Виды зубчатых передач и их назначение. Зубчатые передачи. Общие сведения. Виды зубчатых передач

1. Введение…………………………………………………………………3 стр.

2. История возникновения зубчатого колеса…………………………….4 стр.

3. Виды зубчатых передач…………………………………………………7 стр.

4. Заключение………………………………………………………………9 стр.

5. Использованная литература…………………………………………….10 стр.

ВВЕДЕНИЕ

Перовые или полузамкнутые зубчатые передачи, также известные как тяжелые зубчатые передачи или обвязочные механизмы, были распространенным методом передачи энергии с начала промышленной революции. Как правило, открытые зубчатые передачи являются наиболее экономичным типом редуктора для использования в тех случаях, когда требуется высокая грузоподъемность и длительный срок службы при тяжелых условиях ударной нагрузки. Именно эти характеристики в дополнение к гибкости в конструкции машины, которые сделали открытые зубчатые передачи наиболее распространенным типом привода, используемым для шаровых мельниц и мельниц, печей, сушилок, драглайнов и лопат.

История появления зубчатого колеса берет своё начало с самых давних времен и по сей день играет немаловажную роль в нашей повседневной жизни и, в особенности, в жизни любого инженера. Зубчатые передачи используются не только в машиностроении,но и во многих других сферах производственной деятельности. Так что же представляет собой зубчатое колесо, без которого нельзя представить все наши механизмы?

Существует два типа открытых приводов; Тип 1 использует стойку, тогда как тип 2 использует шестерню или серию передач. Определение открытых приводов типа 1 открытого типа Приводные редукторы типа 1 состоят из привода и стойки, используемой для передачи мощности. Этот тип открытой шестерни в основном используется на барабанах для тросовых подъемников, приводах поворота, механических подъемниках стрелы, челночных трансмиссиях и в подъемных механизмах и тангажах горных выработок, драглайнов и экскаваторов.

Эти открытые механизмы могут быть двунаправленными в движении, и в большинстве случаев геометрия зубов, обработка поверхности, линия основного тона и прерывистые нагрузки заставляют их работать в условиях тонкой смазочной пленки или граничной смазки. Передачи типа 1 - это, как правило, шпоры.

Целью исследования является выявление смысла и значимости зубчатой передачи в технологии.

Объектом исследования является самостоятельно изготовленная деревянная модель, соответствующая выбранной тематике.

Исходя из поставленной цели, определены следующие задачи исследования:

1. Изучить различные источники информации о предмете исследования;

Первичные функции смазки, используемой на открытом редукторе типа 1, должны выступать в качестве интерфейса, снижающего трение между зубчатыми поверхностями зацепляющей шестерни и в качестве подушки против ударных нагрузок. Если смазка с открытой шестерней способна обеспечить эти характеристики и загрязняющие вещества, а износ мусора не превышает умеренных уровней, смазка открытой шестерни может значительно увеличить срок службы открытой передачи.

Тип 2 Открытые зубчатые передачи Тип 2 открытых редуктора обычно состоит из привода, шестерни и шестерни или серии соединительных шестерен, используемых для передачи непрерывных нагрузок. Они обычно используются для питания стационарного или полустационарного оборудования, такого как печи, мельницы, вращающиеся печи, сушилки, окорочки, резиновые мельницы, бумажные фабрики и отделочные мельницы.

2. Сформировать классификацию зубчатых передач и дать характеристику их смыслового значения;

3. Исследовать изготовленный образец классической зубчатой передачи;

4. Сделать выводы из проделанной работы.

История возникновения зубчатого колеса Зубчатое колесо (зубчатка, шестерня) представляет собой колесо, на внешней поверхности которого посажены на равном расстоянии зубья .Появление зубчатого колеса является одним из ключевых изобретений в истории человечества. Сложно представить механику современных устройств без этого элемента. Сам по себе принцип работы зубчатого колеса и связанных с ним передач довольно прост и даже примитивен, но именно он дал начало огромному множеству более сложных изобретений. В истории нет конкретного автора, которому можно было бы приписать это изобретение, но у историков есть сведения, что впервые зубчатое колесо было применено ученым Ктезибием в его водяных часах (2 век до нашей эры). Также его можно найти в скульптурных работах в Риме, относящихся к работе Траяновой колонны (начало нашей эры). В записях Леонардо да Винчи имеются эскизы применения зубчатого колеса в различных механизмах, в том числе и червячных колес, причем из предлагаемых им двух форм зуба одна весьма близка к современной. Полноценное внедрение в инженерные технологии связывают с научной деятельностью ученых Средней Азии в IX-X веках, предков современных таджиков.Поиском форм очертаний зуба, обеспечивающих плавную работу зубчатого колеса, занимались датский ученый Олаф Ремер (1674) и французкий ученый Шарль Калиос (1766). В области эвольвентной формы зуба работал французкий математик Филипп Лагир (1695) и швейцарский ученый Эйлер (начала 18 в.). На основании этих работ английским профессором Уиллисом были даны основы для практического применения этих форм зуба в производстве. Изобретение американцем Джозефом Брауном фрезеров (1864) дало возможность изготовлять зубчатые колёса с фрезерованным зубом, что

