Лекции ДМ и ОК / ЛЕКЦИЯ 3

20

ЛЕКЦИЯ 3

Принцип действия и классификация

Принцип действия зубчатой передачи основан на зацеплении пары зубчатых колес (рис. 16.1).

Рис. 16.1. Цилиндрические зубчатые передачи внешнего зацепления

Классификация.

1. По расположению осей валов:

1.1 передачи с параллельными осями и цилиндрическими зубчатыми колесами:

− внешнего зацепления (рис. 16.1);

− внутреннего зацепления (рис. 16.2);

1.2. передачи с пересекающимися осями, обычно с коническими зубчатыми колесами (рис. 16.3);

Рис. 16.2. Цилиндрическая прямозубая передача внутреннего зацепления

Рис. 16.3. Коническая прямозубая передача.

Рис. 16.4. Реечная передача

1.3. передачи с перекрещивающимися осями бывают:

- цилиндрические винтовые;

- конические гипоидные;

- червячные;

1.4 реечные передачи, для преобразования вращательного движения в поступательное или наоборот (рис. 16.4).

2. По расположению зубьев на зубчатых колесах различают:

2.1. прямозубые  зуб нарезан параллельно осям вращения;

2.2. косозубые  зуб нарезан под углом ;

2.3. шевронные;

2.4. с круговым зубом.

3. По форме профиля зуба:

3.1 эвольвентные зубья, у них боковые поверхности очерчены эвольвентой. Эвольвентное зацепление получило широкое применение в промышленности (рис. 16.5).

Рис. 16.5. Схема образования эвольвенты

Эвольвента окружности  это кривая, которую описывает точка S прямой NN, перекатываемой без скольжения по окружности диаметром . Эта окружность называется основной окружностью, а перекатываемая прямая NN  производящей прямой.

3.2 круговые зубья (система Новикова)  это зацепление перспективное, так как теоретически имеет нагрузочную способность в 22,5 раза выше.

4. По передаточному отношению i:

4.1 с постоянным i;

4.2. с переменным i.

5. По передаваемой скорости:

5.1. тихоходные м/с;

5.2. среднеходные м/с.

5.3 скороходные м/с.

5.4 По способу выполнения:

6. закрытые (в кожухах) и открытые (на воздухе);

6.1 уменьшающие передаточное отношение i (редукторы), увеличивающие передаточное отношение i (мультипликаторы);

6.2 силовые и кинематические передачи.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

1. Постоянство передаточного отношения i. 2. Надежность и долговечность работы. 3. Компактность. 4. Большой диапазон передаваемых скоростей. 5. Небольшое давление на валы. 6. Высокий КПД. 7. Простота обслуживания.

Недостатки:

1. Необходимость высокой точности изготовления и монтажа. 2. Шум при работе со значительными скоростями. 3. Невозможность бесступенчатого регулирования передаточного отношения i.

Изготовление зубчатых колес

Заготовки зубчатых колес получают литьем, штамповкой или ковкой в зависимости от материала, формы и размеров. Зубья колес изготовляют накатыванием, нарезанием, реже литьем.

Накатывание зубьев. Применяется в массовом производстве. Предварительное формообразование зубьев цилиндрических и конических колес производится горячим накатыванием. Венец стальной заготовки нагревают токами высокой частоты до температуры  1200°С, а затем обкатывают между колесами-накатниками. При этом на венце выдавливаются зубья. Для получения колес более высокой точности производится последующая механическая обработка зубьев или холодное обкатывание — калибровка. Холодное накатывание зубьев применяется при модуле до 1 мм. Зубонакатывание  высокопроизводительный метод изготовления колес, резко сокращающий отход металла в стружку.

Нарезание зубьев. Существует два метода нарезания зубьев: копирование и обкатка. Метод копирования заключается в прорезании впадин между зубьями модульными фрезами (рис. 16.6): дисковыми (а) или пальцевыми (б). После прорезания каждой впадины заготовку поворачивают на шаг зацепления. Профиль впадины представляет собой копию профиля режущих кромок фрезы, отсюда и название  метод копирования. Метод копирования  малопроизводительный и неточный, применяется преимущественно в ремонтном деле.

Рис. 16.6. Нарезание зубьев методом копирования

Нарезание зубьев методом обкатки основано на воспроизведении зацепления зубчатой пары, одним из элементов которой является режущий инструмент  червячная фреза, дисковый долбяк или реечный долбяк  гребенка. Червячная фреза имеет в осевом сечении форму инструментальной рейки. При нарезании зубьев заготовка и фреза вращаются вокруг своих осей, обеспечивая непрерывность процесса.

