Большинство механических передач включает в себя зубчатые зацепления. Зубчатые передачи используются для изменения скоростей вращательного движения, направлений вращения и моментов. Они служат для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот, для изменения пространственного расположения элементов трансмиссии и осуществления многих других функций, необходимых для работы машин и механизмов.
Зубчатые зацепления применяются для передачи вращательного движения от двигателя к исполнительному органу.
При этом производятся необходимые преобразования движения, изменение частоты вращения, крутящего момента, направления осей вращения.
Для всего этого служат различные виды передач. Классификация видов зубчатых передач по расположению осей вращения:
Нужно различать наружное и внутреннее зацепление. При внутреннем зацеплении зубья большего колеса располагаются на внутренней поверхности окружности, и вращение происходит в одном направлении. Это основные виды зацеплений.
Существует огромное количество возможностей для их сочетания и использования в различных кинематических схемах.
Форма зуба
Зацепления различаются по профилю и типу зубьев . По форме зуба различают эвольвентные, круговые и циклоидальные зацепления. Наиболее часто используемыми являются эвольвентные зацепления. Они имеют технологическое превосходство. Нарезка зубьев может производиться простым реечным инструментом. Эти зацепления характеризуются постоянным передаточным отношением, не зависящим от смещения межцентрового расстояния. Но при больших мощностях проявляются недостатки, связанные с небольшим пятном контакта в двух выпуклых поверхностях зубьев. Это может приводить к поверхностным разрушениям и выкрашиванию материала поверхностей.
В круговых зацеплениях выпуклые зубья шестерни сцепляются с вогнутыми колесами и пятно контакта значительно увеличивается. Недостатком этих передач является то, что появляется трение в колёсных парах. Виды зубчатых колёс:
Прямозубые колёсные пары имеют наибольшее распространение. Их легко проектировать, изготавливать и эксплуатировать .
Материалы для изготовления
Основной материал для изготовления колёсных пар - это сталь. Шестерня должна иметь более высокие прочностные характеристики, поэтому колёса часто изготавливают из разных материалов и подвергают разной термической или химико-термической обработке. Шестерни, изготовленные из легированной стали, подвергают поверхностному упрочнению методом азотирования, цементации или цианирования. Для углеродистых сталей используется поверхностная закалка.
Зубья должны обладать высокой поверхностной прочностью, а также более мягкой и вязкой сердцевиной. Это предохранит их от излома и износа поверхности. Колёсные пары тихоходных машин могут быть изготовлены из чугуна. В различных производствах применяются также бронза, латунь и различные пластики.
Способы обработки
Зубчатые колёса изготавливаются из штампованных или литых заготовок методом нарезания зубьев . Нарезание производится методами копирования и обкатки. Обкатка позволяет одним инструментом вырезать зубья различной конфигурации. Инструментами для нарезания могут быть долбяки, червячные фрезы или рейки. Для нарезания методом копирования используются пальцевые фрезы. Термообработка производится после нарезки, но для высокоточных зацеплений после термообработки применяется ещё шлифовка или обкатка.
Обслуживание и расчёт
Техобслуживание заключается в осмотре механизма, проверке целостности зубьев и отсутствия сколов. Проверка правильности зацепления производится при помощи краски, наносимой на зубья. Изучается величина пятна контакта и его расположение по высоте зуба. Регулировка производится установкой прокладок в подшипниковых узлах.
Сначала надо определиться с кинематическими и силовыми характеристиками, необходимыми для работы механизма. Выбирается вид передачи, допустимые нагрузки и габариты, затем подбираются материалы и термообработка. Расчёт включает в себя выбор модуля зацепления, после этого подбираются величины смещений, число зубьев шестерни и колеса, межосевое расстояние, ширина венцов. Все значения можно выбирать по таблицам или использовать специальные компьютерные программы.
Главными условиями, необходимыми для длительной работы зубчатых передач, являются износостойкость контактных поверхностей зубьев и их прочность на изгиб.
Достижению хороших характеристик и уделяется основное внимание при проектировании и изготовлении зубчатых механизмов.
