Цилиндрические зубчатые передачи

Зубчатые передачи

Общие положения

Движение от одного элемента механизма к другому передается с помощью различных деталей, совокупность которых называется передачей. В машиностроении широко применяют механические, электрические, пневматические и гидравлические передачи.

Все механические передачи по принципу действия подразделя­ются на передачи, основанные на использовании трения, — фрик­ционные ( рис. 1, а) и ременные (рис. 1, б), и передачи, осно­ванные на использовании зацеплений, — зубчатые (рис. 1, в), червячные (рис. 1, г), цепные (рис. 1, д) и с применением храпового механизма (рис. 1, е).

Рисунок 1

По характеру изменения скорости различают механические пере­дачи понижающие (редукторы) и повышающие (мультипликаторы).

Из всех механических передач, применяемых в машинах и при­борах, наибольшее распространение получили зубчатые.

Зубчатые передачи служат для передачи вращательного движе­ния от одного вала к другому или для преобразования вращатель­ного движения в поступательное. Преимуществами зубчатых пере­дач являются постоянное передаточное число, высокий КПД (в отдельных случаях до 0,99), компактность, простота эксплуата­ции, неограниченный диапазон передаваемых мощностей. Недо­статки зубчатых передач — сравнительная сложность изготовле­ния, требующая специального оборудования и инструмента; по­вышенный шум при работе на высоких скоростях вследствие не­точности изготовления; необходимость точного монтажа.

Зубчатая передача состоит из двух зубчатых колес, работающих в зацеплении. Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубь­ев, сообщающее движение другому, называется ведущим (шестер­ней), а с большим числом зубьев, принимающее движение, — ве­домым (колесом). При одинаковом числе зубьев передачи ведущее зубчатое колесо называется шестерней, а ведомое — колесом. Тер­мин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и к колесу. Зубья ведущих колес обозначают буквой z с нечетными индекса­ми (Z₁, Z ₃, Z₅ и т.д.), а ведомых— с четными (Z₂, Z₄, Z₆ и т.д.).

Классификация зубчатых передач. По расположению центров раз­личают зубчатые передачи с внешним зацеплением (рис. 2, а), в которых центры колес находятся с разных сторон от зоны кон­такта, и с внутренним зацеплением (рис. 2, б), в которых цен­тры колес расположены по одну сторону от зоны контакта.

По расположению валов в пространстве различают следующие зубчатые передачи:

с параллельными осями валов и цилиндрическими колесами (рис. 2, а...г); пересекающимися осями валов и коническими колесами (рис. 2, д...ж);

скрещивающимися осями валов и цилиндрическими винтовы­ми колесами

Рисунок 2

(рис. 2, з);

скрещивающимися осями валов и коническими колесами — гипоидные передачи (рис. 2, и);

скрещивающимися осями валов и червяка с винтом — червя­чные передачи (рис. 2, с);

служащие для преобразования вращательного движения в по­ступательное (и наоборот) с помощью шестерни и рейки (рис. 2, л).

По наклону зубьев зубчатые передачи подразделяются на пря­мозубые (см. рис. 2 а, б), косозубые (см. рис. 2, в), шев­ронные (см. рис. 2, г) и винтовые (см. рис. 2, ж...и).

По форме профиля зубьев различают эвольвентные (профиль очерчен по эвольвенте), циклоидные (профиль очерчен по цик­лоиде) и передачи с зацеплением Новикова (профиль очерчен дугой окружности).

По окружной скорости зубчатые передачи подразделяют на ти­хоходные (v < 3 м/с), среднескоростные (15 > v > 3 м/с) и быст­роходные (v> 15 м/с).

Конструктивно зубчатые передачи выполняют открытыми (без защитного кожуха) и закрытыми (с защитным кожухом).

Изготовление зубчатых колес. В зависимости от назначения зуб­чатые колеса изготавливают различными способами. Для тихоход­ных передач применяют колеса с литыми зубьями. Их точность невелика, но благодаря наличию твердой корки на поверхности зубьев их износоустойчивость довольно высока. Литые зубчатые колеса применяют в тихоходных и относительно грубых механиз­мах (лебедках, сельскохозяйственных машинах). Для повышения точности передачи колеса с литыми зубьями иногда подвергают дополнительной механической обработке.

При копировании используют литье, штамповку и нарезание.

Для более точных механизмов колеса изготавливают нарезани­ем, используя для этого следующие основные методы:

Копирование на фрезерных или специальных зуборезных стан­ках. При копировании зубчатого колеса профиль поверхности зу­бьев является как бы копией профиля режущего инструмента, и в процессе нарезания впадины между зубьями копируется профиль модульной дисковой (рис. 2.145, а) или пальцевой (рис. 2.145, б) фрезы. Затем заготовку поворачивают на один зуб, и процесс по­вторяется. Данный способ недостаточно точен из-за погрешно­стей делительного механизма, последовательно поворачивающе­го заготовку колеса на один зуб, и профиля инструмента; обкатка заготовки в холодном или горячем состоянии. В процес­се нарезания режущий инструмент— долбяк (рис. 2.146, а), зуборезная гребенка (рис. 2.146, б) или червячная фреза (рис. 2.146, в) — обкатывается с заготовкой как зубчатая пара, обеспечивая полу­чение более высокой степени точности зацепления.

Рисунок 3

Рисунок 4

Цилиндрические зубчатые передачи

Цилиндрическая зубчатая передача применяется для передачи вращения от одного вала к другому, когда их оси параллельны.

Рассмотрим термины, определения и обозначения, характери­зующие зубчатые передачи (ГОСТ 16530 — 83, 16532 — 70).

Основными рабочими элементами зубчатых колес (рис. 2.147) являются зубья — выступы на колесе, передающие движение по­средством взаимодействия с соответствующими выступами дру­гого колеса.

Рисунок 5

Окружной делительный шаг Р,— это расстояние между одно­именными профилями соседних зубьев по дуге делительной ок­ружности.

Основным параметром зубчатого колеса является модуль m — линейная величина в к раз меньше делительного шага, т.е.

m = Р,/п.

Делительная поверхность (делительная окружность с диамет­ром d) — это цилиндрическая поверхность зубчатого колеса, яв­ляющаяся базовой при определении элементов зубьев и их разме­ров:

d = P,z/n, или d = mz.

Делительная поверхность отделяет головку от ножки зуба.

Головка зуба высотой h_a — это часть зуба, заключенная между делительной поверхностью и поверхностью его вершин, h_a = m.

Ножка зуба высотой h_f— это часть зуба, заключенная между делительной поверхностью и поверхностью впадин, h_f- 1,25m.

Высота зуба h — это радиальное расстояние между поверхно­стями вершин и впадин,

h = (d_a- d_f)/2, или h = h_a + h_f= m + 1,25/я = 2,25/w.

Поверхность вершин (окружность вершин с диаметром d_a) — это цилиндрическая поверхность, ограничивающая зубья со сторо­ны, противоположной телу зубчатого колеса,

d_a = d + 2т, или d_a = mz + 2т = m (z + 2).

Поверхность впадин (окружность впадин с диаметром dj) — это цилиндрическая поверхность, отделяющая зубья от тела зубчато­го колеса,

d_f= d_a~ 2h, или d_f= d-2h_f= mz- 2,5m = m (z- 2,5).

Окружная толщина зуба S_t — это расстояние между профилями зуба по дуге делительной окружности,

S,= P,/2 ж 0,5кт.

Окружная ширина впадины е, — это расстояние между соседни­ми профилями зубьев по дуге делительной окружности,

<?,= S,.