На главную  (The main) Выбор раздела   (Parts) Выбор расчета   (Gears) Карта номограмм  Справочная информация

Зубчатые передачи. Назначение и виды зубчатых передач

Зубчатая передача - это механизм, который с помощью зубчатого зацепления передаёт или преобразует движение с изменением угловых скоростей и моментов. 

Зубчатая пара состоит из шестерни и колеса. В большинстве случаев шестерня является ведущим элементом зубчатой пары, а колесо - ведомым, хотя встречается и обратное соотношение. Обычно шестерня имеет меньший диаметр. Как правило, при рассмотрении одинаковых параметров шестерни и колеса, шестерне присваивают индекс 1, колесу - 2. Например, Z1 - количество зубьев шестерни, Z2 - количество зубьев колеса.

Зубчатые колёса различаются по форме зубчатого венца, по взаимному расположению валов, по форме зуба относительно оси колеса, по форме профиля зуба, по различным отклонениям от стандартного профиля (корригирование) и т.д. Каждое сочетание перечисленных геометрических особенностей имеет свои особенности выбора конструкции, материала и изготовления колеса.

Форма венца зубчатого колеса

цилиндрические зубчатые колёса

конические зубчатые колёса

Примечания

Форма зубьев относительно оси колеса

прямые,  косые  и шевронные

винтовые

прямые, круговые и тангенциальные

 

Взаимное расположение осей валов зубчатой передачи

оси валов параллельны 

оси валов скрещены 

оси валов пересекаются (межосевой угол может быть как равен  90º; так и отличен от 90º)

 

Профиль зубьев

в основном  эвольвентный

  Достоинством является малая чувствительность к отклонению межосевого расстояния и возможность изготовления простым инструментом

Модификация профилей зубьев (корригирование)

Смещение исходного контура: прямозубые - высотное, угловое;  косозубые - высотное.

Фланкирование

Смещение исходного контура: высотное, тангенциальное. Сочетание высотной и тангенциальной модификации.

Фланкирование применяют для  быстроходных зубчатых передач в целях уменьшения сил удара при входе и выходе зубьев их из зацепления 

 

 

 

 

Зубчатые передачи для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот осуществляются цилиндрическим колесом (шестерней) и рейкой. 

Зубчатые передачи могут отличаться по условиям работы зубчатого зацепления. Они могут быть как открытыми, так и закрытыми. Открытые зубчатые передачи не защищены от попадания загрязняющих веществ и работают в условиях со скудной смазкой густой консистенции, либо вообще без смазки. 

Зубчатое зацепление используется также в планетарных передачах, в которых ось хотя бы одного зубчатого колеса подвижна.  

Цилиндрические зубчатые колёса

Зубчатые передачи между валами с параллельными осями называют цилиндрическими. Цилиндрические зубчатые передачи состоят из двух цилиндрических зубчатых колес (колеса и шестерни) с внешним или внутренним зацеплением.

По виду зацепления цилиндрические передачи делят на передачи с эвольвентным, циклоидальным, часовым, цевочным, а также точечным или близким к линейчатому контактом (передачи Новикова). Обычно применяются эвольвентные зубчатые передачи или передачи Новикова.

Как видно из приведенной таблицы прямозубыми могут быть как цилиндрические, так и конические зубчатые колёса. 

Прямозубые колёса применяют в следующих случаях:

1) при невысоких и средних окружных скоростях, 

2) при большой твёрдости зубьев (когда динамические нагрузки от неточностей изготовления невелики по сравнению с полезными), 

3) также применяются в открытых и планетарных передачах. 

а) прямозубое колесо,

б) косозубое колесо,

в) шевронное колесо

Рисунок 1

Хотя максимальные окружные скорости прямозубых колёс могут доходить до 15 м/с, наиболее часто применяются скорости до 5 м/с. Одним из достоинств прямозубой передачи является отсутствие осевых усилий.

