Механическая передача – механизм, превращающий кинематические и энергетические параметры двигателя в необходимые параметры движения рабочих органов машин и предназначенный для согласования режима работы двигателя с режимом работы исполнительных органов.
Типы механических передач :
- зубчатые (цилиндрические, конические);
- винтовые (винтовые, червячные, гипоидные);
- с гибкими элементами (ременные, цепные);
- фрикционные (за счёт трения, применяются при плохих условиях работы).
В зависимости от соотношения параметров входного и выходного валов передачи разделяют на:
- редукторы (понижающие передачи) – от входного вала к выходному уменьшают частоту вращения и увеличивают крутящий момент;
- мультипликаторы (повышающие передачи) – от входного вала к выходному увеличивают частоту вращения и уменьшают крутящий момент.
Зубчатая передача – это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса. При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев.
Зубчатые передачи предназначены для:
- передачи вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся или скрещивающиеся оси;
- преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот (передача “рейка-шестерня”).
Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестернёй , второе колесо с большим числом зубьев называется колесом .
Зубчатые передачи классифицируют по расположению валов :
- с параллельными осями (цилиндрические с внутренним и внешним зацеплениями);
- с пересекающимися осями (конические);
- с перекрестными осями (рейка-шестерня).
Цилиндрические зубчатые передачи () бывают с внешним и внутренним зацеплением. В зависимости от угла наклона зубьев выполняют прямозубые и косозубые колёса. С увеличением угла повышается прочность косозубых передач (за счёт наклона увеличивается площадь контакта зубьев, уменьшаются габариты передачи). Однако в косозубых передачах появляется дополнительная осевая сила, направленная вдоль оси вала и создающая дополнительную нагрузку на опоры. Для уменьшения этой силы угол наклона ограничивают 8-20°. Этот недостаток исключён в шевронной передаче.
Рисунок 1 – Основные виды цилиндрических зубчатых передач
 |
 |
Рисунок 6 – Фрикционные передачи |
|
Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность фрикционной передачи.
Фрикционные передачи делятся :
- по расположению валов:
- с параллельными валами;
- с пересекающимися валами;
- по характеру контакта:
- с внешним контактом;
- с внутренним контактом;
- по возможности варьирования передаточного отношения:
- нерегулируемые;
- регулируемые (фрикционный вариатор);
- при наличии промежуточных тел в передаче по форме контактирующих тел:
- цилиндрические;
- конические;
- сферические;
- плоские.
Перечень ссылок
- Лекция 16. Механические передачи // Информационно-образовательный портал “Ореанда”. – http://bcoreanda.com/ShowObject.aspx?ID=252 .
- Зубчатая передача // Википедия. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Зубчатая_передача .
- Фрикционная передача // Википедия. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Фрикционная_передача .
Вопросы для контроля
- Что называют механической передачей, их основные разновидности?
- Что представляют собой зубчатые передачи: описание, назначение, классификация, достоинства и недостатки?
- Каков принцип работы червячных зубчатых передач, их основные достоинства и недостатки?
- Что представляют собой передачи с гибкими звеньями: описание, назначение, классификация?
- Какие основные достоинства и недостатки ременных передач в сравнении с цепными?
- Что представляют собой фрикционные передачи: описание, назначение, классификация?
| < |
Зубчатые передачи широко распространены и в промышленных агрегатах, и в бытовых приборах. Они выступают промежуточным звеном между источником вращательно-поступательного движения и узлом, выступающим конечным потребителем этой энергии. Причем передаваемая мощность может исчисляться как ничтожно малыми единицами (часовые механизмы и измерительные приборы), так и огромными усилиями (турбины электростанций).
Виды передачи движения
Двигатель, генерирующий энергию, и конечный агрегат, ее потребляющий, часто отличаются по таким характеристикам, как скорость вращения, мощность, угол приложения усилия. Кроме того, один источник вращательной энергии может служить для приведения в действие сразу нескольких различных узлов или агрегатов. Чтобы обеспечить доставку крутящего момента в таких условиях, необходимы промежуточные модули, которые бы передавали это усилие с минимальными потерями.
Если в результате такой раздачи или преобразования обороты ведущего вала становятся больше, чем у ведомого, то принято говорить о понижающей передаче. В этом случае потеря скорости компенсируется увеличением нагрузки на ведомой оси и приростом мощности потребляющего узла. В случае, когда в конечном итоге наблюдается увеличение количества оборотов, такая передача будет повышающей. Соответственно, это будет сопровождаться снижением усилия на ведомом валу.
Особенности зубчатого механизма
Ременная передача предполагает наличие между шкивами на связанных валах промежуточного звена - гибкого ремня. Зубчатый механизм от такого соединения отличается наличием на поверхности сопряженных деталей зубьев зацепления. По профилю и размеру они идентичны.
Головка зуба колеса входит в зацепление с повторяющей ее профиль впадиной на шестерне. При вращении ведущего вала ведомый проворачивается в противоположную сторону. Между ними конструктивно предусмотрен минимально возможный зазор, обеспечивающий скольжение, тепловое расширение и смазку для недопущения заклинивания. При этом ведущая часть парного механизма называется колесом, а ведомая - шестерней.
