21.4. Усилия в зацеплении зубчатых передач

При определении сил в зацеплении используют методы теорети­ческой механики, а силами трения пренебрегают ввиду их малости.

Нормальная сила F_n направлена по линии зацепления (как по общей нормали к рабочим поверхностям зубьев).

Прямозубая цилиндрическая передача (рис. 21.6).

Силу F_n раскладывают на окружную F_t и радиальную F_r составля­ющие:

– изгибающая зуб, – сжимающая зуб,

(21.17)

– угол главного профиля,

где – угол зацепления; Т – вращающий момент на колесе (шестерне).

Векторы радиальных сил у колес с внешним зацеплением направ­лены к центру, а у колес с внутренним зацеплением – от центра зубчатого колеса.

Косозубая и шевронная цилиндрические передачи.

Силу в зацеплении передачи раскладывают на окружную F_t , осевую F_a и радиальную F_r составляющие (рис. 21.7 а):

(21.18)

где – угол зацепления косозубой передачи в нормальном сече­нии; β – угол наклона линии зуба.

Осевая сила F_a, стремящаяся сдвинуть колесо вдоль оси вала, дополнительно нагружающая опоры валов, детали корпусов, является недостатком косозубых передач.

Направление окружной и радиальной сил такое же, как и в пря­мозубой передаче. Осевая сила параллельна оси колеса, а направле­ние вектора зависит от направления вращения колеса и направления линии зуба (рис.21.8)

Конические зубчатые передачи.

Рис. 21.7. Усилия в зацеплениях косозубых (а) и конических (6) колес

В зацеплении прямозубой кони­ческой передачи (см. рис. 21.7 б) нормальная сила F_n также раскладывается на три составляющие, рассчитываемые по среднему делительному диаметру d:

(21.19)

Направления сил на ведущем и ведомом колесах противоположны, и имеют место равенства .

Рис. 21.8. Направления сил на ведущем колесе косозубой передачи

21.5. Материалы, термообработка для зубчатых колес

Зубчатые колеса изготовляют из сталей, чугуна и неметалли­ческих материалов. Колеса из неметаллических материалов имеют не­большую массу и не коррозируют, а передачи с ними бесшумны в ра­боте. Но невысокая прочность материалов и, как следствие, большие габариты передачи, сравнительно высокая стоимость изготовления колес ограничивают их применение в силовых механизмах.

Чугунные зубчатые колеса дешевле стальных, их применяют в малонагруженных открытых передачах. Они имеют малую склонность к заеданию и хорошо работают при бедной смазке, но не выдерживают ударных нагрузок.

Наибольшее распространение в силовых передачах имеют колеса из сталей Ст5, Ст6, 35, 35Л, 40, 40Л и др., которые подвергают, как правило, термообработке для повышения нагрузочной способнос­ти.

Колеса малонагруженных передач в машинах общего назначения, а также колеса передач, габариты которых не ограничены, подверга­ют объемной закалке с высоким отпуском до твердости 300-350 НВ при диаметре колес до 150 мм. Колеса диаметром свыше 150 мм имеют твердость не менее 200 НВ. Зубья колес, подвергнутых такой обра­ботке, имеют приблизительно одинаковую твердость по всему сечению и могут быть нарезаны после термообработки; благодаря этому отпа­дает необходимость выполнения доводочных операций.

Для предотвращения заедания рабочих поверхностей нижний пре­дел твердости шестерни (меньшего колеса), как показывает практика, должен быть на 30-50 единиц выше верхнего предела твердости коле­са.

Колеса высоконагруженных передач в транспортных машинах и передач ограниченных габаритов должны иметь твердость зубьев более 400 НВ.