Особенности зацепления в гиперболоидных передачах

 

Как известно из теоретической механики, мгновенное относительное движение твёрдых тел при скрещивающихся осях их вращений является мгновенным винтовым, состоящим из вращения вокруг мгновенной винтовой оси V-V и поступательного движения вдоль этой оси (рис. 8.36, а). Этот вид движения и дал название данной оси. В системе каждого из твёрдых тел мгновенная винтовая ось описывает гиперболоид вращения, являющийся линейчатой поверхностью второго порядка (рис. 8.36, б). В связи с этим зубчатые передачи, образованные колёсами с осями, совпадающими с осями гиперболоидов, называются гиперболоидными. Гиперболоиды вращения являются аксоидами в зацеплении колёс.

Для зубчатых передач со скрещивающимися осями колёс применяются два участка гиперболоидов вращения. Если используется участок, расположенный в средней части (в горловинах) гиперболоидов, то образуется передача винтовыми колёсами (рис. 8.36, б). При использовании участка, удалённого от горловин, получается гипоидная передача (рис. 8.36, б). Так как винтовое движение включает поступательную составляющую вдоль мгновенной винтовой оси V-V, то в гиперболоидных колёсах обязательно присутствует скольжение, направленное вдоль линии зуба. Если линии зубьев направляются вдоль мгновенной винтовой оси, то скольжение происходит с минимальной скоростью.

Важно отметить, что если в качестве начальных поверхностей использовать гиперболоиды вращения (аксоиды), то контакт зубьев будет линейным. На практике вместо аксоид используют цилиндры (в передаче винтовыми колёсами) или конусы (в гипоидной передаче). В этом случае контакт получается точечным.

Винтовые колёса в гиперболоидной передаче получаются как обычные, косозубые, однако с неравными углами наклона зубьев, а гипоидные – как конические с непересекающимися осями и несовпадением вершин конусов в отличие от передачи коническими колёсами. На рис. 8.37 показаны винтовые колёса (а) и гипоидные (б).

Геометрический расчёт винтовых и гипоидных колёс не отличается от расчёта соответственно косозубых и конических колёс. В винтовых колёсах стандартный модуль – в нормальном сечении зубьев.

Ч е р в я ч н а я п е р е д а ч а с ц и л и н д р и ч е с к и м ч е р в я к о м. Червячная передача является частным случаем зубчатой передачи винтовыми колёсами, в которой одно из колёс имеет всего от одного до трёх-четырёх зубьев. В этом случае оно превращается в так называемый червяк, зубья которого называются заходами, а сам червяк называется одно-, двух-, трёх- и так далее заходным. Колесо, с которым в паре работает червяк, называется червячным колесом. Количество зубьев колеса может быть любым. В этих условиях могут быть достигнуты очень большие передаточные отношения, до 1000 и более.

Особенностью червячной передачи является чаще всего ортогональное расположение осей червяка и колеса (угол скрещивания составляет 90º) и частичный охват червяка колесом (рис. 8.38). Основные достоинства передачи заключаются в возможности получения больших передаточных отношений, в большой плавности работы передачи и в высокой нагрузочной способности в результате линейного контакта витков червяка и зубьев колеса. Последнее обстоятельство связано с тем, что при изготовлении передачи делаются два червяка. Один из них затем превращается в режущий инструмент путём придания ему соответствующей геометрии. Другой используется в качестве червяка в передаче.

 

Последовательное положение линий контакта на зубе колеса показано на
рис. 8.39. Эти линии имеют такую форму, что по отношению к скорости скольжения касательная к ним образует малый угол γ. Иногда этот угол равен нулю. Это обстоятельство ухудшает условия смазки контакта и снижает долговечность работы передачи. Кроме названного недостатка следует указать также низкий КПД передачи и необходимость использования дорогих антифрикционных материалов.

Ч е р в я ч н а я п е р е д а ч а с г л о б о и д н ы м ч е р в я к о м (г л о -
б о и д н а я ч е р в я ч н а я п е р е д а ч а). Более благоприятные условия для смазки контакта и повышенная нагрузочная способность имеют место в червячной передаче с так называемым глобоидным червяком, в которой и червяк 1, и червячное колесо 2 охватывают друг друга (рис. 8.40).

 

Способ образования глобоидной передачи и её конструкция обеспечивают контакт витка червяка в пределах всей длины последнего одновременно с рядом зубьев колеса, что и обеспечивает повышенную нагрузочную способность передачи.

