Разложение сил в косозубой передаче.

2T

F_t = ¾¾ – окружная сила (16)

d

 

F_ttga

F_r = ¾¾¾ – радиальная сила (17)

cosb

 

F_a = F_ttgb – осевая сила (18)

 

где Т – крутящий момент,

a =20^о – угол зацепления,

b =8^о...20^о – угол наклона линии зуба.

Наличие осевой силы – существенный недостаток косозубых передач. С увеличением b увеличивается прочность зубьев, плавность работы передачи, ее нагрузочная способность.

Шевронные передачи.

Цилиндрическое зубчатое колесо, венец которого по ширине состоит из участков с правыми и левыми зубьями, называется ш е в р о н н ы м.

Из технологических соображений шевронные колеса изготовляют двух типов с дорожкой посредине колеса (а) и без дорожки (б).

 

 

 

 

b

 

F_a/ F_a/

 

 

F^/ F^/

F_t/ F_t/

 

a) б)

 

Рис.9.3

 

В шевронном колесе осевые силы F_a/ на полушевронах, направлены в противоположные стороны, взаимно уравновешиваются внутри колеса и на валы и опоры валов не передаются. Поэтому у шевронных колес угол наклона зубьев принимают в пределах  =25^о...40^о, в результате чего повышается прочность зубьев, плавность работы передачи и ее нагрузочная способность. Поэтому шевронные колеса применяют в мощных быстроходных закрытых передачах.

Недостатком шевронных колес является высокая трудоемкость и себестоимость изготовления.

Эквивалентные колеса.

 

Прочность зуба косозубого колеса определяется его формой и размерами в нормальном сечении и длиной зуба.

 

 

 

Эквивалентное с

колесо

е r_u

 

 

 

b

 

n 90^o

 

d

 

n

Рис.9.4

 

В сечении nn – нормальное сечение делительной цилиндрической поверхности этого колеса представляет собой эллипс с полуосями

d d

е = ¾¾¾ и c = ¾¾,

2cosb 2

где d – диаметр делительной окружности.

Как известно из аналитической геометрии, максимальный радиус кривизны эллипса

е² d

r_u= ¾¾ = ¾¾¾

с 2cos²b

Этот радиус кривизны принимаем за радиус делительного цилиндра эквивалентного колеса, тогда его диаметр

d

d_u = ¾¾¾

cos²b

 

Подставив в формулу d_u = m_nz_u

 

m_nz

d = ¾¾¾,

cosb

 

получим формулу для определения числа зубьев эквивалентного прямозубого колеса.

z

Z_u = ¾¾¾ (19)

cos³b

 

Материалы, конструкция цилиндрических колес и методы образования зубьев.

 

Материалы для изготовления зубчатых колес в машиностроении – стали, чугуны и пластмассы; в приборостроении зубчатые колеса изготовляют также из латуни, алюминиевых сплавов и др. Выбор материала определяется назначением передачи, условиями ее работы, габаритами колес и даже типом производства и технологическими соображениями.

Общая современная тенденция в машиностроении – стремление к снижению материалоемкости конструкций, увеличению мощности, быстроходности и долговечности машины. Эти требования приводят к необходимости уменьшения массы, габаритов и повышения нагрузочной способности силовых зубчатых передач. Поэтому основные материалы для изготовления зубчатых колес – термообработанные углеродистые и легированные стали, обеспечивающие высокую объемную прочность зубьев, а также высокую твердость и износостойкость их активных поверхностей.

В зависимости от твердости активных поверхностей стальных зубьев колеса делятся на две группы, а именно: колеса с твердостью 350HB, зубья которые хорошо прирабатываются; колеса с твердостью >350 HB, зубья которых прирабатываются плохо, а при твердости активных поверхностей обоих колес 45 HRC полагаются не прирабатывающимися.

Колеса 1 группы, изготовляемые из средне- и высокоуглеродистых сталей, подвергаются нормализации или улучшению; чистовое нарезание зубьев производят после термообработки и применения отделочных операций не требуется.

Колеса 2 группы изготовляются из легированных сталей, подвергаемых различным видам термической и химико-термической обработки (цементация, объемная или поверхностная закалка, азотирование, цианирование, нитроцементация).

Зубья колес 2 группы нарезают до термической обработки, при которой происходит коробление зубьев и снижение точности зубчатого венца. Для исправления формы зубьев требуются дорогостоящие отделочные операции (шлифовка, обкатка, притирка зубьев), поэтому колеса с зубьями высокой твердости применяют в изделиях крупносерийного и массового производства.

Для изготовления тихоходных, преимущественно открытых передач, работающих с окружной скоростью до 3 м/с, применяют серые, модифицированые и высокопрочные чугуны, обладающие хорошими литейными свойствами, низкой стоимостью при минимальных отходах материала в стирку.

