Так, циклоидальное зацепление, при котором возможна работа шестерен с очень малым числом зубьев (2-3), не может быть, к сожалению, изготовлено современным высокопроизводительным методом обкатки, поэтому шестерни этого зацепления трудоемки в изготовлении и дороги; новое пространственное зацепление Новикова пока еще не получило массового распространения, вследствие большой чувствительности к колебаниям межцентро­вого расстояния.

Прямозубые колёса (около 70%) применяют при невысоких и средних скоростях, когда динамические нагрузки от неточности изготовления невелики, в планетарных, открытых передачах, а также при необходимости осевого перемещения колёс.

Косозубые колёса (более 30%) имеют большую плавность хода и применяются для ответственных механизмов при средних и высоких скоростях.

Шевронные колёса имеют достоинства косозубых колёс плюс уравновешенные осевые силы и используются в высоконагруженных передачах.

Конические передачи применяют только в тех случаях, когда это необходимо по условиям компновки машины; винтовые - лишь в специальных случаях.

Колёса внутреннего зацепления вращаются в одинаковых направлениях и применяются обычно в планетарных передачах.

Cтраница 3

При нарезании цилиндрических колес с прямыми зубьями внутреннего зацепления (рис. 6.74, б) долбяку и заготовке сообщают те же движения, что и при нарезании колес внешнего зацепления. Различие заключается лишь в том, что при нарезании зубчатых колес внутреннего зацепления направления вращения долбяка и заготовки одинаковы, тогда как при нарезании колес внешнего зацепления они противоположны.  

Шпиндель также может перемещаться и вручную штурвалом, сидящим на горизонтальном валу. На этом валу сидит зубчатое колесо 16, сцепленное с зубчатым колесом внутреннего зацепления 18 - пределом установки глубины сверления.  

Основным на этих станках является метод нарезания зубчатой рейкой, Круглые долбяки применяют для нарезания зубчатых колес внутреннего зацепления с прямыми, косозубыми зубьями и шевронных колес.  

Зубодолбление дисковым долбяком применяют в приборостроении реже, чем зубофрезерсвание червячной фрезой. Дисковым долбяком обрабатывают блочные зубчатые колеса наружного зацепления и колеса с фланцами, которые невозможно нарезать червячной фрезой, и зубчатые колеса внутреннего зацепления.  

Измерительное устройство для двухпрофильного контроля имеет два шпинделя, на которых устанавливаются контролируемое и измерительное зубчатые колеса. Одна из кареток прибора в процессе измерения остается неподвижной, другая (в большинстве случаев на нее устанавливается измерительное колесо - меньшего веса) располагается на легких направляющих и с помощью пружины поджимается в сторону первой каретки (при контроле зубчатых колес внутреннего зацепления направление усилия меняется), благодаря чему обеспечивается постоянный подпружиненный контакт. В процессе обката, погрешность контролируемого колеса вызывает радиальные смещения, которые регистрируются отсчетным или записывающим устройством.  

Станки для хонингования зубьев зубчатых колес аналогичны станкам для шевингования без устройства для радиальной подачи. Хоны на пластмассовой основе изготовляют прессованием под большим давлением и при высокой температуре. Пресс-форма представляет собой зубчатое колесо внутреннего зацепления. Точность станков достаточна для хонингования колес б - 7 - й степеней точности.  

При нарезании таких колес долбяку и заготовке сообщают те же движения, что и при нарезании колес внешнего зацепления. Различие заключается лишь в том, что при нарезании зубчатых колес внутреннего зацепления направления вращения долбяка и заготовки одинаковы, тогда как при нарезании колес внешнего зацепления они противоположны.  

Шагомер [ IMAGE ] Л2. Шагомер.

Шагомерами 21704 измерение шага зацепления производится также при отдельных углах развернутости. Эти шагомеры предназначены для измерения шага зацепления у колес с коэффициентом перекрытия, близким к единице. Шагомер 21802 (см. рис. 9.13) предназначен для измерения шага зацепления зубчатых колес внутреннего зацепления, но может быть использован и для измерения шага зацепления колес наружного зацепления также с коэффициентом перекрытия, близким к единице.  

Ручное продольное перемещение стола осуществляется поворотом маховика Мхг, закрепленного на валу VIII. Далее движение передается через зубчатые колеса 15 - 60, вал IX, зубчатые колеса 25 - 45 и внутреннего зацепления 20 - 90, зубчатые колеса 30 - 30 и реечную передачу. Для быстрого перемещения стола маховик смещается в осевом направлении, при этом зубчатое колесо 15 сцепляется с зубчатым колесом внутреннего зацепления 90 и передает последнему вращение непосредственно.  

