Alp22.ru

Промышленное строительство
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Делительная окружность зубчатого колеса это

Делительная окружность зубчатого колеса это

Начальными окружностями сопряженной пары зубчатых колес называются соприкасающиеся окружности, описанные из центров колес и катящиеся одна по другой без скольжения.

Основной окружностью называется окружность, разверткой которой является звольвентная профильная линия зуба в сечении, перпендикулярном к оси зубчатого колеса.

Полюсом зацепления называется точка касания начальных окружностей сопряженной пары зубчатых колес.

Линией зацепления называется общая касательная к основным окружностям, проходящая через полюс зацепления.

Длиной зацепления называется отрезок линии зацепления, расположенный между началом и концом касания сопряженных профилей.

Линией центров называется прямая линия, соединяющая центры двух сопряженных колес.

Межцентровым расстоянием А называется расстояние между центрами и двух сопряженных зубчатых колес.

Углом зацепления называется угол между линией зацепления и перпендикуляром к линии центров. В СССР принят стандартный угол зацепления

Делительной окружностью называется окружность, описанная из центра колеса, на которой шаг и угол зацепления изделия в торцевом сечении равны теоретическому шагу и углу зацепления режущего инструмента.

Начальная окружность в период нарезания называется делительной окружностью. У нормальных зацеплений начальная окружность совпадает с делительной.

Делительным цилиндром называется цилиндр, поперечное сечение которого ограничено делительной окружностью.

Нормальным шагом называется кратчайшее расстояние по делительному цилиндру между одноименными профилями двух смежных зубьев колеса.

Торцевым шагом называется расстояние по делительной окружности между одноименными профилями двух смежных зубьев колеса в торцевом сечении.

У прямозубых колес существует только одно понятие — шаг, так как торцевой шаг совпадает с нормальным шагом

Основным шагом называется расстояние по основной окружности между одноименными профилями двух смежных зубьев. Толщиной зуба по делительной окружности S называется длина дуги делительной окружности между профилями зуба. Шириной впадины называется расстояние по делительной окружности между разноименными сторонами двух смежных зубьев.

Длиной зуба цилиндрического колеса с прямыми зубьями называется расстояние между торцевыми поверхностями.

Головкой зуба называется часть зуба, расположенная снаружи делительной окружности. Окружностью выступов называется окружность, ограничивающая высоту зуба.

Ножкой зуба называется часть зуба, расположенная между телом зубчатого колеса и делительной окружностью.

Окружностью впадин называется окружность, ограничивающая впадины зубьев.

Высотой головки называется расстояние, измеренное по радиусу между окружностями делительной и выступов.

Зубчатое колесо. Основные параметры. Чертеж

Ни один хороший механизм не может быть построен без такой детали, как зубчатое колесо (или, иначе, шестерня). Правильное понимание того, как шестерни влияют на такие параметры, как крутящий момент и скорость вращения, очень важно. Ниже будет рассказано об азах зубчатых передач и о том, как правильно их использовать.

Механическое преимущество: крутящий момент против скорости вращения

Зубчатые передачи работают по принципу механического преимущества. Это значит, что с помощью использования шестерен различных диаметров вы можете изменять скорость вращения выходного вала и вращающий момент, развиваемый приводным двигателем.

Любой электродвигатель имеет определенную скорость вращения и соответствующий его мощности крутящий момент. Но, к сожалению, для многих механизмов предлагаемые на рынке и подходящие по стоимости асинхронные двигатели обычно не обладают желаемым соотношением между скоростью и моментом (исключением являются сервоприводы и мотор-редукторы с высоким моментом). Например, вы действительно хотите, чтобы колеса вашего робота-уборщика вращались со скоростью 3000 об/мин при низком крутящем моменте? Нет конечно, поэтому последний зачастую предпочтительнее скорости.

зубчатое колесо

Уравнение зубчатой передачи

Она обменивает высокую входную скорость на больший выходной крутящий момент. Этот обмен происходит по очень простому уравнению, которое можно записать так:

Момент входной * Скорость входная = Момент выходной * Скорость выходная

Скорость входную можно найти, просто просматривая табличку приводного электродвигателя. Момент входной легко определить по этой скорости и механической мощности из той же таблички. Затем просто подставим выходную скорость или требуемый крутящий момент в правую часть уравнения.

Например, предположим, что ваш асинхронный двигатель при моменте на выходном валу 0,5 Н∙м имеет скорость 50 об/с, но вы хотите только 5 об/с. Тогда ваше уравнение будет выглядеть так:

0,5 Н∙м * 50 об/с = Момент выходной* 5 об/с.

Ваш выходной крутящий момент будет 5 Н∙м.

Теперь предположим, что с тем же мотором вам нужно 5 Н∙м, но при этом требуется минимальная скорость 10 об/с. Как бы узнать, способен ли на это ваш мотор вместе с зубчатой передачей (т. е., по сути, мотор-редуктор)? Обратимся снова к нашему уравнению

0,5 Н∙м * 50 об/с = 5 Н∙м * Скорость выходная,

Скорость выходная = 5 об/с.

