Лекция № 3 Зубчатые передачи

Лекция № 3 Зубчатые передачи

Зубчатая передача – это механизм, который с помощью зубчатого зацепления передает или преобразует движение с изменением угловых скоростей и моментов.

Зубчатые передачи применяют для преобразования и передачи вращательного движения между валами, а также для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот.

Зубчатые передачи – наиболее распространенный тип передач в современном машиностроении и приборостроении; их применяют в широких диапазонах скоростей (до 100 м/с), мощностей (до десятков тысяч киловатт).

Основные достоинства зубчатых передач по сравнению с другими передачами:

-технологичность, постоянство передаточного числа;

-высокая нагрузочная способность;

-высокий КПД (до 0,97-0,99 для одной пары колес);

-малые габаритные размеры по сравнению с другими видами передач при равных условиях;

-большая надежность в работе, простота обслуживания;

-сравнительно малые нагрузки на валы и опоры.

К недостаткам зубчатых передач следует отнести:

-невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;

- высокие требования к точности изготовления и монтажа;

-шум при больших скоростях; плохие амортизирующие свойства;

-громоздкость при больших расстояниях между осями ведущего и ведомого валов;

-потребность в специальном оборудовании и инструменте для нарезания зубьев.

Классификация зубчатых передач (ЗП)

1 По расположению осей колес:

- ЗП между параллельными валами осуществляется цилиндрическими зубчатыми колесами,

- передача вращения между валами с пересекающимися осями осуществляется коническими ЗП,

- если оси валов скрещиваются (перекрещиваются):

гипоидные, винтовые и червячные передачи.

- Для преобразования вращательного движения в поступательное применяется реечная передача.

2 По конструктивному оформлению передачи бывают:

- открытые передачи,

- закрытые передачи.

3 По окружной скорости:

- тихоходные до 3 м/с,

- быстроходные свыше 15 м/с,

- среднеходные 3-15м/с.

4 В зависимости от взаимного положения колес:

- передачи с внешним зацеплением,

-передачи с внутренним зацеплением.

5 По форме профиля зуба:

- эвольвентные,

- круговые,

- циклоидальные.

6 По точности зацепления:

- существует 12 степеней точности (6-10 применяемые, 6 для ответственных деталей).

7 По расположению зубьев относительно образующих колес:

-прямозубые;

-косозубые;

-шевронные;

-с криволинейным зубом.

Краткие сведения о методах изготовления зубчатых колес

Способ изготовления зубчатых колес выбирают в зависимости от их назначения и по технологическим соображениям.

В зависимости от способа получения заготовки зубчатые колеса подразделяют на литые, кованые или штампованные, изготовленные механической обработкой, сварные.

Зубья нарезают, как правило, методами копирования и обкатки.

Копирование заключается в прорезании впадин между зубьями с помощью дисковой или пальцевой фрезы.

Обработка зубьев по методу обкатки производится инструментами очертаниями, отличными от очертаний нарезаемых зубьев, долбяком, червячной фрезой или инструментальной рейкой

Достоинством метода обкатки (огибания) является то, что он позволяет одним и тем же инструментом изготовлять колеса с зубьями различной формы. Изменяя относительное расположение инструмента и заготовки на станке, можно получать зубья различной формы и толщины (передачи со смещением).

Обкатка по сравнению со способом копирования обеспечивает большую точность и производительность.

Для достижения высокой точности и малой шероховатости поверхности зубьев после нарезания производится их отделка.

Червячная передача

Червячная передача – передача зацеплением со скрещивающимися осями валов.

В большинстве случаев ведущим является червяк, т. е. короткий винт с трапецеидальной или близкой к ней резьбой. Червячное колесо выполняется косозубым.

Червячная передача — это зубчато-винтовая передача, движение в которой осуществляется по принципу винтовой пары.

При  передаче движения элементы червяка и колеса движутся во взаимно перпендикулярных направлениях. Под нагрузкой в зацеплении имеет место значительное скольжение, приводящее к повышенному износу, склонности к заеданию и выделению теплоты. Для уменьшения трения венец червячного колеса изготавливают из антифрикционных материалов, применяют специальные смазки. Однако КПД червячной пары пониженный.

Червячные передачи применяют при небольших и средних мощностях, обычно не превышающих 100 кВт.

 Применение передач при больших мощностях неэкономично из-за сравнительно низкого к.п.д. и требует специальных мер для охлаждения передачи во избежание сильного нагрева.

Червячные передачи широко применяют в подъемно-транспортных машинах, троллейбусах и особенно там, где требуется высокая кинематическая точность (делительные устройства станков, механизмы наводки и т. д.).

Червячные передачи во избежание их перегрева предпочтительно использовать в приводах периодического (а не непрерывного) действия.

В червячной паре слабым звеном является зуб червячного колеса. При работе возникают повреждения поверхности: усталостное выкрашивание, износ поверхности, заедание. Крайне редко возникает поломка зуба.

Червячная передача обеспечивает:

- плавность и бесшумность работы,
- компактность и сравнительно небольшую массу конструкции,
- возможность большого редуцирования, т. е. получения больших передаточных чисел (одна ступень обеспечивает передаточное число 8-80),

- возможность получения самотормозящей передачи, т. е. допускающей передачу движения только от червяка к колесу.
- высокую кинематическую точность.

