3.1 Классификация зубчатых передач.

Зубчатые передачи и колеса классифицируют по следующим признакам:

1) по взаимному расположению осей колес:

– с параллельными осями (цилиндрические – рис. 3.1., а –д);

- с пересекающимися осями (конические, рис. 3.1, ж-и);

- со скрещивающимися осями (винтовые, рис. 3.1, е,к).

2) по расположению зубьев относительно образующих колес:

-прямозубые;

-косозубые;

-шевронные;

-с криволинейным зубом.

3) по конструктивному оформлению – открытые и закрытые.

4) по окружной скорости:

-тихоходные (до 3 м/с);

-для средних скоростей (3-15 м/с);

-быстроходные (св. 15 м/с)/

5) по числу ступеней – одно и многоступенчатые.

6) по расположению зубьев в передаче и колесах – внешнее, внутреннее и реечное зацепление.

7) по форме профиля зуба – с эвольвентными, круговыми;

8) по точности зацепления. Стандартом предусмотрено 12 степеней точности. Практически передачи общего машиностроения изготовляют от шестой до десятой степени точности. Передачи, изготовленные по шестой степени точности, используют для наиболее ответственных случаев.

Из перечисленных выше зубчатых передач наибольшее распространение получили цилиндрические прямозубые и косозубые передачи, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации. Конические передачи применяют только в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины; винтовые – лишь в специальных случаях.

3.2. Конструкции зубчатых колес.

В зависимости от способа получения заготовки зубчатые колеса подразделяют на литые, кованные или штампованные, изготовленные механической обработкой, сварные. Сварные конструкции зубчатых колес применяют при их больших габаритных размерах, а также в целях снижения массы и экономии высокопрочных дорогостоящих материалов.

Зубчатые колеса, у которых диаметр впадин незначительно превышает диаметр вала в месте посадки зубчатого колеса, изготовляют за одно целое с валом. Такую конструкцию (рис. 3.12) называют валом-шестерней. В остальных случаях зубчатое колесо выполняется отдельно, после чего насаживается на вал.

Вопрос: Назовите наиболее распространенные в машиностроении конструкции зубчатых колес.

-Наиболее распространенные в машиностроении конструкции зубчатых колес литые, кованые или штампованные.

3. Материалы для изготовления зубчатых колес.

Для изготовления зубчатых колес применяют следующие материалы:

-сталь углеродистую обыкновенного качества марок Ст5, Ст6;

- качественную сталь марок 35, 40, 45, 50, 55;

-легированную сталь марок 12ХН3А, 30ХГС, 40Х, 35Х, 40ХН, 50Г;

-сталь для литья 35Л; 45Л: 55Л;

-серый чугун марок СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ40;

-высокопрочный чугун марок ВЧ50-2, ВЧ45-5;

-неметаллические материалы (текстолит марок ПТК, ПТ, ПТ-1, лигнофоль, бакелит, капрон и др.).

Правильный выбор материала может быть сделан на основе расчетов, а также сопоставления механических характеристик материалов нескольких вариантов деталей-аналогов.

Вопрос: Можно ли применить для изготовления пары зубчатых колес разный материал, например, текстолит и сталь?

-Можно. Колеса из неметаллических материалов в паре с металлическими работают с малым шумом. Такую конструкцию целесообразнее применять при передаче незначительных мощностей ( и при больших окружных скоростях).

3. Элементы зацепления зубчатой передачи.

Одноступенчатая зубчатая передача состоит из двух зубчатых колес – ведущего и ведомого. Меньшее по числу зубьев из пары колес называется шестерней, а большее – колесом. Термин «зубчатое колесо» является общим. Параметрам шестерни (ведущего колеса) приписывают при обозначении нечетные индексы (1,3,5 и т.д.), а параметрам ведомого колеса – четные (2,4,6 и т.д.)

Зубчатое зацепление характеризуется следующими основными параметрами:

- диаметр вершин зубьев;

- диаметр впадин зубьев;

- делительный диаметр;

- окружной шаг;

- высота зуба;

- радиальный зазор;

- ширина венца (длина зуба);

- межосевое расстояние;

- число зубьев.

Делительная окружность – окружность, по которой обкатывается инструмент при нарезании. Делительная окружность связана с колесом и делит зуб на головку и ножку.

Основные элементы зубчатых колес представлены на рис. 3.15, с. 56.

Модулем зубьев называется часть диаметра делительной окружности, приходящаяся на один зуб.

Модуль является основной характеристикой размеров зубьев. Для пары зацепляющихся колес модуль должен быть одинаковым.

Линейную величину, в раз меньшую окружного шага зубьев, называютокружным модулем зубьев и обозначают :

Размеры цилиндрических прямозубых колес вычисляют по окружному модулю, который называют расчетным модулем зубчатого колеса, или просто модулем; обозначают буквой . Модуль измеряют в миллиметрах. Модули стандартизированы.

Высота зуба - радиальное расстояние между окружностями вершин и впадин зубчатого колеса:

.

Головка зуба – его часть, расположенная между делительной окружностью цилиндрического зубчатого колеса и окружностью вершин зубьев; - высота головки зуба.

Ножка зуба – часть зуба, расположенная между делительной окружностью и окружностью впадин (высота ножки зуба ).

Радиальный зазор – расстояние между поверхностями вершин зубьев и впадин шестерни и колеса:

.

Ширина венца - наибольшее расстояние между торцами зубьев цилиндрического зубчатого колеса по линии, параллельной его оси.

Межосевое расстояние - расстояние между осями зубчатых колес передачи.

Вопрос: Как определяется модуль зубьев?

