Конические зубчатые передачи

Изготовление зубчатых колёс

Существует несколько методов изготовления колес.

Метод обката

В настоящее время является наиболее технологичным, а поэтому и самым распространённым способом изготовления зубчатых колёс. При изготовлении зубчатых колёс могут применяться такие инструменты, как гребёнка, червячная фреза и долбяк.

Метод обката с применением гребёнки

Изготовление шестерни. Изготовление зубчатого колеса.

Режущий инструмент, имеющий форму зубчатой рейки, называется гребёнкой. На одной стороне гребёнки по контуру её зубьев затачивается режущая кромка.

Заготовка накатываемого колеса совершает вращательное движение вокруг оси. Гребёнка совершает сложные перемещения, состоящие из поступательного движения перпендикулярно оси колеса и возвратно-поступательного движения (на анимации не показано), параллельного оси колеса для снятия стружки по всей ширине его обода. Относительное движение гребёнки и заготовки может быть и иным, например, заготовка может совершать прерывистое сложное движение обката, согласованное с движением резания гребёнки.

Заготовка и инструмент движутся на станке друг относительно друга так, как будто происходит зацепление профиля нарезаемых зубьев с исходным производящим контуром гребёнки.

Метод обката с применением червячной фрезы

Помимо гребёнки в качестве режущего инструмента применяют червячную фрезу. В этом случае между заготовкой и фрезой происходит червячное зацепление.

Метод обката с применением долбяка

Зубчатые колёса также долбят на зубодолбёжных станках с применением специальных долбяков.

Зубодолбёжный долбяк представляет собой зубчатое колесо, снабжённое режущими кромками. Поскольку срезать сразу весь слой металла обычно невозможно, обработка производится в несколько этапов.

При обработке инструмент совершает возвратно-поступательное движение относительно заготовки. После каждого двойного хода, заготовка и инструмент поворачиваются относительно своих осей на один шаг. Таким образом, инструмент и заготовка как бы «обкатываются» друг по другу. После того, как заготовка сделает полный оборот, долбяк совершает движение подачи к заготовке. Этот процесс происходит до тех пор, пока не будет удалён весь необходимый слой металла.

Литейная форма для бронзового храпового колеса (Китай, династия Хань. (206 до н. э. — 220 н. э.)).

Метод копирования (Метод деления)

Дисковой или пальцевой фрезой нарезается одна впадина зубчатого колеса. Режущая кромка инструмента имеет форму этой впадины. После нарезания одной впадины заготовка поворачивается на один угловой шаг при помощи делительного устройства, операция резания повторяется.

Метод применялся в начале XX века. Недостаток метода состоит в низкой точности: впадины изготовленного таким методом колеса сильно отличаются друг от друга.

Горячее и холодное накатывание

Процесс основан на последовательной деформации нагретого до пластического состояния слоя определенной глубины заготовки зубонакатным инструментом. При этом сочетаются индукционный нагрев поверхностного слоя заготовки на определенную глубину, пластическая деформация нагретого слоя заготовки для образования зубьев и обкатка образованных зубьев для получения заданной формы и точности.

Изготовление конических колёс

Технология изготовления конических колёс теснейшим образом связана с геометрией боковых поверхностей и профилей зубьев.

Способ копирования фасонного профиля инструмента для образования профиля на коническом колесе не может быть использован, так как размеры впадины конического колеса изменяются по мере приближения к вершине конуса. В связи с этим такие инструменты, как модульная дисковая фреза, пальцевая фреза, фасонный шлифовальный круг, можно использовать только для черновой прорезки впадин или для образования впадин колёс не выше восьмой степени точности.

Для нарезания более точных конических колёс используют способ обкатки в станочном зацеплении нарезаемой заготовки с воображаемым производящим колесом. Боковые поверхности производящего колеса образуются за счёт движения режущих кромок инструмента в процессе главного движения резания, обеспечивающего срезание припуска. Преимущественное распространение получили инструменты с прямолинейным лезвием. При прямолинейном главном движении прямолинейное лезвие образует плоскую производящую поверхность. Такая поверхность не может образовать эвольвентную коническую поверхность со сферическими эвольвентными профилями. Получаемые сопряжённые конические поверхности, отличающиеся от эвольвентных поверхностей, называют квазиэвольвентными.