Приводы типа 2 с открытым приводом обычно работают на своих проектных ограничениях или вблизи них и часто подвергаются воздействию абразивных загрязнений и износу. Они обычно состоят из одиночных винтовых и двойных винтовых передач. Требования к смазочным материалам с открытым зубчатым колесом и отраслевые стандарты. Открытые зацепления, особенно те, которые связаны с применением шаровой мельницы и финишной обработки, считаются одними из самых сложных применений, с которыми может столкнуться смазка.

Однако более современные конструкции оборудования требуют открытой передачи для передачи все более высоких нагрузок. Из-за этих соображений смазка для открытых передач должна обладать следующими характеристиками и свойствами.

  • Устойчивость к отскоку.
  • Отсутствие накопления в корнях зубьев зубчатой ​​передачи.
  • Дренажный для удобства снятия с ограждений.
Несколько отраслевых спецификаций и стандартов были разработаны для смазочных материалов с открытыми трансмиссиями Американской ассоциацией производителей зубчатых колес и различными производителями оригинального оборудования.

являлось необходимым элементом в деле внедрения сменных шестерен с эвольвентной формой зуба. Зубчатое колесо служит для передачи вращения с одного вала на другой, для чего на оба вала насаживают по зубчатому колесу и притом так, чтобы зубья одного колеса входили в промежутки (впадины) другого. Отношение чисел оборотов валов в минуту называется передаточным числом. Передаточное число можно определить, если взять отношение диаметров зубчатого колеса или отношение чисел их зубьев.
Фрагмент гравюры с изображением бурения артезианской скважины, 1836 г.

Что же явилось стимулом в изобретении зубчатого колеса? Безусловно, потребность в промышленной переработке производимой продукции в сельском хозяйстве. Так, например, пресс, изготовленный на основе рычага Архимеда, имел низкую эффективность, и с его использованием невозможно было организовать крупное промышленное производство. А вот зубчатое колесо позволило многократно усилить приложенную к нему силу, превращая поступательное движение во вращение и обратно. Зубчатое колесо также привело к созданию первых механических часов в XI веке нашей эры. Часы тогда еще приводились в движение энергией воды. Это «чудо Востока», равно как духи, сахар, ювелирные изделия из ограненных камней, очки, цветные ткани, изделия из мягкой кожи, обработанные химическим способом, приводили Европу в изумление и пользовались громадным успехом.


Если говорить о практической пользе от этого изобретения, то в первую очередь стоит выделить его использование в добыче ископаемых. Для того, чтобы осознать всю масштабность прорыва в этой области можно взглянуть на статистику добычи. Горная промышленность региона, в котором было внедрено зубчатое колесо, достигла уровня более семидесяти процентов мировой добычи полезных ископаемых, включая металлы, драгоценные и полудрагоценные камни. Еще один малоизвестный факт: это чудо-изобретение дало начало промышленному производству бумаги. Бумага, считающаяся изобретением

Требования приведены в таблице 1. Типы смазочных материалов с открытыми зубьями В настоящее время смазочные материалы, используемые как открытыми передачами типа 1, так и типа 2, состоят из следующих. Каждая из этих смазочных материалов с открытыми зубьями обладает характеристиками и композиционными характеристиками, которые определяют их возможности.

Асфальтированные смазочные материалы с открытыми зубьями типа асфальта известны как остаточные соединения или черные масла. Этот тип смазки с открытыми зубьями используется в течение многих лет и считается надежным среди операторов. Они составлены из высоковязких минеральных масел или остаточных соединений, которые содержат высокий уровень асфальта или битума и летучий растворитель-разбавитель, который используется при нанесении продукта.

