Виды зубчатых колес, шестерен

Обслуживание и расчёт

Техобслуживание заключается в осмотре механизма, проверке целостности зубьев и отсутствия сколов. Проверка правильности зацепления производится при помощи краски, наносимой на зубья. Изучается величина пятна контакта и его расположение по высоте зуба. Регулировка производится установкой прокладок в подшипниковых узлах.

Сначала надо определиться с кинематическими и силовыми характеристиками, необходимыми для работы механизма. Выбирается вид передачи, допустимые нагрузки и габариты, затем подбираются материалы и термообработка. Расчёт включает в себя выбор модуля зацепления, после этого подбираются величины смещений, число зубьев шестерни и колеса, межосевое расстояние, ширина венцов. Все значения можно выбирать по таблицам или использовать специальные компьютерные программы.

Главными условиями, необходимыми для длительной работы зубчатых передач, являются износостойкость контактных поверхностей зубьев и их прочность на изгиб.

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.

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.

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.

РЕЗЮМЕ

Ситуация в редукторной промышленности России является угрожающей, но не безнадёжной. Работая с такими профессионалами, как НТЦ «Редуктор», постоянно обучаясь и развиваясь вместе с нами, Вы, наши клиенты, можете быть уверены в том, что редукторы и передачи, которые Вы по нашим рекомендациям и при нашем участии применяете в своих производствах — не устаревший, никому не нужный хлам, а современнейшие конкурентоспособные зубчатые передачи и редукторы.

Больше подробностей и лайфхаков в сфере редукторостроения можно узнать, посетив наш специализированный вебинар «Новые зубчатые передачи и редукторы в промышленности и ОПК». С нетерпением ждём Вас!

Модуль зубчатого колеса

Универсальным понятием, позволяющим определить геометрические параметры деталей, выступает модуль зубчатой передачи. Его значение равно длине дуги в миллиметрах, приходящейся на один зуб колеса.  Конкретное значение определяется по делительной окружности. Ее численно подбирают таким образом, что бы значение модуля совпадало с одним из общепринятых значений, найти которые можно  в специальной литературе. В отечественной практике стандартные модули зубчатых колес нормированы в ГОСТ 9563-60. При проектировании шестерен обычно задаются значением этого параметра, а от него легко рассчитают все множество других.  Исходными данными для определения требуемого модуля зубчатого колеса выступают расчеты прочности, призванные обеспечить требуемую мощность механической передачи.

Модуль зубчатого колеса связан с целым набором производных параметров. Используя несложные формулы расчета и значение необходимого числа зубьев, можно получить окружной шаг, диаметры верши и впадин, толщину зуба и ширину впадины по делительной окружности.

В зарубежной литературе аналогом отечественного модуля выступает питч. По своей сути это обратная к модулю зацепления величина, приведенная к дюймовой системе измерений. Аналогично для питчей разработаны специальные таблицы, содержащие нормированные значения параметра.

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.

Что представляет собой шестерня

Шестерня – это небольшое колесико с зубьями, которое крепится к специальной вращающейся оси. Поверхность у шестеренки в данном случае может быть как конической, так и цилиндрической.

Шестеренчатые передачи также имеют свою классификацию:

1. Прямозубые. Наиболее распространенный вид шестеренок, у которых зубья зачастую располагаются в радиальных плоскостях.
2. Скошенные. По-другому этот тип называется еще косозубым, а его использование в ходу у бензо- и электрических инструментов. По отношению к вращающейся оси они находятся под определенным углом.
3. Червячные. Их еще называют спиральными шестернями, которые используются преимущественно для рулевого управления автомобилем.
4. Винтовые. Они имеют зачастую форму цилиндра, а также расположены по всей линии винта. Располагаются такие шестеренки на валах, которые расположены перпендикулярно к вращающейся оси.

Данные разновидности являются наиболее распространенными, однако далеко не единственными, поэтому используемый вид напрямую соотносится с тем, какую функцию он должен будет выполнять.