Косозубая передача используется обычно в следующих случаях:

1) если нельзя подобрать цилиндрическую прямозубую пару со стандартным модулем при заданных межосевом расстоянии и передаточном отношении;

2) в случае необходимости иметь малое колесо с небольшим числом зубьев при одновременно высоких требованиях к плавности и равномерности передачи;

3) при повышенных окружных скоростях зубчатых колёс (при средних и высоких скоростях) и требованиях в отношении бесшумности передачи;

4) при больших передаточных отношениях

Косозубые и шевронные зубчатые колёса в зависимости от качества изготовления могут применяться при окружных скоростях до 30 м/с. Косозубые передачи иногда используются при малых окружных скоростях. Это объясняется некоторыми их преимуществами перед прямозубыми передачами: одновременно в зубчатом зацеплении находится несколько зубьев, передача вращения происходит более плавно, уменьшаются динамические нагрузки, возникающие вследствие неточности изготовления колёс. Кроме того, изготовление косозубых колёс не требует специального оборудования и оснастки. Одним из недостатков косозубых колёс является наличие осевого усилия, что вызывает необходимость усиления подшипниковых узлов и вала. Поэтому при больших осевых усилиях при передачи больших мощностей рационально применение более сложных шевронных передач, в которых осевые усилия скомпенсированы.

Рисунок 2

 Рисунок 3

Цилиндрические передачи с косозубыми (винтовыми) колёсами могут быть как с параллельными осями колёс, так и с пересекающимися.

Вариант с пересекающимися осями зубчатых колёс возможен в следующих случаях.

1. Оси зубчатых колёс скрещиваются под углом 90º. В этом случае угол наклона зубьев ведущего колеса больше, чем у ведомого.

2. Оси скрещиваются под углом не равным 90º.  В этом случае угол наклона зубьев ведущего зубчатого колеса больше, чем угол наклона зубьев ведомого колеса. Возможны три сочетания зубчатых колёс:

а) ведущее колесо винтовое, ведомое - прямозубое;

б) зубья обоих колес винтовые одного направления;

в) зубья обоих колес винтовые разного направления.

Рисунок 4

В общем случае зубчатые передачи со скрещивающимися осями могут быть следующих видов: винтовые, гипоидные, спироидные, червячные. На практике чаще всего применяются ортогональные передачи с межосевым углом 90 °С.

Цилиндрические передачи с внутренним зацеплением

По сравнению с зубчатыми передачами наружного зацепления цилиндрические передачи с внутренним зацеплением имеют во много раз меньшее относительное скольжение рабочих поверхностей зубьев, меньшее удельное давление между рабочими поверхностями зубьев и меньшие размеры при сравнительно большом передаточном отношении и малом межцентровом расстоянии. Однако они не получили большого распространения, поскольку они более сложны в изготовлении и при их применении не обеспечивается достаточная жесткость валов вследствие консольного расположения колеса и шестерни.

Корригирование цилиндрических зубчатых колёс

Цилиндрические зубчатые колёса могут быть как со смещением исходного контура, так и без смещения исходного контура. Эвольвентное зубчатое зацепление обладает ценным свойством: допускает успешную работу передачи и при изменении расстояния между центрами. Возможно три положения шестерни по отношению к колесу: нормальное, сближенное и раздвинутое. Таким образом, эвольвентное зацепление допускает использование для образования профиля зубьев различных участков эвольвенты, что даёт возможность осуществлять сдвиги профиля как при неизменном расстоянии между центрами (высотная коррекция), так и при раздвинутых или сближенных центрах (угловая коррекция). 

 Смещение исходного контура является одним из видов модификации профилей зубьев (корригирования). Преимущества эвольвентного зацепления при использовании корригирования:

- уменьшается минимально допустимое число зубьев (увеличивается модуль при том же диаметре шестерни);

- повышается прочность (особенно изгибная, так как зуб утолщается у основания);

- повышается износостойкость;

- повышается плавность эвольвентных передач.

К недостаткам корригирования можно отнести уменьшение коэффициента перекрытия.

Конические зубчатые колёса

Прямозубые конические колёса применяют при невысоких окружных скоростях (до 2...3 м/с, допустимо до 8 м/с). При более высоких скоростях целесообразно применять зубчатые колёса с круговыми зубьями, как обеспечивающие более плавное зацепление, меньший шум, большую несущую способность и более технологичные. Прямозубые конические передачи обеспечивают передаточное отношение до 3.

