Зубчасті передачі широко поширені і в промислових агрегатах, і в побутових приладах. Вони виступають проміжною ланкою між джерелом вращательно-поступального руху і вузлом, виступаючим кінцевим споживачем цієї енергії. Причому передана потужність може обчислюватися як мізерно малими одиницями (годинникові механізми і вимірювальні прилади), так і величезними зусиллями (турбіни електростанцій).
Види передачі руху
Двигун, що генерує енергію, і кінцевий агрегат, її споживає, часто відрізняються за такими характеристиками, як швидкість обертання, потужність, кут додатку зусилля. Крім того, одне джерело обертальної енергії може служити для приведення в дію відразу декількох різних вузлів або агрегатів. Щоб забезпечити доставку крутного моменту в таких умовах, необхідні проміжні модулі, які б передавали це зусилля з мінімальними втратами.
Якщо в результаті такої роздачі або перетворення обертів ведучого вала стають більше, ніж у веденого, то прийнято говорити про понижувальної передачі. В цьому випадку втрата швидкості компенсується збільшенням навантаження на відомою осі і приростом потужності споживає вузла. У разі, коли в кінцевому підсумку спостерігається збільшення кількості оборотів, така передача буде підвищує. Відповідно, це буде супроводжуватися зниженням зусилля на відомому валу.
Особливості зубчастого механізму
Ремінна передача передбачає наявність між шківами на пов`язаних валах проміжної ланки - гнучкого ременя. Зубчастий механізм від такого з`єднання відрізняється наявністю на поверхні сполучених деталей зубів зачеплення. За профілем і розміром вони ідентичні.
Головка зуба колеса входить в зачеплення з повторює її профіль западиною на шестерні. При обертанні ведучого вала ведений провертається в протилежну сторону. Між ними конструктивно передбачений мінімально можливий зазор, що забезпечує ковзання, теплове розширення і мастило для недопущення заклинювання. При цьому провідна частина парного механізму називається колесом, а ведена - шестернею.
У пасової передачі площину зачеплення ременя зі шківом становить не менше третини довжини окружності. У зубчастому механізмі між ведучим колесом і відомою шестернею під навантаженням в постійному контакті знаходиться одна пара зубів. Колеса і шестерні на валах зазвичай монтуються на шпонкових з`єднань.
переваги
Зубчасті передачі мають широке поширення. Вони довговічні і надійні в роботі при дотриманні допустимих рівнів навантажень і належний рівень обслуговування. Малогабаритний механізм забезпечує високий коефіцієнт корисної дії і може застосовуватися для широкого кола зміни швидкостей.
Наявність зубів зачеплення дозволяє домагатися сталості передавальних відносин між сполученими валами через відсутність можливості їх прослизання. При цьому навантаження на вали не перевищують допустимих меж.
недоліки
Зубчасті передачі мають і ряд особливостей, які можуть бути віднесені до їх недоліків. У плані експлуатації - такий механізм шумить при високій швидкості обертання. Він не може гнучко реагувати на мінливу навантаження, тому що являє собою жорстку конструкцію з точним регулюванням.
У технологічному плані - це складність виготовлення пар коліс зачеплення. Для такого виду передач потрібна підвищена точність, так як зуби знаходяться в зачепленні при постійно змінюється напрузі. В таких умовах можливі втомні руйнування матеріалу.
Це відбувається при перевищенні допустимих навантажень. Зуби можуть фарбуватися, частково або повністю ламатися. Відкололися осколки потрапляють в механізм, пошкоджують сусідні сполучаються ділянки, що призводить до заклинювання і виходу з ладу всього вузла.
види
Найбільшого поширення набула циліндрична зубчаста передача. Її застосовують у вузлах і механізмах з паралельним розташуванням валів. За конструктивними особливостями розрізняють зуби з прямим, косим і шевронним профілем.
Для перехрещуються валів використовують червячную, кручені циліндричну передачі, а для пересічних - конічну. Рейкова передача відрізняється тим, що шестерня в загальному парному механізмі замінюється робочою площиною. При цьому на ній нарізані зуби, ідентичні за профілем колеса. В результаті обертальний рух перетворюється в поступальний.
Також поділяють передачі по швидкості обертання: тихохідні, середні і швидкісні. За призначенням їх ділять на силові і кінематичні (залишають поза передачею значної потужності). Крім того, зубчасті передачі можуть класифікуватися за величиною передавального числа, рухливості осей (рядові і планетарні), числу ступенів, точності зачеплення (12 класів), способом виготовлення. За формою профілю зуба можуть бути евольвентні, циклоїдальні, цівкові, кругові.
застосування
Всі види зубчастих передач широко використовуються в різних галузях промислового виробництва. Річне виробництво різних колісних пар обчислюється мільйонами. Сфера їх застосування настільки широка, що рідкісний прилад, механізм або агрегат, який використовує в роботі обертальний рух, не має в своєму складі того чи іншого виду зубчастого рухомого з`єднання.
Циліндрична зубчаста передача використовується для перетворення обертального руху із знижуючим або коефіцієнтом. Приклади: двигуни внутрішнього згоряння, коробки передач в рухомому складі, верстатобудуванні, буровому, металургійному, гірничодобувному виробництві і всіх видах промисловості.