У ременной передачи плоскость зацепления ремня со шкивом составляет не менее трети длины окружности. В зубчатом механизме между ведущим колесом и ведомой шестерней под нагрузкой в постоянном контакте находится одна пара зубьев. Колеса и шестерни на валах обычно монтируются на шпоночном соединении.
Преимущества
Зубчатые передачи имеют широкое распространение. Они долговечны и надежны в работе при соблюдении допустимых уровней нагрузок и надлежащем уровне обслуживания. Малогабаритный механизм обеспечивает высокий коэффициент полезного действия и может применяться для широкого круга изменения скоростей.
Наличие зубьев зацепления позволяет добиваться постоянства передаточных отношений между сопряженными валами из-за отсутствия возможности их проскальзывания. При этом нагрузки на валы не превышают допустимых пределов.
Недостатки
Зубчатые передачи имеют и ряд особенностей, которые могут быть отнесены к их недостаткам. В плане эксплуатации - такой механизм шумит при высокой скорости вращения. Он не может гибко реагировать на изменяющуюся нагрузку, так как представляет собой жесткую конструкцию с точной регулировкой.
В технологическом плане - это сложность изготовления пар колес зацепления. Для такого вида передач требуется повышенная точность, так как зубья находятся в зацеплении при постоянно изменяющемся напряжении. В таких условиях возможны усталостные разрушения материала.
Это происходит при превышении допустимых нагрузок. Зубья могут выкрашиваться, частично или полностью ломаться. Отколовшиеся осколки попадают в механизм, повреждают соседние сопрягающиеся участки, что приводит к заклиниванию и выходу из строя всего узла.
Виды
Наибольшее распространение получила цилиндрическая зубчатая передача. Ее применяют в узлах и механизмах с параллельным расположением валов. По конструктивным особенностям различают зубья с прямым, косым и шевронным профилем.
Для перекрещивающихся валов используют червячную, винтовую цилиндрическую передачи, а для пересекающихся - коническую. Реечная передача отличается тем, что шестерня в общем парном механизме заменяется рабочей плоскостью. При этом на ней нарезаны зубья, идентичные по профилю колеса. В итоге вращательное движение преобразуется в поступательное.
Также разделяют передачи по скорости вращения: тихоходные, средние и скоростные. По назначению их делят на силовые и кинематические (не передающие значительной мощности). Кроме того, зубчатые передачи могут классифицироваться по величине передаточного числа, подвижности осей (рядовые и планетарные), числу степеней, точности зацепления (12 классов), способу изготовления. По форме профиля зуба могут быть эвольвентные, циклоидальные, цевочные, круговые.
Применение
Все виды зубчатых передач широко используются в различных отраслях промышленного производства. Годовое производство различных колесных пар исчисляется миллионами. Сфера их применения настолько обширна, что редкий прибор, механизм или агрегат, использующий в работе вращательное движение, не имеет в своем составе того или иного вида зубчатого подвижного соединения.
Цилиндрическая зубчатая передача используется для преобразования вращательного движения с понижающим или повышающим коэффициентом. Примеры: двигатели внутреннего сгорания, коробки перемены передач в подвижном составе, станкостроении, буровом, металлургическом, горнодобывающем производстве и всех видах промышленности.
Коническая зубчатая передача используется в меньшей степени из-за сложности в процессе изготовления колесных пар. Применяется в сложных и комбинированных механизмах, где присутствует вращательное движение с переменными углами и изменением нагрузок. В специальных редукторах обычно используются конические зубчатые передачи. Примеры: ведущие мосты автомобилей, сельхозтехники, локомотивов, колесные пары конвейеров, приводы различного промышленного оборудования.
Цилиндрические передачи
Применяются наиболее широко, так как технология изготовления колесных пар сравнительно проста и отработанна. Цилиндрическая зубчатая передача используется для передачи крутящего момента между валами, расположенными в параллельных плоскостях. Различаются по форме зубьев: с прямым расположением, косым и шевронным. В редких случаях при перекрещении валов и незначительных нагрузках используется винтовой профиль.
Зубья прямого расположения используются больше всего. Их применяют для передачи крутящего момента с незначительной или средней нагрузкой, а также в случаях, когда есть необходимость смещения колес в процессе работы вдоль оси вала. Косые зубья применяют для плавности хода. Их используют для ответственных механизмов и при повышенных нагрузках. Шевронный профиль (два ряда косых зубьев по краям, расположенных в форме елочки) отличается высокой уравновешенностью осевых сил смещения, которые являются недостатком косозубых колесных пар.
Прямозубые цилиндрические передачи могут быть открытого и закрытого типа. В последнем случае зубья одного из колес располагаются не на наружной, а на внутренней поверхности окружности.
Коническая передача
В условиях, когда крутящий момент от источника к потребляющему узлу нужно доставлять с угловым смещением, используют пересекающиеся валы. Их оси чаще всего находятся под углом 90 градусов. В таких случаях обычно применяется коническая зубчатая передача.