При окружных скоростях, больших 3 м/с, в конических редукторах применяют зубчатые передачи с косыми или криволинейными зубьями, которые благодаря постепенному входу в зацепление и меньшим изменением величины деформации зубьев в процессе зацепления работают с меньшим шумом и меньшими динамическими нагрузками. Кроме того, зубчатые колёса с косыми или криволинейными зубьями лучше работают на изгиб, чем прямозубые. Однако для полного контакта зубьев этих зубчатых передач требуется прилегание зубьев не только по их ширине, но и по высоте, что повышает требования к изготовлению косозубых передач и колёс с криволинейными зубьями. Благодаря своим преимуществам такие передачи могут применяться при передаточных отношениях до 5 и даже выше.

 

Рисунок 5

а) с прямыми зубьями,     б) с косыми зубьями,

в) с криволинейными зубьями,    г) коническая гипоидная передача

Рисунок 6 - Основные элементы зубьев конических колёс

Конические зубчатые колёса с косыми зубьями могут работать с окружной скоростью до 12 м/с, а колёса с криволинейными зубьями - до 35-40 м/с. Наибольшее распространение получили передачи с криволинейными зубьями, нарезанными по спирали, эвольвенте (паллоидные) или окружности (круговые). Конические колёса с криволинейными зубьями могут иметь различное направление спирали. Зубчатое колесо называется правоспиральным, если со стороны вершины конуса зубья наклонены наружу в сторону движения часовой стрелки, в противном случае колесо называется левоспиральным.

Корригирование конических зубчатых колёс

Применяют в основном высотную коррекцию (корригирование) конических колёс. Также для конических колёс применяется тангенциальная коррекция, заключающаяся в утолщении зуба шестерни и утонении зуба колеса. Тангенциальная коррекция конических колёс не требует специального инструмента. Для цилиндрических колёс тангенциальную коррекцию не применяют, так как для она требует специального инструмента. На практике для конических колёс часто применяют высотную коррекцию в сочетании с тангенциальной.

Зубья конических колёс по признаку изменения размеров сечений по длине выполняют трех форм:

Рисунок 7

1.Нормально понижающие зубья. Вершины делительного и внутреннего конусов совпадают. Эту форму применяют для конических передач с прямыми и тангенциальными зубьями, а также ограниченно для передач с круговыми зубьями при mn>2 и Z = 20...100.

Рисунок 8

2. Вершина внутреннего конуса располагается так, что ширина дна впадины колеса постоянна, а толщина зуба по делительному конусу растёт с увеличением расстояния до вершины. Эта форма позволяет обрабатывать одним инструментом сразу обе поверхности зубьев зубчатого колеса. Поэтому она является основой для колес с круговыми зубьями.

Рисунок 9

3. Равновысокие зубья. Образующие делительного и внутреннего конуса параллельны. Эту форму применяют для круговых зубьев при Z>40, в частности при средних конусных расстояниях 75-750 мм.

Смешанно-конические передачи (не распространены) – зубчатые передачи, у которых одно колесо цилиндрическое, а другое – коническое с зубьями, имеющие особую форму боковой поверхности. Несущая способность таких передач меньше, чем обычных.

Передачи с неэвольвентным профилем

Существуют и альтернативные эвольвентной системе зацепления зубчатые передачи. К ним можно отнести зацепление Новикова и арочные передачи. В зацеплении Новикова уменьшены следующие недостатки эвольвентного зацепления:

-малые приведенные радиусы кривизны рабочих поверхностей;

- повышенная в связи с линейным контактом зубьев чувствительность к перекосам;

- потери на трение в зацеплении в связи с существенным скольжением.

Арочные передачи обладают следующими преимуществами по сравнению с эвольвентными:

- малая чувствительность к перекосу осей;

- повышение прочности зубьев на изгиб.

Существуют также треугольные зубчатые зацепления.

Рисунок 10 Исходный контур передачи Новикова

 

Рисунок 11

Передача "мальтийский крест"

Оригинальные зубчатые передачи

Рисунок 12 - Передача цевочная

Источники:

И.Я. Левин "Справочник конструктора точных приборов",Государственное научно-техническое издательство, М.,1962г.

Д.Н. Решетилов "Детали машин",М.:Машиностроение, 1974г и т.д.

 

 

 

Web-сайт "ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ".              Контактная информация. E-mail: nomogramka@gmail.com

Copyright © 2005-2022 г. Все права защищены.