Основные виды зубчатых передач

В различных областях промышленности и приборостроения активно применяются все разновидности зубчатых передач. Ежегодно подобные механизмы производятся миллионными партиями. Сфера их использования настолько обширна, что найти прибор, в работе которого применяется вращательное движение без помощи зубчатых соединений, достаточно проблематично.

По конструктивному исполнению зубчатые передачи подразделяются на следующие категории:

• Цилиндирическая. Используется наиболее часто, так как имеет более простую относительно других типов технологию производства шестерен. Цилиндрическая зубчатая передача применяется для передачи крутящего момента между валами, которые находятся в параллельных плоскостях. Может иметь несколько форм зубьев: прямые, косые и шевронные. Данный вид передач нашел свое применение в двигателях внутреннего сгорания, коробках передач подвижных составов, станков, буров. Он широко распространен в металлургии, машиностроении и других сферах промышленности.
• Коническая. Получила свое название за счет необычной конструкции колесных пар. Имеет форму срезанного конуса, на котором нарезаны зубья. Величина профиля зубьев уменьшается от основания к вершине. Коническая зубчатая передача используется в сложных и комбинированных механизмах, для которых характерны частые изменения нагрузок и углов вращения. Примерами могут служить ведущие мосты автотранспорта, сельскохозяйственной техники или железнодорожных составов, приводы различных промышленных станков.
• Реечная. Используется для преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот. При этом одна из шестерен заменяется плоскостью с нарезанными зубьями. Реечная передача проста в производстве и установке, способна выдерживать значительные нагрузки. В основном она применяется в механизме станков, основанных на поступательном движении: прессы, транспортеры с попеременной подачей, рулевые механизмы управления в переднеприводных автомобилях.

Любой вид зубчатых передач отличается продолжительным эксплуатационным периодом и надежностью работы (при соблюдении определенного уровня нагрузки и своевременном обслуживании). Сравнительно небольшой механизм способен обеспечить высокий КПД, благодаря чему и применяется для широкого круга задач.

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:

• 5236П станок зубострогальный для нарезания прямозубых мелкомодульных конических колес Ø 125
• 5Т23В станок зубострогальный для нарезания прямозубых прецизионных мелкомодульных конических колес Ø 125
• 5230 станок зуборезный для нарезания прямозубых конических колес Ø 320
• 5А250П станок зубострогальный для нарезания прямозубых конических колес Ø 500
• 526 станок зубострогальный для нарезания прямозубых конических колес Ø 610

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:

• 528С cтанок зуборезный для нарезания конических колес с круговыми зубьями Ø 800
• 525 cтанок зуборезный для нарезания спиральных конических колес Ø 500
• 5С280П станок зуборезный для конических зубчатых колес с круговыми зубъями полуавтомат Ø 800
• 5С23П станок зубострогальный для нарезания методом обкатки мелкомодульных конических и гипоидных колес с круговыми зубьями Ø 125

Геометрические параметры конической передачи

Конические зубчатые колёса применяют в передачах с пересекающимися осями под некоторым углом. Наиболее распространены передачи с углом ∑ = 90°. Нагрузочная способность конической передачи составляет около 85 % от цилиндрической. Различают конические передачи с прямыми, косыми (тангенциальными) и круговыми зубьями (рис. 19). Прямозубые конические колёса применяют при невысоких окружных скоростях как наиболее простые в монтаже (не более 8 м/c). Чаще применяют колёса с круговыми зубьями, которые обладают рядом преимуществ:

— при одинаковых габаритных размерах имеют более высокую несущую способность;

— обеспечивают более плавное зацепление и мéньшую шумность вследствие большого перекрытия зубьев в зацеплении.

При круговых зубьях преимущественно применяют β = 35°, при тангенциальных — β = 20 … 30° (кратно 5°).

Рис. 19. Конические колёса:

а) — с прямым зубом; б) — с косым зубом; в) — с круговым зубом

Вместо начальных и делительных цилиндров цилиндрических колёс вводят понятие начального и делительного конуса, которые, как правило, совпадают, так как модификацию (коррегирование) конических передач практически не применяют. В качестве торцовых сечений рассматривают сечения поверхностями дополнительных конусов, оси которых совпадают с осью колеса (внутренний и внешний торцовый конус, рис. 20).