Называется так из-за конструктивных особенностей пар шестерен. Они имеют форму срезанного конуса и сопрягаются своими боковыми плоскостями, на которых нарезаются зубья. По профилю они выше у основания и уменьшаются по направлению к вершине.
Зубчатый венец может иметь прямую, тангенциальную или криволинейную нарезку. Если по профилю он выполнен в виде винтовой спирали, и валы кроме пересечения еще имеют и осевое смещение, то такая коническая передача называется гипоидной. Она обладает плавностью хода и низким уровнем шума, но имеет повышенную склонность к заеданию, поэтому для нее используются специальные смазочные материалы.
В сравнение с цилиндрическими передачами конические могут обеспечить лишь 85% их несущей способности. По технологии изготовления и сборки они являются самыми сложными. Однако возможность передачи крутящего момента с угловым смещением делает их незаменимыми в сложных узлах и механизмах.
Реечная и ременная зубчатая передача
Когда нужно преобразовать вращательное движение в поступательное или наоборот, одно из колес заменяется плоскостью с нарезанными зубьями. Реечная передача отличаются простотой изготовления и монтажа, надежностью и хорошими нагрузочными характеристиками. Применяется в станкостроении и для приводов, где используется поступательное движение: долбежные станки, транспортеры с попеременной подачей.
Зубчато-ременная передача - это гибридная модель, вобравшая положительные качества обеих видов. Отличается постоянством передаточного числа из-за отсутствия проскальзывания. Тихая работа при высоких оборотах и нагрузках достигается путем использования гибких ремней с сердечником. Часто используются в приводах электродвигателей.
На парных шкивах узла агрегата и на эластичном ремне, их связующем, имеются идентичные по профилю зубья. Передача работает не по принципу трения, а используется механизм зацепления. При этом с одной стороны отпадает необходимость сильного натяжения между шкивами и точной регулировки, с другой - смазки между сопрягающимися металлическими деталями.
Материал
Зубчатые передачи должны обладать надежностью в роботе при разных скоростях и нагрузках, прочностью зубьев, их износостойкостью и способностью противостоять заеданию. В качестве основного материала для колесных пар выступает сталь. Она может подвергаться термообработке или иметь в своем составе легирующие добавки и примеси. Как материал для тихоходных механизмов, имеющих большие габариты и открытый тип конструкции, может выступать чугун.
Для предотвращения заедания парные колеса изготавливают из различного по крепости материала. Если для колеса и шестерни используется высокоуглеродистая сталь, то используют различную степень их термообработки. Также применяется бронза, латунь, капролон, текстолит, пластики и формальдегиды.
Изготовление
Заготовки для колесных пар зубчатых передач могут быть изготовлены методом литья или штамповкой. В дальнейшем они подвергаются дополнительной обработке, и производится нарезания зубьев. Используют для этого дисковые и пальцевые фрезы, фасонные шлифовальные круги.
Механизм зубчатой передачи конического типа нельзя изготовить методом чистовой прорезки фрезой или шлифовкой, так как профиль выступов и впадин не постоянен. Это можно делать лишь на начальном этапе черновой обработки. Дальнейшая доводка производится на станках в процессе обкатки с зацеплением. Для этого используется парное колесо из высокопрочного материала, повторяющего основной профиль. Оно выступает в роли режущего инструмента.
Углеродистые стали подвергают закалке, цементации, азотированию или цианированию. Для неответственных узлов термообработка может проводиться после нарезания зубьев. Для колесных пар высокой точности требуется дополнительная финишная шлифовка или обкатка.
Обслуживание
При нормальной работе зубчатый механизм работает плавно, а процесс сопровождается монотонным умеренным шумом. Наличие посторонних звуков и неравномерность вращения свидетельствуют об износе поверхностей, входящих в зацепление, или нарушении регулировки.
Во время проведения технического обслуживания при осмотре проверяют отсутствие трещин, поломок зубьев или их сколов. Особое внимание обращается на правильность зацепления колесных пар и отсутствие зазоров. При работе проверяют торцевое биение и контролируют поверхности трения.
Правильность зацепления определяют нанесением краски на зубья передачи. Пока она не засохла, валы проворачивают несколько раз и осматривают места соприкосновения рабочих поверхностей. По форме отпечатка (он должен быть в форме эллипса) определяют общее состояние передачи.
Обращают внимание на точки касания. Они должны быть приблизительно в средней части высоты зуба. Пятно краски должно занимать 70 - 80% его длины. Регулировка в основном сводится к увеличению или уменьшению толщины прокладок под подшипниками.
В зависимости от типа узла смазка открытого механизма может проводиться периодически вручную пластичным материалом. Для закрытых конструкций она осуществляться принудительно разбрызгиванием или окунанием части венца рабочего колеса в ванну со смазкой.
Параметры зубчатой передачи
Для характеристики механизма зацепления определяют диаметры делительной и основной окружности, межосевое расстояние и возможное смещение валов. Взаимосвязь количества зубьев ведущего и ведомого колеса определяет передаточное отношение. Оно по исходным данным позволяет вычислить обороты для пары зацепления.
