17.1.Винтовые и гипоидные передачи

Винтовые и гипоидные передачи (рис. 17.3, 19.4) являются разновидностью зубчатых передач, но выгодно отличаются от конических передач (с пересекающимися осями) тем, что оба вала и колеса и шестерни можно вывести за пределы передачи и избежать консольного расположения шестерни.

Винтовые и гипоидные передачи относятся к передачам с перекрещивающимися осями и имеют высокую плавность и бесшумность работы. Угол перекрещивания осей валов может быть выполнен любым, но на практике чаще всего применяют передачи с углом скрещивания δ = 90°. Общим недостатком рассматриваемых передач является скольжение вдоль зубьев, вследствие чего их КПД ниже, чем зубчатых, а мощности, передаваемые ими, ограничены более узкими передачами.

Простейшей парой для передачи крутящего момента между перекрещивающимися валами является винтовая передача (рис.19.3), состоящая из двух цилиндрических колес с косыми зубьями.

В винтовых передачах начальное касание между зубьями происходит в точке в условиях значительных скоростей скольжения. Поэтому несущая способность этих передач невелика. В качестве силовых эти передачи распространения не получили. Чаще всего их применяют как “кинематические" передачи при U ≤ 5. Поскольку винтовые передачи образуются из косозубых цилиндрических колес, то для нахождения размеров винтовых колес пригодны формулы, определяющие размеры цилиндрических косозубых колес.

Передаточное число винтовой передачи равно:

,

где: n₁;n₂ – частоты вращения ведущего и ведомого валов;

z₁;z₂ – числа зубьев ведущего и ведомых валов;

d₁;d₂ – диаметры делительных цилиндров ведомого и ведущего колес.

β₁ – угол наклона зуба на ведущем колесе.

а б

Рис. 17.84. Винтовая зубчатая передача: а) общий вид; б) схема

Рис. 17.85. Гипоидная передача

Таким образом, варьирование передаточного числа винтовой передачи возможно путем изменения диаметров и углов наклона зубьев. Наиболее высокий КПД получается при β₁ = β₂.

Материалы колес винтовой передачи должны обладать достаточно хорошими антифрикционными свойствами. Применяют следующие сочетания материалов: текстолит-чугун, текстолит-закаленная сталь, чугун-бронза. При необходимости передать сравнительно большие нагрузки оба колеса изготавливают из закаленной стали, с применением противозадирной смазки.

Расчет винтовых передач производится по имперической формуле, определяющей максимальное усилие в нормальном к зубьям направлении по условию предупреждения заедания:

,

где: Cd₁ – приведенный диаметр шестерни,

,

[R] – условное допускаемое напряжение, МПа;

- скоростной коэффициент;

V_C – скорость скольжения, м/с.

Для обеспечения большей плавности работы колес число зубьев шестерни рекомендуется принимать больше 20.

Гипоидные или конические винтовые передачи осуществляются коническими колесами с перекрещивающимися осями (рис.19.4).

Гипоидные колеса, как правило, выполняют с круговыми зубьями, а передаточное число назначают в диапазоне от 1 до 10. Кроме высокой плавности в работе и возможности выводить валы за пределы передачи в обе стороны, гипоидные передачи обладают повышенной несущей способностью. Это связано с тем, что в отличие от винтовых передач здесь в зацеплении обеспечивается контакт, близкий к линейному, а скорости скольжения значительно меньше. Кроме того, зубья в гипоидной передаче хорошо притираются и не подвержены существенным искажениям вследствие достаточно равномерного скольжения по рабочей поверхности зубьев. В зацеплении одновременно находятся несколько пар зубьев, поэтому гипоидные передачи можно применять в механизмах высокой точности (делительные передачи прецизионных зуборезных станков).

Значительное распространение гипоидные передачи получили в автомобилях (благодаря расположению оси шестерни ниже оси колеса достигается понижение центра тяжести автомобиля) и других транспортных машинах, в бумагоделательных, текстильных и других машинах.

Недостатком гипоидных передач является повышенная опасность заедания, связанная с наличием скольжения вдоль контактных линий. Средством повышения сопротивления заеданию являются специальные противозадирные смазки. Опасность заедания тем меньше, чем меньше гипоидное смещение (т.е. межосевое расстояние E, рис.19.4).

При проектировании гипоидных передач обычно выбирают гипоидное смещение в пределах E = (0,2 … 0,3)d_ez, а для транспортных машин

E ≤ (0,1 … 0,2)m_teZ_C,

где .

Углы наклона зубьев шестерни выбирают обычно β₁= 50°, а колеса β₂ = 30°-35°.

Число зубьев шестерни назначают в пределах: Z₁ = 6… 16.

Передаточное число гипоидных передач по аналогии с винтовыми цилиндрическими передачами:

,

где: β₁ и β₂ – углы наклона зубьев шестерни и колеса, причем:

.

Геометрический расчет гипоидных передач аналогичен расчету конических колес с круговыми зубьями, но имеет свою специфику.