Для удобства измерения конических колёс их размеры принято определять по внешнему торцовому конусу (геометрические параметры конического колеса, измеренные по внешнему торцовому конусу, имеют индекс — e). При расчёте диаметров колеса используют окружной (торцовый) m_еи нормальный m_n модули. Окружной модуль определяет внешний делительный диаметр d_e, нормальный — средний делительный диаметр d:

, . (3.6)

Для нормального зацепления высота головки и высота ножки зуба соответственно равны: h_ae = m_e, h_af = 1,2m_e .

Рис. 20. Геометрические параметры конического колеса

Внешний диаметр вершин зубьев равен:

, (3.7)

где δ — угол делительного конуса.

Рис. 21. Схема конической передачи

Передаточное отношение конической передачи (рис. 21) будет определяться отношением внешних делительных диаметров:

. (3.8)

Учитывая, что , где R_e — внешнее конусное расстояние, то выражение для определения передаточного отношения можно записать в виде:

. (3.9)

, или .

Таким образом, передаточное отношение конической передачи будет равно:

. (3.10)

Внешнее конусное расстояние:

. (3.11)

Среднее конусное расстояние R = R_e – 0,5b.

Что такое модуль зубчатого колеса

Современные шестерни далеко ушли от своих деревянных шестизубых предков, изготавливаемых механиками с помощью воображения и мерной веревочки. Конструкция передач намного усложнилась, тысячекратно возросли скорость вращения и усилия, передаваемые через такие передачи. В связи с этим усложнились и методы их конструирования. Каждую шестеренку характеризует несколько основных параметров

• диаметр;
• число зубьев;
• высота зубца;
• и некоторые другие.

Одним из самых универсальных характеристик является модуль зубчатого колеса. Существует для подвида — основной и торцевой.

В большинстве расчетов используется основной. Он рассчитывается применительно к делительной окружности и служит одним из важнейших параметров.

Для расчета этого параметра применяют следующие формулы:

где t — шаг.

где h — высота зубца.

И, наконец,

где De — диаметр окружности выступов,а z — число зубьев.

Что же такое модуль шестерни?

это универсальная характеристика зубчатого колеса, связывающая воедино такие его важнейшие параметры, как шаг, высота зуба, число зубов и диаметр окружности выступов. Эта характеристика участвует во всех расчетах, связанных с конструированием систем передач.

Вопросы для контроля

1. Что называют механической передачей, их основные разновидности?
2. Что представляют собой зубчатые передачи: описание, назначение, классификация, достоинства и недостатки?
3. Каков принцип работы червячных зубчатых передач, их основные достоинства и недостатки?
4. Что представляют собой передачи с гибкими звеньями: описание, назначение, классификация?
5. Какие основные достоинства и недостатки ременных передач в сравнении с цепными?
6. Что представляют собой фрикционные передачи: описание, назначение, классификация?

Это интересно: Транзистор — виды, применение и принципы работы

Разновидности

Начать стоит с изучения видов зубчатых передач, которые нашли широкое применение в разных отраслях, включая автомобилестроение.

Основной акцент будет сделан именно на автомобилях. В них используются различные типы зубчатых передач.

Зацепление зубцами способствует эффективной передаче вращательного движения, поступающего от автомобильного двигателя. В это же время преобразуется движение, меняется частота вращения, изменяется показатель крутящего момента.

Чтобы выполнять подобные функции, требуется использовать соответствующие механизмы. Согласно действующей классификации зубчатых передач, их можно разделить на несколько категорий.

Цилиндрические. Эти передачи включают в себя пары преимущественно с разным числом зубцов. Оси зубчатых колёс в случае с цилиндрическими передачами параллельные

Важно помнить о таком понятии как передаточное отношение. Это отношение количества зубьев