Колесо зубчатой передачи изначально характеризуется числом зубьев и модулем. Он стандартизирован и отображает длину делительной окружности, приходящейся на один зуб. Определяют диаметры выступов и впадин. Рассчитывают общую длину, высоту и толщину зуба, а также отдельных его частей - головки и ножки.
Рассчитывается делительный диаметр. Используется коэффициент ширины зубчатого венца. В случае с косыми зубьями определяются с углом их наклона. Нужно учитывать, что в конических и цилиндрических передачах он разный.
Кроме перечисленного еще используется угол профиля, коэффициент торцевого перекрытия и смещения, линии зацепления. Для червячных передач рассчитывают число витков, диаметр и вид червяка.
Расчет зубчатой передачи
Перед проектированием следует изучить исходные данные и определиться с условиями планируемой эксплуатации механизма. Учитывается исходный контур, тип и вид передачи, ее расположение в узле, допустимые нагрузки, материал для колесных пар и их термообработка. На этом этапе берется во внимание частота вращения валов и их диаметры, крутящий момент, передаточное число.
Чтобы произвести расчет зубчатой передачи, нужно определиться с общим модулем зацепления, числом зубьев для шестерни и колеса, их профилем, углом наклона и расположением. Определяют межосевое расстояние, выбирается ширина зубчатых венцов пары.
Рассчитываются геометрические показатели станочного зацепления, для которого проектируется зубчатая передача. Чертеж должен отображать не менее двух проекций: фронтальный и боковой вид слева с нанесенными промерами. Дополнительно составляется таблица основных геометрических и конструктивных параметров, строятся графики.
Значения рассчитывают по формулам, таблицам, применяют коэффициенты и соотношения, при этом используются исходные данные колеса и шестерни. В алгоритме расчетов для отдельных передач может присутствовать до пятидесяти и более шагов и логических этапов. Оптимальным решением вопроса детального проектирования является использование специализированной компьютерной программы.
Размеры пазов под шпонки или шлицы подбирают по стандартам. На общем плане чертеж монтажа колес на валах разрабатывают отдельно.
Стандарты
Нормируются ли зубчатые передачи? ГОСТ, действующий в настоящее время, определяет допустимые отклонения для готовых колесных пар. Точность заготовок устанавливается в зависимости от технологических особенностей и может регулироваться для каждой отрасли или завода-изготовителя отдельно.
Для каждого вида зубчатых передач существуют нормы взаимозаменяемости. Отдельные стандарты утратили актуальность вообще, некоторые действуют лишь в отдельных регионах. Тем не менее, нормы, разработанные ранее, используются для общей терминологии, обозначений, порядка разработки документации и построения чертежей.
ГОСТы регулируют параметры расчетов геометрии зубчатых колесных пар, их модули, исходные контуры, степени точности и виды сопряжений. Другие нормативы устанавливают стандарты на отдельные элементы деталей, а третьи - на уже готовые узлы и агрегаты.
Шестернями называют основные элементы зубчатых передач (ЗП) в виде дисков или конусов с выполненными на их поверхности (нарезанными, литыми) зацепами (зубьями), которые входят в зацепление с зубьями другой детали. В машиностроении принято меньшую деталь передачи называть шестерней, а большую – зубчатым колесом (ЗК), но в целом можно считать эти термины синонимами.
Форма зубьев шестерен имеет определяющее значение на ее характеристики (нагрузочную способность, износоустойчивость, шумность и др).
Подавляющее большинство современных зубчатых шестерен выполнены с зубьями эвольвентного профиля (в форме эвольвенты окружности). При всех их несомненных достоинствах, зацепы эвольвентной формы имеют ограниченную прочность. Потому в тихоходных механизмах с большим силовым потоком применяются шестерни с зацепами и выемками круглой формы (так называемая передача Новикова).
В машиностроении основу составляют четыре вида шестерен (формфактора):
- цилиндрические;
- конические;
- ЗК с внутренним зацеплением (эпициклы планетарных редукторов и др.);
- вал-шестерня.
Особняком стоят такие разнообразные по форме зубчатые детали, как:
- зубчатая рейка, применяемая в реечной передаче (кремальере);
- секторное колесо, применяемое в приводах с неполным оборотом валов;
- коронные шестерни с зацепами на боковой поверхности;
- звездочки, применяемые в цепных механизмах.
Как цилиндрические, так и конические шестерни могут выполняться с зубьями (зацепами) эвольвентной и круглозубой формы.
Цилиндрические ЗК в конструкции машин и механизмов являются самыми распространенными.
В зависимости от начертания продольной линии зуба, они бывают:
- прямозубые (продольная линия зуба параллельна оси вала);
- косозубая (линия зуба под углом к оси вала);
- шевронная (линии образуют по форме римскую букву V).
ЗК с внутренним зацеплением (эпициклы) имеют варианты продольной линии зуба такие же, как и у цилиндрических.
