Зубчатые колеса и передачи

А - ортогональная коническая передача с передаточным отношением 1; б — червячная передача; в — косозубые колеса; г — передача с прямозубыми (в том числе промежуточными) зубчатыми колесами.

ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА- передача с использованием зубчатого зацепления. Один из старейших способов передачи вращения между валами, широко применяемый и в настоящее время, особенно в тех случаях, когда требуются постоянные отношения частот вращения. Зубчатые колеса обычно изготавливают нарезанием зубьев в дисковых заготовках.

Цилиндрические зубчатые колеса. Зубчатые колеса для параллельных валов называют цилиндрическими. Одно из двух входящих в зацепление зубчатых колес — передающее движение - является ведущим, другое — ведомым. Если одно из колес значительно меньше другого, оно называется шестерней. Если отношение частот вращения ведущего и ведомого колес равно единице, то оба зубчатых колеса имеют одинаковые размеры. Передаточное отношение равно отношению чисел зубьев двух колес. Например, шестерня с 10 зубьями вращается в 4 раза быстрее сцепленного с ней зубчатого колеса, имеющего 40 зубьев. Зубья могут быть расположены как на наружной, так и на внутренней поверхности колеса. При наружном зацеплении колеса вращаются в противоположных направлениях, при внутреннем — в одном.

Для преобразования вращательного движения в поступательное (либо наоборот) зубчатое колесо заменяется зубчатой «рейкой» — это как бы зубчатое колесо бесконечно большого диаметра.

Многоступенчатая зубчатая передача. Для передачи вращения между двумя валами, расположенными на значительном удалении друг от друга, может потребоваться более двух зубчатых колес. Промежуточные колеса изменяют направление вращения, если их число — четное. При нечетном же их числе направление вращения не изменяется.

Виды цилиндрических зубчатых колес. Зубчатые колеса, зубья которых параллельны оси колеса, называются прямозубыми. Для увеличения контактной длины и числа зубьев, находящихся в зацеплении (что необходимо для передачи большего момента и более плавной работы на повышенных частотах вращения), применяют косозубые зубчатые колеса. Серьезным недостатком косозубых колес является осевое усилие, возникающее в контакте зацепленных зубьев. Для его устранения применяются шевронные зубчатые колеса с V-образными (угловыми) косыми зубьями.

Конические зубчатые колеса. Оси конических колес зубчатой передачи составляют прямой угол, и их зубья обычно нарезаются по радиусам. Если зубья конических колес прямые, но идут не по радиусам, то они называются тангенциальными. Конические зубчатые передачи, оси колес которых не пересекаются, называются гипоидными. Их часто применяют в задних мостах автомобилей для понижения центра тяжести. В дифференциалах автомобилей применяются ортогональные зубчатые передачи с зубчатыми колесами одного диаметра. Спиральнозубые колеса подобны цилиндрическим, но их зубья нарезаются таким образом, что они передают вращение между взаимно перпендикулярными валами.

Достоинства:

1. Высокая нагрузочная способность (мощность 100000 кВт и более)

2. Стабильность (постоянство) передаточного отношения.

3. Возможность получения большого передаточного отношения в одной ступени.

4. Способность работать при высоких скоростях (до 150 м/с)

5. Надежность в работе, долговечность.

Недостатки:

1. Высокая жесткость не позволяет компенсировать динамические нагрузки

2. Необходимость применения дорогостоящего оборудования, зуборезного и контрольно-измерительного инструмента

3. Шум при высоких скоростях.

Классификация:

1. По конструктивному оформлению

1.1. Открытые передачи (обычно тихоходные)

1.2. Закрытые (редукторы, коробки передач)

2. По величине окружной скорости

2.1. Тихоходные (V ≤3м/с)

2.2. Среднескоростные (3 <V ≤ 15)

2.3. Высокоскоростные (V > 15 м/с)

3. По взаимному расположению геометрических осей валов:

3.1 С параллельными валами

3.2 С пересекающимися осями валов

3.3 Со скрещивающимися осями валов

4. По форме колес

4.1. С цилиндрическими колесами

4.2. С коническими колесами

5. По направлению зубьев

5.1Прямозубые.

5.2 Косозубые

5.3 Шевронные

5.4 Круговые

5.5 Арочные

6. По форме боковой поверхности зубьев

6.1. По эвольвенте (Эйлер 1761 г).

6.2. Циклоидальный профиль зубьев

6.3. С круговым профилем (передача с зацеплением М Л Новикова)

В тяжёлых машинах, наряду с эвольвентными передачами, применяют круговинтовые передачи (, предложенные в 50-х гг. 20 в. М. Л. Новиковым. Профили зубьев колёс в зацеплении Новикова очерчиваются дугами окружностей. Выпуклые зубья одного зубчатого колеса (обычно малого) контактируют с вогнутыми зубьями другого. Начальное касание (без нагрузки) происходит в точке. В передаче Новикова зубчатые колёса косозубые.

7. По взаимному расположению зубчатых колес

7.1. Внешнего зацепления

7.2. Внутреннего зацепления

- Частный случай-реечная передача