Зубчатые передачи. 2

        Содержание                                                                                                                       

 

 

Введение.                                                                                                  2

1. Четыре основные группы зубчатых передач 3

2. Изготовление зубчатых  колес                                                             5

3. Материалы зубчатых  колес                                                                 7

4. Кинематическая точность передачи 8

5. Плавность работы  передачи 9

6. Контакт зубьев в  передаче 11

7. Виды сопряжений зубьев колёс в передаче 12

8. Обозначение точности колёс и передач 14

Заключение.                                                                                              15

Список использованной литературы 16

 

 

Введение

 

Зубчатая передача —  это механизм или часть механизма  в состав которого входят зубчатые колёса.

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.

Передача вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся и скрещивающиеся оси.

 

Назначение:

преобразование вращательного  движения в поступательное и наоборот.

 

При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с  помощью зубьев. Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестернёй, второе колесо с большим числом зубьев называется колесом. Пара зубчатых колёс имеющих одинаковое число зубьев в этом случае ведущее зубчатое колесо называется шестернёй, а ведомое — колесом.

Зубчатые колеса и  передачи классифицируют по различным  признакам, например по виду поверхностей, на которых располагаются зубцы (цилиндрические и конические, внутренние и внешние), по направлению зубцов (прямозубые, косозубые, винтовые, шевронные), по профилю зубцов (эвольвентные, циклоидальные, часовые, цевочные, Новикова), по направлению осей вращения (цилиндрические – с параллельными осями, конические – с пересекающимися, винтовые и червячные – со скрещивающимися). Среди множества классификаций важнейшими для определения точностных параметров являются те, которые определяют функциональное назначение передачи

 В большинстве машин и механизмов применяют зубчатые передачи с внешним зацеплением, т. е. с зубчатыми колёсами, имеющими зубья на внешней поверхности, реже — с внутренним зацеплением, при котором на одном колесе зубья нарезаны на внутренней поверхности.

 

 

 

 

1. Четыре основных  группы зубчатых передач.

 

  По эксплуатационному назначению можно выделить четыре основные группы зубчатых передач: отсчётные, скоростные, силовые и общего назначения.

 

 К отсчётным относятся зубчатые передачи измерительных приборов, делительных механизмов металлорежущих станков и делительных машин, счётно-решающих механизмов и т.п. В большинстве случаев колёса этих передач имеют малый модуль и работают при малых нагрузках и скоростях. Основным эксплуатационным показателем делительных и других отчётных передач является высокая кинематическая точность, т.е. точная согласованность углов поворота ведущего и ведомого колёс передачи.

  Кинематическая точность передачи определяет постоянство передаточного отношения за полный оборот зубчатого колеса

  Для реверсивных отсчётных передач весьма существенное значение имеет боковой зазор в передаче и колебание этого зазора.

Колеса этих передач  в большинстве случаев имеют  малый модуль и работают при малых  нагрузках и низких скоростях.

  Скоростными являются зубчатые передачи турбинных редукторов, двигателей турбовинтовых самолётов и др. Окружные скорости зубчатых колёс таких передач достигают 60 м/с при сравнительно большой передаваемой мощности (до 40 МВт). Их основной эксплуатационный показатель - плавность работы, т.е. отсутствие циклических погрешностей, многократно повторяющихся за оборот колеса. С увеличением частоты вращения требования к плавности работы повышаются. Передача должна работать бесшумно и без вибраций, что может быть достигнуто при минимальных погрешностях формы и взаимного расположения зубьев. Для тяжело нагруженных скоростных зубчатых передач имеет значение также полнота контакта зубьев. Колёса таких передач обычно имеют средние модули. Для них часто ограничивают также шумовые характеристики работающей передачи, вибрацию, статическую и динамическую неуравновешенность вращ ающихся масс и т.п.

 Плавность работы  передачи зависит от колебания  мгновенных передаточных отношений,  то есть от разностей передаточных  отношений в каждый момент зацепления, которые многократно воспроизводятся за один оборот зубчатого колеса. Основными источниками неплавности работы являются такие погрешности зубчатых колес, как неправильное взаимное расположение зубьев (погрешности шага) и неточность формы рабочих поверхностей (погрешности формы профиля зубьев).

 

Колеса скоростных передач, как правило, имеют средние модули и передают не слишком большие  моменты, однако их зубья могут подвергаться значительным динамическим воздействиям.