Конические шестерни в зависимости от формы линии зубьев бывают:
- прямые;
- тангенциальные;
- круговые;
- криволинейные.
Наиболее широко применяемым материалом для изготовления зубчатых деталей являются разнообразные сорта термически обрабатываемой (углеродистой и легированной) стали. Кроме того, в некоторых узлах и механизмах могут применяться шестерни, изготовленные из:
- чугуна (серый СЧ, высокопрочный (магниевый) ВЧ);
- латуни,
- конструкционных полимеров и пластиков, (текстолит, капролон, фенилон и др.).
Подробнее о видах шестерен и их особенностях
Каждый особый тип ЗК имеет свои характерные особенности и сферу применения.
Цилиндрические прямозубые – наиболее просты и технологичны в изготовлении, хорошо ведут себя в составе скоростных редукторов, малочувствительны к изменениям межосевых расстояний и углов при сильных вибрациях. Но имеют недостатком относительно ограниченную нагрузочную стойкость. Также в составе узлов и механизмов имеют сравнительно высокую шумность в работе, порождают высокочастотные вибрации.
Цилиндрические косозубые – имеют большую площадь контакта (нагрузочную стойкость), лучшую плавность работы, меньшую шумность и вибрации. Применяются в скоростных нагруженных редукторах, где требуется снижение шумности. Но в своей работе порождают продольные усилия на валу, которые требуют применения более дорогих упорных подшипников.
Цилиндрические шевронные (самоцентрирующиеся) – не имеют недостатков прямозубых и косозубых (высокий передаваемый крутящий момент, плавность в работе, низкая шумность, отсутствие продольных усилий), но менее технологичны и более сложны в изготовлении, чувствительны к изменениям межосевых расстояний и углов при вибрациях.
Эпициклы (с внутренним зацеплением) – применяются в планетарных редукторах, или в составе цилиндрических передач, где по инженерным требованиям требуется экономия места.
Вал-шестерня является вариантом цилиндрического ЗК, в котором (как правило, прямые) зубья нарезаны непосредственно на штанге. Применяется в конструкциях редукторов, где требуется экономия места, или малонагруженные зубчатые детали подвергаются малому износу.
Зубчатая рейка – прямолинейная рейка с нарезанными на ней с одной или двух сторон зацепами, как правило, эвольвентного или циклоидного профиля. Работает в паре с приводной шестерней. Применяется в разнообразных механизмах, где необходимо преобразовать вращательное движение привода в продольно-поступательное движение рейки.
Секторное колесо – это не цельная цилиндрическая шестерня, а только ее часть (сектор), насаженный на ось. Применяется в приводах, где не нужен полный поворот вала, а вполне достаточно частичного.
Конические – применяются в зубчатых передачах, в которых оси валов пересекаются под произвольным углом (как правило, 90 град, но может быть и другой), или имеют динамически переменный угол зацепления. Предназначены для трансляции силового потока с изменением его направления. Среди них самые скоростные, технологичные в изготовлении, но в то же время и самые шумные – прямозубые конические шестерни. Как и в случае с цилиндрическими ЗК, изменение (усложнение) формы линии зубьев (от прямой к тангенциальной, круговой, криволинейной) приводит к увеличению плавности работы, нагрузочной способности, снижению шумности в механизмах. Но в то же время повышает их чувствительность к вибрациям, нарушениям зазоров в зацеплении, сложность и затратность изготовления.
Круглозубые (передача Новикова) – имеют высокую прочность зацепов и соответственно, нагрузочную стойкость. Но в то же время очень чувствительны к изменениям межосевых расстояний, углов, что случается при работе на высоких скоростях, в условиях вибраций. Потому применяются, как правило, только в тихоходных высоконагруженных машинах и механизмах. Имеют характерную особенность – в зубчатой паре профили зацепов на обоих колесах разные – на одном круглые выемки, на другом – круглые зубья.
Пара коронной (с зацепами на боковой поверхности цилиндрического колеса) и прямозубой ведущей шестерни (барабана) – применяется в механизмах с фиксированным неизменным углом трансляции силового потока в 90 град.
Звездочки – особый класс зубчатых деталей с разнообразной формой и профилем зубьев, применяются в цепных передачах с роликовыми, втулочными, силовыми, круглозвенными и др. цепями.
Ременная зубчатая передача одновременно совмещает особенности цепной и реечной. В ее составе имеются как гибкий зубчатый ремень, так и цилиндрические прямозубые шестерни (часто применяются как шестерня распредвала двигателя).
Лекция № 16
Изложенного материала
Вопросы для самопроверки
1. Перечислите примеры деталей с поверхностями сложной кофигурации.
2. Какие виды поверхностей используются при проектировании деталей с поверхностями сложной конфигурации?
3. Приведите способы обработки поверхностей сложной конфигурации.
4. Что такое обработка по копиру ?
5. Какие виды копиров используются в производстве?
1. Изучите номенклатуру деталей сложной конфигурации, производимую (ремонтируемую) на выбранном Вами предприятии.
2. Составьте технологический маршрут их обработки.
