Основы конструирования. Журнал лабораторных работ

Рис. 1. Нарезка с помощью инструментальной гребенки

Кинематика нарезания имеет следующую последовательность. Суппорт с рейкой (рис. 1) участвуют в реверсивном движении. При рабочем ходе осуществляется строгание. За время вспомогательного хода заготовка получает перемещение вдоль гребенки и поворот вокруг своей оси. Эти перемещения связанны определенным соотношением. Таким образом, движение нарезаемого колеса относительно рейки осуществляется аналогично процессу зацепления (рис. 2).

Рис. 2. Зацепление эвольвентного зубчатого колеса с рейкой

11

Если увеличить диаметр основной окружности колеса до бесконечности, то зубчатое колесо превратится в зубчатую рейку с прямолинейным профилем зубьев. При указанной модификации зубчатого колеса эвольвентный профиль превращается в трапециевидный профиль зуба основной рейки с углом профиля, равным 2α (рис. 3). Прямолинейный профиль зуба рейки удобен для измерения изготовления режущего инструмента, применяемого для нарезания зубьев методом обкатки.

Рис. 3. Зацепление трапециевидного зубчатого колеса:

qа — длина зацепления, определяющая начало и конец зацепления пары сопряженных зубьев

Зацепление зубчатого колеса с рейкой дает возможность преобразовать вращательное движение колеса в поступательное движение рейки, и наоборот. Угол α, образованный линией зацепления А1А2 и общей касательной, проведенной через полюс зацепле-

12

ния к делительным окружностям шестерни и колеса, называется

углом зацепления (см. рис. 2).

Расстояние между одноименными профилями двух соседних зубьев, взятое по дуге делительной (основной) окружности, называется окружным шагом по делительной Pt, или основной Pb окружностям.

Отношение длины зацепления к окружному шагу по основ-

ной окружности называется коэффициентом торцевого перекрытия:

Ea qa .

Pb

Для непрерывной нормальной работы зубчатой передачи необходимо, чтобы длина зацепления была больше окружного шага

Pb:

При Ea < 1 передача нормально работать не будет, так как при выходе из зацепления одной пары зубьев другая пара не попадает на линию зацепления и непрерывность вращения зубчатых колес нарушается, происходит перерыв в зацеплении: относительные окружные скорости зубчатых колес изменяются и зацепление следующей пары будет сопровождаться ударом.

тическиПри. Ea = 1 передача может нормально работать только теоре- При 1 < Ea < 2 одна пара непрерывно находится в зацеплении, причем в начале и в конце зацепления любой пары зубьев на линию зацепления приходится вторая пара зубьев; таким образом, в

зацеплении находятся две пары зубьев.

При 2 < Ea < 3 две пары зубьев непрерывно находятся в зацеплении, а в начальном и конечном периодах зацепления — три пары зубьев.

13

Значение коэффициента перекрытия показывает, сколько пар зубьев в среднем одновременно находятся в зацеплении. Чем больше коэффициент перекрытия, тем большее число пар зубьев одновременно находится в зацеплении и тем плавне и спокойнее работа передачи.

При нарезании зубьев инструментом реечного типа (гребенкой) некорригированное зацепление получается в том случае, когда начальная прямая рейки совпадает со средней линией профилей зубьев. Если начальная прямая не совпадает со средней линией профиля зуба рейки, но параллельна ей, то нарезаемые ею зубья называются корригированными.

Корригированием зубчатого зацепления называют пред-

намеренное изменение профилей зубьев, приводящее к изменению соотношения высоты головки и ножки зуба, а также угла зацепления.

Корригирование применяют для устранения явлений подрезания зубьев при z < zmin, повышения прочности и износостойкости зубчатых колес.

Корригирование зубьев производят на тех же станках стандартным инструментом, что и некорригированные зубчатые колеса.

Изготовление зубчатых колес с корригированными зубьями состоит в том, что для них инструмент устанавливают с некоторым дополнительным положительным или отрицательным смещением по отношению к оси заготовки.

Толщина зуба и ширина впадины нарезаемого нулевого колеса равны между собой (рис. 4, а).

Приположительномсмещении(смещениирейкиотцентра зубчатого колеса) увеличивается толщина зуба у основания, что повышает его прочность на изгиб. Диаметр вершины возрастает. Профиль зуба переходит на участок эвольвент, более удаленный от оси окружности, что приводит к увеличению радиусов кривизны и к повышению контактной прочности (рис. 4, б).

При отрицательном смещении (смещении рейки к центру от зуба колеса) происходит обратное явление (рис. 4, в).