Итак, вы определили, используя простое уравнение, что при показателе Момент выходной =5 Н∙м обеспечить скорость выходную в 10 об/с ваша зубчатая передача не способна. Вы только что сохранили себе кучу денег, так как не потратили их на механизм, который никогда не заработал бы.

параметры зубчатого колеса

Передаточное число зубчатой передачи

Мы записали уравнения, но как механически поменять местами крутящий момент и скорость? Для этого нужны две шестерни (иногда больше) различных диаметров, чтобы иметь конкретное передаточное число. В любой паре шестерен большее зубчатое колесо будет двигаться более медленно, чем меньшее, но оно будет передавать на выходной вал больший крутящий момент. Таким образом, чем больше величина разницы (или передаточное число) между двумя колесами, тем больше разница их скоростей и передаваемых крутящих моментов.

Передаточное число показывает, во сколько раз зубчатая передача изменяет скорость и вращающий момент. Для него, опять же, имеется очень простое уравнение.

Предположим, что передаточное число равно 3/1. Это будет означать, что вы увеличиваете ваш крутящий момент втрое, а скорость втрое снижаете.

Момент входной = 1,5 Н∙м, Скорость входная = 100 об/с,

Передаточное число = 2/3

Момент выходной = Момент входной * 2/3 = 1 Н∙м,

Скорость выходная = Скорость входная * 3/2 = 150 об/с.

Итак, на выходе передачи момент в полтора раза вырос, а скорость точно так же снизилась.

Достижение определенного передаточного числа

Если вы хотите достичь простой его величины, скажем 2 к 1, вы должны использовать две шестерни, одна из которых вдвое больше другой. Это не что иное, как отношение их диаметров. Если диаметр зубчатого колеса в 3 раза больше, чем у сцепленного с ним другого, то вы получите передаточное число 3/1 (или 1/3).

Читайте так же:
Насадки рашпильные для бормашины

Для гораздо более точного способа вычислить передаточное число подсчитайте отношение зубьев на шестернях. Если одна из них имеет 28 зубьев и другая — 13, вы получите передаточное число 28 / 13 = 2,15 или 13 / 28 = 0,46. Подсчет зубьев всегда будет давать вам наиболее точную величину.

Эффективность передач

К сожалению, в зубчатой передаче вы имеете определенные энергетические потери. Это обусловлено очевидными причинами, такими как трение, рассогласование углов давления, смазкой, зазорами (расстоянием между сцепленными зубьями двух шестерен), а также угловыми моментами и т. д. Различные типы передач, разные виды зубчатых колес, различные материалы и износ шестерен, – все это будет влиять на КПД передачи. Возможные их комбинации дадут слишком большой список, поэтому точную величину КПД передачи, которые вы используете, вы сможете найти в документации на нее.

Предположим, что вы используете два цилиндрических зубчатых колеса. Обычное КПД такой передачи примерно

90%. Умножьте это число на вашу скорость выходную и момент выходной, чтобы получить истинные выходные величины передачи.

Если (из предыдущего примера):

Передаточное число = 2/3

Момент выходной = Момент входной * 2/3 = 1 Н∙м,

Скорость выходная = Скорость входная * 3/2 = 150 об/с,

Истинный Момент выходной = 1 Н∙м * 0,9= 0,9 Н∙м,

Истинная Скорость выходная = 150 об/с * 0,9 = 135 об/с.

Направление вращения шестерен

Разрабатывая любую зубчатую передачу, нужно понимать, как она изменяет направление вращения выходного вала. Две сцепленные шестерни всегда будут вращаться в противоположных направлениях. Это означает, что если одна вращается по часовой стрелке, то другая всегда будет вращаться против нее. Это вполне очевидно. Но что делать, если у вас есть передача, скажем, из шести сцепленных шестерен? Правило здесь следующее: входной и выходной валы у передач с нечетным числом шестерен всегда вращаются в одном направлении, а при четном числе шестерен – в противоположном.

Конструкция и параметры зубчатого колеса

Оно содержит венец с зубьями, диск и ступицу. Имеется три наиболее важных его параметра: модуль, диаметр делительной окружности и количество зубьев. Какую же делительную окружность имеет зубчатое колесо? Чертеж цилиндрического колеса с типовыми эвольвентными зубьями показан ниже.

зубчатое колесо чертеж

Например, зубчатое колесо с 22 зубьями и диаметром 44 мм имеет модуль m = 2 мм. Сцепленные шестерни должны обе иметь один модуль. Значения их стандартизованы, и как раз на делительной окружности модуль данного колеса принимает свое стандартное значение.

Высота головки зуба одного колеса меньше высоты ножки зуба второго, зацепляющегося с ним, благодаря чему образуется радиальный зазор c.

