1. Общие сведения
Цилиндрические зубчатые передачи являются основной разновидностью механических передач, работающих на принципе зацепления, с непосредственным контактом ведущей и ведомой деталей, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации, надежные и малогабаритные.
Конические и червячные передачи применяют лишь в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины.
Меньшее из пары взаимодействующих зубчатых колес называют шéстерней, а большее – колесом. Термин зубчатое колесо является общим. При одинаковых размерах колес шестерней называют ведущее зубчатое колесо.
Цилиндрические зубчатые передачи в основном применяют для передачи вращения с изменением его скорости (а, следовательно, и с изменением крутящего момента) между параллельными валами.
Однако существуют передачи, преобразующие вращательное движение в поступательное и наоборот при помощи реечного зацепления (рис.1.1), и для передачи вращения между перекрещивающимися валами – винтовые зубчатые передачи (рис.1.2).
Рис.1.1. Реечная передача
Рис.1.2. Винтовая зубчатая передача
В винтовой зубчатой передаче начальные цилиндры при перекрестном расположении осей соприкасаются в точке, поэтому зубья имеют точечный контакт. Векторы окружных скоростей колес направлены под углом перекрещивания, вследствие чего в их зацеплении имеется значительное скольжение профилей зубьев.
Точечный контакт и скольжение приводят к быстрому изнашиванию и заеданию зубьев, даже при сравнительно небольших нагрузках. Поэтому винтовые передачи применяют ограничено, главным образом, в кинематических цепях приборов. В силовых передачах их заменяют червячными передачами с многозаходными червяками. Во многих случаях такая замена целесообразна и в передачах приборов. Так как реечные и винтовые зубчатые передачи находят ограниченное применение, то их проектирование в данной работе не рассматривается.
Цилиндрические зубчатые передачи, как и другие разновидности механических передач, чаще всего применяют в качестве замедлительных, повышающих крутящий момент, то есть редукторов, но их с успехом используют и для повышения скорости движения (в качестве мультипликаторов).
Конструктивно зубчатые передачи большей частью выполняют закрытыми в общем жестком и герметичном корпусе (рис.1.3), что обеспечивает им высокую точность сборки и защиту от загрязнения.
Рис.1.3. Редуктор двухступенчатый цилиндрический
Лишь тихоходные передачи ( V < 3 м/с) с колесами значительных размеров, нередко встроенные в конструкцию машины (например, в механизмах поворота подъемных кранов, столов станков), изготавливают открытыми.
В зависимости от требуемого значения передаточного числа зубчатые передачи могут выполняться одноступенчатыми и многоступенчатыми (рис.1.3). Наряду с широко распространенными цилиндрическими передачами с неподвижными в пространстве осями колес, когда необходимо реализовать значительные передаточные числа (до 63 и выше), применяют планетарные передачи (рис.1.4).
Рис.1.4. Однорядная планетарная передача
Реализуемое передаточное число может быть постоянным и ступенчато-регулируемым осевым перемещением колес по валу (в коробках скоростей).
Цилиндрические зубчатые передачи с одинаковым успехом применяют как в механизмах самых тонких и точных приборов, где нагрузки на зубья измеряются в долях грамма, а размеры колес – иногда в долях миллиметра, так и в тяжелых и мощных машинах (например, в механизмах поворота тяжелых кранов, столов станков, вращающихся печей и т.п.), где передаваемые мощности достигают десятков тысяч киловатт, а размеры колес – десяти и более метров.