Зубчатые передачи

Министерство образования и  науки 

Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южный федеральный университет

Технологический институт

Южного федерального университета

В г. Таганроге

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

 

ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

 

 

 

Выполнил:

ст. группы НУ-118

Ренжин Ю.Б.

 

Проверил:

профессор, д.т.н. Бутенко В.И.

 

 

 

 

Таганрог 2008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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, образование конического зацепления, передача Новикова.

Также в данной работе описаны назначения зубчатой передачи приведены характеристики и примеры применения той или иной передачи в механизмах.

Рассмотрены причины  поломок зубчатых передач и материалы  из которых изготавливаются зубчатые колёса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зубчатая передача, механизм, состоящий из колёс с зубьями, которые сцепляются между собой и передают вращательное движение, обычно преобразуя угловые скорости и крутящие моменты. 

 Зубчатые передачи разделяют по взаимному расположению осей на передачи (рис. 1): с параллельными осями — цилиндрические; с пересекающимися осями — конические, а также редко применяемые цилиндро-конические и плоско-цилиндрические; с перекрещивающимися осями — зубчато-винтовые (червячные, гипоидные и винтовые).

Частным случаем зубчатой передачи является зубчато-реечная передача, преобразующая вращательное движение в поступательное или наоборот. В большинстве машин и механизмов применяют Зубчатые передачи с внешним зацеплением, т. е. с зубчатыми колёсами, имеющими зубья на внешней поверхности, реже — с внутренним зацеплением, при котором на одном колесе зубья нарезаны на внутренней поверхности.

 

 

 

Рис. 1. Зубчатая передача с цилиндрическими  колёсами:

а — прямозубая; б — косозубая; в — шевронная;

г — коническая; д — с круговым зубом;

 е — с внутренним зацеплением

 

Зубчатые колёса выполняют: с прямыми зубьями для работ  при невысоких и средних скоростях в открытых передачах и в коробках скоростей; с косыми зубьями для использования в ответственных передачах при средних и высоких скоростях (свыше 30% всех цилиндрических зубчатых колёс); с шевронными зубьями для передачи больших моментов и мощностей в тяжёлых машинах; с круговыми зубьями — во всех ответственных конических зубчатых передачах. Как правило, в машинах и механизмах применяют Зубчатые передачи с постоянным передаточным числом

В настоящее время в машиностроении и приборостроении зубчатые колеса изготавливают преимущественно способом огибания (откатки). Режущим инструментом являются зубчатая рейка – гребенка, червячная фреза или долбяк (рис. 2). Нарезание колес выполняется соответственно на зубострогальном, зубофрезерном или зубодолбежном станке.

а б в

Рис. 2. Схемы нарезания зубьев инструментальной рейкой (а),

червячной фрезой (б) и  долбяком (в)

 

При изготовлении зубчатых колес способом огибания заготовки  и режущему инструменту сообщают относительное движение, которое воспроизводит процесс зацепления. На зубострогальном станке суппорт 1 с инструментальной рейкой 2 совершает возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости параллельно оси заготовки. При движении сверху вниз происходит процесс резания. Обратный ход холостой, за время которого рейка получает перемещение ∆Z в горизонтальном направлении, а заготовка 3 поворачивается на угол ∆φ. Эти движения связаны соотношением

∆Z =  r ∆φ, 

где r – делительный радиус.

Более производительными  являются зубофрезерные станки, в  которых используются червячная фреза (рис. 3). Ее профиль можно получить перемещением рейки по винтовой линии с некоторым постоянным углом подъема у. В процессе нарезания зубьев фреза совершает непрерывное вращательное движение и одновременно движется параллельно оси колеса.

 

Рис. 3. Схемы  расположения червячной фрезы и  заготовки:

а – в плоскости, перпендикулярной к оси нарезаемого колеса;

б – в плоскости расположения оси червячной фрезы и нарезаемого колеса

 

Способ огибания является высокопроизводительным. Кроме  того, он позволяет теоретически точно изготовить одним инструментом колеса с разными числами зубьев.

Процесс изготовления зубчатого колеса способом огибания можно рассматривать как зацепление исходного производящего контура (ИПК) инструмента с заготовкой. Для гребенки и червячной фрезы ИПК имеет форму зубчатой рейки. Зацепление инструментальной рейки и нарезаемого колеса называют станочным (рис. 4). ИПК согласно ГОСТ 13755-81 имеют стандартные размеры:

 

 

Модуль m регламентируется СТ СЭВ 310-76.

Основные расчетные  параметры – модуль т и число зубьев z; от них зависят размеры зубчатого колеса

 

Делительный диаметр

Основной диаметр

 

 

Рис. 4. Станочное зацепление

 

Шаг делительной окружности колеса равен шагу реечного инструмента

Шаг делительной окружности колеса равен шагу реечного инструмента

Диаметр впадин зубчатого  колеса

Диаметр вершин зубчатого  колеса

,

где х – коэффициент смещения исходного контура;

 – коэффициент уравнительного  смещения.

Нормальная делительная толщина зуба

Угол профиля зуба в точке на окружности вершин

Толщина зуба по окружности вершин

где   .

Основные параметры  эвольвентной зубчатой передачи (рис.5) зависят от коэффициентов смещения шестерни Х₁ и колеса Х_2.

Коэффициент суммы смещений

Угол зацепления

Межосевое расстояние

где  .

Коэффициент воспринимаемого смещения

Коэффициент уравнительного смещения

Начальные диаметры

где – передаточное отношение зубчатой передачи.

