Параметры зубчатой передачи

Практическое изучение конструкции зубчатых редукторов, определение параметров зубчатого зацепления.

Назначение редукторов

Зубчатые редукторы – механизмы, состоящие из одной или нескольких зубчатых передач, размещенных в корпусе, и служащие для уменьшения частоты вращения и увеличения вращающего момента (рис. 1).

Преимущества зубчатых редукторов: малые габариты, высокий КПД (0,94…0,99), высокая нагрузочная способность, долговечность и надежность, простота в эксплуатации, постоянство передаточного отношения.

Недостатки: необходимость высокой точности изготовления, шум при работе на больших скоростях.

Зубчатые редукторы применяются в самых различных отраслях машиностроения, они разнообразны по кинематическим схемам и конструктивному исполнению.

Типы редукторов

Рассмотрим наиболее распространенные схемы редукторов.

Редукторы, состоящие только из одной передачи, называют одноступенчатыми (рис. 2, а, е), их применяют при передаточных отношениях до 6,3…10.

Многоступенчатые редукторы могут состоять как из нескольких однотипных передач, так и передач разного вида.

Двухступенчатые редукторы целесообразно применять при передаточных отношениях свыше 6,3…12,5. На рис. 3 для сравнения показаны схемы одноступенчатого и двухступенчатого цилиндрических редукторов с одинаковым передаточным отношением i = 10.

Наибольшее распространение имеют горизонтальные двухступенчатые редукторы с цилиндрическими колесами по развернутой схеме (рис. 2, б). Они имеют небольшую ширину, но несимметричное расположение колес относительно опор вызывает неравномерное распределение нагрузки между подшипниками и появление концентрация нагрузки по длине зубьев.

В редукторах с раздвоенной быстроходной ступенью (рис. 2, г) опоры расположены симметрично относительно зубчатых колес, благодаря чему достигается их равномерная загруженность и благоприятное распределение нагрузки по ширине зубчатого венца. Такие редукторы более компактны, имеют меньшую массу. Зубчатые колеса раздвоенной ступени выполняют косозубыми с большими углами наклона противоположного направления.

В двухступенчатых цилиндрических редукторах, выполненных по соосной схеме (рис. 2, в), геометрические оси ведущего и ведомого валов совпадают, благодаря чему редукторы имеют малые габариты по длине, но увеличенные габариты по ширине.

Трехступенчатыередукторы применяют при передаточных отношениях 25…250 (рис. 2, д).

При необходимости передачи вращения между валами, оси которых пересекаются, применяют конические редукторы (рис. 2, е), а при больших передаточных отношениях – двухступенчатые коническо-цилиндрические(рис. 2, ж) или трехступенчатые коническо-цилиндрическиередукторы.

Зубчатые колеса

Передача движения в зубчатых редукторах осуществляется колесами цилиндрическими прямозубыми, косозубыми, шевронными (рис. 4, а - в) или колесами коническими с прямыми, косыми (тангенциальными), круговыми зубьями (рис. 4, г - е).

Прямозубые цилиндрические колеса (рис. 4, а) применяют при небольших (до 6 м/с) скоростях, небольших нагрузках, а также при необходимости осевого перемещения колес (в коробках передач).

Большую нагрузочную способность и плавность работы имеют зубчатые передачи с косозубыми колесами (рис. 4, б). Осевая сила в зацеплении, вызванная наклоном зубьев, передается через валы на опоры – подшипники. Косозубые колеса выполняют с углами наклона зубьев β=8º...18º.

В передачах с шевронными колесами (рис. 4, в) угол наклона зубьев β=25º…45º, однако осевые силы компенсируются противоположным наклоном зубьев и на подшипники не передаются. Колеса отличаются большей шириной и более трудоемки в изготовлении, их применяют в тяжелонагруженных высокоответственных передачах.

Конические колеса выполняют с прямыми зубьями при окружных скоростях до 3 м/с (рис. 4, г, д), при скоростях более 3 м/с – с круговыми зубьями (рис. 4, е), которые являются наиболее технологичными.

Конструктивными элементами колеса являются (рис. 5, а, б): 1 – зубчатый венец; 2 – обод; 3 – диск; 4 – ступица.

При небольших диаметрах колеса выполняют за одно целое с валом (вал-шестерня) (рис. 5, в). Такая конструкция отличается жесткостью, прочностью и технологичностью. Недостатком является необходимость изготавливать вал из того же материала, что и шестерню, часто более качественного и дорогого, чем требуется.

Основными материалами для зубчатых колес являются термически обрабатываемые стали, реже применяются чугуны и неметаллические материалы.

Параметры зубчатой передачи

Основные параметры эвольвентного прямозубого колеса (рис. 6):

р – окружной шаг;

d – диаметр делительной окружности;

d_a – диаметр вершин зубьев;

d_f – диаметр впадин;

b – ширина колеса (зубчатого венца);

h – высота зуба.

Модуль зацепления m – величина,

в π раз меньшая чем шаг: .

Для прямозубых колес ,

для косозубых колес ,

где β – угол наклона зубьев(рис. 5,а).

Для обеспечения взаимозаменяемости зубчатых колес значения модулей регламентированы стандартом ГОСТ 9563 (таблица)

Меньшее колесо зубчатой пары называют шестерней, а большее – колесом.

Передаточное отношение зубчатой передачи:

i = ω₁ / ω₂ = z₂ / z₁,

где ω₁, ω₂– угловые скорости соответственно шестерни и колеса, z₁, z₂ – числа зубьев шестерни и колеса.

Для передач без смещения и при суммарном смещении, равном нулю, когда начальные и делительные окружности совпадают, межосевое расстояние определяется по формуле

.

Остальные зависимости между геометрическими и кинематическими параметрами приведены в бланке отчета к данной работе (см. приложение).

Валы

Валы поддерживают закрепленные на них детали и передают вращающий момент. Они могут быть гладкими (рис. 7, а) или ступенчатыми (рис. 7, б).

Ступенчатая форма вала упрощает сборку, позволяет рационально использовать металл за счет уменьшения размеров менее нагруженных участков, обеспечивая равнопрочность конструкции. Уступы вала служат для фиксации деталей в осевом направлении.

Гладкие валы имеют один номинальный диаметр, а участки под различные детали отличаются допусками размеров и шероховатостью поверхностей.

Концевые участки валов делают цилиндрическими или коническими. Посадка деталей на конус обеспечивает легкость сборки и разборки, возможность создания любого натяга. Цилиндрические концы валов проще в изготовлении.

Основными материалами валов являются углеродистые и легированные стали, благодаря их прочности, большому модулю упругости, способности к упрочнению.