2) В косозубых передачах действуют следующие силы:

радиальная сила F_R=F_ttg  / cos _W, где _W – угол наклона зуба,

осевая сила (вдоль оси) F_X = F_t  tg _W, окружная сила F_n=F_t / (cos  cos _W).

17. Цилиндрическая прямозубая зубчатая передача относится к передачам зацеплением непосредственного контакта. Применяется при окружных скоростях .

Силы в зацеплении определяют в полюсе зацепления. На шестерню действует вращательный момент, который создаёт распределённую по контактным линиям зуба колеса нагрузку. Эту нагрузку заменяют равнодействующей силой , направленной по линии зацепления nn и приложенной в полюсе. Силами трения в зацеплении пренебрегают, так как они малы. Силу раскладывают на окружную Ft и радиальную Fr.

Такое разложение силы на составляющие удобно для расчёта зубьев и валов. На ведомом колесе направление силы Ft совпадает с направлением вращения, а на ведущем – противоположно ему, т.е. силы на ведущем и ведомом колёсах всегда направлены против действия соответствующих моментов. Радиальные силы Fr направлены к осям вращения колёс и создают «распор» в передаче. Расчет на прочность зубчатых колес проводят по двум условиям прочности: по контактным напряжениям и по напряжениям изгиба. При расчете по контактным напряжениям для всех коэффициентов применяется индекс «Н», по напряжениям изгиба – индекс «F».

Коническая прямозубая передача

Для конической прямозубой передачи рекомендуется u=2, 2,5; 3,15; 4.

18. Цилиндрические колеса, у которых зубья расположены по винтовым линиям на делительном диаметре, называют косозубыми. При работе такой передачи зубья входят в зацепление не сразу по всей длине, как в прямозубой, а постепенно; передаваемая нагрузка распределяется на несколько зубьев. В результате по сравнению с прямозубой повышается нагрузочная способность, увеличивается плавность работы передачи и уменьшается шум. Поэтому косозубые передачи имеют преимущественное распространение.

С увеличением угла наклона линии зуба плавность зацепления и нагрузочная способность передачи увеличиваются, но при этом увеличивается и осевая сила Fа, что нежелательно. Поэтому в косозубых передачах принимают угол .

Силы в зацеплении определяют в полюсе зацепления. Сила , действующая на зуб косозубого колеса , направлена по нормали к профилю зуба, т.е. по линии зацепления эквивалентного прямозубого колеса и составляет угол с касательной к эллипсу.

радиальную силу

и осевую силу

На зубья шестерни и колеса действуют одинаковые, но противоположно направленные силы. При определении их направления учитывают направление вращения колёс и направление наклона линии зубьев (правое и левое). Наличие в зацеплении осевой силы, которая дополнительно нагружает валы и подшипники, является недостатком косозубых передач.

•Шевронные цилиндрические передачи обладают крайне высокой плавностью работы. Шестерни этих передач представляют собой сдвоенные косозубые шестерни, но они имеют больший угол зубьев, чем косозубые. Стоимость изготовления шевронных зубчатых колес высокая, они требуют специализированных станков и высокой квалификации рабочих. Шевронные цилиндрические передачи применяются в мощных быстроходных закрытых передачах.

19. КОНИЧЕСКИЕ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Передают вращающий момент между валами с пересекающимися осями (чаще всего под углом 90⁰). Их зубья бывают прямыми, косыми, круговыми и обычно имеют эвольвентный профиль.

С начала конструктор выбирает внешний окружной модуль m_te, из которого рассчитывается вся геометрия зацепления, в частности, нормальный модуль в середине зуба m_nm= m_te (1 – 0,5 b/R_e),

где R_e – внешнее конусное расстояние.

Силы в конической передаче действуют аналогично цилиндрической, однако следует помнить, что из-за перпендикулярности осей радиальная сила на шестерне аналогична осевой силе для колеса и наоборот, а окружная сила при переходе от шестерни к колесу только меняет знак

; .