Что интересно, зубчатое колесо, большее по размеру, так и называют, а вот колесо с меньшими габаритами принято называть шестернёй.
Зубчатые конические передачи. У них есть одна важная особенность. В случае с коническими зубчатыми передачи оси их колёс пересекаются. При этом вращение передаётся непосредственно между валами, которые могут располагаться под разным углом. В зависимости от того, какое колесо окажется ведущим в ситуации с конической зубчатой передачей, сама передача может оказаться повышающей или понижающей.
Червячные. Аналогом конической зубчатой передачи является червячная. Здесь предусмотрены скрещивающиеся оси вращения. Добиться большого передаточного числа можно за счёт соотношения количества зубцов на колесе и количества заходов так называемого червяка. Червяки делятся в зависимости от числа заходов. Они бывают одно-, двух- и четырёхзаходными. Тут есть ещё одна важная особенность. Здесь передача вращения происходит только на червячное колесо от самого червяка. Реализовать обратный процесс нельзя, поскольку возникнет сильное трение. У такой передачи предусмотрена способность самостоятельного торможения, что реализовано за счёт червячного редуктора. Наглядным примером выступает подъёмный механизм для работы с грузом.
Реечные. Конструкция предусматривает использование зубчатых колёс и реек. Тем самым удаётся превратить вращательное движение в поступательное, как и в обратном направлении. Ярким примером выступает автомобильная рулевая рейка.
Винтовые. Применяются передачи такого типа при скрещивании валов. Зубцы имеют точечное зацепление, они быстро изнашиваются из-за нагрузок. Потому винтовые передачи обычно реализуются в разных приборах.
Планетарные. Отличительной особенностью является применение зубчатых колёс, у которых оси подвижные. Обычно предусмотрено наружное колесо с жёсткой фиксацией и с внутренней резьбой. Дополнительно устанавливается центральное колесо, водило и сателлиты. С помощью таких элементов осуществляется перемещение по окружности неподвижного колеса, реализуя тем самым вращение центрального.

У всех разновидностей предусмотрен различный коэффициент перекрытия, являющихся характерной особенностью зубчатой передачи. Так называют величину отношения угла перекрытия колеса к угловому шагу. Что же касается угла перекрытия, то это угол, на который осуществляет проворачивание колесо за время, пока в зацеплении находится одна пара зубцов.

У конических зубчатых передач, как и у многих остальных, зацепление бывает внутренним и наружным. В случае с наружным расположением ничего сложного нет, поскольку зубцы находятся сверху. Если это внутреннее зацепление, тогда зубцы от большого колеса находятся со стороны внутренней поверхности. Тут реализовать вращение можно исключительно в одном направлении.

Материалы для изготовления

Основной материал для изготовления колёсных пар — это сталь. Шестерня должна иметь более высокие прочностные характеристики, поэтому колёса часто изготавливают из разных материалов и подвергают разной термической или химико-термической обработке. Шестерни, изготовленные из легированной стали, подвергают поверхностному упрочнению методом азотирования, цементации или цианирования. Для углеродистых сталей используется поверхностная закалка.

Зубья должны обладать высокой поверхностной прочностью, а также более мягкой и вязкой сердцевиной. Это предохранит их от излома и износа поверхности. Колёсные пары тихоходных машин могут быть изготовлены из чугуна. В различных производствах применяются также бронза, латунь и различные пластики.

Преимущества и недостатки

Отдельно стоит поговорить об имеющихся достоинствах и недостатках зубчатых передач.

Учитывая их широкое распространение, не удивительно, что специалисты делают акцент на значимых достоинствах. Хотя и без минусов здесь не обошлось.

Начнём с перечня достоинств зубчатых передач. К положительным моментам можно отнести такие характеристики:

• высокая степень надёжности;
• способность работать в широком диапазоне скоростей;
• возможность функционирования при высоких нагрузках;
• компактные размеры;
• большой ресурс и запас прочности;
• высокий показатель КПД;
• сравнительно небольшая оказываемая нагрузка на подшипники и валы;
• постоянное передаточное отношение;
• достаточно простая технология производства;
• отсутствие сложностей при обслуживании.

Но за столь внушительным перечнем достоинств скрываются и некоторые недостатки.

К числу слабых сторон можно отнести следующие пункты:

• высокие требования касательно точности установки зубчатых передач;
• повышенные требования к качеству производства элементов;
• если вращение происходит на высокой скорости, может появляться шум, что связано с небольшими ошибками при производстве в основном;
• из-за высокой степени жёсткости эффективной компенсации динамических нагрузок добиться не удаётся, что ведёт к разрушениям, дефектам и пробуксовкам.

Имея дело с зубчатыми передачами, очень важно придерживаться элементарных правил их обслуживания и эксплуатации. В процессе обслуживания требуется периодический визуальный осмотр, проверка текущего состояния колёс, конструкции и целостности зубцов и шестерней

Со временем на них могут появляться сколы, трещины и прочие повреждения

В процессе обслуживания требуется периодический визуальный осмотр, проверка текущего состояния колёс, конструкции и целостности зубцов и шестерней. Со временем на них могут появляться сколы, трещины и прочие повреждения.

