16 Проектирование зубчатых передач с зацеплением Новикова

Оценка передачи. Особенности зацепления Новикова

В 1954 г. в России М. Л. Новиковым было разработано зубчатое зацепление с круговыми профилями зубьев. Передачи Новикова получили широкое распространение. В России они стандартизованы. Передачи изготовляют общего и специального назначения.

Оценка передачи

Основное достоинство передачи Новикова ‑ повышенная нагрузочная способность по контактной прочности. При H  350 НВ она примерно в 1,5…1,7 раза больше, чем у аналогичной по размерам и материалу эвольвентной косозубой передачи.

Недостатки — повышенная чувствительность к изменению межосевого расстояния; сравнительно сложный исходный контур инструмента, некоторое снижение изломной прочности по сравнению с эвольвентным профилем.

О собенности зацепления

Профили зуба шестерни и колеса в передаче Новикова не эвольвентный, а круговой. Причём у шестерни профиль зуба выпуклый, с радиусом кривизны , а у колеса вогнутым, с , несколько большим, но близким к . Контактные напряжения в передаче значительно уменьшаются, так как контакт выпуклых эвольвентных профилей заменен контактом выпуклого и вогнутого профилей с малой разностью радиусов кривизны. Для сохранения непрерывности зацепления передачи Новикова выполняют косозубыми с .

В сечении плоскостью п ‑ п боковые поверхности косых зубьев имеют большие радиусы кривизны и винтовых линий. При вращении колеса косые зубья перекатываются в плоскости п ‑ п как цилиндры Точка контакта перемещается вдоль зубьев от одного края к другому.

П роцесс такого зацепления иллюстрируется рис. 8.52, изображенным в косоугольной проекции. Штриховой линией изображены начальные цилиндры и . Линия касания цилиндров ПП₁ полюсная линия. Контурными линиями изображены цилиндры, проходящие через точку контакта зубьев. Эти цилиндры пересекают поверхности зубьев по винтовым линиям ас, ас' и т. д. При указанном направлении вращения точка контакта винтовых линий, а следовательно, и точка контакта зубьев перемещаются по линии аa₁. В контакт последовательно вступают точки 2 и 2', 3 и 3' и т. д.

Так как во всех поперечных сечениях форма зубьев не изменяется, то расстояние точек контакта от полюсной линии ПП₁ остается постоянным. Это означает, что линия аa₁ прямая, параллельная полюсной линии. Линия аa₁ является линией зацепления в передачах Новикова. Ее длина равна ширине колеса b_w, а коэффициент перекрытия

где  ‑ осевой шаг.

Если линия зацепления располагается за полюсной линией (по направлению вращения ведущего колеса), то зацепление называют заполюсным, если до полюса ‑ дополюсным. Одна и та же пара колес может иметь заполюсное или дополюсное зацепление в зависимости от того, какое из них является ведущим.

Признаком заполюсного зацепления является выпуклый профиль, у ведущего зуба и вогнутый у ведомого; дополюсного ‑ вогнутый у ведущего и выпуклый у ведомого. Очевидно, можно выполнить зубья так, чтобы одна часть их профиля была выпуклой, а другая ‑ вогнутой. Тогда они смогут зацепляться и за полюсом, и до полюса. Так был разработан вариант дозаполюсного зацепления.

Дозаполюсное зацепление имеет две линии зацепления, проводящие через точки а и б. Соответственно в два раза увеличивается и число точек контакта зубьев. В таких передачах зубья шестерни и колеса имеют одинаковый профиль: выпуклый ‑ у головки, вогнутый ‑ у ножки.

Сравнивая два варианта зацепления с одной и двумя линиями зацепления, отметим следующее. При одной линии зацепления у шестерни и колеса разные профили зубьев. Для их нарезания необходимо два различных инструмента (два исходных контура). При двух линиях зацепления зубья шестерни и колеса можно нарезать одним инструментом (один исходный контур). Очевидно, что нагрузочная способность передачи с двумя линиями зацепления больше, чем с одной. Поэтому дозаполюсное зацепление считают предпочтительным. С зацеплением Новикова изготовляют передачи не только цилиндрические, но и конические.

