КОНИЧЕСКИЕ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ 16.1. Общие сведения
Конические зубчатые передачи применяют для передачи механической энергии между валами с пересекающимися осями. Наибольшее распространение имеют ортогональные (с углом Z = 90°) передачи (рис. 16.1). Конические колеса бывают с прямыми и круговыти зубьями. Линии зуба в конических колесах с круговыми зубьями являются дугами окружности.
Передачи с прямыми зубьями имеют начальный линейный, а с круговыми зубьями - точечный контакт в зацеплении. Угол вnнаклона линии зуба определяют в среднем сечении по ширине зубчатого венца. Для передачи с прямым зубом n= 0, для передачи с круговым зубом βn= 35°. Наличие наклона линии зуба повышает плавность работы, контактную прочность и прочность на изгиб, но увеличивает нагрузки на опоры и валы. Конические колеса с круговыми зубьями по сравнению с прямозубыми обладают большей несущей способностью, работают плавно и с меньшим
шумом. При суммарном коэффициенте перекрытия ,
большем2, обеспечивается участие в работе постоянно не менее двух пар зубьев.
Для повышения износостойкости и сопротивления зубьев заеданию смещением исходного контура выравнивают удельные скольжения в граничных точках зацепления. Шестерню выполняют с положительным смещением, а колесо с равным ему по абсолютному значению - отрицательным.
Аналогами начальных цилиндров цилиндрических зубчатых передач в конических передачах являются делительные конусы, совпадающие с начальными. При вращении колес делительные конусы катятся друг по другу без скольжения.
Конические зубчатые передачи необходимо регулировать, добиваясь совпадения вершин делительных конусов колес.
Рис. 16.1
Угол Σ между осями зубчатых колес равен сумме углов делительных конусов (рис. 16.1).
Достоинство конических передач - возможность передачи механической энергии между валами с пересекающимися осями.
Недостатками являются необходимость регулирования передачи (вершины делительных конусов должны совпадать), а также меньшая нагрузочная способность и большая сложность изготовления по сравнению с цилиндрическими передачами.
Внешние и внутренние торцы на конических зубчатых колесах формируют внешними и внутренними дополнительными конусами, образующие которых перпендикулярны образующей делительного конуса. Средний дополнительный конус расположен на равном расстоянии от внешнего и внутреннего дополнительных конусов.
Ширина b венца зубчатого колеса ограничена двумя дополнительными конусами - внешним и внутренним.
Длину отрезка образующей делительного конуса от его вершины до внешнего торца называют внешним конусным расстоянием Re, до середины ширины зубчатого венца - средним конусным расстоянием Rm (рис. 16.1).
Пересечения делительного конуса с дополнительными конусами определяют диаметры делительных окружностей конического зубчатого колеса. Различают внешний de, внутренний di, средний dm делительные диаметры.
Передаточное число. Согласно рис. 16.1 передаточное число
где de1,de2, dm1, dm2и - соответственно внешние, средние делительные диаметры и углы делительных конусов шестерни и колеса.
Для конической прямозубой передачи рекомендуют u = 2...3; при колесах с круговыми зубьями u до 6,3.
Осевая форма зуба
Зубья конических колес в зависимости от изменения размеров их нормальных сечений по длине выполняют трех осевых форм (рис. 16.2):
осевая форма I - нормально понижающиеся зубья (рис. 16.2, а). Вершины конусов делительного и впадин совпадают, высота ножки зуба пропорциональна конусному расстоянию. Применяют для прямых зубьев, а также ограниченно для круговых при m > 2 мм и
осевая форма II - нормально сужающиеся зубья (рис. 16.2, б). Вершина конуса впадин расположена так, что ширина дна впадины колеса постоянна, а толщина зуба по делительному конусу пропорциональна конусному расстоянию. Эта форма обеспечивает
а) б) в)
Рис. 17.13
оптимальную прочность на изгиб во всех сечениях, позволяет одним инструментом обрабатывать сразу обе поверхности зубьев колеса, что повышает производительность при нарезании зубчатых колес. Является основной для колес с круговыми зубьями. Применяют в массовом производстве;
осевая форма III - равновысокие зубья (рис. 16.2, в). Образующие конусов делительного, впадин и вершин параллельны. Высота зубьев постоянна по всей длине. Применяют для неортогональных передач с межосевым углом Σ < 40° и круговыми зубьями при .
Основные геометрические соотношения
В конических зубчатых колесах с осевыми формами I и II высота зуба, а следовательно, и модуль зацепления увеличиваются от внутреннего к внешнему дополнительному конусу (см. рис. 16.1, 16.2). Для удобства измерения размеры конических колес принято определять по внешнему торцу зуба.
Максимальный модуль зубьев - внешний окружной модуль mte - получают на внешнем торце колеса.
Ниже приведены основные геометрические соотношения для конических зубчатых передач (см. рис. 16.1).
Внешние делительные диаметры шестерни и колеса
Внешнее конусное расстояние
.
Ширина зубчатого венца b = KbeRe. Для большинства конических передач коэффициент ширины зубчатого венца Kbe = 0,285. Тогда
.
Среднее конусное расстояние
Rm = Re - 0,5 b = Re - 0,5 • 0,285Re = 0,857 Re.
Из условия подобия (см. рис. 16.1) следует: de1/Re = dm1/Rm.
Тогда средний делительный диаметр шестерни
.
Модуль окружной в среднем сечении mtm = 0,857mte.
Модуль нормальный в среднем сечении для кругового зуба (βn= 35°)
mn = mtm cosβn 0,702mte.
Углы делительных конусов
Для конических зубчатых колес с прямыми зубьями в качестве расчетного принимают внешний окружной модуль mte, для конических зубчатых колес с круговыми зубьями - средний нормальный модуль mn в середине зубчатого венца.
Одной и той же зуборезной головкой можно нарезать конические колеса с модулями, изменяющимися в некотором непрерывном диапазоне. Поэтому допускается использовать нестандартные значения модуля.