Понятия и термины, относящиеся к геометрии и кинематике зубчатых передач, стандартизованы. Стандарты устанавливают термины, определения и обозначения, а также методы расчета геометрических параметров.
Меньшее из пары зубчатых колес называют шестерней , а большееколесом. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, а параметрам колеса – 2. (РИС 5.8).
В зубчатых колесах различают следующие поверхности или окружности: начальная, основная, вершин зубьев, впадин зубьев, делительная.
Начальными ( и ) называются такие окружности (поверхности), которые катятся друг по другу без скольжения, то есть являются центроидами в относительном движении колес. Параметры, относящиеся к начальным окружностям, обозначаются индексом w.
Делительная окружность (поверхность) – это окружность, для которой модуль является стандартным. В некоррегированных, нарезанных несмещенной зубчатой рейкой зубчатых колесах начальная и делительная окружности совпадают. Параметрам, относящимся к делительной окружности или поверхности, дополнительного индекса не приписывают.
Кроме того, различают индексы, относящиеся:
b- к основной поверхности или окружности;
а – к поверхности или окружности вершин (головок) зубьев;
f – к поверхности или окружности впадин (ножек) зубьев.
Зацепление зубчатых колес характеризуется:
И - числами зубьев шестерни и колеса;
Межосевым расстоянием (расстоянием между центрами начальных окружностей);
р – шагом зубьев по делительной окружности (часть делительной окружности, заключенной между одноименными точками двух соседних зубьев);
s– толщина зуба по делительной окружности (дуга делительной окружности вмещающая один зуб);
е – ширина впадины (дуга делительной окружности между двумя соседними зубьями);
Высота ножки зуба (часть профиля зуба внутри делительной окружности);
Высота головки зуба (часть профиля зуба, выступающая за делительную окружность);
b – ширина зуба;
Угол зацепления или профильный угол рейки;
Как видно из Рис 5.8, шаг зацепления равен
При передаче непрерывного движения сопряженными колесами шаг зацепления должен быть одинаков для обоих колес. Тогда соотношение между числами зубьев и диаметрами делительных окружностей колес будет:
Тогда (5.8)
При определении шага в формулу (5.8) входит трансцендентное число . Это затрудняет подбор размеров зубчатых колес при проектировании. Поэтому для определения размеров колес в качестве основного параметра, определяющего эти размеры, принят модуль зацепления , определяемый как отношение шага зацепления по делительной окружности к числу и округленный до стандартного значения.
Тогда диаметры делительных окружностей, выраженные через модуль, определяться как:
Высота головки зуба
Высота ножки
и, как видно из (5.12), будет больше высоты головки на величину осевого смещения, которое для стандартных колес определяется как
Диаметр окружности вершин зубьев
Диаметр окружности впадин
По делительной окружности толщина зуба равна ширине впадины тогда
Межосевое расстояние будет
Очень часто в обиходе бывалых механиков можно услышать фразы, касающиеся различных деталей: их функций, возможностей, цены и работоспособности. Одной из таких деталей является шестерня. А для чего необходима эта деталь? Что это, и по какому принципу она работает? Давайте разбираться.
Описание и виды шестерёнок
Шестерня – это колесо (диск) с зубьями (другим словом – зубчатое колесо (ЗК)), которое крепится ко вращающейся оси. Она может быть, как с конической, так и с цилиндрической поверхностью.
Шестерёнчатые передачи подразделяются (в зависимости от линии зуба) на следующие виды:
Прямозубые. Это самые применяемые из всех видов ЗК, у которых зубья располагаются в радиальных плоскостях.
Скошенные (косозубые) , используемые в электрических и бензо инструментах (лобзиках, ножовки…). В этих деталях зубья располагаются под углом ко вращающейся оси.
Червячные (спиральные) используются для рулевого управления автомобилем.
Винтовые имеют цилиндрическую форму, зубья располагаются по линии винта. Используются на валах, расположенных перпендикулярно относительно друг друга.
С круговыми зубьями , которые имеют линию окружности радиуса, за счёт чего контакт передачи осуществляется лишь в одной точке (на линии зацепления), расположенной параллельно осям зубчатого кольца.