Для обеспечения бокового зазора δ между двумя сцепленными зубьями сумма их толщин принимается меньше их окружного шага p. Радиальный и боковой зазоры предусматриваются для создания необходимых условий смазки, нормальной работы передачи при неизбежных неточностях изготовления и сборки, тепловом увеличении размеров передачи и т. п.

Расчет зубчатого колеса

Он всегда ведется в составе расчета конкретной зубчатой передачи. Исходными данными для него обычно являются мощность (или крутящий момент), угловые скорости (или скорость одного вала и передаточное число), условия работы (характер нагрузки) и срок службы передачи.

Дальнейший порядок относится к закрытой цилиндрической прямозубой передаче.

1. Определение передаточного числа u.

2. Выбор материалов колес в зависимости от условий работы, назначение термообработки и значения твердости рабочих поверхностей зубьев.

3. Расчет зубьев передачи на изгиб.

4. Расчет зубьев передачи на контактную прочность (прочности контактирующих поверхностей зубьев).

5. Определение межосевого расстояния aW из условия контактной прочности и округление его значения до стандартного.

6. Задание модуля из соотношения m = (0,01 — 0,02) х aW и округление его значения до ближайшего стандартного. При этом в силовых передачах желательно иметь m ≥1,5 – 2 мм.

7. Определение суммарного числа зубьев передачи, числа зубьев шестерни и колеса.

8. Выбор коэффициентов формы зубьев для шестерни и колеса.

9. Проверка прочности зубьев по напряжениям изгиба.

10. Проведение геометрического расчета передачи.

11. Определение окружной скорости колеса и назначение соответствующей точности зацепления.

Расчет зубчатого колеса в составе открытой зубчатой передачи несколько отличается от приведенного, но в основном последовательность его такая же.

Как обозначается точность изготовления зубчатых колес

При изготовлении любые их виды имеют ряд погрешностей, среди которых выделяют четыре основные:

  • кинематическую погрешность, связанную в основном с радиальным биением зубчатых венцов;
  • погрешность плавности работы, вызываемую отклонениями шага и профиля зубьев;
  • погрешность контакта зубьев в передаче, которая характеризует полноту прилегания их поверхностей в зацеплении;
  • боковой зазор между неработающими поверхностями зубьев.

Для контроля первых трех погрешностей стандартами установлены специальные показатели – степени точности от 1 до 12, причем точность изготовления увеличивается с уменьшением показателя. Для контроля четвертой погрешности изготовления имеются два показателя:

  • вид сопряжения зубчатых колес – обозначается литерами A, B, C, D, E, H;
  • допуск на боковой зазор – обозначается литерами x, y, z, a, b, c, d, e, h.

Для обоих показателей бокового зазора обозначения даны в порядке убывания его величины и допуска на него.

Условно точность зубчатых колес обозначается двумя способами. Если степень точности по первым трем погрешностям одинакова, то ставится один общий для них численный показатель степени точности, за которыми стоят литеры обозначения вида сопряжения и допуска на боковой зазор. Например:

8-Ас ГОСТ 1643 – 81.

Если точности по первым трем погрешностям разные, то в обозначении ставятся три численных показателя последовательно. Например:

5-4-3-Са ГОСТ 1643 – 81.

Типы зубчатых передач

Любое зубчатое колесо, независимо от его типа, делается и работает по одним и тем же вышеприведенным принципам. Однако различные их типы позволяют выполнить разные задачи. Некоторые виды передач обладают или высоким КПД, или высоким передаточным отношением, или же работают с непараллельными осями вращения шестерен, к примеру. Ниже приведены основные общие типы. Это не полный список. Также возможно и сочетание нижеприведенных типов.

Читайте так же:
Электрик с обучением вакансии

Примечание: Приведены только типичные КПД передач. Из-за многих других возможных факторов приводимые КПД должны использоваться только в качестве справочных величин. Часто производители приводят ожидаемые КПД в паспортах для своих передач. Помните, что износ и смазка будут также существенно влиять на эффективность передач.

Цилиндрические прямозубые колеса (КПД

Цилиндрическое зубчатое колесо имеет зубья, расположенные на цилиндрической поверхности. Передачи с ними являются наиболее часто используемыми типами благодаря своей простоте и максимальной эффективности среди всех других. Передаточное число для одной пары u ≤ 12,5. Не рекомендуется для очень высоких нагрузок, так как прямые зубья зубчатого колеса довольно легко ломаются.

цилиндрическое зубчатое колесо

Цилиндрические косозубые колеса (КПД

Они работают так же, как цилиндрические прямозубые, для передачи момента между параллельными валами, но у такой передачи более плавно происходит зацепление. Вследствие этого они создают меньше шума при работе и имеют меньшие габариты. У них большая нагрузочная способность. К сожалению, из-за сложной формы зубьев они, как правило, более дорогие.