Прочностные расчёты конических колёс проводят аналогично цилиндрическим, по той же методике . Из условия контактной выносливости определяют внешний делительный диаметр d_we, из условия прочности на изгиб находят нормальный модуль в середине зуба m_nm. При этом в расчёт принимаются воображаемые эквивалентные колёса с числами зубьев Z_э1,2 =Z_1,2 / cos_1,2 и диаметры d_э1,2 = m_te Z_1,2 / cos_1,2. Здесь Z₁, Z₂, - фактические числа зубьев конических колёс. При этом числа Z_э1,2 могут быть дробными.

В эквивалентных цилиндрических колёсах диаметр начальной окружности и модуль соответствуют среднему сечению конического зуба, вместо межосевого расстояния берётся среднее конусное расстояние [45], а профили эквивалентных зубьев получают развёрткой дополнительного конуса на плоскость.

20. Поломка зуба (выламывание углов или целого зуба у основания) – один из более опасных видов разрушения передач.

Поломка зубьев характерна для открытых передач и передач с высокой твердостью материалов колес.

Выкрашивание – характерный вид разрушения поверхностей зубьев при хорошей смазке. Выкрашивание начинается вблизи полюсной линии (зона однопарного зацепления), где скольжение и перекатывание профилей направлены таким образом, что масло запрессовывается в усталостные микротрещины и способствует выкрашиванию частиц металла. При этом нарушаются условия образования сплошной масляной пленки и появляется металлический контакт с последующим быстрым износом или задиром поверхностей.

Выкрашивание наблюдается преимущественно в закрытых передачах вследствие переменных контактных напряжений.

Износ зубьев – причина выхода из строя преимущественно открытых передач, недостаточно защищенных от попадания абразивных частиц: пыли, продуктов износа и др. Искажение профиля в результате износа приводит к увеличению динамических нагрузок, зазоров в зацеплении, уменьшению поперечного сечения зубьев и, следовательно, к увеличению напряжений изгиба и, как правило, к поломке зуба.

Заедание наблюдается в высоконагруженных передачах и является следствием разрыва масляной пленки из-за высоких контактных давлений. Оно проявляется в образовании молекулярного сцепления частиц поверхностных слоев металла и последующего разрушения этих связей в процессе скольжения зубьев, что приводит к повреждению рабочих поверхностей.

Для предупреждения заедания эффективно охлаждение смазки, применение противозадирных масел с повышенной вязкостью и химически активными добавками.

Пластический сдвиг наблюдается у тяжелонагруженных тихоходных зубчатых колес, выполненных из мягкой стали. Вследствие сил трения на поверхности зубьев появляются пластические деформации с последующим сдвигом частиц материала в направлении скольжения, что приводит к образованию хребта вблизи полюсной линии у зубьев ведомого колеса и канавки у зубьев ведущего. Это нарушает правильность зацепления и приводит к разрушению зубьев. Пластический сдвиг можно устранить повышением твердости рабочих поверхностей зубьев.

Основными критериями работоспособности зубчатых передач являются изгибная и контактная прочность. Расчеты по критерию износостойкости и заедания для передач общемашиностроительного применения не распространены, и их обеспечение достигается технологическими и конструктивными мероприятиями: увеличением твердости контактирующих поверхностей, защитой от попадания абразивных частиц в зону контакта, применением смазочных материалов с повышенной вязкостью и др.

21. Материалы зубчатых колес

1) Стали в нормированном, улучшенном и закаленном состоянии. Ст40, 30ХГТ

2) Стальное литье 35Л, 45Л и т.д.

3) Чугунное литье СЧ30, СЧ50

4) Пластмассы

25. . Допускаемое контактное напряжение для прямозубых и косозубых передач с твердостью равно меньшему из допускаемых напряжений шестерни и колеса .