3. Определите инструменты и способы обработки конкретных поверхностей сложной конфигурации.
ОБРАБОТКА ЗУБЧАТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
В передачах современных машин широко используются зубчатые колёса, разнообраз-ные по форме, размерам и профилям (рис. 16.1). Наиболее распространены цилиндрические зубчатые колёса с прямыми (рис. 16.1а) и косыми (рис. 16.1б) зубьями. Соединение двух косых зубьев с противоположными углами наклона на ободе цилиндрического колеса представляет собой зубчатую передачу с шевронными (ёлочными) зубьями.
Рис. 16.1. Типы зубчатых передач
На рис. 16.1в представлена коническая передача с пересекающимися осями, причём угол встречи осей может быть любым. Конические колёса могут иметь прямые, косые и криволинейные зубья.
На рис. 16.1г представлена зубчатая передача со скрещивающимися осями, состоящая из двух зубчатых колёс с винтовыми зубьями . На рис. 16.1д пре-дставлена ещё одна схема передачи со скрещивающимися осями – червячная передача , отличающаяся от перечисленных выше тем, что один элемент передачи представляет собой винт (червяк), а другой - зубчатое колесо с фасонным зубом, сцепляющимся с витками винта.
На рис. 16.1е изображена реечная передача, одним элементом которой является зубчатое колесо с прямым или косым зубом, а другим – зубчатая рейка, которую можно представить как зубчатое колесо с бесконечно большим чи-слом зубьев. Реечная пара передаёт движение как от зубчатого колеса к рейке,
так и наоборот.
На рис. 16.1ж представлена схема волновой передачи , основанной на передаче движения за счёт бегущей волновой деформации одного из зубчатых ко-лёс. Эта передача состоит из водила 3 с двумя роликами, свободно вращающимися на осях, закреплённых в водиле, неподвижного жесткого зубчатого колеса 1 с внутренними зубьями и вращающего гибкого колеса 2 с наружными зубьями. Жёсткое зубчатое колесо соединяется с корпусом передачи. Гибкое зубчатое колесо изготавливают либо в виде стакана с тонкой легко деформирующейся стенкой, либо в виде свободно деформирующегося кольца.
В современных механизмах применяют зубчатые колёса с профилем зуба, очерченным эвольвентной кривой. В ряде случаев используются передачи с зацеплением Новикова, основным отличием которых является выпуклый и вогнутый круговые профили зубьев.
Действующими ГОСТами установлено 12 степеней точности цилиндрических зубчатых колёс и передач, с обозначением степеней в порядке убывания точности. За основу принята 7-я степень точности, соответствующая 7-му квалитету. Для каждой степени точности установлены нормы: кинематическая точность колеса; плавность работы колеса; контакта зубьев; бокового зазора.
Показатели кинематической точности представлены на рис. 16.2.
Нормы кинематической точности определяют значение наибольшей погрешности угла поворота зубчатого колеса за оборот при зацеплении с точным колесом. Эта погрешность возникает при нарезании зубчатых колёс вследствие погрешностей взаимного расположения заготовки обрабатываемого колеса и режущего инструмента, а также вследствие кинематической погрешности зуборезного станка. Показателем кинематической точности является предельная кинематическая погрешность (рис. 16.2а).
Кинематическую погрешность можно оценить предельной накопленной погрешностью окружного шага , являющейся наибольшей погрешностью во взаимном расположении двух любых одноименных профилей зубьев по одной окружности колеса (рис. 16.2б).
Показателем кинематической погрешности, обозначаемым называемым колебанием длины общей нормали , т.е. размер между наибоьшей и наименьшей длинами общей нормали в одном и том же колеса (рис. 16.2в).
Норма плавности работы зубчатого колеса определяет составляющую полной погрешности углов поворота зубчатого колеса, многократно повторяющуюся за оборот колеса (рис. 16.2г). Показателем плавности работы колёс является циклическая погрешность , которая представляет собой среднее значение размаха колебаний кинематической погрешности зубчатого колеса по всем циклам за оборот колеса. Плавность работы зубчатого зацепления влияет на бесшумность и долговечность передач (рис. 16.2д).
Погрешность профиля характеризует расстояние расстояние по нормали между двумя теоретическими профилями зуба колеса, ограничивающими действительный профиль в пределах его рабочего участка (рис. 16.2е).
Рис. 16.2. Показатели кинематической точности зубчатой передачи
Нормы контакта зубьев определяют точность выполнения сопряжённых зубьев в передаче. Пятном контакт называется часть боковой поверхности зуба колеса, на которой располагаются следы прилегания его к зубьям парного колеса после вращения передачи при лёгком торможении (рис.16.2ж). Норма точности определяется относительными размерами пятна контакта (в процентах):
1) по длине зуба – отношением расстояния между крайними точками следов прилегания за вычетом разрывов с, превосходящих размер модуля, к полной длине В зуба (см. рис. 16.2ж):
2) по высоте зуба – отношение средней высоты пятна прилегания по всей длине зуба к рабочей высоте зуба:
Пример норм размеров пятна контакта приведен в табл. 16.1.