виды зубчатых колес

Цилиндрические шевронные колеса

Являются разновидностью предыдущего вида. Чем отличается такое зубчатое колесо. Чертеж его показан ниже. Видно, что по ширине его венца расположены зубья с правым и левым наклоном, так что такие составные зубья зубчатого колеса по форме напоминает «шевроны». Эти колеса обладают всеми преимуществами косозубого их вида, плюс отсутствием осевых нагрузок. Они способны самоцентрироваться и не нуждаются в дорогостоящих радиально-упорных подшипниках для восприятия осевых нагрузок.

Конические зубчатые колеса (КПД

Зубья этих колес, располагающиеся на конических поверхностях, выполняют прямыми, косыми, круговыми (дугообразными). Эти передачи применяют для передачи момента между перекрещивающимися под разными углами валами. К сожалению, их КПД довольно низок, поэтому следует избегать их применения, если возможно.

конические зубчатые колеса

Червячные передачи (КПД

Это передача с винтом-червяком на одном валу и червячным колесом на втором, перпендикулярном первому, валу. Они имеют очень высокое передаточное число. В расчетах принимают во внимание то, что у червяка (однозаходного) имеется только один зуб (виток).

Размеры зубчатых колес нарезанных инструментом реечного типа

Рассмотрим основные геометрические размеры зубчатых колес, получаемые при их нарезании стандартным инструментом реечного типа.

Зависимости для определения основных геометрических размеров можно разделить на две категории:

1) размеры колес, формируемые при нарезании (в данном коротком курсе рассматривается только нарезание эвольвентных колес методом обката инструментом реечного типа).

Вывод соответствующих формул для определения этих размеров производится из рассмотрения зацепления нарезаемого колеса с производящим исходным контуром (рисунок 41). К ним относятся:

    (которая определяет форму эвольвенты),
  • диаметр окружности впадин,
  • толщина зуба на делительной окружности и на окружности произвольного радиуса,
  • шаг на основной окружности, положение граничной точки l на профиле зуба (точка, в которой начинается переходная кривая, плавно сопрягающая эвольвенту с окружностью впадин – рисунок 44).
  • диаметр делительной окружностиВ связи с ограниченным объемом времени на изучение курса ниже приводятся формулы для определения указанных размеров без изложения соответствующих выводов:
  • диаметр основной окружности
  • диаметр окружности впадин
  • — толщина зуба на делительной окружности колеса
  • толщина зуба на окружности произвольного радиуса

    здесь эвольвентный угол inv αY определяется через функцию косинуса
  • шаг на делительной окружности
  • шаг на основной окружности
  • угол профиля в граничной точке l

2) размеры, характеризующие зацепление пары колес. Эти размеры определяются из рассмотрения картины зацепления рассматриваемой пары (рисунок 39). К ним относятся – межосевое расстояние, угол зацепления, диаметры начальных окружностей, положение нижних точек рабочих участков профилей зубьев. Особое место занимает расчет диаметров вершин.

Диаметр вершин – это диаметр заготовки, на которой нарезаются зубья. В принципе он может быть назначен конструктором произвольно. Однако существуют различные системы расчета диаметров вершин. Наиболее часто применяется система расчета, при которой обеспечивается сохранение стандартного радиального зазора в зацеплении колес.

В этом случае диаметр вершин одного колеса зависит от межосевого расстояния и диаметра впадин сопряженного колеса. Поэтому данный параметр также относят к геометрии пары колес. Ниже, также без выводов, приводятся соответствующие формулы геометрического расчета:

  • угол зацепления (определяется через эвольвентный угол inv
    αw )
  • межосевое расстояние

Формулы для определения угла зацепления αw и межосевого расстояния aw выводятся из условия плотного беззазорного зацепления (боковой зазор в зацеплении колес отсутствует).

Как видно из полученных формул их величины зависят от суммарного коэффициента смещения ( xΣ=x1+x2 ). Таким образом, изменяя суммарный коэффициент смещения, можно целенаправленно менять межосевое расстояние.

В зависимости от величины суммарного коэффициента смещения различают следующие виды передач:

1) xΣ=x1+x2=0 – равносмещенная передача ( x1 = -x2 ), в частном случае нулевая передача ( x1 = x2 = 0 ). У равносмещенных и нулевых передач угол зацепления равен углу профиля исходного контура ( αw=α =20° ); межосевое расстояние равно делительному межосевому расстоянию

диаметры начальных окружностей совпадают с диаметрами делительных окружностей ( dW1=d1, dW2=d2 );

u=Z2/Z1 – передаточное число (не надо путать с передаточным отношением: передаточное отношение – это кинематическая характеристика, оно может быть больше или меньше единицы, может быть положительным и отрицательным числом; передаточное число – это геометрическая характеристика – отношение числа зубьев большего колеса пары к числу зубьев меньшего колеса, оно всегда положительное и всегда больше единицы);

Уважаемые студенты!
На нашем сайте можно получить помощь по техническим и другим предметам:
✔ Решение задач и контрольных
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

Читайте так же:
Как работать торцовочной пилой

Зубчатые передачи

В настоящее время в агрегатах используются механические передачи нескольких различных видов. Самый распространенный вариант соединения движущихся деталей машин – зубчатые передачи, обеспечивающие повышенную надежность, стабильность передаточного числа и высокий КПД. При этом данный вид передач отличается компактностью, удобством, простотой эксплуатации и ремонтопригодностью.