Червяк нарезается резцом с прямолинейной режущей кромкой, которая вращается вокруг оси предполагаемого колеса в осевой плоскости червяка. Затем с помощью такого же червяка с геометрией режущего инструмента нарезается червячное колесо. В результате получается зацепление с линейным контактом. Причём во входной половине червяка (до его горлового сечения) на каждом зубе колеса с витком червяка имеют место одновременно две линии контакта (рис. 8.41). Одна из них, обозначенная на рисунке цифрой 1, распола-гается в осевой плоскости червяка, перпен-дикулярной оси колеса. Другая, под цифрой 2, смещена навстречу окружной скорости червяка (на рис. 8.41 дуговой стрелкой а обозначено направление движения витка червяка относительно зуба колеса). Это обстоятельство также увеличивает нагрузочную способность передачи. Следовательно, при одинаковой нагрузке глобоидная передача имеет существенно меньшие размеры по сравнению с обыкновенной червячной передачей.

Как видно из рисунка, положение линий контакта таково, что оно действительно благоприятствует смазке рабочих поверхностей и, тем самым, увеличивает срок службы передачи и её КПД.

Вопросы для самопроверки

1. В чём заключается существо основного закона зацепления?

2. Какие профили зубьев колёс называются сопряжёнными?

3. Что такое эвольвента окружности, производящая прямая?

4. Какими свойствами обладает эвольвента окружности?

5. Что такое эвольвентная функция?

6. Назовите элементы зубчатого колеса и дайте их понятие; какими линиями очерчивается профиль зуба?

7. Что называется шагом колеса, модулем, головкой, ножкой зуба? Как они связаны с модулем зубчатого колеса?

8. В каком месте измеряется толщина зуба, ширина впадины колеса?

9. Какими свойствами обладает делительная окружность?

10. Что такое коэффициент высоты головки зуба, чему он равен?

11. Какая окружность колеса называется основной?

12. Назовите элементы зацепления пары колёс.

13. Что такое полюс зацепления?

14. Какие окружности колёс называются начальными?

15. Что такое угол зацепления?

16. Что такое линия зацепления, активная линия зацепления?

17. Что такое радиальный зазор, за счёт чего он образуется?

18. Сформулируйте свойства эвольвентного зацепления.

19. Какими методами изготавливают эвольвентные зубья, в чём заключается существо методов? Каковы основные достоинства и недостатки методов?

20. Что такое реечный производящий исходный контур (инструментальная рейка)?

21. Что такое подрез зубчатого колеса?

22. Какое число зубьев считается минимальным, от чего оно зависит?

23. Как предотвратить подрез зубчатого колеса?

24. Что такое коэффициент смещения исходного контура?

25. Какие зубчатые колёса называются нулевыми, положительными и отрицательными? Какие зубчатые передачи называются нулевыми, положительными, отрицательными?

26. Назовите качественные характеристики эвольвентногозацепления.

27. Что называется коэффициентом перекрытия, и что он характеризует?

28. Что такое удельное скольжение, почему возникает скольжение в контакте зубьев?

29. Почему в полюсе зацепления удельное скольжение равно нулю?

30. Что такое коэффициент удельного давления, где он применяется?

31. Для чего назначаются коэффициенты смещения для нарезания зубчатых колёс?

32. Как определяются геометрические размеры зубчатых колёс: угол зацепления, радиусы начальных окружностей, межосевое расстояние, радиусы окружностей впадин, радиусы окружностей вершин и толщина зуба по делительной окружности?

33. Как образуется рабочая поверхность зуба косозубого эвольвентного колеса?

34. Какие достоинства и недостатки имеет зацепление косозубыми колёсами?

35. Какие шаги и модули имеет косозубое колесо?

36. Как определяется коэффициент перекрытия косозубой передачи?

37. Как осуществляется передача движения коническими колёсами?

38. Что такое дополнительные конусы?

39. Что такое эквивалентные зубчатые колёса?

40. Почему опасность подреза конического колеса меньше чем цилиндри-ческого?

41. Как образуются начальные поверхности гиперболоидных колёс?

42. Что представляет собой червячная передача с цилиндрическим червяком?

43. Какие достоинства и недостатки имеет червячная передача?

44. Как образуется червячная передача с глобоидным червяком?

45. Какие достоинства имеет глобоидная червячная передача?