При этом каждая шестеренка имеет определенное количество зубьев, что определяется ее назначением. Разница между количеством используемых зубьев необходима, поскольку благодаря этому фактору появляется возможность регулировать обороты вала и крутящийся момент. Шестеренки также разделяются на ведущие и ведомые. Ведущей называется та шестерня, к которой вращательный момент подводится снаружи, а ведомой – та, с которой она снимается.

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.

О действительных и мнимых превосходствах ЭЦ-зацепления

Далее мы намерены обратить внимание специалистов редукторной России на одну из новейших разработок В. Становского

Потому что других в России, по его мнению, и мнению Фонда перспективных исследований России, попросту нет. Речь об ЭЦ-зацеплении Становского, его действительных и мнимых свойствах и превосходствах.

Рисунок 1.

В январе 2018-го года в НТЦ «Редуктор» обратилось предприятие ООО «МЕХАНИКА-Р» с предложением срочно отремонтировать редуктор 5Ц2-125-12. 5, не прошедшим сравнительные испытания по шуму. Как заявили специалисты предприятия «МЕХАНИКА-Р», в этом редукторе применено ЭЦ-зацепление В. Становского . Наш анализ примененной в редукторе 5Ц2-125 зубчатой передачи показал, что это цилиндрическая зубчатая передача с выпукло-вогнутым зацеплением. Часть торцовых профилей этой передачи выполнена по обычным сопряженным эвольвентам, а вторая часть, по окружности, сопряженной с циклоидой в том же торцовом сечении, см. рис. 1.

Рисунок 2

На наш взгляд, ничего «революционного» в зтом техническом решении В. Становского нет. Аналогичные технические решения, когда профили или его части описываются дугами окружностей известны в патентной литературе. Такая передача вполне может быть классифицирована, как одна из разновидностей известной передачи с зацеплением Новикова — со «смешанным», т. е. двойным контактом (см. рис. 2) . Такой «смешанный» контакт в зубчатых передачах в одних случаях оказывает положительное, а в других — отрицательное влияние на эксплуатационные свойства передачи.

Важно отметить, что, как и прежние выпукло-вогнутые передачи Новикова, передача Становского с ЭЦ-зацеплением —дозаполюсная. Полюс этой передачи расположен примерно по средине высоты зубьев

И если это так, то примененная в редукторе 5Ц2-125-12.5 передача с ЭЦ-зацеплением содержит в себе все признаки и хронические недостатки полюсных передач, где свойства полюса улучшить невозможно, из-за чего как раз все прежние российские передачи с зацеплением Новикова с выпукло-вогнутыми торцовыми профилями оказались совершенно неконкурентоспособными по сравнению с передачами, применяемыми зарубежными редукторными фирмами.

Тем не менее, сказанное здесь об ЭЦ-зацеплении — это сугубо локальное дискуссионное мнение В. И. Парубца, выигравшего прежде дискуссию о действительных и мнимых превосходствах российских зубчатых передач с зацеплением Новикова. Но, не ознакомленного подробно со всеми особенностями теоретических разработок и испытаний ЭЦ-зацепления, примененного в редукторе 5Ц2-125-12.5.

Поэтому, чтобы восполнить этот пробел и получить необходимую информацию мы обратились на сайт В. Становского, и неожиданно нашли на нем совершенно новую информацию, с уверенностью можно сказать, важную для настоящего и будущего редукторной практики всех отраслей промышленности России.

Источник цитаты: http://www.ec-gearing.ru/news.php?id=109,

Речь идет об Акте научно-технической приемки аванпроекта «Экспериментальные исследования характеристик эксцентриково-циклоидальной зубчатой передачи в сравнении с другими, широко применяемыми в машиностроении с целью формирования рекомендаций по ее применению». Акт подписан и утвержден специалистами и генеральным директором Фонда перспективных исследований России А. И. Григорьевым

Согласно Акту, аванпроект по столь важной для редукторной России теме, считается законченным и принятым

В Акте Исполнителю аванпроекта рекомендовано:

Ознакомить с результатами сравнительных испытаний заинтересованные организации и производителя контрольного редуктора ООО «Зарем» .

Цепная передача

Хорошо известна цепная передача. Она относится к гибким конструкциям. Передаточное отношение цепной передачи рассчитывается расчёту зубчатых систем. Ведущая и ведомая звёздочка рассматриваются как зубчатые колеса. Значение этого параметра достигает 15.