Благодаря повсеместному применению, производство зубчатых передач различных типов не теряет своей значимости, продолжая сохранять актуальность из года в год.

Конструктивные особенности и принцип действия

Зубчатая передача представляет собой механизм, в котором двигательная энергия между валами передается посредством взаимодействия колес с зубьями и реек.

Колесо на передающем вращение валу называется ведущим, а на том, что получает энергию – ведомым. При этом более крупная деталь пары именуется собственно колесом, а меньшая – шестерней. Всю конструкцию нередко называют колесной парой.

Взаимодействие элементов тандема заключается в том, что головка зуба колеса входит во впадину шестерни, заставляя тем самым ее вращаться. Как правило, вращение последней происходит в направлении, противоположном движению колеса.

Между элементами предусмотрен минимальный зазор, что позволяет выполнять смазку, улучшая вращение и предотвращая заклинивание.

Практическое применение

С развитием промышленности, разнообразное применение зубчатая передача получила в самых разных отраслях: от крупногабаритных агрегатов (электротурбины) до небольших бытовых приборов (часы и различные средства измерений).

Среди крупнейших потребителей колесных пар:

  • машиностроение (ДВС);
  • добывающая отрасль (буровое оборудование);
  • металлургия.

Не менее активно используют подобные элементы и при создании бытовых приборов различного назначения. Одним из простых и ярких примеров можно считать часовой механизм, приводящийся в действие именно колесными парами.

Классификация

Все многообразие колесных пар специалисты разделяют по различным признакам на несколько групп.

По взаиморасположению элементов

В данной категории выделяются такие виды зубчатых передач как:

  • цилиндрическая (колеса в них находятся параллельно по отношению друг другу);
  • коническая (с перекрещивающимися валами и, соответственно, деталями тандема);
  • зубчато-винтовая (при скрещивающимся расположении элементов).

Первые используются наиболее широко, а их изготовление требует наименьших временных и финансовых затрат.

Детали конических передач по форме напоминают усеченный конус, и соприкасаются друг с другом боковыми сторонами. Это увеличивает площадь взаимодействующих поверхностей. Однако такая конструкция имеет большую чувствительность к погрешностям, и не способна выдерживать слишком большие нагрузки. Поэтому ее нередко используют в машинах и агрегатах, где есть другие типы зубчато-колесных механизмов.

Что касается зубчато-винтового типа, второе его название – червячный хорошо передает особенности соединения, которое состоит из червяка (винта) и колеса. К его достоинствам относят плавный ход, практическую бесшумность, большое передаточное отношение и способность к самоторможению.

По форме зуба

Зацепления в колесных связках отличаются по виду и профилю зубьев. На сегодняшний день известны:

  • Зубчатые передачи эвольвентного зацепления. При таком варианте профили выступающих элементов колеса и шестерни очерчены по эвольвенте окружности. Это дает возможность сохранять стабильность передаваемой энергии при взаимодействии деталей.
  • Циклоидальное. В нем профили зубьев очерчены по участкам циклоид. Достоинства этого вида – компактность в сочетании со способностью выдерживать усиленные нагрузки, плавность хода.
  • Круговые (передача Новикова). Данный вид предполагает перемещение площадки контакта зубьев вдоль профиля зуба. Это обеспечивает более высокие значения передаточных чисел и возможность использовать даже при максимальных нагрузках.

Чаще всего, в механизмах применяются передачи с эвольвентным вариантом зацепления, что обусловлено достаточной простотой их изготовления, монтажа и эксплуатации. Циклоидальные и круговые передачи, в свою очередь, требуют больших затрат на производство, стоят дороже, но и позволяют обеспечить улучшенный функционал механизмов.

По расположению зубьев

По своему расположению зубья колеса и шестерни передачи бывают:

  • Прямыми. Востребованы там, где необходимо передать крутящий момент с не очень большой и средней нагрузкой. Устанавливаются в механизмах с необходимостью смещения колес вдоль оси вала во время рабочего процесса.
  • Косыми. Этот вариант позволяет повысить плавность вращения колес в тандеме.
  • Шевронными – в виде «в елочку», сформированной из двух рядов косых зубьев.

Изготовление первого варианта деталей требует меньших финансовых и временных затрат, что снижает их стоимость и делает наиболее востребованными. Однако второй и третий вариант обладают рядом неоспоримых достоинств, которые позволяют комплектовать ими наиболее ответственные механизмы, работающие в условиях повышенных нагрузок.