Китая, стала производиться и использоваться для книгоиздательства впервые в Самарканде. В самом же Китае, бумага использовалась исключительно для изящной живописи. Свое предназначение, как носителя информации и средства распространения знаний, бумага получила в эпоху Ренессанса Согдианы, и с тех пор она прочно вошла в наш обиход. Поразительно то, что водяное и зубчатое колеса, позволили создать первые механические ткацкие станки, приводившиеся в движение силой воды. Перечислять изобретения, в которых принцип действия зубчатой передачи позволил добиться невиданных ранее результатов, можно очень долго. Сложно переоценить значимость в истории одного из основных устройств во всех механических устройствах, которые являются неизменным спутником людей во всем мире. Современную цивилизацию сложно представить без использования зубчатого колеса.

ВИДЫ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

Назначением зубчатых передач является передача вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся и скрещивающиеся оси. Выполнение преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот – задача реечных передач. Усилие от одного элемента к другому передается с помощью зубьев. Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестерней , второе колесо с большим числом зубьев так и называется колесом . В случае одинакового количества зубьев у пары колес ведущее колесо является шестерней, а ведомое – колесом.Зубчатые колеса можно разделить на цилиндрические и конические. Цилиндрическиеколеса бывают трех типов: прямозубые, косозубые и шевронные.

Асфальтные смазки с открытыми зубчатыми передачами работают по принципу масляной пленки, разделяющей сопрягаемые поверхности шестерни и шестерни. Они обычно применяются через автоматическую систему распыления. После нанесения на зубчатые передачи зацепление приводит к тому, что растворитель-разбавитель начинает мигать или испаряется, оставляя за собой вязкое покрытие смазки.

В прошлом хлорированные растворители, такие как 1, 1, 1-трихлорэтан, перхлорэтан, перхлорэтилен и трихлорэтилен, использовали в качестве летучего растворителя-растворителя из-за их невоспламеняемости, быстрых скоростей испарения, способности улучшать прокачиваемость в автоматических системах смазки для повышения эффективности распыления и их относительно низкой стоимости. Хотя хлорированные растворители обеспечивали отличную производительность, проблемы с точки зрения охраны окружающей среды и здоровья возникли из-за их потенциала как истощения озона и возможности быть канцерогенными, что приводит к запрету их использования.

Прямозубые колеса являются самым распространенным видом. Их зубья расположены в радиальных плоскостях, а линия контакта зубьев обеих шестерен параллельна оси вращения. При этом оси вращения обеих шестерен 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.

Косозубые колёса являются усовершенствованным вариантом прямозубых. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали. Зацепление таких колёс происходит более плавно, чем у прямозубых, и с меньшим шумом. Площадь контакта увеличена по сравнению с прямозубой передачей, таким образом их сила тоже больше. Но при работе косозубого колеса возникает сила, направленная вдоль оси, что вызывает необходимость применения упорных подшипников. Кроме того, увеличение площади трения зубьев вызывает дополнительные потери мощности на нагрев, которое приходится компенсировать применением специальных смазок. Основные недостатки – это возникновение механической силы, которая направлена вдоль оси, плюс увеличение площади трения. Возникает необходимость применения подшипников для установки вала и использования специальной смазки. Косозубые колёса используются в механизмах, требующих передачи большого усилия на высоких скоростях, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.

Эти проблемы привели к тому, что изготовители смазочных материалов для смазочных материалов с открытыми зубьями для асфальтового типа использовали либо растворители углеводородного типа, либо фторированные углеводородные растворители. Использование этих растворителей вызвало озабоченность по поводу возможного возникновения пожаров на горных машинах и оборудовании из-за их более низких температур вспышки, проблем токсичности с фторированными углеводородами, сообщений о выбросах летучих органических соединений и их медленной скорости испарения.

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).

Во многих машинах осуществление требуемых движений механизма связано с необходимостью передать вращение с одного вала на другой при условии, что оси этих валов пересекаются. В таких случаях применяют коническую зубчатую передачу. Различают виды конических колёс, отличающихся по форме линий зубьев: с прямыми, тангенциальными, круговыми и криволинейными зубьями. Конические колёса с прямым зубом, например, применяются в автомобильных дифференциалах, используемых для передачи момента от двигателя к колёсам.