Не забывайте проверять зацепление и качество сцепки. Для этого часто применяются специальные краски, которыми обрабатываются зубья. С помощью краски можно понять, какова величина пятна контакта и как зубья располагаются в механизме. Чтобы отрегулировать узел, требуется воспользоваться специальными прокладками.

Принцип работы

В большинстве случаев генератор энергии и конечный агрегат имеют разные характеристики. Они отличаются по скорости вращения, мощности, углу приложения усилия. Чтобы обеспечить доставку крутящего момента от двигателя до конечного агрегата, необходимо использовать промежуточные модули, способные передавать усилие с минимальными потерями.

Такими модулями служат зубчатые колеса (шестерни). Они представляют собой диск с зубьями, расположенный на цилиндрической или конической поверхности. Обычно они используются парами разного диаметра с одинаковым количеством зубьев.

Во время работы механизма зубья двух шестерен сцепляются. Головка зуба входит в зацепление с повторяющим ее форму углублением на соседней шестерне. При проворачивании ведущего вала ведомый начинает вращаться в противоположную сторону.

Таким образом, вращающий момент передается от одного элемента к другому. Если диаметр ведущего колеса больше, то вращающий момент ведомого колеса уменьшается, и наоборот.

Типы

Конические шестерни подразделяются на разные типы по геометрии:

• Прямые конические шестерни имеют коническую ступенчатую поверхность, а зубья прямые и сужаются к вершине.
• Спирально-конические шестерни Имеют изогнутые под углом зубцы, позволяющие плавному и плавному контакту зубьев.
• Конические шестерни Zerol очень похожи на коническую шестерню, но зубья изогнуты: концы каждого зуба копланарны оси, но середина каждого зуба проходит по окружности вокруг шестерни. Конические зубчатые колеса Zerol можно рассматривать как спиральные конические зубчатые колеса, у которых также есть изогнутые зубья, но с нулевым углом спирали, поэтому концы зубьев совпадают с осью.
• Гипоидные конические шестерни похожи на спиральную фаску, но скошенные поверхности гиперболический и не конический. Шестерня может быть смещена выше или ниже центра шестерни, что обеспечивает больший диаметр шестерни, более длительный срок службы и более гладкое зацепление. Если скошенную поверхность сделать параллельно оси вращения, эта конфигурация будет напоминать червячный привод. Гипоидные передачи получили широкое распространение в задних мостах автомобилей.

Гипоидная коническая передача

Зубчатые передачи. Их достоинство и недостатки. область применение, классификации.

Зубчатые передачи.

Зубчатая передача — это механизм или часть механизма в состав которого входят зубчатые колёса. Движение пе-редаётся с помощью зацепления пары зубчатых колёс. Меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, большее – колесом. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, параметрам колеса – индекс 2.

Достоинства и недостатки зубчатых передач

Достоинства зубчатых передач: • Возможность применения в широком диапазоне скоростей, мощностей и передаточных отношений. • Высокая нагрузочная способность и малые габариты. • Большая долговечность и надёжность работы. • Постоянство передаточного отношения. • Высокий КПД (87-98%). • Простота обслуживания. Недостатки зубчатых передач: • Большая жёсткость не позволяющая компенсировать динамические нагрузки. • Высокие требования к точности изготовления и монтажа. • Шум при больших скоростях.

Классификация зубчатых передач

По передаточному отношению: • с постоянным передаточным отношением; • с переменным передаточным отношением. По форме профиля зубьев: • эвольвентные; • круговые (передачи Новикова); • циклоидальные. По типу зубьев: • прямозубые; • косозубые; • шевронные; • криволинейные. 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; • гиперболоидные; По окружной скорости колёс: • тихоходные; • среднескоростные; • быстроходные. 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).

Виды разрушений зубьев

2. Заедание зубьев наблюдается в высоконагруженных и высокоскоростных зубчатых, а также червячных передачах.

В местах контакта из-за трения развивается высокая температура, способствующая снижению вязкости масла, разрыву масляной пленки и образованию металлического контакта зубьев. Происходит молекулярное сцепление (микросварка) частиц металла. Растет сопротивление вращению, наросты металла на зубьях задирают рабочие поверхности сопряженных зубьев.

3. Поломка зубьев. Причина – напряжение изгиба σ_F. Это основной вид разрушения высокотвердых (Н ≥ 56 HRC) и открытых передач.