Другие варианты классификации

Помимо особенностей взаиморасположения элементов в колесной паре, форм и расположения зубьев на них, передачи также классифицируются по:

  • Конструкции (открытые и закрытые). Вторые могут работать только при постоянном наличии смазки, первые функционируют на сухом ходу.
  • Окружной скорости (тихоходные – до 3 м/с; средние – от 3 до 15 м/с; быстроходные – свыше 15 м/с).
  • Числу ступеней (одно- и многоступенчатые).
  • Точности зацепления (существует 12 степеней, однако чаще всего используют с 6 по 10).

Кроме того, различают силовые зубчатые передачи и кинематические (не силовые). Первые передают вращающий момент и их размеры зависят от прочности зубьев. Вторые же практически не передают нагрузку, а их габариты определяются конструктивными особенностями.

Основные параметры

При изготовлении и применении колесных пар важное значение имеют параметры их составляющих. К основным параметрам относятся:

  • Делительная окружность. Это те части элементов, которые соприкасаются между собой и катятся одна по другой без скольжения.
  • Шаг – расстояние между профильными поверхностями соседних зубьев.
  • Модуль (длина делительной окружности).
  • Высота делительной головки.
  • Диаметр окружности в районе вершин и на точках впадин зубьев.

Эти и другие параметры зубчатой передачи в обязательном порядке отображаются на чертежах. Их выбор зависит от назначения механизма, в котором будет использована зубчатая передача.

Большинство параметров инженеры рассчитывают во время проектирования, другие используют в готовом виде, выбирая их по специальным утвержденным таблицам.

Изготовление зубчатых передач

Среди основных требований к зубчатым передачам, независимо от их вида и предназначения – надежность при работе на любых скоростях и при различных нагрузках. Поэтому изготовление колесных пар является ответственным процессом. Состоит он из нескольких этапов, каждый из которых напрямую влияет на качество готовых изделий.

Читайте так же:
Калитка с козырьком фото

Материал изготовления

Сырьем, чаще всего используемым для создания элементов зубчатых передач, является сталь. При этом, для повышения прочности металл могут подвергать термической обработке, либо легировать, добавляя дополнительные элементы. Как правило, при изготовлении колесных пар используют:

  • углеродистую сталь обыкновенного качества;
  • высококачественные марки;
  • легированные стали.

Наряду со стальными заготовками, в производстве зубчатых передач применяется и серый чугун. Этот сплав хорошо подходит для создания тихоходных крупногабаритных зубчатых передач с открытым типом конструкции. К плюсам чугуна относят нетребовательность к смазке, и способность деталей хорошо притираться друг к другу.

Также в производстве нередко используют бронзу, латунь, капролон, текстолит, различные пластики и формальдегиды.

Широко распространена практика, при которой для элементов используются разные по прочности металлы. Так, и колеса, и шестерни могут изготавливаться из стали. Но при этом металл для изготовления одной из составляющих пройдет более сильную термообработку и получит повышенную прочность.

Используемое оборудование

На всех предприятиях, которые изготавливают зубчатые передачи, цеха оснащаются современными устройствами, способствующими повышению эффективности процесса и точности нарезки колес. С их помощью можно быстро заготавливать не только цилиндрические колеса и шестерни, но и элементы червячного, шевронного, косозубого типа.

Большим плюсом высокотехнологичных станков последнего поколения является то, что заготовки на них можно располагать вертикально и максимально правильно нарезать зубья необходимой формы даже на колесах диаметром не превышающем 12 мм.

Максимальную точность изготовления колес до 75 модуля обеспечивают пальцевые фрезы, до 40 модуля – дисковые и до 30 модуля – червячные. Все эти варианты фрез также имеются на большей части оборудования.

Помимо станков с вертикальным расположением заготовок, на предприятиях используется оборудование и с горизонтальным вариантом установки элементов. На них обрабатываются колеса с косыми, прямыми и шевронными зубьями.

Также на предприятиях можно встретить станки, работающие долбяком-шестерней. Однако такое оборудование не позволяет добиться высокой точности, не отличается универсальностью и считается малопроизводительным.

Подготовка чертежей

Создание колесных пар начинается с подготовки чертежей. При проектировании учитываются виды зубчатых передач и их применение, условия планируемой эксплуатации механизма, расположение тандема в узле и возможные нагрузки на него.

От правильности составления чертежа во многом зависит конечный результат – качество изделия и длительность его эксплуатации. Поэтому в схемах в мельчайших подробностях инженеры отражают все особенности геометрии колес, их размеры и другие важные параметры.

При расчетах проектировщикам приходится учитывать не только условия заказчика, но и требования целого ряда стандартов. Для этого инженеры составляют таблицы и строят графики, рассчитывая значения по формулам с учетом всех коэффициентов. Алгоритм расчетов может состоять из нескольких десятков последовательных действий.

В настоящее время большинство чертежей выполняется при помощи компьютерных программ, что позволяет значительно снизить риск возникновения ошибок при расчетах.