  Достаточно часто встречаются в технике и "силовые" или тяжело нагруженные зубчатые передачи, к которым не предъявляют высоких требований точности вращения (передачи в домкратах, лебедках, прессах и т.д.). При передаче больших крутящих моментов требуется хороший контакт боковых поверхностей зубьев в передаче и максимальное использование площади рабочих поверхностей зубьев.

  К силовым относят зубчатые передачи, передающие значительные крутящие моменты при малой частоте вращения (зубчатые передачи шестерённых клетей прокатных станов, подъемно-транспортных механизмов и др.). Колёса для таких передач изготовляют с большим модулем. Основное точное требование к ним - обеспечение более полного использования активных боковых поверхностей зубьев, т.е. получение наибольшего пятна контакта зубьев.

Деление зубчатых передач  на "отсчетные" и "силовые" достаточно условно, поскольку все они передают крутящие моменты и все должны обеспечить пропорциональность углов  поворота. Например, передачи в механических или электронно-механических часах вполне могут оказаться "силовыми", если малые по абсолютному значению крутящие моменты передаются узкими зубцами с мелким модулем.

Если у зубчатых передач  нет явно выраженного эксплуатационного  характера, их относят к передачам общего назначения.

К передачам общего назначения не предъявляют повышенных требований по точности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Изготовление зубчатых колес

 

Заготовки зубчатых колес  получают литьем, ковкой в штампах или свободной ковкой в зависимости от материала, формы и размеров. Зубья колес изготовляют накатыванием, нарезанием, реже литьем.

Накатывание зубьев. Применяется в массовом производстве. Предварительное формообразование зубьев цилиндрических и конических колес производится г о р я ч и м    н а к а т ы в а н и е м.

Зубонакатывание — высокопроизводительный метод изготовления колес, резко сокращающий отход металла в стружку.

Нарезание зубьев. Существует два метода нарезания зубьев: копирование и обкатка.

 М е т о д    к  о п и р о в а  н и я заключается в прорезании впадин между зубьями модульными фрезами ( рис.1): дисковыми или пальцевыми (б). После прореза-ния каждой впадины заготовку поворачивают на шаг зацепления. Профиль впадины представляет собой копию профиля режущих кромок фрезы, отсюда и название — метод копирования. Метод копирования — малопроизводительный и неточный, применяется преимущественно в ремонтном деле.


 

 

 

 

 



 

Нарезание зубьев м е  т о д о м   о б к  а т к и основано на воспроизведении зацепления зубчатой пары, одним из элементов которой является режущий инструмент — червячная фреза (рис. 2, а), долбяк (рис.2, б) или реечный долбяк — гребенка.                            

Червячная фреза имеет в осевом сечении форму инструментальной рейки. При нарезании зубьев заготовка и фреза вращаются вокруг своих осей, обеспечивая непрерывность процесса.


 

 

 

Рис. 2. Нарезание зубьев методом обкатки

Нарезание зубьев червячными фрезами широко применяют для изготовления

цилиндрических колес  с внешним расположением зубьев. Для нарезания колес с внутренним расположением зубьев применяют долбяки. Гребенками нарезают прямозубые и косозубые колеса с большим модулем зацепления.

Нарезание зубьев конических колес методом обкатки производится строганием (рис.3, а), фрезерованием (рис.3, б), инструментом с прямобочным профилем или резцовыми головками.

 

 

 


 

 

 

 

 


 

Отделка зубьев. Зубья точных зубчатых колес после нарезания подвергают отделке шевингованием, шлифованием, притиркой или обкаткой.

Ш е в и  н г о в а н и е    применяют для тонкой обработки незакаленных колес.         Ш л и ф о в а н и е   применяют для обработки закаленных зубьев. Выполняют шлифовальными кругами способом копирования или обкатки.

П р и т и р  к у   используют для отделки закаленных зубьев колес. Выполняют притиром – чугунным точно изготовленным колесом с использованием притирочных абразивных паст.

О б  к а т к  а   применяется для сглаживания шероховатостей на рабочих поверхностях зубьев незакаленных колес. В течение 1…2 мин зубчатое колесо обкатывается под нагрузкой с эталонным колесом большой твердости.

 

 

 

 

3. Материалы зубчатых колес

 

Выбор материала зубчатых колес зависит от назначения передачи и условий ее работы. В качестве материалов колес применяют стали, чугуны и пластмассы.

