Типы зубчатых передач

Зубчатые передачи широко распространены в промышленности. Их применяют для передачи вращательного движения и крутящего момента от одних валов другим валам, а также для преобразования вращательного движения в поступательное. Некоторые типы сопряжённых зубчатых передач, применяемых в машиностроении, приведены на рис. 16.

Из двух сопряжённых колёс одно – с меньшим числом зубьев - называют шестерней, другое – колесом. Колесо, передающее вращение, называют ведущим. Колесо, приводимое во вращение – ведомым.

Рис. 16. Передачи: цилиндрическая прямозубая с наружным (а) и внутренним (б) зацеплением, реечная (в), червячная (г), коническая с криволинейными

зубьями (д), прямозубая коническая (е)

Наиболее распространённым является эвольвентное зацепление, при котором профили сопряжённых зубьев выполнены по эвольвенте. Эвольвента – кривая, полученная какой-либо точкой прямой b (рис. 17,а), перекатывающейся по основной окружности колеса, радиус которой r _b = R cosα, где R – радиус наружной поверхности колеса; α – угол зацепления, обычно равный 20°.

Расстояние между двумя начальным точками соседних эвольвент (А ₁ и А ₂, А ₂ и А ₃) называют основным шагом, который равен P _b = (2 π r _b) / z, где z – число зубьев колеса.

Рис. 17. Образование эвольвентного профиля зуба (а) и основного шага (б)

Если одна эвольвента, вращаясь с постоянной угловой скоростью, воздействует на другую эвольвенту, то она будет сообщать ей также постоянную угловую скорость. При этом касание этих эвольвент происходит только на участке Е₁Е₂ общей касательной (рис. 18) к их основным окружностям. Таким образом, с основной окружностью связаны размеры и форма эвольвенты.

Размеры зубчатого зацепления связаны с диаметром делительной окружности d _д и величиной, названной модулем. Модуль это часть диаметра делительной окружности, приходящаяся на один зуб колеса, т.е. m = d _д / z. Согласно ГОСТ 9563-60 модули могут принимать значения 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5 и т.д.

В основу расчёта формы зубьев, а также проектирования зуборезного инструмента положен исходный контур зубчатой рейки, который согласно ГОСТ 13755-81 представляет собой зубчатую рейку с прямолинейным профилем c глубиной захода h _з = 2m (рис. 19).

Рис. 18. Геометрические параметры цилиндрического зубчатого зацепления:

а – размеры в передаче; б – размеры зуба

Глубина захода – активная часть высоты зуба, участвующая в его работе. Угол исходного контура α _д = 20°, величина радиального зазора с = 0,25m, радиус закругления у корня зуба r _i = 0,4m.

Рис. 19. Исходный контур цилиндрических колёс:

а – форма и размеры контура; б – контур с модифицированным профилем

Если цилиндрические колёса работают с окружной скоростью большей, чем указано в таблице, применяют исходный контур с модифицированным профилем (прямолинейным срезом) головки зуба (рис. 19,б). Коэффициент модификации по высоте равен 0,45, коэффициент глубины модификации Δ^* в зависимости от модуля и степени точности изменяется от 0,008 до 0,02.

Таблица 1

Цилиндрические колёса	Степень точности колёс
	6	7		8
	Окружная скорость, м/с
Прямозубые	10		6		4
Косозубые	16		10		6

Чтобы повысить прочность зубьев на изгиб, снизить контактные напряжения на их поверхности и уменьшить износ за счёт относительного скольжения профилей, рекомендуется производить смещение инструмента для передач, у которых числа зубьев на колесе и шестерне различны.

Положение исходного производящего контура относительно нарезаемого колеса, при котором делительная прямая рейки касается делительной окружности колеса, называют номинальным положением. Такое колесо нарезается без смещения исходного контура (по старой терминологии это некорригированное колесо). Смещение исходного контура (получение корригированного колеса) оценивается величиной xm. Влияние смещения на форму зуба показано на рис. 20.

Рис. 20. Смещение исходного контура и его влияние на форму зуба

Если делительная прямая 3 исходного контура пересекает делительную окружность зубчатого колеса, то смещение называют отрицательным (х < 0), если не пересекает и не соприкасается – положительным (х > 0). Прямая 4 представляет собой смещённую делительную прямую контура рейки. Коэффициент смещения х обеспечивается установкой инструмента относительно заготовки зубчатого колеса в станочном зацеплении.

Существуют два способа корригирования зубчатых колёс – высотный и угловой. При высотном корригировании зубья шестерни изготавливают с положительным смещением исходного контура, а колесо – с равным ему по абсолютной величине отрицательным смещением. Суммарный коэффициент смещения в этом случае равен нулю. Окружная толщина зубьев, диаметры вершин и впадин зубьев изменяются. Межосевое расстояние и угол зацепления остаются неизменными. Такое корригирование применяют для устранения подрезания ножки зубьев и увеличения прочности зубьев шестерни. При угловом корригировании суммарный коэффициент смещения не равен нулю. Межосевое расстояние и угол зацепления корригированной передачи отличается от некорригированной. Угловое корригирование применяют, если необходимо зубчатую пару спроектировать с заданным межосевым расстоянием или одновременно повысить прочность зубьев и шестерни, и колеса.