Классификация и разновидности зубчатых колес и передач, их функциональные особенности, цели и задачи установки. Эвольвента и ее свойства, общая характеристика и назначение. Способы нарезания зубчатых колес. Порядок и этапы подрезания профиля зуба.
Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается - ведомым. Однако, существуют передачи с круговой формой профиля зубьев (передача Новикова с одной и двумя линиями зацепления) и с циклоидальной. Модулем зацепления называется линейная величина в ? раз меньшая окружного шага P или отношение шага по любой концентрической окружности зубчатого колеса к ?, то есть модуль - число миллиметров диаметра приходящееся на один зуб. Зубья расположены в радиальных плоскостях, а линия контакта зубьев обеих шестерен параллельна оси вращения. Зубья таких колес изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых колес со встречным расположением зубьев).Их применяют для передачи мощностей - от ничтожно малых до десятков тысяч КВТ, для передачи окружных усилий от долей грамма до 10 Мн (1000mc).Основные достоинства зубчатых передач: значительно меньшие габариты, чем у других передач; высокий кпд (потери в точных, хорошо смазываемых передачах 1-2%, в особо благоприятных условиях 0,5%); большая долговечность и надежность; отсутствие проскальзывания; малые нагрузки на валы. Простейшая зубчатая передача состоит из двух колес с зубьями, посредство которых они сцепляются между собой.
Введение
зубчатый колесо передача эвольвента
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 самолетостроительной 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.
1. Зубчатое колесо, классификация
Зубчатое колесо, шестерня - 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 шестерней, а большое - колесом. Однако часто все зубчатые колеса называют шестернями.
Рис. 1. Зубчатое колесо
Зубчатые колеса обычно используются парами 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 счет 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 колес 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 колеса с несимметричным профилем зуба.
Параметры зубчатого колеса: m - модуль колеса. Модулем зацепления называется линейная величина в ? раз меньшая окружного шага P или отношение шага по любой концентрической окружности зубчатого колеса к ?, то есть модуль - число миллиметров диаметра приходящееся на один зуб. Темное и светлое колесо имеют одинаковый модуль. Самый главный параметр, стандартизирован, определяется из прочностного расчета 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=?m.
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 ? ?(2,5…4) m.
17. Угол профиля, угол зацепления ? = ? =20 .
18. Делительный диаметр, начальный диаметр d = d =mz.
19. Основной диаметр. d =d cos ?
Рис. 2 Параметры зубчатого колеса
В машиностроении приняты определенные значение модуля зубчатого колеса m для удобства изготовления и замены зубчатых колес, 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 колеса
Прямозубые колеса - самый распространенный вид зубчатых колес. Зубья расположены в радиальных плоскостях, а линия контакта зубьев обеих шестерен параллельна оси вращения. При этом оси 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.
С) Косозубые колеса
Косозубые колеса являются усовершенствованным вариантом прямозубых. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали.
Достоинства: Зацепление таких колес 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.
Недостатками косозубых колес можно считать следующие факторы: 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 колеса применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высоких скоростях, либо имеющих жесткие ограничения по шумности.
Г) Шевронные колеса
Зубья таких колес изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых колес со встречным расположением зубьев). Передачи, основанные на таких зубчатых колесах, обычно называют «шевронными».
Шевронные колеса 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 колеса с внутренним зацеплением
При жестких ограничениях на габариты, в планетарных механизмах, в шестеренных насосах с внутренним зацеплением, в приводе башни танка, применяют колеса 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 колеса
Секторное колесо представляет собой часть обычного колеса любого типа. Такие колеса применяются в тех случаях, когда не требуется вращение звена на полный оборот, и поэтому можно сэкономить на его габаритах.
Ж) Колеса с круговыми зубьями
Передача на основе колес с круговыми зубьями имеет еще 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 колеса заметно сложнее в производстве. Линия зубьев у них представляет собой окружность радиуса, подбираемого под определенные требования. Контакт поверхностей зубьев происходит в одной точке на линии зацепления, расположенной параллельно осям колес
2. Зубчатая передача, классификация
Збчатая передача - это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колеса.
Классификация зубчатых передач
По форме профиля зубьев: - эвольвентные;
- круговые (передача Новикова);
- циклоидальные.
По типу зубьев: - прямозубые;
- косозубые;
- шевронные;
- криволинейные;
- магнитные.
По взаимному расположению осей валов: - с параллельными осями (цилиндрические передачи с прямыми, косыми и шевронными зубьями);
- с пересекающимися осями - конические передачи;
- с перекрещивающимися осями.
По форме начальных поверхностей: - цилиндрические;
- конические;
- глобоидные;
По окружной скорости колес: - тихоходные;
- среднескоростные;
- быстроходные.
По степени защищенности: - открытые;
- закрытые.
По относительному вращению колес и расположению зубьев: - внутреннее зацепление (вращениие колес в одном направлении);
- внешнее зацепление (вращение колес в противоположном направлении).
3. Эвольвента и ее свойства
Подавляющее большинство зубчатых передач, применяемых в технике, имеет зубчатые колеса с эвольвентным профилем.