Особенностью такой конструкции считается требование иметь определённое провисание цепи.  Настройка этого параметра проводится с помощью специального регулирующего винта.

Достоинства подобного соединения сводятся к следующему:

• низкая критичность к возможным ошибкам при установке валов.
• передача мощности производится с использованием нескольких звездочек;
• длина передачи вращения может быть достаточно большой.

К недостаткам можно отнести быстрый износ соединительных элементов цепи. Это требует периодической смазки. Вторым недостатком считается высокий уровень шума.

Кроме передаточного числа для них рассчитывается величина статистической разрушающей силы. Этот параметр зависит от требуемого коэффициента безопасности. Его задают в интервале от 6 до 10. Он обеспечивает качественную работу всего механизма, высокую надёжность соединения и долговечность.

Общее описание

Стандартная ременная передача предусматривает использование промежуточного элемента, в качестве которого выступает ремень. Зубчатое зацепление характеризуется наличием поверхности зацепления и сопряжения зубьев. Основные элементы зубчатой передачи следующие:

1. Ведущее и ведомое колесо.
2. Вал, который предназначен для непосредственного крепления колес.
3. Подшипники, обеспечивающие подвижность колес.
4. Шпонка, исключающая вероятность проворачивания колеса на валу.

Параметры зубчатой передачи могут существенно отличаться. Для начала отметим, что между ведомым и ведущим колесом предусмотрено наличие технологического зазора, который обеспечивает скольжение и возможность теплового расширения, а также смазывание основных элементов для исключения вероятности заклинивания механизма.

Детали машин изготавливаются при применении самых различных металлов, в большинстве случаев это углеродистая сталь. Скорость вращения механизма зависит от точности шестерен, а также некоторых ее других параметров. Принцип работы устройства позволяет использовать его при создании самых различных механизмов, к примеру, насосов или передач.

Экспериментальные исследования ЭЦ-зацепления В. Становского

В то же время, можно видеть и другие, противоположные тенденции редукторных преобразований в России.

О форпосте отечественного редукторостроения мы уже говорили

Далее мы будем говорить о принципиально новом, а поэтому, весьма важном для редукторной России явлении под названием Виктор Становский и его новых передачах, защищенных многими патентами. То, что деятельность Становского в российском редукторостроении по-настоящему нова для современности, говорим не только мы

Прочтите статью c интригующим названием «Редкая птица высокого полета» и, образно говоря, вы вместе с В . Становским и журналистами, побываете на строящихся или действующих новых редукторных заводах России, построенных на его передачах. И даже в космосе, где дальнейший прогресс предполагается осуществлять на зубчатых идеях В. Становского. Да и в целом ближайшее счастливое будущее научно-технической России связано, в основном, с применением его разработок.

Вот только пару абзацев из того текста:

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.

Основные параметры

Число зубьев шестерни — z1{\displaystyle z_{1}}

Число зубьев колеса — z2{\displaystyle z_{2}}

Модуль — m{\displaystyle m}

Угол наклона линии зуба — β{\displaystyle \beta } (β=∘{\displaystyle \beta =0^{\circ }} — для прямозубых колёс, β=8…20∘{\displaystyle \beta =8…20^{\circ }} — для косозубых колёс, β=25…30∘{\displaystyle \beta =25…30^{\circ }} — для шевронных колёс)

Передаточное отношение — i{\displaystyle i}

Реечные зубчатые передачи:

Число зубьев колеса — z{\displaystyle z}

Модуль — m{\displaystyle m}

Угол наклона линии зуба, рейки — β{\displaystyle \beta } (β=∘{\displaystyle \beta =0^{\circ }} — для прямозубых колёс, β=8…20∘{\displaystyle \beta =8…20^{\circ }} — для косозубых колёс, β=25…30∘{\displaystyle \beta =25…30^{\circ }} — для шевронных колёс)

Конические зубчатые передачи

Число зубьев шестерни — z1{\displaystyle z_{1}}

Число зубьев колеса — z2{\displaystyle z_{2}}

Внешний окружной модуль — me{\displaystyle m_{e}}

Передаточное число — i{\displaystyle i}

Червячные передачи:

Модуль — m{\displaystyle m}

Коэффициент диаметра червяка — q{\displaystyle q}

Число витков червяка — z1{\displaystyle z_{1}}

Вид червяка — (архимедов (ZA), эвольвентный (ZI), конволютный (ZN), шлифуемый конусным кругом (ZK), шлифуемый торовым кругом (ZT))

Передаточное отношение — i{\displaystyle i}

Основные виды зубчатых передач

В различных областях промышленности и приборостроения активно применяются все разновидности зубчатых передач. Ежегодно подобные механизмы производятся миллионными партиями. Сфера их использования настолько обширна, что найти прибор, в работе которого применяется вращательное движение без помощи зубчатых соединений, достаточно проблематично.

По конструктивному исполнению зубчатые передачи подразделяются на следующие категории:

• Цилиндирическая. Используется наиболее часто, так как имеет более простую относительно других типов технологию производства шестерен. Цилиндрическая зубчатая передача применяется для передачи крутящего момента между валами, которые находятся в параллельных плоскостях. Может иметь несколько форм зубьев: прямые, косые и шевронные. Данный вид передач нашел свое применение в двигателях внутреннего сгорания, коробках передач подвижных составов, станков, буров. Он широко распространен в металлургии, машиностроении и других сферах промышленности.
• Коническая. Получила свое название за счет необычной конструкции колесных пар. Имеет форму срезанного конуса, на котором нарезаны зубья. Величина профиля зубьев уменьшается от основания к вершине. Коническая зубчатая передача используется в сложных и комбинированных механизмах, для которых характерны частые изменения нагрузок и углов вращения. Примерами могут служить ведущие мосты автотранспорта, сельскохозяйственной техники или железнодорожных составов, приводы различных промышленных станков.
• Реечная. Используется для преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот. При этом одна из шестерен заменяется плоскостью с нарезанными зубьями. Реечная передача проста в производстве и установке, способна выдерживать значительные нагрузки. В основном она применяется в механизме станков, основанных на поступательном движении: прессы, транспортеры с попеременной подачей, рулевые механизмы управления в переднеприводных автомобилях.

Любой вид зубчатых передач отличается продолжительным эксплуатационным периодом и надежностью работы (при соблюдении определенного уровня нагрузки и своевременном обслуживании). Сравнительно небольшой механизм способен обеспечить высокий КПД, благодаря чему и применяется для широкого круга задач.

Конструкция зубчатого колеса

Встречается просто огромное количество разновидностей шестерен, все они характеризуются своими определенными особенностями. Среди конструкционных особенностей отметим следующие моменты:

1. При изготовлении цилиндрических и конических шестерен с прямым зубом рабочая часть создается заодно целое с валом. Это связано с тем, что размеры конструкции существенно уменьшаются. За счет создания такой конструкции можно получить деталь с высокой точностью и износостойкостью.
2. Встречаются и шестерни насадного типа. Они весьма распространены в случае, когда диаметр рабочей части большой. За счет установки насадного варианта исполнения есть возможность проводить обслуживание конструкции.
3. При диаметре менее 500 мм изделие получается методом ковки и отливки, а также при применении технологии сварки. Вариант исполнения более 500 мм изготавливаются методов отливки и сварки.
4. Клепанные или свертные колеса могут устанавливаться в случае, если есть необходимости в экономии используемого материала.

Конструктивными особенностями подобного варианта исполнения можно назвать:

1. В качестве заготовки применяется диск определенной толщины.
2. В центральной части есть посадочное отверстие с прорезью для шпонки. Как правило, оно имеет достаточно большую кайму.
3. Рабочая часть представлена зубьями, которые могут быть расположены прямо или под углом. При этом геометрия зуба может существенно отличаться, все зависит от области эксплуатации.

Изготовление цилиндрических зубчатых колес проводится при применении специального оборудования. Примером можно назвать зубонарезные станки, которые работают по методу обкатки. Стоит учитывать, что процесс изготовления конических зубчатых колес существенно отличается.