Асфальтированные смазочные материалы с открытыми зубьями используются из-за высокой вязкости, передаваемой этими продуктами, которые препятствуют контактированию сетчатых передач. Высокая вязкость также повышает адгезию продукта. Однако высокая вязкость асфальтовых смазок не требуется для надлежащей смазки и минимизации износа открытых передач. Смазочные материалы с открытыми зубчатыми колесами для асфальта подходят для использования при смазке открытой шестерни при условии, что скорость редуктора и рабочая температура окружающей среды остаются неизменными.

Заключение

Человечество прошло очень длинный путь от изобретения простого колеса до появления первых прототипов зубчатых колес, послуживших для первых зубчатых передач. Значимость зубчатого колеса оказалась настолько большой для всех видов производства, что его вид стал настоящим символом для многих видов деятельности и для всей технологии в частности. Облик всех окружающих нас вещей в очень большой степени оказался под влиянием этого ключевого изобретения. При ближайшем рассмотрении механизма становится очевидным насколько он прост в своей работе и эффективен в выполнении самых различных технологических задач, связанных с передачей энергии. Насколько важно понимание роли его работы для начинающего деятеля в сфере технологии? Я думаю, что это осознание является необходимым, ведь в какую бы область не подался ученик-инженер, он обязательно столкнется с применением разновидностей самых различных зубчатых передач, а также с потребностью в обслуживании их работы. Еще начиная со средних веков, когда его использование открыло эру воды и ветра для наших предков, зубчатое колесо всегда участвовало в технологическом прогрессе, дойдя до наших дней и найдя еще более глубокое применение во всех наших атрибутах повседневной жизни.Есть все основания предполагать, что из-за своей базисной и фундаментальной функции от него едва ли откажутся полностью и в будущем. Вся человеческая цивилизация обязана своим существованием зубчатому колесу.

При высоких рабочих и окружающих температурах они становятся менее вязкими и адгезивными, что приводит к проблемам в домашнем хозяйстве и более высоким показателям расхода смазки. Высокие температуры окружающей среды и рабочей температуры также могут привести к легкому окислению, затвердеванию и накоплению в корневой зоне смазочных материалов с открытыми зубьями асфальтового типа. При низких температурах они, как правило, обеспечивают менее удовлетворительные характеристики из-за их трудности в распределении и склонности к жесткости, трещине и отслаиванию, оставляя без смазки шестерни.

Использованная литература

Гинзбург Е.Г., Голованов Н.Ф. и др. Зубчатые передачи. Справочник. М.: Машиностроение, 1980. – 326 с

G. Sarton, “Introduction to the history of science,” Williams and Wilkins, Baltimore, 1927

Материалы всероссийской студенческой научно-практической конференции «В мире научных открытий»/ - Ульяновск:, ГСХА им. П.А. Столыпина, 2012, т. III - 462 с

Они также имеют тенденцию к накоплению в корневой зоне при низких температурах. Из-за адгезионной природы асфальта и битумсодержащих масел смазочные материалы с открытыми зубьями из асфальта притягивают пыль, грязь и другие загрязняющие вещества, которые могут стать абразивными изнашиваемыми частицами во время сцепления передач.

Полужидкие смазки и полужидкие растворения растворителей Полупрозрачные смазки и полужидкие сокращения растворителей были впервые введены в Европе примерно 50 лет назад. Эти типы смазочных материалов с открытыми зубьями широко используются и указаны в Европе для первичных фрезерных механизмов и на европейском оборудовании. Этот тип смазки наносят перед зубчатой ​​сеткой на загруженную сторону зуба в небольших количествах.

Б.Г. Гафуров. Таджики. Душанбе. «Ирфон». 1989. Т.1. стр. 33-55;

Зубчатые передачи. Общие сведения

Зубчатой передачей называется трехзвенный механизм, в котором два подвижных зубчатых звена образуют с неподвижным звеном вращательную или поступательную пару. Зубчатое звено передачи может представлять собой колесо, сектор или рейку. Зубчатые передачи служат для преобразования вращательных движений или вращательного движения в поступательное.

Эти типы смазочных материалов с открытыми зубчатыми колесами обычно содержат масло от среднего до высокого вязкости, которое может содержать асфальт или битум. Они также могут содержать синтетическое масло, гелеобразующий агент или систему загустителей, такие как алюминиевый комплекс или литиевый комплекс, твердые смазки, такие как дисульфид молибдена и графит, ингибиторы коррозии и агенты с экстремальным давлением. Поскольку эти типы смазочных материалов с открытыми зубчатыми зацеплениями содержат систему загустителей, их обычно называют пастообразными люминесцентными массами.

