11. Конструкции и материалы зубчатых колес

Зубчатые колеса изготавливают обычно отдельно от вала (колесо 1 на рис. 15). Если диаметр d_a (см. рис. 7) меньше, чем удвоенный диаметр вала d_в, колесо изготавливают вместе с валом и в таком случае оно носит название вал-шестерня (рис. 16).

При изготовлении колеса 1 в виде отдельной детали обычно используют шпоночные (шпонка 2 на рис. 17), шлицевые (рис. 18) и штифтовые (штифт 2 на рис. 15) соединения. В приборных зубчатых передачах преимущественное распространение получили штифтовые соединения.

На рис. 19 дан фрагмент рабочего чертежа зубчатого колеса, подготовленного к сборке. Отверстие предварительного сверления (на чертеже отверстие диаметром 1,8 мм) выполнено только в одной половине ступицы. Отверстие под штифт получают совместной обработкой ступицы и валика. Предварительно с помощью винта, ввинчиваемого в резьбовое отверстие, колесо в требуемом положении фиксируется на валу, после чего узел в сборе устанавливается на станок. Отверстие предварительного сверления используется для того, чтобы направить сверло.

Рис. 15. Рис.16.

Рис.17. Рис.18.

При разработке рабочих чертежей зубчатых колес необходимо назначить классы шероховатости, выбрать допуски на размеры посадочных поверхностей и установить предельные значения отклонений формы и расположения других поверхностей колеса. Решение этой задачи должно быть тесно увязано с технологией обработки зубьев.

Если используется метод обкатки, то колесо одной своей торцевой поверхностью (опорный торец А) устанавливается на стол станка, а с другой стороны (прижимной торец) прижимается к столу (рис. 20). Высоты выступов микронеровностей, отклонения формы и расположения опорного торца, а также того из торцов, Б или В, который выбран прижимным, должны быть достаточно низкими. Конкретные рекомендации, в зависимости от требований к точности зубчатой передачи, приводятся в справочной литературе.

Для изготовления зубчатых колес используют стали, чугуны, бронзы, латуни, а также неметаллические материалы. Наиболее часто применяются качественные конструкционные (ГОСТ 1050-74) и легированные (ГОСТ 4543-71) стали, причем обязательно проводится термическая или химико-термическая обработка материала.

Колеса из цветных сплавов применяют, как правило, в паре со стальными колесами (пары трения из разнородных материалов лучше сопротивляются изнашиванию).

Неметаллические материалы (чаще всего это текстолит и полиамиды раз­личных марок) позволяют снизить шум и вибрации, уменьшить массу передачи, отказаться от использования смазочных материалов. В некоторых случаях, например, для передач, эксплуатируемых в морской воде, применение неметаллических материалов, по существу, единственный способ решения задачи.

12. Цилиндрические косозубые передачи

Зубчатые колеса с косыми зубьями могут быть так же, как и прямозубые, изготовлены по методу обкатки. Разница состоит в том, что при нарезании косозубых колес направление движения обкатки (н.д.о.) не перпендикулярно линии зуба рейки, а составляет с нормалью к ней некоторый угол .

Из рис. 21 видно, что в случае косозубых колес в рассмотрение следует вводить три шага (торцовый p_t, нормальный p_n и осевой p_x) и соответственно им три модуля:

m_t = , = , m_x = . (24)

Как ясно из рис. 21, имеют место формулы

p_t = , p_x = (25)

и точно так же

m_t = , m_x = . (26)

Как и в случае прямозубых колес, в процессе нарезания зубьев косозубого колеса его делительный цилиндр катится по инструментальной рейке без скольжения. Это движение происходит в направлении движения обката, и, следовательно, длина дуги делительной окружности C_d = z p_t, где z - число зубьев. Обозначив через d делительный диаметр колеса и принимая во внимание формулы (25) и (26), получим

d = = z = z m_t = . (27)

Из трех модулей, определяемых формулами (24), в качестве стандартного следует выбирать ( в этом случае с помощью одной и той же инструментальной рейки можно нарезать как прямозубые, так и косозубые колеса).

Рис. 19.

Рис.20.

Рис.21.

Если (27) подставить в (19), то вместо (20) условие отсутствия бокового зазора получим в виде

a_w = a = . (28)

Формула (28) показывает, что, применяя косозубые колеса, можно очень просто решить задачу о согласовании межосевого расстояния с модулем зацепления и числом зубьев. Для этого достаточно, зная требуемое значение a_w и выбрав подходящие значения , z₁ и z₂, подобрать угол  так, чтобы выполнялось условие (28) (другой способ решения этой задачи указан в параграфе 10). Отмеченное обстоятельство является одним из достоинств косозубых передач.

Еще одно достоинство этих передач состоит в том, что минимальное число зубьев косозубого колеса меньше, чем прямозубого. Связь между ними устанавливается формулой

= , (29)

где - минимальное число зубьев прямозубого колеса.

Наконец, при прочих равных условиях косозубые передачи прочнее прямозубых и работают более плавно. Последнее объясняется тем, что зубья косозубых колес входят в зацепление постепенно в отличие от прямозубых колес, зубья которых вступают в работу сразу по всей своей длине.

Основной недостаток косозубых передач - наличие осевой составляющей силы в зацеплении.

Стандарты на косозубые колеса те же, что и на прямозубые: ГОСТ 16530-83, ГОСТ 16531-83, ГОСТ 16532-70, ГОСТ 13755 - 81 и ГОСТ 9587 - 81. Передаточное отношение определяется формулой (18).