7. Зубчатые механизмы
Зубчатые механизмы широко используются в машинах и приборах главным образом для передачи мощности от ведущего вала к ведомому с преобразованием передаваемых скоростей и моментов. Основное назначение зубчатых механизмов в приборах – преобразование скорости и изменение направления вращения.
Простейший зубчатый механизм состоит из двух зубчатых колес и стойки. Его принято называть зубчатой передачей. Звено зубчатой передачи с меньшим числом зубьев называется шестерней, а звено с большим числом зубьев – колесом. Всем параметрам шестерни и зубчатого колеса присваиваются индексы, соответственно 1 и 2.
7.1 Виды зубчатых механизмов
Зубчатые механизмы используются для передачи движения между параллельными, пересекающимися, скрещивающимися осями валов, а так же для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот.
Для передачи вращения между параллельными валами применяют цилиндрические зубчатые колеса. Цилиндрические зубчатые механизмы выполняют с внешним или внутренним зацеплением.
Внутреннее зацепление позволяет уменьшить габаритные размеры механизма, однако, технологически оно более сложно. Кроме того, при внутреннем зацеплении один из валов воспринимает консольную нагрузку и работает в более тяжелых условиях. Цилиндрические зубчатые колеса имеют прямые или косые зубья.
Механизмы с прямыми зубьями применяют в сравнительно тихоходных передачах (υ≤2-3м/с) при малых динамических нагрузках. Основным преимуществом этих механизмов является отсутствие осевых усилий, благодаря чему есть возможность передвижения колес вдоль оси во время работы (Коробки передач). Недостаточная плавность прямозубого зацепления приводит к появлению шума. Для устранения этого недостатка применяют косозубые цилиндрические механизмы, имеющие повышенную прочность зубьев и большую плавность зацепления. Поэтому они могут работать при высоких скоростях и высоких динамических нагрузках. Недостаток этих передач – наличии осевых нагрузок, действующих на колеса и подшипниковые узлы.
Для передачи вращения между валами с пересекающимися осями применяют конические зубчатые колеса, которые могут иметь прямолинейные и криволинейные зубья.
Угол между осями обычно 90°
Для преобразования вращательного движения в поступательное или наоборот применяют реечные механизмы, а для передачи между скрещивающимися валами – винтовые передачи.
По числу ступеней или зубчатых пар механизмы делятся на одноступенчатые, двух и т.д.
Различают закрытые и открытые зубчатые механизмы. Открытые обычно тихоходные и смазываются периодически. Закрытые смазываются струей или с помощью масленой ванны. В приборах зубчатые механизмы применяются не только для понижения, но и для повышения угловой скорости (мультипликаторы). В приборах чаще всего применяют открытые зубчатые механизмы. Основной кинематической характеристикой зубчатых механизмов является передаточное отношение
В расчетах зубчатых
механизмов на прочность вместо
передаточного отношения используют
передаточное число
,
где U – отношения числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни
отношение
i>1
U={
1/i<1
Для одной зубчатой пары передаточное отношение i может достигать 15 (в приборах).
Многоступенчатые зубчатые механизмы, должны обеспечивать высокую точность движения и передаточных отношений, достигающих нескольких десятков тысяч.
(Отсчетные устройства приборов)
Основные недостатки зубч. механизмов:
Сравнительная сложность изготовления
Невозможность бесступенчатой регулировки передаточного отношения
Появление вибраций при неточном изготовлении и ударных нагрузкок
Достоинства зубч. передач:
Достаточная компактность
Высокий КПД
Постоянство передаточного отношения
Надежность работы и большая долговечность
Простота ухода и обслуживания
К зубчатым передачам предъявляются требования:
Простота изготовления
Постоянство передаточного отношения
Бесшумность работы и минимальный износ
Типы зацеплений
По формам профиля зубьев различают эвольвентные, циклоидальные и круговые.
Одной из характеристик зубьев является модуль здесь: p=πm шаг зубьев.
Модули стандартизированы, что позволяет сократить номенклатуру режущего инструмента. Второй характеристикой зубьев является диаметр делительной окружности
В точке контакта окружные скорости шестерни υ1 и колеса υ2 равны:
;
;
Часовое зацепление – это упрощенное циклоидное.
Часовое зацепление характеризуется большими боковыми и радиальными зазорами. Передаточное отношение в этом зацеплении не остается постоянным. Применяют его только в случаях отсутствия реверса, чтобы зазоры не оказывали влияние на точность.
Цевочное зацепление также разновидность циклоидного. В нем зуб шестерни заменяют цилиндром, который называют цевкой.
Цевочное зацепление, как и часовое, имеет большие зазоры. Применяют в малоответственных механизмах, работающих с низкими скоростями и повышенной загрязненностью.
Основным недостатком является повышенное трение и износ рабочих цевок и колес. Для уменьшения трения цилиндрики-цевки устанавливают в дисках, чтобы они имели возможность поворачиваться относительно своей оси.