Как правило, готовый чертеж отображает две проекции детали (фронтальный и боковой слева), но в некоторых случаях могут потребоваться и другие ракурсы изображений. Это особенно актуально для зубчатых передач, устройство которых имеет повышенную сложность и требует максимальной точности при нарезке зубьев и состыковке элементов пары.

Процесс производства

На основе схем и таблиц, подготовленных проектировщиками, в производственных цехах, для начала, создаются заготовки. Они представляют собой диски определенной толщины с прорезью для шпонки в середине. Для их изготовления могут использоваться два различных метода: литье или штамповка. В ряде случаев также может применяться технология нарезания.

В дальнейшем заготовки подвергаются дополнительной обработке, в ходе которой на них формируются зубья необходимых размеров и типа.

Нарезка также может осуществляться по различным технологиям:

  1. Копирование. Представляет собой процесс фрезерования. Впадины между зубьями детали в этом случае формируются при помощи дисковых, модульных или концевых фрез. После формирования очередной впадины, заготовка поворачивается на один шаг и процесс повторяется. Расстояние каждого шага равно зубу колеса. Главная особенность технологии заключается в том, что форма режущего инструмента повторяет контур впадины.
  2. Обкатка заготовок зубчатых передач – этап изготовления, предусматривающий имитацию зацепления зубчатой пары, одним из элементов которой является червячная фреза. Вместо нее также могут быть использованы долбяки и гребенки.

С помощью червячной фрезы изготавливают колеса с внешним расположением зубьев, с помощью долбяков – с внутренним. А гребенки позволяют нарезать прямые и косые зубья с большим модулем зацепления.

Обкатка считается самым часто используемым методом изготовления зубчатых колес на сегодняшний день.

Помимо нарезки, в массовом производстве зубчатых передач активно используется такой метод обработки заготовок, как горячее накатывание зубьев. Заключается он в том, что венец заготовки нагревается при помощи высокочастотного тока, а затем обкатывается между колесами-накатниками. В процессе такой накатки на колесе выдавливаются выемки, и формируются зубья.

После накатки детали проходят дополнительную механическую обработку, либо подвергаются процессу холодного накатывания – калибровке.

Стандарты изготовления зубчатых передач

И классификация зубчатых передач, и их параметры регулируются рядом различных ГОСТов. При этом точность заготовок может устанавливаться для различных отраслей и даже разных предприятий индивидуально, в зависимости от технологических особенностей колесных пар.

Все современные нормативы разделяются на те, что устанавливают стандарты на:

  • используемое сырье;
  • геометрию и пропорции отдельных элементов;
  • готовые узлы и агрегаты, в конструкции которых присутствуют зубчатые передачи.

Согласно стандартам, качественные системы должны соответствовать следующим требованиям:

  • сохранять неизменность передаточного отношения;
  • обеспечивать стабильную передачу нагрузки от одного элемента к другому;
  • иметь зазоры, предупреждающие заклинивание зубьев.

Дополнительно, с учетом назначения механизмов могут быть регламентированы и другие параметры кинематики зубчатых передач и их отдельных элементов. По каждому пункту есть максимально допустимые погрешности, превышение которых может привести к быстрому износу системы и остановке всего механизма.

Читайте так же:
Можно ли торцовочной пилой резать металл

Уроки по SolidWorks

petr-m

Урок посвящен построению зубчатого колеса с эвольвентным профилем зуба. Урок состоит из двух частей. В первой части выложена теория, формулы для расчета и один из способов графического построения эвольвентного профиля зуба.
Во второй части (видео) показан способ построения модели зубчатого колеса с использованием графических построений в первой части урока.

Часто задаваемые вопросы:

*Что такое эвольвента (эволюта)?
*Как построить эвольвенту?
*Как построить зубчатое колесо в программе SolidWorks?
*Формулы для расчета зубчатого колеса?
*Как нарисовать эвольвентный профиль зуба зубчатого колеса?

Итак, начнем с теории.

Эвольвентное зацепление позволяет передавать движение с постоянным передаточным отношением. Эвольвентное зацепление — зубчатое зацепление, в котором профили зубьев очерчены по эвольвенте окружности.
Для этого необходимо чтобы зубья зубчатых колёс были очерчены по кривой, у которой общая нормаль, проведённая через точку касания профилей зубьев, всегда проходит через одну и туже точку на линии, соединяющей центры зубчатых колёс, называемую полюсом зацепления.

Параметры зубчатых колёс

Основной теореме зацепления удовлетворяют различные кривые, в том числе эвольвента и окружность, по которым чаще всего изготавливают профили зубьев зубчатого колеса.

В случае, если профиль зуба выполнен по эвольвенте, передача называется эвольвентной.

Для передачи больших усилий с помощью зубчатых механизмов используют зацепление Новикова, в котором профиль зуба выполнен по окружности.

Окружности, которые катятся в зацеплении без скольжения друг по другу, называются начальными (D).

Окружности, огибающие головки зубьев зубчатых колёс, называются окружностями головок (d1).