а б

Рис. 16.7. Нарезание зубьев методом обкатки

Нарезание зубьев червячными фрезами широко применяется для изготовления цилиндрических колес с внешним расположением зубьев. Для нарезания колес с внутренним расположением зубьев применяют дисковые долбяки. Гребенками нарезают прямозубые и косозубые колеса с большим модулем зацепления.

Отделка зубьев. Зубья точных зубчатых колес после нарезания подвергают отделке шевингованием, шлифованием, притиркой или обкаткой.

Шевингование применяется для тонкой обработки не­закаленных колес. Выполняется инструментом-шевером, имеющим вид зубчатого колеса с узкими канавками на поверхности зубьев. Вращаясь в зацеплении с обрабатываемым колесом, шевер снимает режущими кромками канавок волосообразные стружки с зубьев колеса.

Шлифование применяется для тонкой обработки закаленных зубьев. Выполняется шлифовальными кругами способом копирования или обкатки.

Притирка используется для отделки закаленных зубьев колес. Выполняется притиром  чугунным точно изготовленным колесом с использованием притирочных абразивных паст.

Обкатка применяется для сглаживания шероховатостей на рабочих поверхностях зубьев незакаленных колес. В течение 12 мин зубчатое колесо обкатывается под нагрузкой с эталонным колесом большой твердости.

Основы теории зубчатого зацепления

Меньшее зубчатое колесо называют шестерней, большее  колесом.

Параметрам шестерни приписывают индекс 1, параметрам колеса  индекс 2 (рис.16.8).

Точка П называется полюсом зацепления. Линия ТТ  это касательная, проведенная к начальным окружностям. Линия NN  это нормаль.

Рис. 16.8. Основные геометрические параметры эвольвентного зацепления

1. Начальные окружности  это окружности диаметром и , которые в процессе зацепления перекатываются одна по другой без скольжения.

При изменении межосевого расстояния меняются и диаметры начальных окружностей.

У отдельно взятого колеса начальной окружности не существует, поэтому ее нельзя принять за базу для определения параметров зубчатой передачи.

2. Делительные окружности  это окружности диаметрами d, по которым обкатывается инструмент при нарезании зубьев (рис. 16.8).

Делительная окружность принадлежит отдельно взятому колесу.

У большинства зубчатых передач диаметры делительных и начальных окружностей совпадают ; . Исключение составляют передачи с угловой коррекцией.

3. Межосевое расстояние

. (16.1)

4. Окружной шаг зубьев p  это расстояние между одноименными сторонами двух соседних зубьев, взятое по дуге делительной окружности.

, (16.2)

где  толщина зуба по делительной окружности;  ширина впадины по делительной окружности.

Для пары сцепляющихся колес окружной шаг должен быть одинаковым.

Основной шаг измеряется по основной окружности

, (16.3)

где  угол зацепления, т. е. угол между нормалью NN и касательной ТТ.

5. Окружной модуль зубьев

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

Полная длина делительной окружности зубчатого колеса:

, (16.4)

где z  число зубьев; или , число  является трансцендентным, что неудобно при изготовлении или расчете зубчатых колес. Поэтому в качестве основного расчетного параметра принято рациональное число , которое обозначается буквой m (мм) и называется модулем зубьев. Для пары зацепляющихся колес модуль одинаков. Модулем называется часть диаметра делительной окружности, приходящейся на один зуб.

6. Высота головки и ножки зуба

Начальная окружность делит зуб по высоте на головку и ножку

; ; , (16.5)

где с  радиальный зазор.

7. Дугой зацепления s называется путь, проходимый профилем зуба по начальной окружности за время фактического его зацепления.

Для обеспечения непрерывности зацепления:

s > p. (16.6)

Коэффициент перекрытия для плавности и непрерывности зацепления должен выполнять условие

. (16.7)

8. Передаточное отношение:

. (16.8)

Существует понятие передаточного числа:

. (16.9)

Понятие о корригированных зубчатых зацеплениях

При уменьшении числа зубьев происходит подрезание ножки зуба, что уменьшает прочность зуба на изгиб, поэтому .

Корригированием называется улучшение профиля зуба путем его очерчивания другим участком той же эвольвенты (рис. 16.9).

Рис. 16.9. Исправление формы зуба при коррегировании

Корригирование осуществляется смещением инструментальной рейки на величину xm.

На практике применяют высотную и угловую коррекцию.