Все применяемые здесь и в дальнейшем термины, определения и обозначения, относящиеся к зубчатым передачам, соответствуют ГОСТ 16530—83 «Передачи зубчатые», ГОСТ 16531—83 «Передачи зубчатые цилиндрические» и ГОСТ 19325—73 «Передачи зубчатые конические».

Зубчатое зацепление представляет собой высшую кинематическую пару, так как зубья теоретически соприкасаются между собой по линиям или точкам, причем меньшее зубчатое колесо пары называется шестерней, а большее—колесом. Сектор цилиндрического зубчатого колеса бесконечно большого диаметра называется зубчатой рейкой.

Виды зубчатых передач

Варианты сокращения включают летучий растворитель для повышения способности продукта наносить распыление и автоматические системы смазки, особенно при низких температурах. Смазочные материалы с открытыми зубчатыми пастами позволяют использовать шестерню и шестерню в условиях граничной смазки. Каждый ингредиент играет определенную роль. Во-первых, система загустителя удерживает базовые масла на месте. Короче говоря, они предотвращают сваривание передач. В-третьих, базовое масло продукта не обеспечивает полную толщину пленки, которая необходима для разделения передач даже на гладких поверхностях.

Зубчатые передачи можно классифицировать по многим признакам, а именно: по расположению осей валов (с параллельными, пересекающимися, скрещивающимися осями и соосные); по условиям работы (закрытые — работающие в масляной ванне и открытые—работающие всухую или смазываемые периодически); по числу ступеней (одноступенчатые, многоступенчатые); по взаимному расположению колес (с внешним и внутренним зацеплением); по изменению частоты вращения валов (понижающие, повышающие); по форме поверхности, на которой нарезаны зубья (цилиндрические, конические); по окружной скорости колес (тихоходные при скорости до 3 м/с, среднескоростные при скорости до 15 м/с, быстроходные при скорости выше 15 м/с); по расположению зубьев относительно образующей колеса (прямозубые, косозубые, шевронные, с криволинейными зубьями); по форме профиля зуба (эвольвентные, круговые, циклоидальные).

Твердые смазочные материалы дополняют смазку, поддерживая твердую пленку, которая отделяет поверхности контактирующей шестерни. Смазочные материалы с открытыми зубчатыми пастами, применяемые для открытой передачи, создают толстую, стойкую полусухую рабочую пленку, которая отделяет шестерни во время сетки. Эта полусухая пленка не накапливается в корнях зубчатых колес, если она не перекрывается или не сталкивается с высокими рабочими температурными условиями. Образование этой полусухой пленки позволяет использовать пастообразные смазочные материалы с открытыми зубьями в умеренно грязных и пыльных условиях без образования абразивных соединений.

Кроме перечисленных существуют передачи с гибкими зубчатыми колесами, называемые волновыми.

Основные виды зубчатых передач (рис.) с параллельными осями: а — цилиндрическая прямозубая, б— цилиндрическая косозубая, в— шевронная, г — с внутренним зацеплением; с пересекающимися осями: д— коническая прямозубая, е — коническая с тангенциальными зубьями, ж — коническая с криволинейными зубьями; со скрещивающимися осями: з— гипоидная, и— винтовая; к — зубчато-реечная прямозубая (гипоидная и винтовая передачи относятся к категории гиперболоидных передач).

Пастообразные смазочные материалы с открытыми зубьями могут быть составлены либо тиксотропными по своей природе, либо дилатантными, как это требуется для применения путем изменения состава. Эти свойства могут быть достигнуты за счет количества загустителя, используемого в составе смазки или с использованием летучих растворителей. Когда растворители используются, он испаряется после нанесения, оставляя за собой толстый слой смазки, который цепляется за поверхности зубчатых колес. Эти типы смазочных материалов с открытыми зубьями могут использоваться при смазке открытых механизмов типа 1 и 2.

Зубчатая передача, оси которой расположены под углом 90°, называется ортогональной.

