Зубчатые передачи. Геометрические параметры зубчатых передач. Линия зацепления и силы в зацеплении

Зубчатые передачи.

Состоят из двух или более колес с зубьями. В зависимости от формы колес зубчатые передачи бывают конические и цилиндрические, а в зависимости от расположения колес с внешним или внутренним зацеплением. В зависимости от расположения зуба : прямозубые, косозубые, шевронные, винтовые. По форме бокового профиля зубьев: эвольвентные, круговые (зацепление Новикова). В современном машиностроении наибольшее распространение получили передачи с эвольвентными зубьями как наиболее экономичными при изготовлении. Передача с круглыми зубьями благодаря высокой нагрузочной способности весьма перспективны.  По конструктивному исполнению могут располагаться вне корпуса (т.е. иметь легкое ограждение) – открытые. Либо работать в корпусе  (изолированные от внешней среды)- закрытые. Открытые передачи работают без смазывания или при периодическом смазывании при небольших скоростях до 3м/с. Закрытые передачи работают с обильным смазыванием при скоростях 3-15м/с. Скорости так же могут быть 15-40м/с. Крутящий момент передается за счет зацепления зубьев.

Достоинства: обеспечивают постоянное передаточное число, компактны, передачи практически любой мощности, высокий КПД (0,97-0,98), большой срок службы и простота ухода.

Недостатки: дорогостоящее изготовление, требуется постоянная смазка, много шума, в паре работает шестерня- меньшее из колес и зубчатое колесо.

Материал изготовления колес: зубчатые колеса изготавливают из углеродистых и легированных сталей, чугунов и пластмасс. Основной материал- сталь(сталь5,6, 25, 45, 50, 35Х, 40Х). В зависимости от твердости зубчатые колеса делятся на две группы:

1)  в слабо и средне нагруженных передачах . Колеса при такой твердости хорошо прирабатываются и не подвержены характерному разрушению.

2) HB>350 Высокая твердость рабочих поверхностей. Зубья при такой твердости не прирабатываются и применяются для тяжело нагруженных передач. Чугуны применяются для изготовления тихоходных открытых передач. Пластмасс применяют в быстроходных слабонагруженных передачах. Зубчатые колеса из пластмасс отличаются плавностью и бесшумностью.

Изготовление колес: Зубчатые колеса изготавливают преимущественно методом нарезания на универсальных фрезерных и специальных станках. Способы нарезания: обкатка, копирование. При методе копирования фрезы: дисковые, пальцевые. Этот метод малопроизводительный. Более прогрессивный метод обкатки. Используется инструмент: рейки, долбяки и червячные фрезы- самые производительные.

Минимальное число зубьев колеса =17 при нормальной высоте зуба h. .

Форма зуба при расчетах учитывается коэффициентом Y. Выбирается по таблицам в зависимости от числа зубьев.

Геометрические параметры зубчатых передач:

-головка зуба; -ножка зуба; h- высота зуба; - толщина зуба по делительной окружности; -ширина впадины; -окружной шаг; - делительный диаметр; -диаметр вершин зубьев; - диаметр впадин;- длинна окружности по делительному диаметру;- окружной модуль; Стандартные значения модулей представлены в ГОСТ9563-60 первый и второй ряды в мм.

Линия зацепления и силы в зацеплении:

Точка А- полюс. Траектория общей точки контакта зубьев называется линией зацепления. Она наклонена к перпендикуляру, проведенному к межосевой линии под углом . В полюсе зацепления делительные диаметры касаются друг друга. Давление одного зуба на другой направлено по линии зацепления.- сила действующая в зацеплении со стороны шестерни на колесо; - со стороны колеса на шестерню;- окружная сила шестерни и колеса действует по касательной к окружности, для колеса совпадает с направлением вращения, а для шестерни противоположно вращению; - радиальные силы действуют по радиусу, от полюса к диаметру одноименных колес. ; .

Напряжения действующие в зубьях зубчатых колес:

-контактные напряжения; - напряжения изгиба;

Виды разрушения зубьев:

Они разрушаются под действием сил : 1) излом зуба вследствие напряжения ; 2) поверхностное выкрашивание зуба в следствии ; 3) абразивный износ при попадании абразивных частиц на зубья; 4) заедание материала при высоких температурах >70-80⁰ . В процессе работы необходимо правильно подбирать материал и смазывать.

Расчет зуба на изгиб:

- напряжение изгиба; -изгибающий момент;=1…1,4- коэффициент  учитывающий характер приложения нагрузки; - момент сопротивления; - длина зуба (ширина венца); . Расчет зуба на изгиб характерен для открытых передач. ; - коэффициент ширины (0,2-1,2); - ширина колеса; - делительный диаметр. Основной расчетный параметр модуль. ,мм – формула получается путем преобразования основного уравнения прочности при изгибе. Полученное значение следует округлить до стандартного в большую сторону. - крутящий момент на валу шестерни Н*мм;           - допускаемое напряжение для материала рассчитываемых колес МПа; - коэффициент формы зуба; -число зубьев шестерни;  Значения  и  подставляются в формулу для менее прочного колеса. Это показывает сравнительная оценка прочности зубьев:  и , мене прочным окажется то колесо для которого это отношение окажется больше. Если материал колеса и шестерни одинаков ( при одинаковой обработке ), то менее прочным всегда является зуб шестерни. ; - предел изгибной выносливости; - коэффициент запаса прочности =1,7-2,3; - коэффициент долговечности, для длительно работающих передач = 1; Для односторонне нагруженных колес =1, для реверсивных =0,75.