3.2. Проектирование зубчатого механизма

Варианты заданий для проектирования зубчатого механизма приведены в Приложении Б.

Общие теоретические сведения

Зубчатые передачи используются в металлорежущих станках наиболее часто. Они позволяют легко изменять частоту и направ­ление вращения ведомого вала. При вращении ведущего зубчатого колеса его зубья взаимодействуют с зубьями ведомого колеса, в результате чего оно тоже начинает вращаться.

Наиболее распространены передачи с эвольвентным профи­лем зуба, такой профиль позволяет зубьям при вращении колес обкатываться друг по другу, в результате чего передачи работают плавно.

Зубчатые колеса бывают с прямыми, косыми и шевронными зубьями.

Передачи между параллельными валами осуществляются ци­линдрическими зубчатыми колесами, между пересекающимися валами – коническими, между скрещивающимися – цилиндри­ческими с косыми зубьями или червячной передачей.

Основными материалами для зубчатых колёс являются легированные стали, подвергаемые термической или химико–термической обработке: поверхностной закалке, преимущественно токами высокой частоты, объёмной закалке, цементации, нитроцементации, азотированию, цианированию. Зубчатые передачи из сталей, улучшаемых термообработкой до нарезания зубьев, изготовляют при отсутствии жёстких требований к их габаритам, чаще всего в условиях мелкосерийного и индивидуального производства. При особых требованиях к бесшумности и малых нагрузках одно из зубчатых колёс делают из пластмассы (текстолита, капролона, древеснослоистых пластиков, полиформальдегида), а сопряжённое – из стали. Зубчатые передачи рассчитывают на прочность по напряжениям изгиба в опасном сечении у основания зубьев и по контактным напряжениям в полюсе зацепления.

Зубчатые передачи применяют в виде простых одноступенчатых передач и в виде различных сочетаний нескольких передач, встроенных в машины или выполненных в виде отдельных агрегатов. Широко используют зубчатые передачи для понижения угловых скоростей и повышения крутящих моментов в редукторах. Редукторы выполняют обычно в самостоятельных корпусах одно–, двух– и трёхступенчатыми с передаточными числами соответственно 1,6–6,3; 8–40; 45–200.

Основными параметрами колеса (рис. 7) являются:

• модуль (m) – это часть диаметра делительной окружности, при­ходящаяся на один зуб;

• число зубьев (Z);

• шаг (p=πm) – это расстояние между одноименными точками двух со­седних зубьев, измеренное по дуге делительной окружности;

• радиус окружности выступов - наружный (r_a= т (Z + 2));

• радиус окружности впадин - внутренний (r_f = т (Z – 2,4));

• радиус основной окружности (r_b);

• радиус делительной окружности (r = тZ);

• высота головки зуба (h_a =т);

• высота ножки зуба (h_f = 1,2m);

• высота зуба (h= 2,2m);

• толщина зуба по делительной окружности (S);

• ширина впадины (e).

Шаг зубчатого колеса по делительной окружности (p) складывается из толщины зуба (S) и ширины впадины (е): р = S + е. Он должен быть кратным длине окружности, по которой откладывается [5].

Рисунок 7 – Основные параметры зубчатого колеса

Значение модуля m определяется по ГОСТ 9563 – 60. Окружность, модуль по которой равен стандартному, называется делительной.

Высота головки зуба h_a = r_a – r.

Высота ножки зуба h_f = r – r_f.

Зацепление зубчатых колес в передаче требует соблюдения ос­новного условия – равенства окружных шагов ведущего и ведо­мого зубчатых колес:

(8)

так как , то и .

Передаточное отношение зубчатой передачи равно отношению числа зубьев ведущего колеса к числу зубьев ведомого колеса [6]:

(9)

Единственной измерительной головкой, имеющей механизм увеличивающего устройства в виде только зубчатых передач, явля­ется индикатор часового типа.

Рисунок 8 – Индикатор часового типа:

а – схема; б – конструкция индикатора ИЧ–10

Схема индикатора (рис. 8, а) состоит из рейки 1, которая нарезана на измерительном стержне, имеющем измерительный наконечник 2, зацепляющейся с трибом 3 (трибом называют обычно зубчатое колесо малого модуля с небольшим числом зубьев 6–16, чаще всего изготовленное за одно со своей осью, так называемое «валко­вое колесо»). На одной оси с трибом установлено зубчатое колесо 4 большего диаметра, находящееся в зацеплении с трибом 5, на оси которого установлена основная стрелка 6. С помощью стрелки по шкале 7 отсчитывают перемещения измерительного наконеч­ника 2 [4].