Достоинство зубчатых передач заключается прежде всего в том, что при одинаковых характеристиках они значительно более компактны, по сравнению с другими видами передач. Кроме того, зубчатые передачи имеют более высокий к. п. д.(до 0,99 в одной ступени), сохраняют постоянство передаточного числа, создают относительно небольшую нагрузку на опоры валов, имеют большую долговечность и надежность работы в широких диапазонах мощностей (до десятков тысяч киловатт), окружных скоростей (до 150 м/с) и передаточных чисел (до нескольких сотен).

Недостатки зубчатых передач: сложность изготовления точных передач, возможность возникновения шума и вибраций при недостаточной точности изготовления и сборки, невозможность бесступенчатого регулирования частоты вращения ведомого вала.

Зубчатые передачи являются наиболее распространенными типами механических передач и находят широкое применение во всех отраслях машиностроения, в частности в металлорежущих станках, автомобилях, тракторах, сельхозмашинах и т. д.; в приборостроении, часовой промышленности и др. Годовое производство зубчатых колес в нашей стране исчисляется сотнями миллионов штук, а габаритные размеры их от долей миллиметра до десяти и более метров. Такое широкое распространение зубчатых передач делает необходимой большую научно-исследовательскую работу по вопросам конструирования и технологии изготовления зубчатых колес и всестороннюю стандартизацию в этой области. В настоящее время стандартизованы термины, определения, обозначения, элементы зубчатых колес и зацеплений, основные параметры передач, расчет геометрии, расчет цилиндрических эвольвентных передач на прочность, инструмент для нарезания зубьев и многое другое.

Основная кинематическая характеристика всякой зубчатой передачи — передаточное число, определяемое по стандарту как отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни и обозначаемое и, следовательно,

Определение передаточного отношения остается таким же, как для других механических передач, т. е.

Потери энергии в зубчатых передачах зависят от типа передачи, точности ее изготовления, смазки и складываются из потерь на трение в зацеплении, в опорах валов и (для закрытых передач) потерь на перемешивание и разбрызгивание масла. Потерянная механическая энергия переходит в тепловую, что в некоторых случаях делает необходимым тепловой расчет передачи.

Потери в зацеплении характеризуются коэффициентом, потери в одной паре подшипников — коэффициентом и потери на перемешивание и разбрызгивание масла — коэффициентом. Общий к. п. д. одноступенчатой закрытой передачи

Ориентировочно = 0,96...0,98 (закрытые передачи), = 0,95...0,96 (открытые передачи), = 0,99...0,995 (подшипники качения), = 0,96...0,98 (подшипники скольжения), = 0,98...0,99.

Поверхности взаимодействующих зубьев колес, обеспечивающие заданное передаточное отношение, называются сопряженными. Процесс передачи движения в кинематической паре, образованной зубчатыми колесами, называется зубчатым зацеплением.


Цилиндрическая прямозубая передача

На рис. изображено цилиндрическое колесо с прямыми зубьями. Часть зубчатого колеса, содержащая все зубья, называется венцом; часть колеса, насаживаемая на вал, называется ступицей. Делительная окружность диаметром d делит зуб на две части — головку зуба высотой h a и ножку зуба высотой h f , высота зуба h = h а + h f . Расстояние между одноименными профилями соседних зубьев, измеренное по дуге делительной окружности, называется окружным делительным шагом зубьев и обозначается р. Шаг зубьев слагается из окружной толщины зуба s и ширины впадины е. Длина хорды, соответствующая окружной толщине зуба, называется толщиной по хорде и обозначается. Линейная величина, в раз меньшая окружного шага, называется окружным делительным модулем зубьев, обозначается т и измеряется в миллиметрах (впредь слова «окружной делительный» в терминах будем опускать)

Модуль зубьев — основной параметр зубчатого колеса. Для пары колес, находящихся в зацеплении, модуль должен быть одинаковым. Модули зубьев для цилиндрических и конических передач регламентированы ГОСТ 9563—60*. Значения стандартных модулей от 1 до 14 мм приведены в табл.

Модули, мм

1-й ряд 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12

2-й ряд 1,125; 1,375; 1,75; 2,25; 2,75; 3,5; 4,5; 5,5; 7; 9; 11; 14

Примечание . При назначении модулей 1-й ряд следует предпочитать 2-му.

Все основные параметры зубчатых колес выражают через модули, а именно: шаг зубьев

диаметр делительной окружности

Последняя формула позволяет определить модуль как число миллиметров диаметра делительной окружности, приходящихся на один зуб колеса.