Эвольвента как кривая для формирования профиля зуба была предложена Л. Эйлером. Она обладает значительными преимуществами перед другими кривыми, применяемыми для этой цели, - удовлетворяет основному закону зацепления, обеспечивает постоянство передаточного отношения, нечувствительна к неточностям межосевого расстояния (что облегчает сборку), наиболее проста и технологична в изготовлении, легко стандартизируется (что особенно важно для такого распространенного вида механизмов как зубчатые передачи).
Эвольвента - это траектория движения точки, принадлежащей прямой, перекатывающейся без скольжения по окружности. Данная прямая называется производящей прямой, а окружность, по которой она перекатывается - основной окружностью (рисунок 3 а).
а) б)
Рис. 3 (а, б).
Эвольвента обладает следующими свойствами, которые используются в теории зацепления: 1) форма эвольвенты определяется радиусом основной окружности;
2) нормаль к эвольвенте в любой ее точке является касательной к основной окружности. Точка касания нормали с основной окружностью является центром кривизны эвольвенты в рассматриваемой точке;
3) эвольвенты одной и той же основной окружности являются эквидистантными (равноотстоящими друг от друга) кривыми.
Положение любой точки на эвольвенте может быть однозначно охарактеризовано диаметром окружности, на которой она расположена, а также характерными для эвольвенты углами: углом развернутости (обозначается ?), углом профиля (?), эвольвентным углом - inv? (рисунок 3 б). На рисунке 1 б показаны эти углы для произвольно выбранной на эвольвенте точки Y, поэтому они имеют соответствующий индекс: - ?Y - угол развернутости эвольвенты до точки у;
- ?Y - угол профиля в точке Y;
- INV?Y - эвольвентный угол в точке Y (на окружности диаметра DY).
То есть индекс показывает, на какой окружности находится рассматриваемая точка эвольвенты, поэтому для характерных окружностей используются индексы, приведенные выше.
Например: ?a1 - угол профиля эвольвенты в точке, лежащей на окружности вершин первого колеса;
inv? - эвольвентный угол в точке эвольвенты, находящейся на делительной окружности колеса и т.д.
4. Способы нарезания зубчатых колес
Существует два принципиально различных метода нарезания: 1) метод копирования; 2) метод обкатки.
В первом случае впадина зубчатого колеса фрезеруется на универсальном фрезерном станке фасонными дисковыми или пальцевыми фрезами, профиль которых соответствует профилю впадины. Затем заготовку поворачивают на угол 360?/Z и нарезают следующую впадину. При этом используется делительная головка, а также имеются наборы фрез для нарезания колес с различным модулем и различным числом зубьев. Метод непроизводителен и применяется в мелкосерийном и единичном производстве.
Рис. 4.
Второй метод обката или огибания может производиться с помощью инструментальной рейки (гребенки) на зубострогальном станке; долбяком на зубодолбежном станке или червячной фрезой на зубофрезерном станке. Этот метод высокопроизводителен и применяется в массовом и крупносерийном производстве. Одним и тем же инструментом можно нарезать колеса с различным числом зубьев. Нарезание с помощью инструментальной рейки имитирует реечное зацепление, где профиль зуба образуется как огибающая последовательных положений профиля инструмента, угол исходного контура которого ?=20?. Зацепление между режущим инструментом и нарезаемым колесом называется станочным. В станочном зацеплении начальная окружность всегда совпадает с делительной.
Самым производительным из рассмотренных методов является зубофрезерование с помощью червячных фрез, которые находятся в зацеплении с заготовкой по аналогии с червячной передачей.
При нарезании долбяком осуществляется его возвратно поступательное движение при одновременном вращении. Фактически при этом осуществляется зацепление заготовки с инструментальным зубчатым колесом - долбяком. Этот метод чаще всего используется при нарезании внутренних зубчатых венцов.
Рис. 5.
Все рассмотренные методы используются для нарезания цилиндрических колес как с прямыми, так и с косыми зубьями.
При резке зубчатого колеса возможно подрезания зубов, которое проявляется в уменьшении толщины делительной ножки зуба. Это приводит к срезанию главного (эвольвентного) профиля зубьев и уменьшения их прочности на изгиб. Подрезания зубов наступает в том случае, когда активная линия зацепления Н Н2 выходит за пределы теоретической линии зацепления В, В2, поскольку любая точка профиля зуба (шестерни), что лежит за пределами этой линии, не соответствует основной теореме зацепления (нормаль N"N», проведена до такого профиля в точке контакта, не будет проходить через полюс зацепления). Опасность подрезания больше в менее колеса, поскольку ВУН2 <В2Н.
Для определения минимального коэффициента смещения xmin и минимального числа зубьев при которых не наблюдается подрезание, можно использовать зависимость для радиуса кривизны предельной точки L главного бокового профиля зубьев. Напомним, что точка, которая разделяет эвольвенты и переходную части бокового профиля, называется предельной. Как известно, для построения главного профиля эвольвентного зуба используется эвольвенты, радиус кривизны которой всегда удовлетворяет условию р> 0. Причем эвольвенты будет за пределами основного круга и в своем начале, что совпадает с основным кругом, будет радиус кривизны р = 0. Это и есть предельный случай, при котором профиль зуба колеса может находиться на линии зацепления NN и иметь радиус кривизны р = 0. В некоторых случаях небольшое ослабление зуба вполне допустимо, это делается для улучшения условий контакта зубов в начале (или в конце) зацепления.