Конічна зубчаста передача використовується в меншій мірі через складність в процесі виготовлення колісних пар. Застосовується в складних і комбінованих механізмах, де присутня обертальний рух зі змінними кутами і зміною навантажень. У спеціальних редукторах зазвичай використовуються конічні зубчасті передачі. Приклади: провідні мости автомобілів, сільгосптехніки, локомотивів, колісні пари конвеєрів, приводи різного промислового устаткування.
циліндричні передачі
Застосовуються найбільш широко, так як технологія виготовлення колісних пар порівняно проста і відпрацьована. Циліндрична зубчаста передача використовується для передачі крутного моменту між валами, розташованими в паралельних площинах. Розрізняються за формою зубів: з прямим розташуванням, косим і шевронним. У рідкісних випадках при перехрещенні валів і незначних навантаженнях використовується гвинтовий профіль.
Зуби прямого розташування використовуються найбільше. Їх застосовують для передачі крутного моменту з незначною або середнім навантаженням, а також у випадках, коли є необхідність зміщення коліс в процесі роботи вздовж осі вала. Косі зуби застосовують для плавності ходу. Їх використовують для відповідальних механізмів і при підвищених навантаженнях. Шеврон профіль (два ряди косих зубів по краях, розташованих у формі ялинки) відрізняється високою врівноваженістю осьових сил зсуву, які є недоліком косозубих колісних пар.
Прямозубиє циліндричні передачі можуть бути відкритого і закритого типу. В останньому випадку зуби одного з коліс розташовуються не на зовнішній, а на внутрішній поверхні кола.
конічна передача
В умовах, коли крутний момент від джерела до потребляющему вузлу потрібно доставляти з кутовим зміщенням, використовують пересічні вали. Їх осі найчастіше знаходяться під кутом 90 градусів. У таких випадках зазвичай застосовується конічна левередж.
Називається так через конструктивних особливостей пар шестерень. Вони мають форму зрізаного конуса і сполучаються своїми бічними площинами, на яких нарізаються зуби. За профілем вони вище біля основи і зменшуються у напрямку до вершини.
Зубчастий вінець може мати пряму, тангенціальну або криволінійну нарізку. Якщо за профілем він виконаний у вигляді гвинтової спіралі, і вали крім перетину ще мають і осьовий зсув, то така конічна передача називається гипоидной. Вона володіє плавністю ходу і низьким рівнем шуму, але має підвищену схильність до заїдання, тому для неї використовуються спеціальні мастильні матеріали.
У порівняння з циліндричними передачами конічні можуть забезпечити лише 85% їх несучої здатності. За технологією виготовлення і збірки вони є найскладнішими. Однак можливість передачі крутного моменту з кутовим зміщенням робить їх незамінними в складних вузлах і механізмах.
Рейкова і ремінна зубчаста передача
Коли потрібно перетворити обертальний рух в поступальний або навпаки, одне з коліс замінюється площиною з нарізаними зубами. Рейкова передача відрізняються простотою виготовлення і монтажу, надійністю і хорошими навантажувальними характеристиками. Застосовується в верстатобудуванні і для приводів, де використовується поступальний рух: довбальні верстати, транспортери з попеременной подачею.
Зубчасто-ремінна передача - це гібридна модель, що увібрала позитивні якості обох видів. Відрізняється постійністю передавального числа через відсутність прослизання. Тиха робота при високих оборотах і навантаженнях досягається шляхом використання гнучких ременів з сердечником. Часто використовуються в приводах електродвигунів.
На парних шківах вузла агрегату і на еластичному ремені, їх сполучному, є ідентичні за профілем зуби. Передача працює не за принципом тертя, а використовується механізм зачеплення. При цьому з одного боку відпадає необхідність сильного натягу між шківами і точного регулювання, з іншого - мастила між сполучаються металевими деталями.
матеріал
Зубчасті передачі повинні мати надійністю в роботі при різних швидкостях і навантаженнях, міцністю зубів, їх зносостійкість і здатністю протистояти заїдання. В якості основного матеріалу для колісних пар виступає сталь. Вона може піддаватися термообробці або мати в своєму складі легуючі добавки і домішки. Як матеріал для тихохідних механізмів, що мають великі габарити і відкритий тип конструкції, може виступати чавун.
Для запобігання заїдання парні колеса виготовляють з різного по фортеці матеріалу. Якщо для колеса і шестерні використовується високовуглецева сталь, то використовують різну ступінь їх термообробки. Також застосовується бронза, латунь, капролон, текстоліт, пластики і формальдегіди.
виготовлення
Заготовки для колісних пар зубчастих передач можуть бути виготовлені методом лиття або штампуванням. Надалі вони піддаються додатковій обробці, і проводиться нарізування зубів. Використовують для цього дискові і пальцеві фрези, фасонні шліфувальні круги.