Боковым зазором называется зазор между зубьями сопряжённых колёс в передаче, обеспечивающий свободный поворот одного из колёс при неподвиж-ном втором колесе. Боковой зазор определяется в сечении, перпендикулярном направлению зубьев, в плоскости, касательной к основным цилиндрам.
Гарантированный боковой зазор обозначается .
Для зубчатых колёс в передаче установлены шесть видов сопряжений: А, В, С, D, E, H и восемь видов допуска на боковой зазор, обозначенных в порядке
Таблица 16.1
Нормы размера пятна контакта (%%) для цилиндрических колёс
его возрастания буквами: h, d, c, b, a, z, y, x.
Для конических колёс и червячных пар установлены особые нормы точности.
16.2. Основные методы обработки зубьев цилиндрических и конических колёс.
Выбор метода обработки зубчатых колёс находится в непосредственной зависимости от установленной нормы точности различных их элементов, а так-же от основных требований к передачам в процессе их эксплуатации. С этой точки зрения зубчатые передачи можно разделить на следующие группы: 1) силовые передачи больших мощностей и высоких скоростей; основное требование – обеспечение высоких КПД; 2) силовые промышленные и транспортные передачи при средних скоростях; основное требование – надёжность и плавнос-ть хода; 3) силовые передачи в станкостроении; основное требование – постоя-нство передаточного отношения и плавность хода; 4) передачи в автомобилестрении; основное требование – плавность и лёгкость хода; бесшумность; 5) кинематические передачи в точных приборах; основное требование – постоянство передаточных отношений, отсутствие мертвого хода. Установленные ГОСТом степени точности учитывают эти условия, допуская высокие технические показатели в одном направлении и низкие в другом.
Зубчатые колёса обрабатывают на разнообразных зубообрабатывающих станках. Зубья на колёсах нарезают двумя способами: копированием (рис.16.3а, б) и обкаткой (огибанием; рис. 16.3в). При копировании инструменту придают форму впадины между зубьями, а затем проводят обработку. При этом профиль инструмента копируется на обрабатываемой поверхности.
Зубонарезание способом способом копирования можно выполнять: последовательным нарезанием каждого зуба колеса модульной дисковой или па-льцевой фрезой на универсальном фрезерном станке; одновременным долблением всех зубьев колес; одновременным протягиванием всех зубьев колес; круговым протягиванием. Способ копирования применяется главным образом для изготовления зубчатых колёс невысокой точности.
Современным, точным и производительным способом изготовления зуб-чатых колёс является нарезание зубьев обкаткой червячной фрезой, круглым
Рис. 16.3. Схемы нарезания зубьев
долбяком, реечным долбяком (гребенкой), зубострогальными резцами, резцовой головкой, накатыванием зубчатыми валками.
Способ обкатки заключается в том, что зубья на заготовке формируются при согласованном совместном вращении (обкатке) режущего инструмента и заготовки. Так при зубофрезеровании (рис. 16.4) прямолинейные боковые режущие кромки зубьев фрезы, имеющую в осевом сечении трапецеидальную форму, поочередно касаются нарезаемого зуба. Рассматривая последовательные положения зубьев фрезы, видим, что профиль впадины формируется постепенно и состоит из множества прямолинейных участков, образованных зубьями фрезы. Эти прямолинейные участки накладываются один на другой и практически образуют не ломаный, а криволинейный (эвольвентный).
Рис. 16.4. Обкатка зубьев колёс
Ульяновск
Введение
1.Зубчатое колесо, классификация…………………………………………………………4
2.Зубчатая передача, классификация……………………………………………………...8
3.Эвольвента и ее свойства………………………………………………………………………9
4.Способы нарезания зубчатых колес……………………………………………………11
5.Подрезание профиля зуба. Корригирование зубчатого колеса…………12
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Бурное развитие науки и техники приводит к появлению новых материалов, новых технологических решений позволяющих создавать принципиально новые конструкции, однако фундаментальные методические положения остаются неизменными.
В XI веке особое внимание уделено машиностроительной и самолётостроительной отраслям, в связи с этим хотелось бы остановиться на элементах общего назначения используемых в данных отраслях, а именно зубчатых передачах.
В реферате дано определение зубчатой передаче, рассмотрены их классификации, методика расчета геометрических параметров зубчатых колес.
Также в данной работе описаны назначения зубчатой передачи, приведены характеристики передачи в механизмах.
Зубчатое колесо, классификация.
Зубча́тое колесо́, шестерня́ - основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрическойили конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называть шестернёй, а большое - колесом. Однако часто все зубчатые колёса называют шестерня́ми.
Рис.1. Зубчатое колесо.
Зубчатые колёса обычно используются па́рами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента и числа оборотов валов на входе и выходе. Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается - ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот. В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение -механическая мощность - останется неизменным. Данное соотношение справедливо лишь для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.
