5.3.2. Хвилеві зубчаті передачі

Представляють собою циліндричні передачі, де одне з коліс має гнучкий вінець. Цей гнучкий вінець деформується генератором хвиль спеціальної не колової форми і входить в зачеплення з центральним колесом в двох зонах [17].

Ідея хвилевих передач полягає в наявності декількох пар зачеплення, які ще і переміщаються по колу, за рахунок чого досягається величезне передавальне відношення (звичайно U 60  30, відомі конструкції з U > 1000). І це в одній ступені!

Принцип роботи хвилевої передачі аналогічний роботі планетарної передачі з внутрішнім зачепленням і сателітом, що деформується.

Хвилеві передачі мають менші масу і габарити, велику кінематичну точність, менший мертвий хід, високу віброміцність за рахунок демпфування (розсіяння енергії) коливань, створюють менший шум.

До недоліків хвилевих передач відносяться:

• обмежені обороти ведучого валу (щоб уникнути великих відцентрових сил інерції не колового генератора хвиль);

• дрібні модулі зубів (1,5 - 2 мм);

• практично індивідуальне, дороге, вельми трудомістке виготовлення гнучкого колеса і генератора.

Розрахунок хвилевих зубчатих передач відрізняється від розрахунку звичайних зубчатих передач тим, що враховується деформація гнучкого вінця і генератора.

5.3.3. Конічні зубчаті передачі

Передають обертаючий момент між валами з пересічними осями (частіше всього під кутом 90⁰). Їх зуби бувають прямими, косими, круговими і звичайно мають евольвентний профіль.

І хоча, конічні колеса складніші за циліндричні як по своїй геометрії, так і у виготовленні, принципу силової взаємодії, умовам роботи, але методика їх розрахунку аналогічна циліндричним.

Переваги конічних передач:

• можливість передавати крутний момент під певним кутом;

Недоліки конічних передач:

• менша навантажувальна здібність;

• складність виглтовлення;

• наявність значних осьових зусиль, що ускладнює конструкцію опорних вузлів.

Тут ми розглянемо тільки відмінності особливостей розрахунку конічних коліс.

Спочатку конструктор вибирає зовнішній окружний модуль m_te, з якого розраховується вся геометрія зачеплення, зокрема, нормальний модуль у середині зуба

m_tm= m_te (1 – 0,5 b/R_e),

де R_e – зовнішня конусна відстань. Отже

- середня конусна відстань.

С или в конічній передачі діють аналогічно циліндричній, проте слід пам'ятати, що із-за перпендикулярності осей радіальна сила на шестерні аналогічна осьовій силі для колеса і навпаки, а окружна сила при переході від шестерні до колеса тільки міняє знак

; .

окружна сила:

- середній діаметр

радіальна:

осьова:

Міцнісні розрахунки конічних коліс проводять аналогічно циліндричним, по тій же методиці [3].

5.3.4. Черв'ячні передачі.

Черв'ячна передача має осі валів, що перехрещуються, звичайно під кутом 90⁰. Вона складається з черв'яка - гвинта з трапецеїдальним різьбленням і зубчатого черв'ячного колеса із зубами відповідної специфічної форми.

Рух в черв'ячній передачі перетвориться по принципу гвинтової пари.

Переваги черв'ячних передач:

• велике передаточне відношення (до 80);

• плавність і безшумність ходу.

На відміну від евольвентних зачеплень, де переважає контактне кочення, виток черв'яка ковзає по зубу колеса. Отже, черв'ячні передачі мають один фундаментальний недолік: високе тертя в зачепленні. Це веде до низького ККД (на 20-30% нижче, ніж у зубчатих), зносу, нагріву і необхідності застосовувати дорогі антифрикційні матеріали.

Крім того, черв'ячні передачі мають важливу властивість: рух передається тільки від черв'яка до колеса, а не навпаки. Цю властивість не треба плутати з реверсивністю механізму. Адже напрям обертання черв'яка може бути будь-яким, приводячи або до підйому, або до спуску тієї ж ліфтової кабіни.

Передаточне відношення черв'ячної передачі знаходять аналогічно циліндричній

U = n₁ / n₂ = Z₂ / Z₁.

Тут Z₂ - число зубів колеса, а роль числа зубів шестерні Z₁ виконує число заходів черв'яка, яке звичайно рівне 1, 2 або 4.

Очевидно, що однозахідний черв'як дає найбільше передаточне відношення, проте найвищий КПД досягається при багатозахідних черв'яках, що пов'язано із зменшенням тертя за рахунок зростання кута тертя.

Основні причини виходу з ладу черв'ячних передач нагадують характерні дефекти зубчатих передач, тому і розрахунки проводяться аналогічно.

Взагалі розрахунок черв’ячної передачі проводиться по формулі Герца-Беляєва. У проектному розрахунку із умови стійкості активних поверхонь зубців колеса проти втомного руйнування та заїдання визначають міжосьову відстань черв'ячної передачі як основний параметр, що визначає габаритні розмір передачі. З проектувального розрахунку знаходять осьовий модуль черв'яка, а по ньому і всі геометричні параметри зачеплення.

Потім проводиться перевірочний розрахунок зубів зубчастого колеса по контактних напруженнях та на згин. Особливість розрахунку на згин полягає в тому, що приймається еквівалентне число зубів

Z_экв = Z₂ / cos³,

де  - кут підйому витків черв'яка. Окрім зазначеного, розрахунок проводиться аналогічно до розрахунку циліндричної зубчастої передачі.

Черв'як передачі розраховують на міцність та жорсткість. Розрахунок черв'яка на міцність виконують за аналогією з розрахунком валів. Потреба розрахунку черв'яка на жорсткість пов'язана з тим, що черв'як у більшості випадків має порівняно малий діаметр і значну відстань між опорами. Дія на черв'як сил, що виникають у його зачепленні з колесом, може призвести до його значного поперечного прогину, який негативно впливає на зачеплення витків та зубців і на роботу черв'ячної передач.

Особливістю розрахунку черв’ячної передачі є її тепловий розрахунок, в якому виникає потреба унаслідок нагріву, викликаного тертям черв'ячної передачі. Практика показує, що механізм небезпечно нагрівати вище 95^оС. Температура, що допускається, призначається 65 ^oC.

Рівняння для теплового розрахунку складається з балансу теплової енергії, а саме: що виділяється черв'ячною парою тепло повинно повністю відводитися в навколишнє середовище Q_вид = Q_відв.

Оптимальна пара матеріалів тертя черв’ячної пари це "сталь по бронзі". Тому при сталевому черв'яку черв'ячні колеса повинні виконуватися з бронзових сплавів, а інколи з латуні та чавуну.

П роте кольорові метали дороги і тому з них виконується лише зубчатий вінець, який кріпиться на порівняно дешевій сталевій маточині.

Окрім викладеного матеріалу особливої уваги заслуговують навантаження на зубці черв'ячного колеса і черв’як. Адже саме вони є причиною виникнення напружень.

Колова сила на черв'ячному колесі визначається через крутний момент

Осьова сила на черв'ячному колесі подається через колову силу

 - кут підйому витків черв'яка.

Радіальна сила , тут кут зачеплення.

Колова сила на черв'яку дорівнює осьовій силі на черв'ячному колесі .Осьова сила на черв'яку дорівнює коловій силі на колесі . Радіальна сила на черв'яку дорівнює радіальній силі на колесі