Механізм зубчастої передачі конічного типу можна виготовити методом чистової прорезки фрезою або шліфуванням, так як профіль виступів і западин не постійний. Це можна робити лише на початковому етапі чорнової обробки. Подальша доведення проводиться на верстатах в процесі обкатки з зачепленням. Для цього використовується парне колесо з високоміцного матеріалу, який повторює основний профіль. Воно виступає в ролі ріжучого інструменту.
Вуглецеві сталі піддають гарту, цементації, азотування або ціанування. Для невідповідальних вузлів термообробка може проводитися після нарізування зубів. Для колісних пар високої точності потрібна додаткова фінішна шліфовка або обкатка.
обслуговування
При нормальній роботі зубчастий механізм працює плавно, а процес супроводжується монотонним помірним шумом. Наявність сторонніх звуків і нерівномірність обертання свідчать про знос поверхонь, що входять в зачеплення, або порушенні регулювання.
Під час проведення технічного обслуговування при огляді перевіряють відсутність тріщин, поломок зубів або їх відколів. Особлива увага звертається на правильність зачеплення колісних пар і відсутність зазорів. При роботі перевіряють торцеве биття і контролюють поверхні тертя.
Правильність зачеплення визначають нанесенням фарби на зуби передачі. Поки вона не засохла, вали провертають кілька разів і оглядають місця зіткнення робочих поверхонь. За формою відбитка (він повинен бути в формі еліпса) визначають загальний стан передачі.
Звертають увагу на точки дотику. Вони повинні бути приблизно в середній частині висоти зуба. Пляма фарби повинно займати 70 - 80% його довжини. Регулювання в основному зводиться до збільшення або зменшення товщини прокладок під підшипниками.
Залежно від типу вузла мастило відкритого механізму може проводитися періодично вручну пластичним матеріалом. Для закритих конструкцій вона здійснюватися примусово розбризкуванням або зануренням частини вінця робочого колеса в ванну з мастилом.
Параметри зубчастої передачі
Для характеристики механізму зачеплення визначають діаметри ділильного і основного кола, міжосьова відстань і можливе зміщення валів. Взаємозв`язок кількості зубів ведучого і веденого колеса визначає передавальне відношення. Воно за вихідними даними дозволяє обчислити обертів для пари зачеплення.
колесо зубчастої передачі спочатку характеризується числом зубів і модулем. Він стандартизований і відображає довжину ділильної окружності, що припадає на один зуб. Визначають діаметри виступів і западин. Розраховують загальну довжину, висоту і товщину зуба, а також окремих його частин - головки і ніжки.
Розраховується ділильний діаметр. Використовується коефіцієнт ширини зубчастого вінця. У випадку з косими зубами визначаються з кутом їх нахилу. Потрібно враховувати, що в конічних і циліндричних передачах він різний.
Крім перерахованого ще використовується кут профілю, коефіцієнт торцевого перекриття і зміщення, лінії зачеплення. для черв`ячних передач розраховують число витків, діаметр і вид черв`яка.
Розрахунок зубчастої передачі
Перед проектуванням слід вивчити вихідні дані і визначитися з умовами планованої експлуатації механізму. Враховується вихідний контур, тип і вид передачі, її розташування у вузлі, допустимі навантаження, матеріал для колісних пар і їх термічна обробка. На цьому етапі береться до уваги частота обертання валів і їх діаметри, крутний момент, передавальне число.
Щоб розрахуватися зубчастої передачі, потрібно визначитися із загальним модулем зачеплення, числом зубів для шестерні і колеса, їх профілем, кутом нахилу і розташуванням. Визначають міжосьова відстань, вибирається ширина зубчастих вінців пари.
Розраховуються геометричні показники верстатного зачеплення, для якого проектується левередж. Креслення повинен відображати не менше двох проекцій: фронтальний і бічний вид зліва з нанесеними промірами. Додатково складається таблиця основних геометричних і конструктивних параметрів, будуються графіки.
Значення розраховують за формулами, таблицями, застосовують коефіцієнти і співвідношення, при цьому використовуються вихідні дані колеса і шестерні. В алгоритмі розрахунків для окремих передач може бути присутнім до п`ятдесяти і більше кроків і логічних етапів. Оптимальним вирішенням питання детального проектування є використання спеціалізованої комп`ютерної програми.
Розміри пазів під шпонки або шліци підбирають за стандартами. На загальному плані креслення монтажу коліс на валах розробляють окремо.
стандарти
Нормуються чи зубчасті передачі? ГОСТ, що діє в даний час, визначає допустимі відхилення для готових колісних пар. Точність заготовок встановлюється в залежності від технологічних особливостей і може регулюватися для кожної галузі або заводу-виготовлювача окремо.
Для кожного виду зубчастих передач існують норми взаємозамінності. Окремі стандарти втратили актуальність взагалі, деякі діють лише в окремих регіонах. Проте, норми, розроблені раніше, використовуються для загальної термінології, позначень, порядку розроблення документації та побудови креслень.
ГОСТи регулюють параметри розрахунків геометрії зубчастих колісних пар, їх модулі, вихідні контури, ступеня точності і види сполучень. Інші нормативи встановлюють стандарти на окремі елементи деталей, а треті - на вже готові вузли і агрегати.