А) Поперечный профиль зуба
Профиль зубьев колёс как правило имеет эвольвентную боковую форму. Однако, существуют передачи с круговой формой профиля зубьев (передача Новикова с одной и двумя линиями зацепления) и с циклоидальной. Кроме того, в храповых механизмах применяются зубчатые колёса с несимметричным профилем зуба.
Параметры зубчатого колеса:
m - модуль колеса. Модулем зацепления называется линейная величина в π раз меньшая окружного шага P или отношение шага по любой концентрической окружности зубчатого колеса к π , то есть модуль - число миллиметров диаметра приходящееся на один зуб. Тёмное и светлое колёсо имеют одинаковый модуль. Самый главный параметр, стандартизирован, определяется из прочностного расчёта зубчатых передач. Чем больше нагружена передача, тем выше значение модуля.
Все геометрические параметры зубчатого зацепления выражаются через его модуль:
1. Модуль зубьев m= = .
2. Высот зубьев h = 2,25m.
3. Высота головки зуба h =m.
4. Высота ножки зуба h = 2,25m.
5. Диаметр делительной окружности d =mz.
6. Диаметр окружности выступов d = d + 2 h =d+ 2m=m (z + 2).
7. Диаметр окружности впадин d = d +2 h =d+2m=m(z +2).
8. Радиальный зазор между сопряженными кольцами с =0,25т .
9. Межосевое расстояние a
=
.
10.Шаг зубьев p=πm.
11.Толщина зуба S = 0,5p= .
12.Ширина впадин l= 0,5p= .
13. Ширина венца зубчатого колеса (длина зуба) b≈ (6…8).m
14. Диаметр ступицы d ≈ (1,6…2) d .
15.Длина ступицы l = 1,5 d .
16.Толщина обода δ ≈ (2,5…4)m.
17. Угол профиля, угол зацепления α = α = 20 .
18. Делительный диаметр, начальный диаметр d = d =mz.
19. Основной диаметр. d =d cos α
Рис.2 Параметры зубчатого колеса.
В машиностроении приняты определенные значение модуля зубчатого колеса m для удобства изготовления и замены зубчатых колёс, представляющие собой целые числа или числа с десятичной дробью: 0,5; 0,7; 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5 и так далее до 50.
Б) Продольная линия зуба
Зубчатые колеса классифицируются в зависимости от формы продольной линии зуба на: прямозубые, косозубые, шевронные.
В) Прямозубые колёса
Прямозубые колёса - самый распространённый вид зубчатых колёс. Зубья расположены в радиальных плоскостях, а линия контакта зубьев обеих шестерён параллельна оси вращения. При этом оси обеих шестерён также должны располагаться строго параллельно. Прямозубые колеса имеют наименьшую стоимость, но, в то же время, предельный крутящий момент таких колес ниже, чем косозубых и шевронных.
С) Косозубые колёса
Косозубые колёса являются усовершенствованным вариантом прямозубых. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали.
Достоинства:
Зацепление таких колёс происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом;
Площадь контакта увеличена по сравнению с прямозубой передачей, таким образом, предельный крутящий момент, передаваемый зубчатой парой, тоже больше.
При работе косозубого колеса возникает механическая сила, направленная вдоль оси, что вызывает необходимость применения для установки вала упорных подшипников;
Увеличение площади трения зубьев (что вызывает дополнительные потери мощности на нагрев), которое компенсируется применением специальных смазок.
В целом, косозубые колёса применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высоких скоростях, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.
Г) Шевронные колеса
Зубья таких колёс изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых колёс со встречным расположением зубьев). Передачи, основанные на таких зубчатых колёсах, обычно называют «шевронными».
Шевронные колёса решают проблему осевой силы. Осевые силы обеих половин такого колеса взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке валов на упорные подшипники. При этом передача является самоустанавливающейся в осевом направлении, по причине чего в редукторах с шевронными колесами один из валов устанавливают на плавающих опорах (как правило - на подшипниках с короткими цилиндрическими роликами).
Д) Зубчатые колёса с внутренним зацеплением
При жёстких ограничениях на габариты, в планетарных механизмах, в шестерённых насосах с внутренним зацеплением, в приводе башни танка, применяют колёса с зубчатым венцом, нарезанным с внутренней стороны. Вращение ведущего и ведомого колеса совершается в одну сторону. В такой передаче меньше потери на трение, то есть выше КПД.
Е) Секторные колёса
Секторное колесо представляет собой часть обычного колеса любого типа. Такие колёса применяются в тех случаях, когда не требуется вращение звена на полный оборот, и поэтому можно сэкономить на его габаритах.
Ж) Колёса с круговыми зубьями
Передача на основе колёс с круговыми зубьями имеет ещё более высокие ходовые качества, чем косозубые - высокую нагрузочную способность зацепления, высокую плавность и бесшумность работы. Однако они ограничены в применении сниженными, при тех же условиях, КПД и ресурсом работы, такие колёса заметно сложнее в производстве. Линия зубьев у них представляет собой окружность радиуса, подбираемого под определённые требования. Контакт поверхностей зубьев происходит в одной точке на линии зацепления, расположенной параллельно осям колёс
Похожая информация.