Зубчатая передача с  переменным передаточным числом осуществляют некруглыми цилиндрическими колёсами, которые ведомому элементу сообщают заданную плавно изменяющуюся скорость при постоянной скорости ведущего. Такие зубчатые передачи применяют редко. Передаточное число одной пары колёс в редукторах обычно до 7, в коробках скоростей — до 4, в приводах столов станков —до 20 и более. Окружные скорости для высокоточных прямозубых Зубчатая передача — до 15 м/сек, для косозубых — до 30 м/сек, в быстроходных передачах скорости достигают 100 м/сек и более.

 

 

Рис. 5. Эвольвентное зацепление

 

Зубчатые передачи являются наиболее рациональным и распространённым 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. Основные достоинства зубчатой передачи: значительно меньшие габариты, чем у др. передач; высокий КПД (потери в точных, хорошо смазываемых передачах 1—2%, в особо благоприятных условиях 0,5%); большая долговечность и надёжность; отсутствие проскальзывания; малые нагрузки на валы. К недостаткам зубчатых передач можно отнести шум при работе и необходимость точного изготовления.

Зубчатые колёса находятся  в т. н. зубчатом зацеплении, основной кинематической характеристикой которого является постоянство мгновенного передаточного отношения при непрерывном контакте зубьев. При этом общая нормаль (линия зацепления) к профилям зубчатых колёс в любой точке их касания должна проходить через полюс зацепления (рис. 6).   В цилиндрических передачах полюсом зацепления является точка касания начальных окружностей зубчатых колёс, т. е. окружностей, которые катятся друг по другу без скольжения. Диаметры начальных окружностей d₁ и d₂ можно определить из соотношений:

 

 

Рис. 6. Образование эвольвентных профилей:

NN — общая нормаль;  Р — полюс зацепления;

 α — угол зацепления; w₁ и w₂ — угловые скорости;

1 и 2 — зубчатые  колёса

 

Профиль так называемой производящей рейки при образовании зубчатого колеса очерчивается по исходному контуру основной рейки (рис. 7), которая получается при увеличении числа зубьев нормального эвольвентного зубчатого колеса до бесконечности. Зубья производящей рейки имеют увеличенную высоту h = (h^'+ h") для образования радиального зазора в зацеплении (c_om), толщину по делительной окружности s, радиус закругления r_i, шаг зацепления t, угол зацепления α_д. В косозубых колёсах исходный контур принимают в сечении, нормальном к линии зуба.

Рис. 7. Исходный контур основной рейки

 

В конической зубчатой передаче (рис. 8) начальные цилиндры заменяются начальными конусами 1 и 2. Профили зубьев приближённо рассматриваются как линии пересечения боковых поверхностей зубьев с дополнительными конусами 3 и 4, соосными начальным, но с образующими, перпендикулярными образующим начальных конусов. Модуль, начальные и делительные окружности измеряют на внешнем дополнительном конусе. Для удобства профилирования зубьев дополнительные конусы развертывают на плоскость 5 и 6. Эвольвентное зацепление может быть улучшено корригированием.

Рис. 8. Образование конического зацепления

Кроме эвольвентного  зацепления, в часовых механизмах и некоторых других приборах применяют циклоидальное зацепление, работающее с меньшими потерями на трение и позволяющее применять зубчатые колёса с малым числом зубьев, но не обладающее указанными достоинствами эвольвентного зацепления. В тяжёлых машинах наряду с эвольвентными передачами применяют круговинтовые передачи (рис. 9), предложенные в 50-х гг. 20 в. М. Л. Новиковым. Профили зубьев колёс в зацеплении Новикова очерчиваются дугами окружностей. Выпуклые зубья одного зубчатого колеса (обычно малого) контактируют с вогнутыми зубьями другого. Начальное касание (без нагрузки) происходит в точке. В передаче Новикова зубчатые колёса косозубые. Точки контакта зубьев перемещаются не по высоте зубьев, а только в осевом направлении, т. о. линия зацепления параллельна осям колёс. К достоинствам таких зубчатых передач относятся: пониженные контактные напряжения, благоприятные условия для образования масляного клина, возможность применения колёс с малым числом зубьев и, следовательно, большие передаточные числа. Несущая способность передач Новикова по критерию контактной прочности существенно выше, чем эвольвентных.

Рис. 9. Передача Новикова

 

Для удовлетворительной работы зубчатых передач необходима достаточная их точность. Для зубчатых передач предусмотрено 12 степеней точности, выбираемых в зависимости от назначения и условий работы передачи.

Основные причины выхода из строя зубчатых передач — поломки зубьев, усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев, абразивный износ, заедание зубьев (наблюдаемое при разрушении масляной плёнки от больших давлений или высоких температур).

Основными материалами  для зубчатых колёс являются легированные стали, подвергаемые термической или  химико-термической обработке: поверхностной закалке, преимущественно токами высокой частоты, объёмной закалке, цементации, нитроцементации, азотированию, цианированию. Зубчатая передача из сталей, улучшаемых термообработкой до нарезания зубьев, изготовляют при отсутствии жёстких требований к их габаритам, чаще всего в условиях мелкосерийного и индивидуального производства. При особых требованиях к бесшумности и малых нагрузках одно из зубчатых колёс делают из пластмассы (текстолита, капролона, древеснослоистых пластиков, полиформальдегида), а сопряжённое — из стали. Зубчатые передачи рассчитывают на прочность по напряжениям изгиба в опасном сечении у основания зубьев и по контактным напряжениям в полюсе зацепления.