В соответствии со стандартным исходным контуром для цилиндрических зубчатых колес высота головки зуба h a = т, высота ножки зуба h f = 1,25т. Высота зубьев цилиндрических колес

h = h а + h f = 2,25 m .

Диаметр вершин зубьев

d a = m (z + 2),

диаметр впадин

d f = m (z – 2,5).

Расстояние между торцами зубьев колеса называется шириной венца. Контакт пары зубьев цилиндрической прямозубой передачи теоретически происходит по линии, параллельной оси; длина линии контакта равна ширине венца. В процессе работы передачи пара зубьев входит в зацепление сразу по всей длине линии контакта (что сопровождается ударом зубьев), после чего эта линия перемещается по высоте зуба, оставаясь параллельной оси.

Межосевое расстояние цилиндрической передачи с внешним и внутренним зацеплением

называется делительным межосевым расстоянием (знак минус для внутреннего зацепления). Если межосевое расстояние отличается от делительного, то оно обозначается а w .

ГОСТ 1643—81 на допуски для цилиндрических зубчатых колес и передач установлены двенадцать степеней точности, обозначенных цифрами (первая степень — наивысшая). Для каждой степени точности установлены нормы: кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев колес и передач.

В процессе изготовления зубчатых передач неизбежны погрешности в шаге, толщине и профиле зубьев, неизбежно радиальное биение венца, колебание межосевого расстояния при беззазорном зацеплении контролируемого и измерительного колес и т. д. Все это создает кинематическую погрешность в углах поворота ведомого колеса, выражаемую линейной величиной, измеряемой по дуге делительной окружности. Кинематическая погрешность определяется как разность между действительным и расчетным углом поворота ведомого колеса. Нормы кинематической точности регламентируют допуски на кинематическую погрешность и ее составляющие за полный оборот колеса. Нормы плавности устанавливают допуски на циклическую (многократно повторяющуюся за один оборот) кинематическую погрешность колеса и ее составляющие. Нормы контакта устанавливают размеры суммарного пятна контакта зубьев передачи (в процентах от размеров зубьев) и допуски на параметры, влияющие на этот контакт.

В машиностроении зубчатые передачи общего назначения изготовляют по 6—9-й степеням точности. Цилиндрические прямозубые колеса 6-й степени точности применяют при окружных скоростях колес до 15 м/с; 1-й степени—до 10 м/с; 8-й степени — до 6 м/с; 9-й — до 2 м/с.

Рассмотрим силы, действующие в зацеплении прямозубой цилиндрической передачи. При изображенном на этом рисунке контакте пары зубьев в полюсе П скольжение (следовательно, и трение) отсутствует, зацепление будет однопарным и силовое взаимодействие колес будет заключаться в передаче по линии давления (нормали NN ) силы нормального давления . Разложим эту силу на две взаимно перпендикулярные составляющие и , называемые соответственно окружным и радиальным усилиями, тогда

где — угол зацепления.

Если известен передаваемый вращающий момент Т и диаметр d делительной окружности, то

(так как = 20°, то ).

Сила , вызывает вращение ведомого колеса и изгибает вал колеса в горизонтальной плоскости, сила г изгибает вал в вертикальной плоскости.


Цилиндрические передачи с косыми и шевронными зубьями

Косозубыми называют колеса, у которых теоретическая делительная линия зуба является частью винтовой линии постоянного шага (теоретической делительной линией называется линия пересечения боковой поверхности зуба с делительной цилиндрической поверхностью). Линия зуба косозубых колес может иметь правое и левое направление винтовой линии. Угол наклона линии зуба обозначается.

Косозубая передача с параллельными осями имеет противоположное направление зубьев ведущего и ведомого колес и относится к категории цилиндрических зубчатых передач, так как начальные поверхности таких зубчатых колес представляют собой боковую поверхность цилиндров. Передача с косозубыми колесами, оси которых скрещиваются, имеет одинаковое направление зубьев обоих колес и называется винтовой зубчатой передачей, которая относится к категории гиперболоидных зубчатых передач, так как начальные поверхности таких зубчатых колес являются частями однополостного гиперболоида вращения; делительные поверхности этих колес — цилиндрические.