Основные геометрические параметры

Колеса передачи Новикова нарезают обычно без смещения:

; ; ; ;

Обозначения те же, что и для эвольвентных передач:  = 10...22°,  = 0,9,  = 0,15.

Критерии работоспособности и расчета

Без учета деформаций и приработки контакт зубьев в передаче Новикова осуществляется в точке, а не по линии, как у эвольвентных передач. Однако малая разность радиусов кривизны и выпуклых и вогнутых поверхностей зубьев, а также большие радиусы кривизны и косых зубьев в плоскости п ‑ п приводят к тому, что под нагрузкой точечный контакт переходит в контакт по пятну, 1 ‑ для заполюсного зацепления и, 2 ‑ для дозаполюсного зацепления. В последнем случае будет два пятна контакта, соответствующие двум линиям зацепления. В соответствии с рис. 8.53 два пятна контакта в точках а и b₁ располагаются на двух соседних зубьях. Площади пятен контакта, и следовательно, и нагрузочная способность по контактным напряжениям у передач Новикова больше, чем у эвольвентных.

Т очечный, а не линейный контакт приводит к понижению изломной прочности. Например, у прямозубой эвольвентной передачи нагрузка теоретически распределена по всей длине зуба и излому сопротивляется все сечение зуба у его основания. У заполюсной передачи Новикова без учета контактных деформаций нагрузка сосредоточена в точке. При этом опасно зацепление вблизи торцов, когда выламываются края зубьев. Поэтому рекомендуют выполнять коэффициент осевого перекрытия , при котором по краям зубьев обепечивается двухпарное зацепление.

Смещение линии зацепления и точки контакта от полюса приводит к скольжению в торцовой плоскости со скоростью где равно отрезку Па.

В осевом направлении зубья не скользят, а перекатываются по линиям зацепления подобно двум цилиндрам с радиусами и . Скорость качения

где  ‑ окружная скорость.

Для распространенных значений значение значительно больше , что благоприятно для образования режима жидкостного трения. Благоприятные условия смазки приводят к увеличению КПД и уменьшению износа зубьев.

Точечный (теоретический) контакт делает передачи Новикова менее чувствительными к перекосам, чем передачи с линейным контактом. Зато они более чувствительны к изменению межосевого расстояния. Таким образом, основным критерием работоспособности и расчета передач Новикова является прочность по контактным и изгибным напряжениям.

Материалы.

Для передач Новикова применяют те же материалы, что и для эвольвентных передач. Наиболее распространены материалы с твердостью рабочих поверхностей < 350 НВ.

В передачах Новикова целесообразно применять, например, объемную закалку. Однако она сопровождается короблением и требует последующего шлифования зубьев. При сложном профиле зубьев эта операция встречает существенные затруднения.

Расчет на прочность. Условия контакта зубьев в передачах Новикова существенно отличаются от условий контакта по Герцу (малая разность и , большие и ). Размеры площадок контакта здесь соизмеримы с размерами зубьев, а контактные напряжения приближаются к напряжениям смятия (удельным давлениям). Поэтому расчет передач Новикова по контактным напряжениям, определяемым по зависимостям Герца, применяют условно.

Основные расчетные зависимости для цилиндрических передач дозаполюсного зацепления по ГОСТ 15023-76*:

по контактным напряжениям

по напряжениям изгиба

где  , , , , , , , , , , , то же, что и для эвольвентных передач;

 ‑ целая часть величины (например, при  = 1,3;  = 1);

,  ‑ коэффициенты, зависящие от угла ;

 ‑ коэффициент, зависящий от ;

 ‑ коэффициент формы зуба, определяемый в зависимости от эквивалентного числа зубьев .

В отличие от эвольвентных передач контактная прочность передач с зацеплением Новикова зависит от числа зубьев z или при постоянном d от модуля т.