Передачи с зацеплением Новикова

Как известно из теоретической механики и сопротивления материа­лов, звенья высших кинематических пар соприкасаются по линиям и точ­кам, а максимальные контактные напряжения вычисляются по формуле Герца, причем значение контактных напряжений зависит от приведенного радиуса кривизны поверхностей контакта, — чем больше приведенный радиус кривизны, тем меньше максимальные контактные напряжения.

Приведенный радиус кривизны равен

ρ_пр = ρ₁ρ₂ / (ρ₂ ± ρ₁),

где p₁ ир₂ — радиусы кривизны в точке касания; знак плюс принимают при центрах кривизны, расположенных по разные стороны от точки кон­такта (внешнее касание), знак минус — при центрах кривизны, располо­женных по одну сторону (внутреннее касание).

Нагрузочная способность рассмотренного нами ранее эвольвентного зацепления ограничена из-за малых значений приведенного радиуса кри­визны зубьев (в формуле для р_пр в знаменателе ставится знак плюс) и, следовательно, значительных контактных напряжений. Поэтому наряду с совершенствованием эвольвентного зацепления необходимы поиски но­вых видов зацеплений.

Изложенные соображения легли в основу предложенного инженером М. Л. Новиковым нового кругового зацепления, названного его именем.

На рис. 7.31 показаны две передачи с зацеплением Новикова: а — цилиндрическая, б — коническая. Как видно из рисунка, зуб одного колеса (обычно шестерни) выпуклый, а другого — вогнутый, причем профили зубьев в нормальном сечении очерчиваются дугами окружностей с не­большой разницей в радиусах, что дает большие значения приведенных радиусов кривизны (в формуле для р_пр ставится знак минус) и существен­но уменьшает контактные напряжения.

На рис. 7.32 показано круговое зацепление зубьев в нормальном се­чении. Профили зубьев, очерченные дугами окружностей, не являются сопряженными, так как они не удовлетворяют требованиям основной теоремы зацепления (общая нормаль NN не будет все время проходить через полюс П), следовательно, для обеспечения постоянства переда­точного числа передача Новикова должна быть косозубой.

Линия зацепления изображенной на рис. 7.32 передачи будет прохо­дить через точку К и располагаться параллельно осям колес, а точка кон­такта зубьев будет перемещаться по этой линии, а не по общей нормали NN, как в эвольвентном зацеплении. Поэтому торцовое перекрытие, а также геометрическое скольжение зубьев в передаче Новикова теоретически отсутствуют; плавность работы обеспечивается за счет осевого перекрытия ε_β ≥ 1,1. Угол наклона зубьев обычно берется в пределах β = 10...24°.

Первоначальный точечный контакт зубьев в результате непро­должительной приработки переходит в контакт по значительной пло­щадке, что резко снижает контактные напряжения.

Различают передачи Новикова ОЛЗ (с одной линией зацепления) и передачи Новикова ДЛЗ (с двумя линиями зацепления); в последнем слу­чае профиль зубьев обоих колес выпукло-вогнутый. В передачах ДЛЗ, получивших наибольшее распространение, выпуклые головки шестерни и колеса одновременно взаимодействуют с вогнутыми ножками колеса и шестерни. Очевидно, что при прочих равных условиях нагрузочная спо­собность передач ДЛЗ больше, чем передач ОЛЗ.

Исходный контур и расчет геометрии цилиндрических передач Но­викова с двумя линиями зацепления стандартизован; кроме того, для передач с одной и двумя линиями зацепления стандартизованы нормальные модули от 1,6 до 63 мм. Стандарт на расчет геометрии передач Новикова ДЛЗ ограничивает область применения этой передачи значениями: твер­дость зубьев Н ≤ 320 НВ, модуль т ≤ 16 мм, окружная скорость v ≤ 20 м/с. Нагрузочная способность передач Новикова ДЛЗ по условию контактной выносливости активных поверхностей зубьев примерно в два раза выше, чем у передач с эвольвентным зацеплением, а прочность зубьев на изгиб несколько ниже.

На рис. 7.33 показаны элементы зацепления круговых зубьев различ­ной формы: а — выпуклый зуб (1 — след линии зацепления, 2 — началь­ная точка контакта, 3 — контактная линия, 4 — площадка контакта); б — вогнутый зуб; в — выпукло-вогнутый зуб.

Зубья шестерни и колеса передач ОЛЗ нарезают разными инструмен­тами методом обкатки на зубофрезерных станках. Передачи ДЛЗ более технологичны, так как зубья обоих колес нарезают одним инструментом.

Виды повреждений зубьев и критерии работоспособности передач Новикова те же, что и для эвольвентных передач.

Габаритные размеры передач Новикова примерно на 25...30% мень­ше, чем у равноценных эвольвентных.

Основной недостаток передач Новикова — повышенная чувст­вительность к перекосам осей и изменению межосевого расстояния, по­этому для них требуется высокая точность изготовления колес и высокая жесткость валов и опор.

Смазывание зубчатых передач. В заключение главы рассмотрим в общих чертах вопросы, относящиеся к смазыванию зубчатых передач.

Смазочные материалы характеризуются двумя основными свойства­ми: маслянистостью или липкостью — способностью образовывать на сопряженных поверхностях устойчивые тонкие пленки и вязкостью или внутренним трением — способностью сопротивления сдвигу слоев масла.

Основным смазочным материалом для зубчатых передач являются жидкие нефтяные и синтетические масла.

Смазывание передач уменьшает потери на трение, увеличивает изно­состойкость трущихся поверхностей, предохраняет детали от коррозии, низко- и среднескоростных передач редукторов осуществляется окунанием колеса в масляную ванну на глубину, немного превышающую высоту зуба. В высокоскоростных передачах осуществляют принудительное цир­куляционное смазывание поливанием зоны зацепления с помощью насоса.

Объем масляной ванны примерно 0,4...0,8 л на 1 кВт передаваемой мощности.

Для смазывания зубчатых передач обычно применяют тяжелые, средние и легкие индустриальные масла; гипоидные передачи смазывают специаль­ным гипоидным маслом, обладающим противозадирными свойствами.