С внутренним зацеплением , в которых «зубы» нарезаны внутри. Применяются в приводе танковой башни, в планетарных механизмах, насосах…
Секторные являются частью шестерни различного типа, что значительно экономит габариты. Применяется в таких передачах, где не нужно вращение ЗК.
Есть ещё немало других видов этих деталей, каждая из которых может выполнять определённую функцию.
Область применения и принцип действия
ЗК считается одной из важнейших деталей, применяемых в механизмах с зубчатой передачей, как в сложных, так и в простых. Их применяют в машиностроении, пищевой и горнодобывающей промышленности, в судостроении, в подъёмных кранах, коробках передач, лебёдках, танках, буровых установках…
Зубчатые колёса применяются парно и работают при помощи зубьев, цепляясь за соседние, благодаря чему и выполняется основная функция ЗК – передача вращательных движений между валами.
Каждая из шестерён имеет своё число зубьев. Разница в количестве зубьев шестерни необходима для возможности преобразования числа оборотов вала и крутящего момента, то есть для передачи или изменения КМ от ведущего к ведомому ЗК. Ведущей называется та шестерня, к которой крутящий момент подводится снаружи, а ведомая – та, с коей он снимается.
При этом, когда диаметр ведущей детали меньше, чем у ведомой – КМ увеличивается пропорционально уменьшению скорости вращения, а в обратном случае (диаметр ведомой меньше ведущего) – наоборот. Кроме того, нужно знать то, что от числа зубьев на шестерёнке зависит плавность хода передачи (больше зубьев – плавный ход, и наоборот).
Износ шестерни (откалывание зубцов) влечёт за собой необходимость её замены, так как ремонту деталь не подлежит.
Впервые была освоена человеком в глубокой древности. Имя изобретателя осталось скрыто во тьме веков. Первоначально зубчатые передачи имели по шесть зубьев — отсюда и пошло название «шестерня». За многие тысячелетия технического прогресса передача многократно усовершенствовалась, и сегодня они применяются практически в любом транспортном средстве от велосипеда до космического корабля и подводной лодки. Используются они также в любом станке и механизме, больше всего шестеренок используется в механических часах.
Что такое модуль зубчатого колеса
Современные шестерни далеко ушли от своих деревянных шестизубых предков, изготавливаемых механиками с помощью воображения и мерной веревочки. Конструкция передач намного усложнилась, тысячекратно возросли скорость вращения и усилия, передаваемые через такие передачи. В связи с этим усложнились и методы их конструирования. Каждую шестеренку характеризует несколько основных параметров
- диаметр;
- число зубьев;
- высота зубца;
- и некоторые другие.
Одним из самых универсальных характеристик является модуль зубчатого колеса. Существует для подвида — основной и торцевой.
Скачать ГОСТ 9563-60
В большинстве расчетов используется основной. Он рассчитывается применительно к делительной окружности и служит одним из важнейших параметров.
Для расчета этого параметра применяют следующие формулы:
где t — шаг.
где h — высота зубца.
И, наконец,
где De — диаметр окружности выступов,а z — число зубьев.
Что же такое модуль шестерни?
это универсальная характеристика зубчатого колеса, связывающая воедино такие его важнейшие параметры, как шаг, высота зуба, число зубов и диаметр окружности выступов. Эта характеристика участвует во всех расчетах, связанных с конструированием систем передач.
Формула расчета параметров прямозубой передачи
Чтобы определить параметры прямозубой шестеренки, потребуется выполнить некоторые предварительные вычисления. Длина начальной окружности равна π×D, где D — ее диаметр.
Шаг зацепления t – это расстояние между смежными зубами, измеренное по начальной окружности. Если это расстояние умножить на число зубов z, то мы должны получить ее длину:
π×D=t× z,
проведя преобразование, получим:
Если разделить шаг на число пи, мы получим коэффициент, постоянный для данной детали зубчатой передачи. Он и называется модулем зацепления m.
