Лекция № 3 Зубчатые передачи
Зубчатая передача – это механизм, который с помощью зубчатого зацепления передает или преобразует движение с изменением угловых скоростей и моментов.
Зубчатые передачи применяют для преобразования и передачи вращательного движения между валами, а также для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот.
Зубчатые передачи – наиболее распространенный тип передач в современном машиностроении и приборостроении; их применяют в широких диапазонах скоростей (до 100 м/с), мощностей (до десятков тысяч киловатт).
Основные достоинства зубчатых передач по сравнению с другими передачами:
-технологичность, постоянство передаточного числа;
-высокая нагрузочная способность;
-высокий КПД (до 0,97-0,99 для одной пары колес);
-малые габаритные размеры по сравнению с другими видами передач при равных условиях;
-большая надежность в работе, простота обслуживания;
-сравнительно малые нагрузки на валы и опоры.
К недостаткам зубчатых передач следует отнести:
-невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;
- высокие требования к точности изготовления и монтажа;
-шум при больших скоростях; плохие амортизирующие свойства;
-громоздкость при больших расстояниях между осями ведущего и ведомого валов;
-потребность в специальном оборудовании и инструменте для нарезания зубьев.
Классификация зубчатых передач (ЗП)
1 По расположению осей колес:
- ЗП между параллельными валами осуществляется цилиндрическими зубчатыми колесами,
- передача вращения между валами с пересекающимися осями осуществляется коническими ЗП,
- если оси валов скрещиваются (перекрещиваются):
гипоидные, винтовые и червячные передачи.
- Для преобразования вращательного движения в поступательное применяется реечная передача.
2 По конструктивному оформлению передачи бывают:
- открытые передачи,
- закрытые передачи.
3 По окружной скорости:
- тихоходные до 3 м/с,
- быстроходные свыше 15 м/с,
- среднеходные 3-15м/с.
4 В зависимости от взаимного положения колес:
- передачи с внешним зацеплением,
-передачи с внутренним зацеплением.
5 По форме профиля зуба:
- эвольвентные,
- круговые,
- циклоидальные.
6 По точности зацепления:
- существует 12 степеней точности (6-10 применяемые, 6 для ответственных деталей).
7 По расположению зубьев относительно образующих колес:
-прямозубые;
-косозубые;
-шевронные;
-с криволинейным зубом.
Цилиндрические зубчатые колеса
Цилиндрические зубчатые передачи предназначены для передачи вращательного момента между параллельными валами.
Поверхности взаимодействующих зубьев должны обеспечить непрерывное зацепление при вращении зубчатых колес с постоянным передаточным отношением.
Элементы зубчатого колеса:
Определения элементов зубчатых колес приведены по ГОСТ 16530-83.
Меньшее из колес обычно называют шестерней, большее – колесом.
Обод (зубчатый венец) – часть зубчатого колеса, на котором расположены зубья.
Ступица – часть зубчатого колеса, предназначенная для соединения колеса с валом или осью.
Диск – часть зубчатого колеса, соединяющая обод со ступицей.
Цилиндрические зубчатые колеса могут быть с прямым, косым и шевронным зубом.
Профили зубьев должны подчиняться определенным требованиям, вытекающим из основной теоремы зацепления:
Общая нормаль (линия зацепления) к сопряженным профилям зубьев делит межосевое расстояние на отрезки обратно пропорциональные угловым скоростям.
Рисунок 1 Рисунок 2
Профили зубьев должны быть технологичными, т. е. такими, чтобы их можно было получить в производственных условиях наиболее простыми методами. Из теоретически возможных профилей преимущественное применение полу-чили эвольвентные профили.
Эвольвентное зацепление предложено Эйлером более 200 лет назад. Это зацепление по сравнению с другими имеет следующие преимущества: при изменении межосевого расстояния не нарушается правильность их зацепения (не изменяется передаточное число).
Все геометрические параметры зубчатых передач стандартизированы. Геометрия цилиндрических колес определяется несколькими концентри-ческими окружностями.
Делительная окружность делит зуб на головку и ножку и принадлежит каждому отдельно взятому колесу, диаметр ее обозначается d. (рисунок 2)
Начальные окружности – это сопряженные окружности двух сцепляющихся колес, их радиусы равны О1Р и О2Р. (рисунок 1) Начальные окружности относятся только к зацеплению пары колес. При изменении межцентрового расстояния О1 О2 они тоже меняются. У большинства зубчатых передач делительные окружности совпадают с начальными (в курсе рассматри-ваются такие окружности).
В качестве основного геометрического параметра зубчатых колес принят модуль – m.
Часть делительной окружности, приходящейся на один зуб колеса, называют модулем зацепления. Значения модулей стандартизованы.
Модуль – расчетная величина, равная отношению окружного шага зубьев рt по делительной окружности к числу π.
m = рt / π
Основные параметры зубчатого колеса могут быть выражены через модуль и потребное число зубьев. (рисунок 3)
При передаче движения колеса сцепляются по линии NN – линии зацеп-ления. (рисунок 1) Линия зацепления образует с касательной, проведенной в точке касания Р – полюс зацепления угол зацепления -αɷ. Для цилиндрических колес угол зацепления равен 20⁰.
Непрерывность работы передачи обеспечена, если последующая пара зубьев входит в зацепление до выхода из зацепления предыдущей, т. е. существует некоторое перекрытие.
Для предотвращения заклинивания, компенсации температурных деформаций, а также ошибок изготовления и сборки предусмотрен радиальный зазор – с. (рисунок 2) Кроме того для обеспечения нормальной работы, необходим боковой зазор между зубьям соприкасающихся колес.
Рисунок 3