В чем заключаются сходства между шестерней и зубчатым колесом

Между шестерней и зубчатым колесом можно отметить несколько схожих моментов:

• Как и шестерня, зубчатое колесо может быть как ведомым, так и ведущим элементом в общей системе.
• У шестерни и у зубчатого колеса форма может быть как цилиндрической, так и конической, все зависит от той функции, которую конкретная деталь выполняет.
• При помощи шестеренки и зубчатого колеса можно маневрировать на почве скорости вращательного элемента, либо уменьшая ее, либо увеличивая.
• Шестеренки и зубчатые колеса одинаково эффективно можно использовать на электрических и бензоинструментах, однако больше всего используют именно шестеренки, так как они обеспечивают устойчивость механизма.
• Шестеренка и зубчатое колесо могут использоваться для запуска вращательных осей.

Внешние сходства между шестеренкой и зубчатым колесом обоснованы также еще тем, что зачастую эти два элемента могут выполнять схожие функции и быть взаимозаменяемыми в определенных системах и механизмах.

Применение

Высокие свойства зубчатых передач нашли отражение в широком спектре применений. Во многих промышленных механизмах используются редукторы, призванные понизить  число оборотов вращения вала двигателя, для передачи на технологическое оборудование. Помимо изменения скорости, такое устройство также увеличивает механический момент. В итоге маломощный двигатель с большой скоростью вращения, способен приводить в движение медленный и тяжелый механизм.

С целью уменьшения габаритов редуктора его часто выполняют многоступенчатым. Большое количество зубчатых колес входят в последовательное зацепление между собой, обеспечивая высокое передаточное число. Классическим примером подобного устройства являются обычные механические часы. Благодаря множеству специально подобранных передач, скорости движения секундной, минутной и часовой стрелок отличаются друг от друга ровно в 60 раз.

Меняя один комплект на другой, можно получить разные скорости выходного вала. Этот принцип действия лег в основу коробок переключения передач, широко используемых в автомобилестроении, станкостроении и других отраслях.

Обычное зубчатое колесо допускает применение и для повышения скорости выходного вала относительно входного. В общем случае для этого достаточно развернуть редуктор или поменять местами точки подключения двигателя и конечного механизма.  Называется подобное устройство мультипликатор. Из особенностей его применения необходимо учитывать запас по мощности двигателя, сопоставимый с передаточным числом механизма.

Зубчатые колеса используются также  для изменения направления движения. Две цилиндрические шестерни с одинаковым числом зубьев реализуют функцию смены направления вращения вала. Передачи конической или корончатой конструкции используются в случае необходимости смены положения оси в пространстве. Ведущая и ведомая шестерни в таких механизмах развернуты друг относительно друга на какой-либо угол, значение которого может достигать 90 градусов. При этом передаточное отношение часто равно единице, что обеспечивает одинаковые скорости валов.

Наряду с простыми вариантами передач, содержащих зубчатые колеса, разработаны несколько специальных моделей. С целью снижения материалоемкости, в механизмах с ограниченным углом поворота, используют только часть зубчатого колеса. Такой сектор, обладая всеми основными свойствами зубчатого зацепления, отличается более низкой  массой и стоимостью.

Еще один вариант, называемый планетарной передачей, также характеризуется малым весом и габаритами. При этом устройство обеспечивает высокое значение передаточного числа и пониженный уровень шума в процессе работы. Конструктивно такая передача состоит из нескольких шестерен, имеющих разную степень свободы. За счет этого механизм может не только передавать вращение, но и складывать или выделять угловые скорости разных валов, находящихся на одной оси. Сегодня разработано большое число вариантов планетарных передач,  отличающихся типом и взаимным расположением зубчатых колес. Планетарные передачи широко применяются в автомобильной и авиационной технике, тяжелом металлорежущем оборудовании. Среди недостатков, сдерживающих распространение передач данного типа, следует отметить низкий КПД и высокие конструктивные требования к точности изготовления отдельных деталей.

2.1 Описание зубчатых передач

Зубчатые передачи
являются разновидностью механических
передач, работающих на принципе
зацепления. Их используют для передачи
и преобразования вращательного движения
между валами.