Механизмы с низшими парами (рычажные механизмы), синтез которых был рассмотрен в предыдущих главах, обеспечивают передачу значительных сил, так как звенья пары соприкасаются по поверхности. Но условие постоянного со­прикасания по поверхности ограничивает число возможных видов низших пар. В механизмах применяется всего шесть видов низших пар: враща­тельная, поступательная, винтовая, ци­линдрическая, сферическая и плоскостная. Поэтому многие практически важные за­коны преобразования движения звеньев не могут быть получены посредством ме­ханизмов, имеющих только низшие пары. Значительно большие возможности для воспроизведения почти любого закона движения имеют механизмы, содержащие высшие пары, так как условия касания взаимодействующих поверхностей звень­ев высшей пары по линиям и точкам мо­гут быть выполнены для бесчисленного множества различных поверхностей (рис.6.1).

Взаимодействующие поверхности звеньев высшей пары, обеспе­чивающие заданный закон их относительного движения, называ­ются сопряженными поверхностями. При воспроизве­дении возвратного движения можно иметь одну пару сопряженных поверхностей (например, в кулачковых механизмах). Если же тре­буется воспроизвести непрерывное движение в одном направлении, то надо иметь несколько последовательно взаимодействующих пар сопряженных поверхностей, которые располагаются на выступах, называемых зубьями.

Высшая кинематическая пара, образуемая последовательно взаимодействующими поверхностями зубьев, называется зубчатым зацеплением. Термин «зацепление» (без прибавления слова «зубчатое») можно отнести и к одной паре сопряженных по­верхностей. Тогда он является синонимом термина «высшая пара».

Зубчатые передачи - наиболее распространенные передачи в приводах машин и приборов. Их используют для передачи движения в широкомдиапазоне мощностей (до 300 МВт) и скоростей (до 200 м/с). Они обладает рядом существенных достоинств: имеют относительно малые габариты, в любой момент передаточное отношение поддерживается постоянным (круглые колеса)или изменяется по заданному закону (некруглые колеса), КПД зубчатых передач достаточно высок (до 0,97 - 0,99 для одной пари сопряженных колес - одной ступени передачи). Они обладают высокой надёжностью.

Недостатки зубчатых передач обусловлены сравнительно сложной тех­нологией изготовления зубчатых колес, появлением шума при работе передачи на высоких скоростях.

Классификация зубчатых передач производится по геометрическим и функциональным признакам.

По взаимному расположению геометрических осей зубчатые передачи разделяютсяна передачи с:

Параллельными осями (цилиндрические рис.6.2 а, б, в, д);

Пересекающимися осями (конические, рис. 6.3);

Со скрещивающимися в пространстве осями (гиперболоидные: червячные (рис.6.5), винтовые (рис.6.2г), гипоидные (рис.6.4).

Рис.6.4 Рис.6.5

В зависимости от расположения зубьев относительно образующей тела заготовки зубчатые передачи подразделяются на:

Прямозубые (цилиндрические (рис.6.2а, д) и конические (рис.4.3а)):

Косозубые (рис.6.2б);

Шевронные (только цилиндрические рис.6.2в);

С криволинейным зубом (рис.6.2г, 6.3б, 6.4, 6.5).

Зацепление зубчатых колес может быть внешним (рис.6.6), внутренним (рис. 6.7) иреечным (рис.6.8).

Внешнее зацепление - зубчатое зацепление, при котором аксоидные поверхности зубчатых колес 1 и 2 расположены одна вне другой. На рис.6.6 торцовое сечение цилиндрической передачи с внешним зацеплением колес. Аксоидные поверхности радиусами ŕ ŵ1 и ŕ ŵ2 соприкасаются в т. Р. Колеса вращаются в противоположных направлениях с угловыми скоростями ω 1 и ω 2 , обратно пропорциональными радиусам ŕ ŵ1 и ŕ ŵ2 или числам зубьев z 1 и z 2 Внешнее зацепление является наиболее распространенным в зубчатых передачах благодаря простоте устройства и технологичности изготовления таких передач. Зубчатые колеса, образующие внешнее зацепление., называют колесами с внешними зубьями.

Внутреннее зацепление - зубчатое зацепление, при котором аксоидные поверхности зубчатых колес расположены одна внутри другой. На рис.6.7 торцовое сечение цилиндрической передачи с внутренним зацеплением.

Аксоидные поверхности характеризуются радиусами ŕ ŵ1 и ŕ ŵ2 и соприкасаются в т. Р. Колеса вращаются в одинаковых направлениях с угловыми скоростями ω 1 и ω 2 , обратно пропорциональными радиусам ŕ ŵ1 и ŕ ŵ2 или числам зубьев z 1 и z 2 . Внутреннее зацепление по сравнению с внешним зацеплением из-за сложности изготовления передачи менее распространено. Оно применяется обычно в планетарных передачах, механизмах вращения платформы машины и др. случаях. Передачи с внутренним зацеплением по сравнению с передачами с внешним за­цеплением имеют меньшие размеры и массу, характеризуются более плавной работой благодаря большему коэффициенту перекрытия и контакту выпуклых и вогнутых поверхностей зубьев с большим приведенным радиусом кривизны и меньшими скоростями скольжения. Зубчатое колесо 2 с внешней аксоидной поверхностью и большим числом зубьев называют колесом с внутренними зубьями, а сопряженное с ним колесо 1 – колесом с внешними зубьями.