размерность модуля шестерни — миллиметры. Если подставить его в предыдущее выражение, то получится:
выполнив преобразование, находим:
Отсюда вытекает физический смысл модуля зацепления: он представляет собой длину дуги начальной окружности, соответствующей одному зубцу колеса. Диаметр окружности выступов D e получается равным
где h’- высота головки.
Высоту головки приравнивают к m:
Проведя математические преобразования с подстановкой, получим:
De=m×z+2m = m(z+2),
откуда вытекает:
Диаметр окружности впадин D i соответствует D e за вычетом двух высот основания зубца:
где h“- высота ножки зубца.
Для колес цилиндрического типа h“ приравнивают к значению в 1,25m:
Выполнив подстановку в правой части равенства, имеем:
D i = m×z-2×1,25m = m×z-2,5m;
что соответствует формуле:
D i = m(z-2,5m).
Полная высота:
и если выполнить подстановку, то получим:
h = 1m+1,25m=2,25m.
Иначе говоря, головка и ножка зубца относятся друг к другу по высоте как 1:1,25.
Следующий важный размер, толщину зубца s принимают приблизительно равной:
- для отлитых зубцов: 1,53m:
- для выполненных путем фрезерования-1,57m, или 0,5×t
Поскольку шаг t приравнивается к суммарной толщине зубца s и впадины s в, получаем формулы для ширины впадины
- для отлитых зубцов: s в =πm-1,53m=1,61m:
- для выполненных путем фрезерования- s в = πm-1,57m = 1,57m
Характеристики конструкции оставшейся части зубчатой детали определяются следующими факторами:
- усилия, прикладываемые к детали при эксплуатации;
- конфигурация деталей, взаимодействующих с ней.
Детальные методики исчисления этих параметров приводятся в таких ВУЗовских курсах, как «Детали машин» и других. Модуль шестерни широко используется и в них как один из основных параметров.
Для отображения шестеренок методами инженерной графики используются упрощенные формулы. В инженерных справочниках и государственных стандартов можно найти значения характеристик, рассчитанные для типовых размеров зубчатых колес.
Исходные данные и замеры
На практике перед инженерами часто встает задача определения модуля реально существующей шестерни для ее ремонта или замены. При этом случается и так, что конструкторской документации на эту деталь, как и на весь механизм, в который она входит, обнаружить не удается.
Самый простой метод — метод обкатки. Берут шестерню, для которой характеристики известны. Вставляют ее в зубья тестируемой детали и пробуют обкатать вокруг. Если пара вошла в зацепление — значит их шаг совпадает. Если нет — продолжают подбор. Для косозубой выбирают подходящую по шагу фрезу.
Такой эмпирический метод неплохо срабатывает для зубчатых колес малых размеров.
Для крупных, весящих десятки, а то и сотни килограмм, такой способ физически нереализуем.
Результаты расчетов
Для более крупных потребуются измерения и вычисления.
Как известно, модуль равен диаметру окружности выступов, отнесенному к числу зубов плюс два:
Последовательность действий следующая:
- измерить диаметр штангенциркулем;
- сосчитать зубцы;
- разделить диаметр на z+2;
- округлить результат до ближайшего целого числа.
Данный метод подходит как для прямозубых колес, так и для косозубых.
Расчет параметров колеса и шестерни косозубой передачи
Расчетные формулы для важнейших характеристик шестерни косозубой передачи совпадают с формулами для прямозубой. Существенные различия возникают лишь при прочностных расчетах.
Для плавной работы и эффективной передачи энергии вращения посредством зубчатого зацепления необходимо, чтобы зубья имели особую форму. Такая форма зубьев, называемая эвольвентной , в настоящее время применяется почти на всех зубчатых колесах. (Эвольвента – это кривая, которую прочертит карандаш на конце туго натянутой нити, сматываемой с неподвижного кругового цилиндра.)
Зубчатые колеса обычно изготавливают из стали, но применяются и другие материалы – чугун, латунь, алюминий, пластмассы. Стальные зубчатые колеса для повышения долговечности подвергают поверхностному упрочнению путем науглероживания и термообработки. Такая обработка обязательна для всех ответственных зубчатых передач, в частности автомобильных передач и дифференциалов. Зацепление зубчатых колес может быть цилиндрическим, коническим и гипоидным – когда оси зубчатых колес, входящих в зацепление друг с другом, параллельны, пересекаются или скрещиваются соответственно.