В открытых передачах в результате плохой смазки и абразивного истирания поверхностей зубьев от грязи выкрашивание не успевает развиться, но уменьшаются размеры сечений зубьев, растут напряжения изгиба σ_F. Возрастают зазоры, удары, шум. Усталостная поломка в этом случае связана с развитием трещин 3 на растянутой стороне ножки зуба (рис.4.3, б). В высокотвердых передачах зубья хрупкие, поверхность их имеет хорошее сопротивление выкрашиванию, но хуже противостоит прогрессирующему трещинообразованию в основании зуба.

4. Смятие рабочих поверхностей (пластические сдвиги) или хрупкое разрушение (Н ≥ 56 HRC) зубьев при кратковременных значительных перегрузках или ударном приложении нагрузки.

5. Отслаивание твердого поверхностного слоя при значительных контактных напряжениях и зарождении усталостных трещин в глубине под упрочненным слоем.

Достоинства и недостатки

Применение данной кинематической схемы наглядно показало наличие преимуществ.

К положительным моментам можно отнести:

• способность изменять направление передаваемого движения;
• широкая область применения;
• эффективно реализована передача, преобразование, увеличение мощности вращательного движения между осями передачи расположенными под углом друг к другу;
• достаточно широкий диапазон задания углов передачи крутящего момента от ведущего элемента к ведомому;
• широкая вариативность при компоновке разрабатываемых зубчатых и комбинированных систем;
• высокие нагрузочные характеристики (данные устройства способны передавать мощность величиной до 5000 кВт);
• эксплуатация и обслуживание не вызывает трудностей;
• удаётся получить высокий КПД.

К недостаткам специалисты причисляют:

• нагрузочная способность ниже, чем у цилиндрических конструкций (в среднем она на 20 процентов ниже);
• невысокая несущая способность (этот показатель ниже на 15 процентов);
• сложность и трудоёмкость в изготовлении колёс с заданными параметрами зубьев (количеством, величиной, углом наклона);
• повышенные требования к точности нарезания зубьев;
• возникновение повышенных осевых и изгибных нагрузок на все валы (особенно этот эффект наблюдается между валами, расположенными консольно);
• необходимость регулировки процесса передачи вращения;
• обладают большей массой, чем другие зубчатые передачи;
• высокие затраты на производство и обслуживание;
• возникают трудно разрешимые проблемы при проектировании и изготовлении систем с изменяемым передаточным числом;
• повышенная общая жёсткость конструкции.

Спироидные зубчатые передачи

Спироидные зубчатые передачи

Спироидные зубчатые передачи — это гипоидные зубчатые передачи, в которых начальные поверхности зубчатых колёс конические, шестерни имеют винтовые зубья, а зубчатые колеса имеют сопряженные поверхности зубьев с линейным контактом, если производящая поверхность для одного из них совпадает с главной поверхностью зубьев первого зубчатого колеса. По форме поверхности вершин витков червяка и способу его расположения относительно межосевой линии их разделяют на три вида: цилиндрические спироидные передачи, традиционно конусные наружного зацепления, обратноконусные внутреннего зацепления (рис. 8).

Формула расчета параметров прямозубой передачи

Чтобы определить параметры прямозубой шестеренки, потребуется выполнить некоторые предварительные вычисления. Длина начальной окружности равна π×D, где D — ее диаметр.

Расчет модуля зубчатого колеса

Шаг зацепления t – это расстояние между смежными зубами, измеренное по начальной окружности. Если это расстояние умножить на число зубов z, то мы должны получить ее длину:

проведя преобразование, получим:

Если разделить шаг на число пи, мы получим коэффициент, постоянный для данной детали зубчатой передачи. Он и называется модулем зацепления m.

размерность модуля шестерни — миллиметры. Если подставить его в предыдущее выражение, то получится:

выполнив преобразование, находим:

Отсюда вытекает физический смысл модуля зацепления: он представляет собой длину дуги начальной окружности, соответствующей одному зубцу колеса. Диаметр окружности выступов De получается равным

где h’- высота головки.

Высоту головки приравнивают к m:

Проведя математические преобразования с подстановкой, получим:

Диаметр окружности впадин Di соответствует De за вычетом двух высот основания зубца:

где h“- высота ножки зубца.