Зубчатые передачи
отличаются высоким КПД (для одной ступени
– 0,97-0,99 и выше), надежностью и длительным
сроком службы, компактностью, стабильностью
передаточного отношения из-за отсутствия
проскальзывания. Зубчатые передачи
применяют в широком диапазоне скоростей
(до 200 м/сек), мощностей (до 300 МВт). Размеры
зубчатых колес могут быть от долей
миллиметра до нескольких метров.

К недостаткам
можно отнести сравнительно высокую
сложность изготовления, необходимость
нарезания зубьев с высокой точностью,
шум и вибрация при высоких скоростях,
большую жесткость, не позволяющая
компенсировать динамические нагрузки.

Передаточные числа
в редукторных передачах могут достигать
8, в открытых передачах – до 20, в коробках
передач – до 4.

По
расположению зубьев различают передачи
с наружным и внутренним зацеплением.

Конструктивно
зубчатые передачи большей частью
выполняются закрытыми в общем жестком
корпусе, что обеспечивает высокую
точность сборки. Лишь тихоходные передачи
(v < 3
м/сек) с колесами значительных размеров,
нередко встроенных в конструкцию машин
(например, в механизмах поворота подъемных
кранов, станков), изготавливаются в
открытом исполнении.

Чаще всего зубчатые
передачи применяют в качестве
замедлительных (редукторов), т.е. для
уменьшения частоты вращения и увеличения
вращающего момента, но также с успехом
используются для повышения скорости
вращения (мультипликаторы).

Для предохранения
рабочих поверхностей зубьев от заедания
и абразивного износа, а также для
уменьшения потерь на трение и связанного
с этим нагревания, применяют смазку.
Закрытые передачи обычно смазываются
жидкими минеральными маслами, окунанием
колес или принудительной подачей масла
к зацепляющимся зубьям. Открытые передачи
смазываются консистентными смазками,
периодически наносимыми на зубья.

Геометрические параметры

Построенные проекта будущего колеса начинается с расчета его параметров.

Рассмотрим параметры эвольвентного зацепления:

• шаг;
• модуль;
• число зубьев;
• угол профиля;
• коэффициент смещения.

Шаг бывает двух видов:

1. Окружной — длина между равнорасположенных точек на соседних зубьях.
2. Угловой – центральный угол, характеризрующий дугу делительной окружности.

Модуль — диаметр круга шестерни в миллиметрах, измеряемый к одному зубу. Делится на три вида: начальный (показатель окружности колеса начальной поверхности), основной и делительный (окружность колеса со стандартными значениями модуля и шага).

Число зубьев может быть разное, и зависит от диаметра шестерни, технических параметров и свойств готового механизма. К их параметрам можно отнести:

• толщина зуба;
• ширина впадины;

Угол профиля определяется между определенной точкой зуба, которая лежит на делительной окружности шестерни и вектором, прочерченным к точке от центра круга.

Подобное сцепление используется в различных сферах. Его легко встретить в машиностроении (в коробках передач автомобилей, в строительной, военной, сельскохозяйственной технике, судостроении, гидронасосах, лебедках и часовых механизмах).

На сегодняшний день можно найти множество разновидностей подобных шестерен, которые имеют различные свойства и геометрию

При выборе зубчатых колес в первую очередь нужно обращать внимание на прочность и шумовые характеристики

Особого внимания требует твердость метала, что особо важно для нормальной работы соответствующего механизма

Основные показатели для выбора механических передач

Выбор типа передачи — сложная конструкторская задача. Нужно подобрать вид и спроектировать механизм, наиболее полно удовлетворяющий техническим требованиям, сформулированным для данного узла.

При выборе конструктор сопоставляет следующие основные факторы:

• опыт предшествующих аналогичных конструкций;
• мощность и момент на валу ;
• число оборотов на входе и на выходе;
• требуемый К.П.Д.;
• массогабаритные характеристики;
• доступность регулировок;
• плановый эксплуатационный ресурс;
• себестоимость производства;
• стоимость обслуживания.

При высоких передаваемых мощностях обычно выбирают многопоточный зубчатый вид. При необходимости регулировки числа оборотов в широком диапазоне разумно будет выбрать клиноременной вариатор. Конечное решение остается за конструктором.