Цилиндрические зубчатые колеса . Зубчатые колеса для параллельных валов называют цилиндрическими. Одно из двух входящих в зацепление зубчатых колес – передающее движение – является ведущим, другое – ведомым. Если одно из колес значительно меньше другого, оно называется шестерней. Если отношение частот вращения ведущего и ведомого колес равно единице, то оба зубчатых колеса имеют одинаковые размеры. Передаточное отношение равно отношению чисел зубьев двух колес. Например, шестерня с 10 зубьями вращается в 4 раза быстрее сцепленного с ней зубчатого колеса, имеющего 40 зубьев. Зубья могут быть расположены как на наружной, так и на внутренней поверхности колеса. При наружном зацеплении колеса вращаются в противоположных направлениях, при внутреннем – в одном.
Для преобразования вращения в линейное перемещение ведомое колесо заменяется зубчатой «рейкой» – это как бы зубчатое колесо бесконечно большого диаметра.
Многоступенчатая зубчатая передача. Для передачи вращения между двумя валами, расположенными на значительном удалении друг от друга, может потребоваться более двух зубчатых колес. Промежуточные колеса изменяют направление вращения, если их число – четное. При нечетном же их числе направление вращения не изменяется.
Виды цилиндрических зубчатых колес . Зубчатые колеса, зубья которых параллельны оси колеса, называются прямозубыми. Для увеличения контактной длины и числа зубьев, находящихся в зацеплении (что необходимо для передачи большего момента и более плавной работы на повышенных частотах вращения), применяют косозубые зубчатые колеса. Серьезным недостатком косозубых колес является осевое усилие, возникающее в контакте зацепленных зубьев. Для его устранения применяются шевронные зубчатые колеса с V-образными (угловыми) косыми зубьями.
Конические зубчатые колеса. Оси конических колес зубчатой передачи составляют прямой угол, и их зубья обычно нарезаются по радиусам. Если зубья конических колес прямые, но идут не по радиусам, то они называются тангенциальными. Конические зубчатые передачи, оси колес которых не пересекаются, называются гипоидными. Их часто применяют в задних мостах автомобилей для понижения центра тяжести. В дифференциалах автомобилей применяются ортогональные зубчатые передачи с зубчатыми колесами одного диаметра. Спиральнозубые колеса подобны цилиндрическим, но их зубья нарезаются таким образом, что они передают вращение между взаимно перпендикулярными валами.
Червячные передачи. Для увеличения передаточного отношения, получаемого с помощью цилиндрических прямозубых или конических колес, можно воспользоваться червячной передачей. «Червяк» такой передачи представляет собой винт, вращающий зубчатое колесо, ось которого перпендикулярна оси червяка. Преимущество червячной передачи – в экономии места, недостаток же – в потере мощности.
4. Какие основные виды организационных структур предприятий сервиса Вы знаете.
Организационная структура СО формируется в соответствии с выбранным направлением деятельности. Основная функция организационной структуры - мотивировать персонал, чтобы обеспечить рост эффективности, содействовать использованию выработанных правил, процедур и указаний, которые поддерживают ежедневную работу персонала СО.
Многообразие функциональных связей и возможных способов их распределения между подразделениями и работниками предопределяет разнообразные виды организационных структур управления производством. Большинство СО в разных отраслях используют следующие виды организационных структур:
Функционально-технологическую;
Организованную на основе управления по видам продукции и(или) маркам;
Организованную по географическим признакам (географическая структура);
Организованную по сегментам.
Первый вид структуры, традиционный для нашей страны, заимствован из опыта промышленных и эксплуатационных предприятий (так называемая цеховая структура). Остальные три структуры часто называют дивизионными.