Для колес цилиндрического типа h“ приравнивают к значению в 1,25m:

Устройство зубчатого колеса

Выполнив подстановку в правой части равенства, имеем:

что соответствует формуле:

и если выполнить подстановку, то получим:

Иначе говоря, головка и ножка зубца относятся друг к другу по высоте как 1:1,25.

Следующий важный размер, толщину зубца s принимают приблизительно равной:

• для отлитых зубцов: 1,53m:
• для выполненных путем фрезерования-1,57m, или 0,5×t

Поскольку шаг t приравнивается к суммарной толщине зубца s и впадины sв, получаем формулы для ширины впадины

• для отлитых зубцов: sв=πm-1,53m=1,61m:
• для выполненных путем фрезерования- sв= πm-1,57m = 1,57m

Характеристики конструкции оставшейся части зубчатой детали определяются следующими факторами:

• усилия, прикладываемые к детали при эксплуатации;
• конфигурация деталей, взаимодействующих с ней.

Детальные методики исчисления этих параметров приводятся в таких ВУЗовских курсах, как «Детали машин» и других. Модуль шестерни широко используется и в них как один из основных параметров.

Для отображения шестеренок методами инженерной графики используются упрощенные формулы. В инженерных справочниках и государственных стандартов можно найти значения характеристик, рассчитанные для типовых размеров зубчатых колес.

Что такое модуль зубчатого колеса

Современные шестерни далеко ушли от своих деревянных шестизубых предков, изготавливаемых механиками с помощью воображения и мерной веревочки. Конструкция передач намного усложнилась, тысячекратно возросли скорость вращения и усилия, передаваемые через такие передачи. В связи с этим усложнились и методы их конструирования. Каждую шестеренку характеризует несколько основных параметров

• диаметр;
• число зубьев;
• шаг;
• высота зубца;
• и некоторые другие.

Одним из самых универсальных характеристик является модуль зубчатого колеса. Существует для подвида — основной и торцевой.

В большинстве расчетов используется основной. Он рассчитывается применительно к делительной окружности и служит одним из важнейших параметров.

Для расчета этого параметра применяют следующие формулы:

Параметры зубчатых колес

Модуль зубчатого колеса можно рассчитать и следующим образом:

где h — высота зубца.

где De — диаметр окружности выступов,а z — число зубьев.

Что же такое модуль шестерни?

это универсальная характеристика зубчатого колеса, связывающая воедино такие его важнейшие параметры, как шаг, высота зуба, число зубов и диаметр окружности выступов. Эта характеристика участвует во всех расчетах, связанных с конструированием систем передач.

Линия зуба

Зубья на конических зубчатых колесах могут быть прямыми, спиральными или “нулевыми”.

Прямые зубья

В прямые конические шестерни зубья прямые и параллельны образующим конуса. Это простейшая форма конической передачи. Он напоминает прямозубую шестерню, только коническую, а не цилиндрическую. Шестерни на изображении шлюза – прямые конические. В наборах прямых конических зубчатых колес, когда каждый зуб входит в зацепление, он ударяется о соответствующий зуб, и простое изгибание зубьев шестерни может решить проблему.

Спиральные зубья

Зубья спирально-конических зубчатых колес сформированы по спирали. Они чем-то похожи на цилиндрический тип. косозубые шестерни в том, что зубы расположены под углом; однако у спиральных шестерен зубья также изогнуты.

Преимущество спирального зуба перед прямым зубом состоит в том, что они входят в зацепление более плавно. Контакт между зубьями начинается на одном конце шестерни, а затем распространяется на весь зуб. Это приводит к менее резкой передаче усилия, когда в игру вступает новая пара зубьев. В прямолинейных конических зубчатых передачах резкое зацепление зубьев вызывает шум, особенно на высоких скоростях, и ударную нагрузку на зубья, которая не позволяет им выдерживать большие нагрузки на высоких скоростях без поломки. По этим причинам прямолинейные конические зубчатые передачи обычно ограничиваются линейными скоростями менее 1000 футов / мин; или, для малых передач, менее 1000 об / мин.

Зубные линии Zerol

Конические зубчатые колеса Zerol – это промежуточный тип между прямыми и спирально-коническими зубчатыми колесами. Их зубы изогнутые, но не угловатые. Конические зубчатые колеса Zerol разработаны с целью дублирования характеристик прямой конической зубчатой ​​передачи, но они производятся с использованием процесса спиральной конической резки.