-Окружной модуль .

Могут ли иметь разный модуль шестерня и колесо в одной паре зубчатых колес? А у двух пар?

- Шестерня и колесо одной и той же пары не могут иметь разный модуль. А у двух пар могут.

3. Виды разрушений зубьев.

Правильно спроектированная и изготовленная передача при выполнении всех правил эксплуатации не должна перегреваться и производить при работе сильного шума. Появление значительного перегрева и чрезмерного шума свидетельствует о недостатках в работе передачи, связанных с ее конструкцией, изготовлением, неправильным выбором смазочного материала или возможными повреждениями зубьев. Наблюдаются следующие виды разрушений зубьев: пластическая деформация рабочих поверхностей, их поломка, изнашивание, заедание, выкрашивание рабочих поверхностей.

Вопрос: Перечислите основные внешние признаки, характеризующие нарушение нормального работоспособного состояния зубчатой передачи.

-Значительный перегрев передач и чрезмерный шум.

5.1 Поломка зубьев. Этот вид разрушения зубьев полностью выводит передачу из строя. Чаще поломка наблюдается у основания зуба (рис. 3.25, с. 65) вследствие периодического действия переменной нагрузки F, а также в результате значительной кратковременной перегрузки (ударной нагрузки). Если зуб работает одной стороной, то первоначальная трещина, как правило, образуется в зоне растяжения. Трещина распространяется вдоль основания ножки зуба, а иногда к его вершине или по какой-то рабочей части зуба.

Долговечность зубьев можно повысить, увеличив прочность основания зуба и уменьшив концентрацию напряжений в опасном сечении, увеличив модуль передачи.

Вопрос: К какому виду разрушения может привести действие на зуб переменной нагрузки?

-Вследствие периодического действия нагрузки могут возникнуть усталостные трещины у основания зуба, приводящие в конечном итоге к его поломке.

Вопрос:

- Сопротивление зубьев излому можно повысить, например, с помощью коррекции, механических свойств материала колес, жесткости всей передачи, увеличив модуль передачи.

5.2. Выкрашивание рабочих поверхностей зубьев. Этот вид повреждений зубьев нарушает нормальную работу всей передачи, но не выводит ее из строя полностью. Чаще это повреждение наблюдается в закрытых передачах, работающих при обилии смазочного материала. Выкрашивание поверхности зубьев возникает на ножках зубьев колес вблизи полюсной линии (рис. 3.26, с. 66). Смазочный материал, который заходит в микротрещины, находясь под действием внешнего давления (при работе передачи), расклинивает трещины. Повторяясь, такие действия приводят к откалыванию части металла (рис. 3.27). Диаметр ямок выкрашивания (оспинок) доходит до 2…5 мм. Установлено, что чем тверже поверхности зубьев и чем меньше шероховатость их поверхностей, тем большую нагрузку они могут выдерживать без опасности возникновения выкрашивания. Более вязкое масло способно лучше гасить динамические нагрузки на зубья и тем самым уменьшать выкрашивание поверхности зубьев.

В открытых передачах выкрашивание наблюдается очень редко, так как поверхностный слой, в котором возникают начальные трещины, истирается раньше, чем в нем успевает произойти усталостное выкрашивание.

Вопрос: Как увеличить сопротивляемость зубьев выкрашиванию рабочих поверхностей?

- Способность сопротивляться выкрашиванию можно повысить, создав более гладкую и прочную поверхность зубьев, увеличив радиус кривизны профилей зубьев в зоне контакта и правильно подобрав смазочный материал, увеличить твердость поверхности зубьев методом поверхностного упрочнения.

5.3 Изнашивание зубьев чаще наблюдается в открытых передачах, чем в закрытых, заключается в истирании рабочих поверхностей (рис. 3.28) вследствие попадания в зону зацепления металлических частиц, пыли, грязи (абразивное изнашивание).

Изнашивание может начаться также в результате недостаточно гладкой поверхности у новой передачи и продолжаться до сглаживания неровностей рабочих поверхностей зубьев.

Вопрос: Выходит ли из строя передача по причине изнашивания зубьев? Как уменьшить изнашивание зубьев?

-Вид поверждения зубьев – изнашивание их рабочих поверхностей в какой-то степени нарушает нормальную работу передачи, но не выводит ее из строя до тех пор, пока величина износа не достигнет значения, недопускаемого правилами технической эксплуатации.

Вопрос: Как уменьшить изнашивание зубьев?

- Изнашивание зубьев можно понизить, уменьшив скольжение профилей и контактные напряжения, а также увеличив износостойкость рабочих поверхностей и правильно подобрав смазочный материал.

5.4 Заедание зубьев. Наблюдается как в открытых, так и в закрытых тихоходных, тяжелонагруженных передачах.

Этот вид повреждения зубьев заключается в том, что под действием высоких давлений сопряженные поверхности зубьев сцепляются одна с другой настолько сильно, что частицы металла с поверхности зубьев в зоне раздавленной масляной пленки открываются и прихватываются к поверхности зубьев парного колеса; при последующем относительном движении зубьев эти частицы отрываются и делают на рабочих поверхностях борозды, задиры.

Вопрос: Можно ли предупредить заедание зубьев?

- Заедание можно предупредить: в тихоходных передачах применением очень вязких смазочных материалов, а в быстроходных – противозадирных смазочных материалов.

Правильно спроектированные передачи должны быть рассчитаны так, чтобы любая из возможных причин повреждения зубьев была исключена. Общепринятой методики расчета зубьев на изнашивание и заедание в настоящее время нет. Все передачи рассчитывают одинаково по контактным напряжениям.