В реечном зацеплении радиус кривизны начальной окружности колеса равен бесконечности (рис.6.8). Такое зацепление применяется для преобразования вращательного движения в поступательное.

В зависимости от характера относительного движения колес различают передачи:

С неподвижными геометрическими осями колес (обычныеили рядовые передачи);

Планетарные и дифференциальные передачи, у которых ось хотя бы

одного колеса подвижна в пространстве.

В подвижном составе железных дорог, как и в других машинах, зубчатые передачи могут быть силовыми (например, тяговая зубчатая передача локомотива) или несиловыми (например, передача в приводе скоростемера).

Вопросы для самоконтроля:

1. Назовите основные достоинства и недостатки зубчатых передач?

2. Каково взаимное расположение геометрических осей колес в цилиндрических, конических и гиперболоидных передачах?

3. Как различаются зубчатые передачи по расположению зубьев относительно образующей тела заготовки колеса?

4. Чем отличаются внешнее, внутреннее и реечное зацепления?

5. Назовите различие рядовой и планетарной передач.

Поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое ведущее зубчатое колесо независимо от числа зубьев называть шестернёй , а большое ведомое - колесом. Однако часто все зубчатые колёса называют шестерня́ми.

Зубчатые колёса обычно используются па́рами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента и числа оборотов вала на выходе. Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается - ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот.

Следует заметить, что зубчатая передача не является усилителем механической мощности, так как общее количество механической энергии на её выходе не может превышать количество энергии на входе. Это связано с тем, что механическая работа в данном случае будет пропорциональна произведению вращающего момента на скорость вращения . В соответствии с передаточным отношением , увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение останется неизменным. Данное соотношение справедливо для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.

Поперечный профиль зуба

Движение точки соприкосновения зубьев с эвольвентным профилем

Боковая форма профиля зубьев колёс для обеспечения плавности качения может быть: эвольвентной , неэльвовентной передача Новикова (с одной и двумя линиями зацепления), циклоидальной . Кроме того, в храповых механизмах применяются зубчатые колёса с несимметричным профилем зуба.

Продольная линия зуба

Прямозубые колёса

Работа цилиндрической зубчатой передачи

Прямозубые колёса - самый распространённый вид зубчатых колёс. Зубья являются продолжением радиусов, а линия контакта зубьев обеих шестерён параллельна оси вращения. При этом оси обеих шестерён также должны располагаться строго параллельно.

Косозубые колёса

Косозубые колёса являются усовершенствованным вариантом прямозубых. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали. Зацепление таких колёс происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом.

• При работе косозубого колеса возникает механический момент, направленный вдоль оси, что вызывает необходимость применения для установки вала упорных подшипников ;
• Увеличение площади трения зубьев (что вызывает дополнительные потери мощности на нагрев), которое компенсируется применением специальных смазок.

В целом, косозубые колёса применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высокой скорости, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.

Колёса с круговыми зубьями

Передачи на основе колёс с круговыми зубьями имеют ещё более высокие ходовые качества, чем косозубые - высокую плавность и бесшумность работы. Однако они ограничены в применении сниженными, при тех же условиях, КПД и ресурсом работы, такие колёса заметно сложнее в производстве. Линия зубьев у них представляет собой окружность радиуса, подбираемого под определённые требования.

Двойные косозубые колёса (шевроны)

Двойные косозубые колёса решают проблему осевого момента. Зубья таких колёс изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых колёс со встречным расположением зубьев). Осевые моменты обеих половин такого колеса взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке осей и валов в специальные подшипники. Передачи, основанные на таких зубчатых колёсах, обычно называют «шевронными».

Зубчатые конические колёса

Конические колёса в приводе затвора плотины

Кроме наиболее распространёных циллиндрических З. к. применяются колёса конической формы. Конические колёса применяются там, где необходимо передать крутящий момент под определённым углом. Такие конические колёса с круговым зубом, например, применяются в автомобильных дифференциалах , используемых для передачи момента от двигателя к колёсам.

Секторные колёса

Секторная передача с внутренним зацеплением

Секторное колесо представляет собой часть обычного колеса любого типа. Такие колёса применяются в тех случаях, когда не требуется вращение механизма на 360°, и поэтому можно сэкономить на его габаритах.

Зубчатые колёса с внутренним зацеплением

При жёстких ограничениях на габариты, в планетарных механизмах, в шестерённых насосах с внутренним зацеплением, в приводе башни танка , удобно применение колёс с зубчатым венцом, нарезанным с внутренней стороны. Также сто́ит заметить, что вращение ведущего и ведомого колеса направленно в одну сторону. В такой передаче меньше потери на трение, т.е. выше КПД.

Реечная передача (кремальера)

Литература

1. Под ред. Скороходова Е. А. Общетехнический справочник. - М.: Машиностроение, 1982. - С. 416.
2. Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин. - М.: Издательский центр "Академия", 2004. - С. 416. - ISBN 5-7695-1384-5
3. 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
4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х тт. - М.: Машиностроение, 2001. - ISBN 5-217-02962-5

Wikimedia Foundation . 2010 .

Похожие статьи