Для косозубых передач с твердостью колеса и твердостью шестерни

При этом должно выполняться условие

Допускаемые напряжения и определяют по общей зависимости

Произведение коэффициентов и , учитывающих шероховатость поверхностей зубьев и окружную скорость соответственно, принимаем равными единице. Возможное незначительное отклонение от единицы учитывается при назначении коэффициента запаса прочности . Тогда формула для допускаемого напряжения принимает вид:

Предел контактной выносливости выбирают по таблице в зависимости от материала зубчатого колеса и средней твердости поверхности зубьев, равной половине суммы верхнего и нижнего значений их твердости. Например, при твердости зубьев шестерни получаем .

26. Допускаемые напряжения изгиба зубьев шестерни и колеса определяют по формуле:

В упрощенных расчетах полагают, что суммарное влияние шероховатости поверхностей зубьев - , размеров зубчатого колеса - , градиента напряжений - , способа получения заготовки - , реверса нагрузки - , не приводит к значительному изменению допускаемых напряжений.

Возможное отклонение от единицы учитывают при назначении коэффициента запаса прочности .

Сказанное позволяет записать формулу для определения допускаемого напряжения в следующем виде:

27. Червячная передача имеет перекрещивающиеся оси валов, обычно под углом 90. Она состоит из червяка – винта с трапецеидальной резьбой и зубчатого червячного колеса с зубьями соответствующей специфической формы.

Достоинства червячной передачи

1) Плавность и бесшум¬ность работы.

2) Компактность и сравнительно небольшая мас¬са конструкции.

3) Возможность большого редуцирования, т. е. получения больших переда¬точных чисел (в отдельных случаях в не силовых передачах до 1000).

4) Возможность получе¬ния самотормозящей передачи, т. е. допускающей передачу дви¬жения только от червяка к колесу. Самоторможение червячной передачи позволяет выполнить механизм без тормозного устрой¬ства, препятствующего обратному вращению колеса.

5) Высокая кинематическая точность.

Недостатки червячной передачи

1) Сравнительно низкий к. п. д. вследствие сколь¬жения витков червяка по зубьям колеса.

2) Значительное выделе¬ние теплоты в зоне зацепления червяка с колесом.

3) Необходи¬мость применения для венцов червячных колес дефицитных ан¬тифрикционных материалов.

4) Повышенное изнашивание и склонность к заеданию.

Передаточное отношение червячной передачи находят аналогично цилиндрической U = n₁ / n₂ = Z₂ / Z₁.

Здесь Z₂ – число зубьев колеса, а роль числа зубьев шестерни Z₁ выполняет число заходов червяка, которое обычно бывает равно 1, 2, 3 или 4.

В зависимости от расположения червяка относительно колеса передачи бывают: с нижним , боковым и верхним червяками.

28. Вследствие нагрева, вызванного трением, червячные передачи нуждаются также и в тепловом расчёте. Практика показывает, что механизм опасно нагревать выше 95^оС. Допускаемая температура назначается 65 ^oC.

Уравнение для теплового расчёта составляется из баланса тепловой энергии, а именно: выделяемое червячной парой тепло должно полностью отводиться в окружающую среду

Q_{выделяемое} = Q_{отводимое}.

Решая это уравнение, находим температуру редуктора, передающего заданную мощность N

t = [860N(1-η)] / [K_T S(1-Ψ)] + t_o.

где K_T – коэффициент теплоотдачи, S – поверхность охлаждения (корпус), t_o – температура окружающей среды,  – коэффициент теплоотвода в пол.

В случае, когда расчётная температура превышает допускаемую, то следует предусмотреть отвод избыточной теплоты. Это достигается оребрением редуктора, искусственной вентиляцией, змеевиками с охлаждающей жидкостью в масляной ванне и т.д.

Оптимальная пара трения это "сталь по бронзе".

29. Силы червячном в зацеплении

Окружная сила червяка (касательная к начальной окружности)

F_t1 = 2000T₁/d_W1

Осевая червяка (вдоль оси) F_X1= F_t2

_{Радиальная червяка (к центру окружности)} F_R1=F_R2=F_t2tg _£,

_{Окружная колеса Ft2 = 2000T2/dW2}

_{Осевая колеса FX2=Ft1.}