В дивизионных структурах ключевыми фигурами в управлении предприятием выступают не руководители функциональных служб управления, а управляющие (менеджеры), возглавляющие производственные подразделения. Структуризация предприятия по отделениям производится обычно по одному из трех критериев: по выпускаемой продукции или предоставляемым услугам (продуктовая специализация), по обслуживаемым территориям (региональная специализация), по ориентации на потребителя (потребительская специализация).
Продуктовая структура позволяет достаточно просто разрабатывать новые виды продукции, исходя из соображений конкуренции, совершенствования технологии или удовлетворения потребностей покупателей.
Региональная структура обеспечивает более эффективный учет местного законодательства, социально-экономической системы и рынков по мере географического расширения рыночных зон. Однако при организации работы по продукции или регионам ключевые подразделения СО не знают сегментов, с какими они работают, не знают потребности этих сегментов.
В ориентированной на потребителя организационной структуре все подразделения группируются вокруг сегментов, выбранных руководством СО. Считается, что эта организационная структура является наиболее перспективной и соответствует современным тенденциям развития рынка, в том числе ТС ДМ. Такая структура дает возможность наиболее эффективно учитывать запросы потребителей, имеющих четко определенные или специфические потребности, от которых предприятие более всего зависит. Структура СО связана с существенными характеристиками сегментов и зависит от числа рынков (на которых работает СО), от числа и размеров сегментов, от финансовых взаимосвязей. Такая структура требует соответствующих изменений системы учета, в том числе бухгалтерской информации. СО, ориентирующая свою деятельность на выбранные сегменты, более отзывчива к потребностям рынка, чем структуры, организующие свою работу по функциям, продукции или регионам.
Таким образом, выбор вида дивизионной структуры должен быть основан на том, какой из этих факторов наиболее способствует обеспечению реализации стратегических планов предприятия сервиса и достижению его целей. Например, при данной структуре можно реализовать большую часть идей современной философии качества. Дивизионные структуры предпочтительны в периоды достаточно стабильной деятельности предприятия Hа предприятиях с жесткой функциональной организацией руководство среднего звена обычно делает упор на минимизацию потребляемых ресурсов и строгое соблюдение персоналом регламентирующих правил и распоряжений. На таком предприятии процессы оптимизируются в соответствии с функциональной структурой. Однако в каждом бизнес-процессе участвует несколько подразделений и служб СО и в рамках одного процесса функциональные границы подразделений и служб пересекаются. Это приводит к появлению внутренних потребителей и поставщиков промежуточных результатов. Поэтому функции, ресурсы и управление должны выстраиваться в соответствии с выполняемыми процессами, а управляющему персоналу следует концентрировать внимание на работе с внутренними поставщиками и обслуживании внутренних потребителей. В таких условиях персонал имеет более сильную мотивацию к улучшению качества и других характеристик производимых продуктов и услуг. Здесь удовлетворительное решение дает матричная (или программно-целевая) структура управления.
Матричная структура представляет собой сетевую структуру, которая построена на принципе двойного подчинения исполнителей. С одной стороны, исполнители подчиняются непосредственному руководителю функциональной службы (которая предоставляет персонал и техническую помощь руководителю проекта), а с другой - руководителю проекта или целевой программы (который наделен соответствующими полномочиями). Таким образом, руководитель проекта взаимодействует с двумя группами подчиненных - с постоянными членами проектной группы и работниками функциональных отделов, которые подчиняются ему временно и по ограниченному кругу вопросов. При этом сохраняется их подчинение непосредственным руководителям подразделений и служб.
Матричная организация позволяет лучше координировать деятельность предприятия при осуществлении разных бизнес-процессов. Она более гибкая, чем, например, функциональная структура, в которой все работники жестко закреплены за определенными функциональными отделами. В рамках матричной структуры можно осуществить интеграцию на уровне как совмещения функционального, оперативного, геorрафического и временного аспектов, так и взаимосвязи между сервисом и другими подразделениями предприятия. Матричная организация используется во многих отраслях промышленности, а также в некоторых организациях непроизводственной сферы. К недостаткам матричной организации следует отнести сложность и неясность ее структуры, наложение вертикальных и горизонтальных полномочий, что подрывает принцип единоначалия и может приводить к конфликтам и трудностям в принятии решений.