Недостатки червячной передачи:

- сравнительно низкий к.п.д. (0,7-0,8), вследствие скольжения витков червяка по зубьям колеса,
- значительное выделение теплоты в зоне зацепления червяка с колесом,
- необходимость применения для венцов червячных колес дефицитных антифрикционных материалов,
- Повышенное изнашивание и склонность к заеданию.

Планетарные передачи

Планетарными называются передачи, содержащие зубчатые колеса с перемещающимися осями.

Передача состоит из центрального колеса 1 с наружными зубьями, центрального колеса 3 с внутренними зубьями, водила Н и сателлитов 2. Сателлиты вращаются вокруг своих осей и вместе с осью вокруг центрального колеса, т.е. совершают движение, подобное движению планет.
При неподвижном колесе 3 движение может передаваться от 1 к Н или от Н к 1; при неподвижном водиле Н – от 1 к 3 или от 3 к 1.

При всех свободных звеньях одно движение можно раскладывать на два (от 3 к 1 и Н) или два соединять в одно (от 1 и Н к 3). В этом случае передачу называют дифференциальной.

Достоинства:

- нагрузка одновременно передается несколькими сателлитами, что уменьшает силы, действующие на зубья колес,

- используемые колеса внутреннего зацепления обладают большей нагрузочной способностью,

- применение планетарного механизма позволяет осуществить компактную конструкцию соосного редуктора.

К недостаткам относятся повышенные требования к точности изготовления и монтажа планетарных передач.  

Волновые передачи

Волновая передача основана на принципе преобразования параметров движения за счет волнового деформирования гибкого звена механизма.

Волновая передача включает в себя жесткое зубчатое колесо b с внутренними зубьями и вращающееся гибкое колесо g c наружными зубьями. Гибкое колесо входит в зацепление с жестким в двух зонах с помощью генератора волн (например, водила h с двумя роликами), который соединяют с корпусом передачи b.
Гибкое зубчатое колесо представляет собой гибкий цилиндр, один конец которого соединен с валом и сохраняет цилиндрическую форму, а другой конец имеет зубья. Генератор волн служит для образования и движения волны деформации на гибком зубчатом колесе.

К основным достоинствам волновым передач по сравнению с зубчатыми передачами следует отнести:

- их меньшую массу и габариты,

- кинематическую точность,

- высокую демпфирующую способность,

- обеспечение больших передаточных отношений в одной ступени (50…300),

- возможность передачи движения в герметизированное пространство без применения уплотнений.

Недостатками являются:

- сложность конструкции,

- ограничение скорости вращения ведущего вала генератора волн при больших диаметрах колес,

- повышенные потери на трение и на деформацию гибкого колеса.

 

Дополнительный материал изложен в следующей литературе

Ивченко В.А. Техническая механика: учебное пособие – М.: ИНФРА-М.: 2003.-157 с.

Мовнин М.С., Израелит А.Б., Рубашкин А.Г. Основы технической механики Л: Машиностроение, 2001.-288 с.

Олофинская В.П. Детали машин. Краткий курс и тестовые задания: Учебное.пособие.-2-е изд., испр. и доп. – М.: Форум, 2008.-208 с.

 

 

Лекция № 3 Зубчатые передачи

Зубчатая передача – это механизм, который с помощью зубчатого зацепления передает или преобразует движение с изменением угловых скоростей и моментов.

Зубчатые передачи применяют для преобразования и передачи вращательного движения между валами, а также для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот.

Зубчатые передачи – наиболее распространенный тип передач в современном машиностроении и приборостроении; их применяют в широких диапазонах скоростей (до 100 м/с), мощностей (до десятков тысяч киловатт).

Основные достоинства зубчатых передач по сравнению с другими передачами:

-технологичность, постоянство передаточного числа;

-высокая нагрузочная способность;

-высокий КПД (до 0,97-0,99 для одной пары колес);

-малые габаритные размеры по сравнению с другими видами передач при равных условиях;

-большая надежность в работе, простота обслуживания;

-сравнительно малые нагрузки на валы и опоры.

К недостаткам зубчатых передач следует отнести:

-невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;

- высокие требования к точности изготовления и монтажа;

-шум при больших скоростях; плохие амортизирующие свойства;

-громоздкость при больших расстояниях между осями ведущего и ведомого валов;

-потребность в специальном оборудовании и инструменте для нарезания зубьев.

Классификация зубчатых передач (ЗП)

1 По расположению осей колес:

- ЗП между параллельными валами осуществляется цилиндрическими зубчатыми колесами,

- передача вращения между валами с пересекающимися осями осуществляется коническими ЗП,

- если оси валов скрещиваются (перекрещиваются):

гипоидные, винтовые и червячные передачи.

- Для преобразования вращательного движения в поступательное применяется реечная передача.

2 По конструктивному оформлению передачи бывают:

- открытые передачи,

- закрытые передачи.

3 По окружной скорости:

- тихоходные до 3 м/с,

- быстроходные свыше 15 м/с,

- среднеходные 3-15м/с.

4 В зависимости от взаимного положения колес:

- передачи с внешним зацеплением,

-передачи с внутренним зацеплением.

5 По форме профиля зуба:

- эвольвентные,

- круговые,

- циклоидальные.

6 По точности зацепления:

- существует 12 степеней точности (6-10 применяемые, 6 для ответственных деталей).

7 По расположению зубьев относительно образующих колес:

-прямозубые;

-косозубые;

-шевронные;

-с криволинейным зубом.