Корригирование зубчатых колес (от лат. corrigo - исправляю, улучшаю), прием улучшения формы зубьев эвольвентного зубчатого зацепления. При нарезании зубчатых колес исходный стандартный контур производящей рейки смещают в радиальном направлении так, что ее делительная прямая не касается делительной окружности колеса. При этом можно использовать нормальный реечный зуборезный инструмент (гребенку, червячную фрезу и т.п.) или долбяки. Обработку ведут назубообрабатывающем станке методом обкатки (см. Зубонарезание), нарезая колеса с требуемым смещением исходного контура.
К. з. к. появилось как средство устранения нежелательного подрезания ножки зуба у колес с малым числом зубьев изза несовершенства инструмента. Современное К. з. к. имеет более общее значение и практически выражается в преднамеренном смещении исходного контура, которое является одним из основных геометрических параметров зубчатых колес. Смещение от центра колеса может быть отрицательным или положительным. В случае положительного смещения для профиля зубьев используются участки эвольвенты с большими радиусами кривизны, что повышает контактную прочность зубьев, а также увеличивает их прочность на излом. К. з. к. может быть использовано для повышения качества зацепления как двух колес, так и зацепления колеса с рейкой. Целесообразный выбор смещений может уменьшить скольжение зубьев друг по другу, снизить их износ, уменьшить опасность заедания и повысить кпд передачи.
К. з. к. позволяет изменять межосевые расстояния в зубчатых передачах, что дает возможность решать ряд важных конструктивных задач. Например, в коробках скоростей, планетарных механизмах и др. можно разместить между двумя валами передачи, у которых одно и то же колесо входит в зацепление с колесами, имеющими разные числа зубьев, или при ремонте нестандартные зубчатые передачи можно заменять стандартными.
При расчете геометрии корригированных зацеплений пользуются коэффициентом смещения х, который равен смещению исходного контура, деленному на модуль зубчатого колеса. При назначении x1 для 1-го и х2 для 2-го колеса необходимо учитывать ограничивающие условия: отсутствие или ограничение подреза ножки зуба; отсутствие интерференции, т.е. взаимного пересечения профилей зубьев при относительном движении колес; получение достаточного коэффициента перекрытия, надежно обеспечивающего вхождение в зацепление последующей пары зубьев, пока предыдущая не вышла из зацепления; отсутствие заострения зубьев, т.е. получение достаточной толщины зубьев у вершины. В СССР разработан удобный способ учета этих условий т. н. блокирующими контурами - кривыми, построенными в координатахх1 и x2. Эти графики отражают указанные ограничения и образуют замкнутый контур, очерчивающий зону допустимых сочетаний x1 и x2. Для каждого сочетания чисел зубьев колес (Z1 и Z2) строится свой блокирующий контур. Если к передаче не предъявляется особых требований, то x1и x2 в зоне допускаемых значений выбирают по общим рекомендациям, учитывающим улучшение всех свойств зацепления (т. н. универсальные системы К. з. к.). При наличии специальных требований к передаче (например, высокая прочность зубьев на излом и т.п.) x1 и x2 выбирают из условия наиболее полного удовлетворения этих требований (специальные системы К. з. к.).
Вывод
Зубчатые передачи являются наиболее рациональным и распространенным видом механических передач. Их применяют для передачи мощностей - от ничтожно малых до десятков тысяч КВТ, для передачи окружных усилий от долей грамма до 10 Мн (1000mc).Основные достоинства зубчатых передач: значительно меньшие габариты, чем у других передач; высокий кпд (потери в точных, хорошо смазываемых передачах 1-2%, в особо благоприятных условиях 0,5%); большая долговечность и надежность; отсутствие проскальзывания; малые нагрузки на валы. К недостаткам зубчатых передач можно отнести шум при работе и необходимость точного изготовления.
Простейшая зубчатая передача состоит из двух колес с зубьями, посредство которых они сцепляются между собой. Вращение ведущего зубчатого колеса преобразуется во вращение ведомого колеса путем нажатия зубьев первого на зубья второго. Меньшее зубчатое колесо передачи называется шестерней, большее - колесом.
Список литературы
1. Иванов М.Н. Детали машин: учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений. М.: Высш. шк., 1991. - 383 с.
2. Гузенков П.Г. Детали машин. - М.: Высшая школа, 1982. - 504 с.
3. Куклин Н.Г., Куклина Г.С., Детали машин. - М.: Высшая школа, 1984 г. - 310 c.
4. Г.И. Рощин, Е.А. Самойлов, Н.А. Алексеева. Детали машин и основы конструирования: учеб. для вузов /под ред. Г.И. Рощинн и Е.А. Самойлова. - М.: Дрофа, 2006. -415 с.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