Окружности, огибающие ножки зубьев зубчатых колёс, называются окружностями ножек (d2).

Окружности, по которым катятся прямые, образующие эвольвенты зубьев первого и второго колёс, называются основными окружностями.

Окружность, которая делит зуб на головку и ножку, называется делительной окружностью (D).

Для нулевых (некорригированных) колёс начальная и делительная окружности совпадают.

Расстояние между одноимёнными точками двух соседних профилей зубьев зубчатого колеса называется шагом по соответствующей окружности.

Шаг можно определить по любой из пяти окружностей. Чаще всего используют делительный шаг p =2r/z, где z – число зубьев зубчатого колеса. Чтобы уйти от иррациональности в расчётах параметров зубчатых колёс, в рассмотрение вводят модуль, измеряемый в миллиметрах, равный

Модуль зубчатого колеса, геометрический параметр зубчатых колёс. Для прямозубых цилиндрических зубчатых колёс модуль m равен отношению диаметра делительной окружности (D) к числу зубьев z или отношению шага p к числу «пи» .

Модуль зубчатого колеса стандартизованы, что является основой для стандартизации других параметров зубчатых колёс.

Основные формулы для расчета эвольвентного зацепления:

Исходными данными для расчета как эвольвенты, так и зубчатого колеса являются следующие параметры: m — Модуль — часть диаметра делительной окружности приходящаяся на один зуб. Модуль — стандартная величина и определяется по справочникам. z — количество зубьев колеса. ? («альфа») — угол профиля исходного контура. Угол является величиной стандартной и равной 20°.

Делительный диаметр рассчитывается по формуле:

Диаметр вершин зубьев рассчитывается по формуле:

d1=D+2m

Диаметр впадин зубьев рассчитывается по формуле:

d2=D-2*(c+m)

где с — радиальный зазор пары исходных контуров. Он определяется по формуле:

с = 0,25m

Диаметр основной окружности, развертка которой и будет составлять эвольвенту, определяется по формуле:

d3 = cos ? * D

От автора. Я нашел в интернете полезную программку в Excel 2007. Это автоматизированная табличка для расчета всех параметров прямозубого зубчатого колеса.

Скачать Скачать с зеркала

Итак, приступим к графическому построению профиля зубчатого колеса.

  1. Изобразите делительный диаметр с диаметром D, и центром шестерни O. Окружность показана красным цветом.
  2. Изобразите диаметр вершин зубьев (d1) с центром в точке O с радиусом большим на высоту головки зуба(зелёного цвета).
  3. Изобразите диаметр впадин зубьев (d2) с центром в точке O с радиусом меньшим на высоту ножки зуба (голубого цвета цвета).

  1. Проведите касательную к делительному диаметру (желтая).
  2. В точке касания под углом ? проведите линию зацепления, оранжевого цвета.
  3. Изобразите окружность касательную к линии зацепления, и центром в точке O. Эта окружность является основной и показана тёмно синего цвета.

  1. Отметьте точку A на диаметре вершин зубьев.
  2. На прямой соединяющие точки A и O отметьте точку B находящуюся на основной окружности.
  3. Разделите расстояние AB на 3 части и отметьте, точкой C, полученное значение от точки A в сторону точки B на отрезке AB.

  1. От точки C проведите касательную к основной окружности.
  2. В точке касания отметьте точку D.
  3. Разделите расстояние DC на четыре части и отметьте, точкой E, полученное значение от точки D в сторону точки C на отрезке DC.

  1. Изобразите дугу окружности с центром в точке E, что проходит через точку C. Это будет часть одной стороны зуба, показана оранжевым.
  2. Изобразите дугу окружности с центром в точке H, радиусом, равным толщине зуба (s). Место пересечения с делительным диаметром отметьте точкой F. Эта точка находится на другой стороне зуба.

  1. Изобразите ось симметрии проходящую через центр О и середину расстояния FH.
  2. Линия профиля зуба отображенная зеркально относительно этой оси и будет второй стороной зуба.

Вот и готов профиль зуба прямозубого зубчатого колеса. В этом примере использовались следующие параметры:

  1. Модуль m=5 мм
  2. Число зубьев z=20
  3. Угол профиля исходного контура ?=20 0
  1. Делительный диаметр D=100 мм
  2. Диаметр вершин зубьевd1=110 мм
  3. Диаметр впадин зубьевd2=87.5 мм
  4. Толщина зубьев по делительной окружности S=7.853975 мм

На этом первая часть урока является завершенной. Во второй части (видео) мы рассмотрим как применить полученный профиль зуба для построения модели зубчатого колеса. Для полного ознакомления с данной темой («зубчатые колеса и зубчатые зацепления», а также «динамические сопряжения в SolidWorks») необходимо вместе с изучением этого урока изучать урок №24.

Еще скажу пару слов о специальной программе, производящей расчет зубчатых колес и генерацию модели зубчатого колеса для SolidWorks. Это программа Camnetics GearTrax.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector