Передачи зубчатым ремнем

Общие сведения

Зубчатые ремни выполняют плоскими с поперечными зубьями на внутренней поверхности, которые входят в зацепление с зубьями на шкивах (рис. 8). Передача зубчатым ремнем работает по принципу зацепления.

Зубчатое зацепление ремня со шкивом устраняет скольжение и необходимость в большом предварительном натяжении, уменьшает влияние угла обхвата (межосевого расстояния) на тяговую способность, что позволяет уменьшить габариты передачи и получить большие передаточные числа.

Рис. 8. Передача зубчатым ремнем

Достоинства передач зубчатым ремнем. 1. Постоянное передаточное число. 2. Малое межосевое расстояние. 3. Небольшие нагрузки на валы и подшипники. 4. Большое передаточное число (u  12). 5. Низкий уровень шума и отсутствие динамических нагрузок вследствие эластичности ремня и упругости его зубьев.

Недостатки. 1. Сравнительно высокая стоимость. 2. Чувствительность к отклонению от параллельности осей валов.

Применение. Передачу зубчатым ремнем применяют как в высоко-нагруженных передачах (например, кузнечно-прессовое оборудование), используя ее высокую тяговую способность, так и в передачах точных перемещений (в связи с постоянством передаточного числа): приводы печатающих устройств ЭВМ, киносъемочная аппаратура, робототехника (рис. 9) и др.

Рис. 9. Механизм с зубчатыми ремнями движения кисти промышленного робота:

1 – локоть; 2 – плечо; 3 – электродвигатель; 4 – волновой редуктор; 5 – натяжной ролик;

6 – захватное устройство

Мощность, передаваемая зубчатым ремнем, до 100 кВт, скорость ремня до 60 м/с, КПД передачи 0,94...0,98.

В зависимости от способа изготовления зубчатые ремни выпускают двух видов: сборочные и литьевые.

Сборочные ремни состоят из несущего слоя (металлокорда или стек-локорда), резины (или неопрена) и тканевого покрытия на зубчатой поверхности, свулканизированных в одно целое. Отличаются от литьевых более высоким качеством.

Литьевые ремни состоят из металлокорда, резины (или полиуретана) и не имеют тканевого покрытия.

Металлокорд представляет собой стальные тросы диаметром 0,36 или 0,75 мм, стеклокорд – крученые нити диаметром 0,35... 1,1 мм из стекловолокна.

Зубья ремня имеют трапецеидальную форму с углом у профиля 50 и 40° (рис. 10. а) или полукруглую (рис. 10, б) форму.

Рис. 10. Зубчатый ремень с зубьями трапецеидальной (а) и полукруглой (б) формы

Полукруглый профиль обеспечивает плавный вход зубьев в зацепление, равномернее распределяет напряжения в ремне, повышает передаваемые нагрузки на 40 %.

Зубчатые передачи

Общие сведения

Зубчатая передача – это механизм, который с помощью зацепления передает или преобразует движение с изменением угловых скоростей и моментов.

(Зубчатая передача – трехзвенный механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, образующими с неподвижным звеном вращательную или поступательную пару).

Их применяют для передачи вращательного движения между валами с параллельными, пересекающимися и перекрещивающимися осями, а также для преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот.

Зубчатые передачи между параллельными валами осуществляются цилиндрическими колесами с прямыми, косыми и шевронными зубьями (рис. 1, а-г). Эти передачи называют цилиндрическими. Существуют передачи (рис.1, а, б, в) внешнего зацепления (прямозубые, косозубые, шевронные) и передачи (рис. 1, г) внутреннего зацепления (прямозубая).

Передачи между валами с пересекающимися осями осуществляются коническими колесами с прямыми и круговыми зубьями (рис. 1, е, з), реже с тангенциальными зубьями (рис. 1, ж). Зубчатые передачи для преобразования вращательного движения в поступательное и, наоборот осуществляются цилиндрическим колесом и рейкой (рис. 1, д).

Для валов с перекрещивающимися осями применяют зубчато-винтовые, гипоидные и червячные передачи.

Рис. 1. Основные виды зубчатых передач

Зубчатые, передачи составляют наиболее, распространенную и важную группу механических передач. Их применяют в, широком диапазоне областей и условий работы: от часов и приборов до самых тяжелых машин, для передачи окружных сил от миллиньютонов до десятков меганьютонов, для моментов до 10⁷ньютонов на метр и мощностей от ничтожно малых до десятков тысяч киловатт, с диаметрами колес от долей миллиметра до 10 м и более.

Зубчатые передачи в сравнении с другими механическими передачами обладают существенными достоинствами: малыми габаритами; высоким КПД; большой надежностью в работе; постоянством передаточного отношения из-за отсутствия проскальзывания; возможностью применения в широком диапазоне моментов, скоростей и передаточных отношений.

К недостаткам зубчатых передач могут быть отнесены требования высокой точности изготовления, шум при работе со значительными скоростями. Шум обусловлен в основном ошибками изготовления шага, профиля зубьев, а также переменной жесткостью зацепления и подшипниковых опор валов.

Зубчатая передача состоит из двух колес z₁ и z₂, расположенных на валах. Основными характеристиками передачи являются мощности на валах Р₁ и Р₂ в кВт, угловые скорости ₁ и ₂ в с^-1 (или частоты вращения п₁ и п₂ в мин^-1 ), окружная скорость на делительном цилиндре v в м/с, вращающие моменты Т₁ и Т₂ в Нм, передаточное отношение и, коэффициент полезного действия .

При расчете передачи используются зависимости, известные из теоретической механики:

U = ₁ / ₂ = п₁ / п₂; ; ;

; ; .

Передачи могут быть понижающие (частота вращения ведущего вала больше ведомого) и повышающие.

Зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называется шестерней, с большим — колесом.

Зубчатые передачи предназначены для изменения угловых скоростей, моментов и их направлений. Зубчатые передачи можно классифицировать по следующим признакам:

■ по окружной скорости колес (м/с) – весьма тихоходные до 0,5, тихоходные 0,5...3, среднеходные 3...15, быстроходные больше 15;

• по виду зацепления – эвольвентные, круговинтовые системы Новикова, циклоидальные, применяемые в приборах и часах, и др.;

• по типу зубьев - прямые, косые, шевронные и с криволинейным зубом;

• по взаимному расположению осей валов - с параллельными осями (цилиндрические прямозубые, косозубые, шевронные) (рис. 2, а, б, в), с пересекающимися осями (конические с прямыми и непрямыми зубьями) (рис. 2, г, д), с перекрещивающимися осями (винтовые и гипоидные) (рис. 2, е, ж);

• по твердости рабочих поверхностей зубьев – с твердостью до 350 НВ и свыше 350 НВ;

• по степени защищенности – открытые, полузакрытые и закрытые (коробки передач, редукторы);

• по точности – 12 степеней (для коробок передач и редукторов преимущественно 7, 8 и 9-я степени точности, иногда 6-я степень).

Рис. 2. Виды зубчатых передач

При необходимости одностороннего вращения колес применяется внутреннее зацепление (рис. 3, а), для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот используется реечная передача (рис. 3, б).

Рис. 3. Внутреннее зубчатое зацепление и зацепление зубчатого колеса с рейкой

Сравнительная характеристика зубчатых и других механических передач. Во всех отраслях машиностроения и приборостроения наиболее широкое применение нашли зубчатые передачи благодаря ряду их достоинств: постоянству передаточного числа; отсутствию проскальзывания; большой несущей способности при сравнительно малых габаритах и массе; большой долговечности (например, ресурс зубчатых редукторов не менее 36 000 ч); работе в обширном диапазоне режимов нагружения; возможности использования для передачи нагрузок, достигающих 510⁶ Нм при окружных скоростях до 150 м/с; способности передавать энергию между валами, как угодно расположенными в пространстве; высокому КПД (до 0,995); сравнительно малым Нагрузкам на валы и их опоры; простоте обслуживания и ухода. К недостаткам зубчатых передач можно отнести: высокие требования к точности изготовления колес и сборки передач и необходимость повышенной жесткости корпусов, опор, валов; шум, особенно при больших частотах вращения и недостаточной точности; вибрации; низкую демпфирующую способность.

Наиболее широкое применение получило эвольвентное зубчатое зацепление, позволяющее значительно увеличивать несущую способность передач и повышать их качественные показатели за счет применения смещения и модификации профиля зубьев, допускающее изменение межосевого расстояния без нарушения передаточного числа и полную взаимозаменяемость независимо от числа зубьев колес. (Эвольвентное зацепление предложено Л. Эйлером в 1760 г.).

Простые индексы и правила образования сложных индексов в обозначениях параметров. Термины, определения и обозначения цилиндрических зубчатых колес и передач регламентированы ГОСТ 16531–83, расчет геометрических параметров – ГОСТ 16532–70, исходный контур- ГОСТ 13754–81. Различают индексы, относящиеся: w – к начальной поверхности или начальной окружности; b – к основной окружности; а – к поверхности или окружности вершин и к головке зуба; f – к поверхности или окружности впадин и ножке зуба; t – к торцовому сечению; п – к нормальному сечению; х – к осевому сечению; 1 – к шестерне; 2 – к колесу; 0 – к зуборезному инструменту.

Рис. 4. Геометрические параметры цилиндрического колеса: d – делительный диаметр; d_a – диаметр вершин; d_f – диаметр впадин; d_b – основной диаметр; d_e – диаметр окружности граничных точек; d_k – диаметр окружности притуплённых кромок; h_a - высота делительной головки зуба; h_f – высота делительной ножки зуба; h – высота зуба; h_e -граничная высота зуба; s – делительная толщина зуба; _а - угол профиля зуба в точке на окружности вершин; _к – угол профиля зуба в точке притупления; р_t – окружной шаг зубьев; р_n – нормальный шаг зубьев; р_х - осевой шаг зубьев; р_bt – основной окружной шаг;  – угол наклона линии зуба; _t – угол профиля; s_na – толщина зуба на поверхности вершин

Параметрам, относящимся к делительной поверхности или делительной окружности, индексы не присваиваются. Первой буквой в индексе является п, t или х, например окружной шаг зубьев р_t нормальный шаг зубьев р_n (рис. 4), угол профиля _t а второй буквой - , w,f, например _tw – угол зацепления косозубой цилиндрической передачи в торцовой плоскости (рис. 5), a_nw – то же, в нормальной плоскости, s_na – нормальная толщина зуба колеса на поверхности вершин (см. рис. 4). Если обозначение параметра имеет индекс, то к нему добавляются буквы в ранее указанном порядке, например P_bt – основной окружной шаг. В обозначениях параметров прямозубых колес и прямозубого зацепления в индексах буквы t и n опускаются, например _w – угол зацепления пары прямозубых колес, s_a – толщина зуба на поверхности вершин, т – модуль прямозубого колеса.

Рис. 5. Эвольвентные цилиндрические передачи: а – внешняя, б – внутренняя.

Обозначение коэффициентов соответствует обозначению параметров с добавлением знака «*», например, коэффициент высоты головки зуба h_а*, коэффициент радиального зазора с*. Коэффициенты выражают параметры в долях модуля, например, h_a* = h_a/m_n, с* = с/т_п.