Для изготовления шестерни и колеса 1 группы целесообразно использовать сталь одной марки, а разность твердости шестерни и колеса (20) HB₁- HB₂20 обеспечивать за счет термообработки.

Конструкция цилиндрических колес зависит от их материала, размеров и способа изготовления.

 

Рис.9.5

 

Стальные зубчатые колеса диаметром до 150 мм изготовляют из прутков или поковок и выполняют в виде стальных дисков с двухсторонней (а), односторонней (б) ступицей либо без нее (в). Стальные колеса диаметром до 500 мм чаще всего изготовляют коваными или штампованными; они имеют обод и ступицу, соединенные диском с отверстиями (г). Шестерни, диаметр впадин которых меньше 3м от диаметра вала изготовляют как одно целое с валом и называют вал – шестерня.

Чугунные зубчатые колеса независимо от их размеров изготовляют с последующей механической обработкой.

 

 

Методы образования зубьев.

 

 

Можно разделить на две основные группы: накатывание и нарезание (кроме того, иногда изготовляют колеса с литыми зубьями).

Н а к а т ы в а н и е з у б ь е в стальных колес производится накатным инструментом путем пластической деформации венца колеса. Накатывание зубьев с модулем до 1 мм производится в холодном состоянии; при большем модуле венец нагревается токами высокой частоты.

 

 

	Дисковая Концевая фреза фреза

 

Рис.9.6

 

Зубонакатывание применяется в массовом производстве и является высокопроизводительным методом, обеспечивающим минимальные отходы металла в стружку и повышение прочности зубьев, так как волокна металла в заготовке не перерезаются, а изгибаются.

Нарезание зубьев выполняют методом копирования и методом обкатки.

М е т о д к о п и р о в а н и я заключается в том, что впадины зубчатого венца прорезаются инструментом, профиль режущей части которого точно или приблизительно соответствует очертаниям впадин. На рис.9.6 показано фрезерование зубьев цилиндрического колеса модульными фрезами: дисковой (а) и концевой (б). После прорезания одной впадины заготовка возвращается в исходное положение, поворачивается на величину углового шага и процесс повторяется.

Так как с изменением числа зубьев колеса меняется и форма впадины, то для каждого модуля и числа зубьев нужно иметь свою фрезу, что практически невозможно. Поэтому фрезой одного модуля прорезают впадины в определенном диапазоне чисел зубьев (например, фрезой для 30 зубьев обрабатывают колеса с числом от 24 до 36), в результате чего зубья не всегда будут иметь точный профиль. Фрезерование зубьев методом копирования является простым, но недостаточно точным и весьма малопроизводительным методом, применяющемся в основном в единичном производстве.

К методу копирования можно отнести способы образования зубьев колес протягиванием, холодной или горячей штамповкой, а также прессованием и литьем под давлением.

М е т о д о б к а т к и (огибания) является весьма точным, высокопроизводительным, универсальным и наиболее распространенным способом образования зубьев. Рассмотренный ранее процесс накатывания зубьев можно отнести к методу обкатки.

Процесс нарезания зубьев на зубообрабатывающих станках уподобляется процессу зацепления пары зубчатых колес или колеса с рейкой, когда одно из колес или рейка снабжены режущими элементами и превращены, таким образом, в режущий инструмент, называемый п р о и з в о д я- щ и м к о л е с о м.

 

 

Рис.9.7

 

Зубчатое зацепление производящего колеса с обрабатываемым зубчатым колесом называется с т а н о ч н ы м з а ц е п л е н и е м. На рис.9.7 показаны основные виды станочных зацеплений и соответствующие движения инструмента и заготовки: а - нарезание зубьев инструментальной рейкой (зуборезной гребенкой) на зубодолбежном станке; б – нарезание зубьев зуборезным долбяком на зубодолбежном станке; в – нарезание зубьев червячной модульной фрезой на зубофрезерном станке (червячная модульная фреза в осевом сечении имеет профиль инструментальной рейки).

Зуборезный инструмент профилируют на основе стандартных исходных контуров, один из которых (для цилиндрических эвольвентных зубчатых колес с модулями более 1 мм) показан на рис.9.7. Одним и тем же инструментом можно нарезать колеса данного модуля с разным числом зубьев, что является весьма существенным достоинством метода обкатки. На зубодолбежных станках долбяком обрабатывают колеса как с внешними, так и внутренними зубьями. Червячными фрезами на зубофрезерных станках можно нарезать прямозубые, косозубые и шевронные колеса с дорожкой посередине (для выхода режущего инструмента); шевронные колеса без дорожки нарезают специальными косозубыми долбяками или гребенками. Наиболее производительным способом нарезания зубьев является фрезерование червячной фрезой. Как правило, зуборезные станки – полуавтоматы.