14

Рис. 4. Изменениеформызубьевколесавзависимостиотсмещенияинструмента (рейки) при нарезании зубьев

У корригированных колес по делительной окружности толщина зуба и ширина впадины не одинаковы, но в сумме остаются равными шагу. Рекомендации по выбору коэффициента смещения даны в ГОСТ 16532-80.

15

Зубчатая передача с зацеплением Новикова. В 1955 г. была создана новая круговинтовая система зацепления, при которой зубья имеют начальный (без нагрузки) точечный контакт. При одинаковых основных параметрах и качественных характеристиках зубчатых колес круговинтовая система зацепления с круговым профилем зуба дает возможность увеличить нагрузочную способность передачи в 1, 4…2 раза по сравнению с эвольвентой.

Вследствие увеличения масляного слоя между зубьями при точечном контакте потери на трение в зацеплении зубчатых колес уменьшаются примерно в два раза по сравнению с потерями в эвольвентном зацеплении.

Достоинства:

—возможность значительного увеличения передаточного отношения вследствие резкого сокращения количества зубьев шестерни;

—пригодна для передачи с параллельными, пересекающимися и скрещивающимися осями валов.

Недостатки:

— недопускаютзначительныхколебанийнагрузкииперегру-

зок;

—обладают повышенной чувствительностью к изменению межосевого расстояния;

—технические трудности (профилирование ведется по винтовой линии) при изготовлении зубчатых колес данной системы.

Справочные данные:

Стандартные значения модуля

16

Оборудование, приборы, инструменты:

—установка, имитирующая зубодолбежный станок;

—бумажные диски, имитирующие заготовки для нарезания зубчатых колес;

—штангенциркуль;

—линейка;

—калькулятор;

—транспортир;

—цветные карандаши, цветные стержни.

Порядок выполнения работы

Задание № 1

Вычертить эскиз инструментальной гребенки в масштабе 1:1 (рис. 5).

Указать ее основные параметры:

а. Начальную прямую (среднюю линию трапеции)

CD =

б. Высоту зубьев

H =

в. Величину оснований

a=

b=

Указать:

— профиль зубьев инструментальной гребенки;

— метод вычерчивания профиля зубчатых колес.

17

Рис. 5. Исходный контур инструментальной гребенки

Задание № 2

Записать основные параметры установки для вычерчивания профиля зубьев.

а. Модуль m: m =

б. Угол профиля зуборезного инструмента α:

α =

в. Диаметр делительной (начальной) окружности d: d =

Задание № 3

Вычертить профиль зуба колеса методом обкатки при различном смещении инструментальной гребенки относительного диска. Для этого установить бумажный диск в установке, закрепив его винтом.

Предусмотреть различные варианты смещения, например: 1 вариант: «0», «+10»,«—10»; 2 вариант: «0», «+5»,«—5».

18

Задание № 4

Вычертить на миллиметровке в масштабе 1 : 1 три профиля зуба при различных вариантах смещения (при нулевом, положительном и отрицательном смещениях).

Задание № 5

По вычерченным профилям зубьев измерить и рассчитать основные характеристики.

а. Определить коэффициент смещения X по формуле:

X= величина..смещения(мм) . величина..модуля(мм)

б. По профилю зуба колеса, вычерченному методом обкатки, определить:

при смещении «0»: высоту головки зуба:

ha =

высоту ножки зуба: hf =

при любом смещении: высоту зуба:

h =

толщину ножки зуба: c =

в. Рассчитать коэффициент торцевого перекрытия εа (при нулевом смещении)

a qPa ,

b

где qa — длина зацепления (измерить по бумажному диску); Pa — окружной шаг (измерить по начальной или основной окружности).

19

г. По значению εа определить, сколько пар зубьев колеса в среднем может находиться в зацеплении.

Учесть: если 1 < εa < 2 — в зацеплении 1 пара зубьев; 2 < εa < 3 — в зацеплении 2 пары зубьев.

д. Рассчитать число зубьев колеса полученного методом обкатки с помощью установки с инструментальной гребенкой, по формуле:

d Pt z,

гдеметрP.t — окружной шаг; z — число зубьев; d — делительный диа- z d / mt ,

где Pt/π — торцевой модуль.

е. Сравнить прочность зубьев колес с заданными преподавателемзначениямиЕматериала, полученныхметодомобкатки, при различных смещениях инструментальной гребенки.

где W0 — момент сопротивления (заданного по модулю Юнга Е) зубчатого колеса при нулевом смещении инструментальной гребенки относительно диска заготовки; Е — модуль Юнга для заданного материала; W — момент сопротивления зубьев при смещении (корригировании).

Задание № 6

Ответьте на вопросы.

1.В каких случаях наблюдается подрезание зубьев?

2.Что называется корригированием (смещением)?

20