У косозубых передач контактные линии расположены наклонно по отношению к линии зуба, поэтому в отличие от прямых косые зубья входят в зацепление не сразу по всей длине, а постепенно, что обеспечивает плавность зацепления и значительное снижение динамических нагрузок и шума при работе передачи. Поэтому косозубые передачи по сравнению с прямозубыми допускают значительно большие предельные окружные скорости колес. Так, например, косозубые колеса 6-й степени точности применяют при окружной скорости до 30 м/с; 7-й степени—до 15 м/с; 8-й степени — до 10 м/с; 9-й — до 4 м/с.

Силу нормального давления в зацеплении косозубых колес можно разложить на три взаимно перпендикулярные составляющие (рис. 7.10,б): окружную силу , радиальную силу и осевую силу , равные:

где Т— передаваемый вращающий момент; — угол зацепления.

Наличие осевой силы — существенный недостаток косозубых передач. Во избежание больших осевых сил в косозубой передаче угол наклона линии зуба ограничивают значениями =8...20°, несмотря на то, что с увеличением увеличивается прочность зубьев, плавность работы передачи, ее нагрузочная способность.


В современных передачах косозубые колеса имеют преимущественное распространение.

Цилиндрическое зубчатое колесо, венец которого по ширине состоит из участков с правыми и левыми зубьями, называется шевронным. Часть венца с зубьями одинакового направления называется полушевроном. Из технологических соображений шевронные колеса изготовляют двух типов: с дорожкой посредине колеса (а) и без дорожки (б). В шевронном колесе осевые силы на полушевронах, направленные в противоположные стороны, взаимно уравновешиваются внутри колеса и на валы и опоры валов не передаются. Поэтому у шевронных колес угол наклона зубьев принимают в пределах = 25...40°, в результате чего повышается прочность зубьев, плавность работы передачи и ее нагрузочная способность. Поэтому шевронные колеса применяют в мощных быстроходных закрытых передачах. Недостатком шевронных колес является высокая трудоемкость и себестоимость изготовления.

Геометрические, кинематические и прочностные расчеты шевронной и косозубой передач аналогичны.

Материалы цилиндрических колес

Материалы для изготовления зубчатых колес в машиностроении— стали, чугуны и пластмассы; в приборостроении зубчатые колеса изготовляют также из латуни, алюминиевых сплавов и др. Выбор материала определяется назначением передачи, условиями ее работы, габаритами колес и даже типом производства (единичное, серийное или массовое) и технологическими соображениями.

Общая современная тенденция в машиностроении — стремление к снижению материалоемкости конструкций, увеличению мощности, быстроходности и долговечности машины. Эти требования приводят к необходимости уменьшения массы, габаритов и повышения нагрузочной способности силовых зубчатых передач. Поэтому основные материалы для изготовления зубчатых колес — термообработанные углеродистые и легированные стали, обеспечивающие высокую объемную прочность зубьев, а также высокую твердость и износостойкость их активных поверхностей.

Критерии работоспособности зубчатых колес и расчетная нагрузка

Под действием сил нормального давления и трения зуб колеса испытывает сложное напряженное состояние, но решающее влияние на его работоспособность оказывают два фактора: контактные напряжения и напряжения изгиба , которые действуют на зуб только во время нахождения его в зацеплении и являются, таким образом, повторно-переменными.



Повторно-переменные напряжения изгиба вызывают появление усталостных трещин у растянутых волокон основания зуба (место концентрации напряжений), которые с течением времени приводят к его поломке (рис. а, б).

Повторно-переменные контактные напряжения и силы трения приводят к усталостному изнашиванию активных поверхностей зубьев. Так как сопротивление усталостному изнашиванию у опережающих поверхностей выше, чем у отстающих, то нагрузочная способность головок зубьев выше, чем ножек. Этим объясняется отслаивание и выкрашивание частиц материала на активной поверхности ножек зубьев (рис. в ) при отсутствии видимых усталостных повреждений головок. Усталостное изнашивание активных поверхностей зубьев характерно для работы закрытых передач.

В открытых передачах и в передачах с плохой (загрязняемой) смазкой усталостное изнашивание опережается абразивным износом активных поверхностей зубьев (рис. г).

В тяжелонагруженных и высокоскоростных передачах в зоне контакта зубьев возникает высокая температура, способствующая разрыву масляной пленки и образованию металлического контакта, в результате чего происходит заедание зубьев (рис. д), которое может завершиться прекращением относительного движения колес передачи.

Итак, критерием работоспособности зубчатых передач является износостойкость активных поверхностей зубьев и их изгибная прочность.