Стали. Основными материалами для зубчатых колес служат термически обрабатываемые стали. В зависимости от твердости стальные зубчатые колеса делятся на две группы.

П е р в а я    г р у п п а  -  колеса с твердостью поверхностей зубьев Н ≤ 350 НВ. Применяются в слабо- и средненагруженных передачах. Материалами для колес этой группы служат углеродистые стали 35, 40, 45, 50, 50Г, легированные стали 40Х, 45Х, 40ХН и др.

В т о р а я   г р у п п а — колеса с твердостью поверхностей Н>350 НВ*. Высокая твердость рабочих поверхностей зубьев достигается объемной и поверхностной закалкой, цементацией, азотированием, цианированием. Эти виды термообработки позволяют в несколько раз повысить нагрузочную способность передачи по сравнению с улучшенными сталями.

Зубья колес с твердостью поверхностей Н>350 НВ не прирабатываются. Для неприрабатывающихся зубчатых передач обеспечивать разность твердостей зубьев шестерни и колеса не требуется.

насквозь, что делает его хрупким и сопровождается короблением. Для них используют стали 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ. Колеса с твердостью Н > 350 НВ нарезают до термообработки. Отделку зубьев производят после тармообработки.

Выбор марок сталей для  зубчатых колес. Без термической обработки механические характеристики всех сталей близки, поэтому применение легированных сталей без термообработки недопустимо.

Стальное литье. Применяют при изготовлении крупных зубчатых колес (da ≥ 500 мм). Употребляют стали 35Л...55Л. Литые колеса подвергают нормализации.

Чугуны. Применяют при изготовлении зубчатых колес тихоходных открытых передач. Рекомендуются чугуны СЧ18...СЧ35. Зубья чугунных колес хорошо прирабатываются, но имеют пониженную прочность на изгиб.

Пластмассы. Применяют в быстроходных слабонагруженных передачах для шестерен, работающих в паре с металлическими колесами. Зубчатые колеса из пластмасс отличаются бесшумностью и плавностью хода. Наиболее распространены текстолит, лигнофоль, капролон, полиформальдегид.

 

4. Кинематическая точность передачи.

 

Для обеспечения кинематической точности предусмотрены нормы, ограничивающие кинематическую погрешность передачи и кинематическую погрешность колеса.

Кинематической точностью передачи FК.П.П. называют разность между действительным j2 и номинальным j3 углами поворота ведомого зубчатого колеса 2 (рис. 2.1.) передачи, выраженную в линейных величинах длиной дуги его делительной окружности, т.е. FК.П.П.=(j2-j3)´r, где r - радиус делительной окружности ведомого колеса; j3=j1´z1/z2; j1 – действительный угол поворота ведущего колеса; z1 и z2 – числа зубьев соответственно ведущего 1 и ведомого 2 колёс. Наибольшая кинематическая погрешность передачи F'ir определяется наибольшей алгебраической разностью значений кинематической погрешности передачи за полный цикл изменения относительного положения зубчатых колёс.

Кинематической погрешностью зубчатого колеса FК.П.П. называют разность между действительным и номинальным (расчётным) углами поворота зубчатого колеса на его рабочей оси, ведомого точным (измерительным) колесом при нормальном взаимном положении осей вращения этих колёс; её выражают в линейных величинах длиной дуги делительной окружности (рис. 2.2.). Под рабочей осью понимают ось колеса, вокруг которой оно вращается в передаче. При назначении требований к точности колеса относительно другой оси (например, оси отверстия), которая может не совпадать с рабочей осью, погрешность колеса будет другой, что необходимо учитывать при установлении точности передачи. Все точные требования установлены для колёс, находящихся на рабочих осях.

Наибольшая кинематическая погрешность зубчатого колеса F'ir – наибольшая алгебраическая разность значений кинематической погрешности зубчатого колеса в пределах угла jполн полного оборота (см. рис. 2.2.). Эта погрешность ограничивается допуском на кинематическую погрешность колеса F'i (значения в стандарте не приведены). Допуск на кинематическую погрешность зубчатого колеса F'i следует определять как сумму допуска  на накопленную погрешность шага колеса Fp в зависимости от степени по нормам кинематической точности и допуска на погрешность профиля зуба ff, назначаемого в зависимости от степени точности по нормам плавности. Допускается нормировать кинематическую погрешность колеса на k шагах – F'ikr. Эта погрешность ограничивается допуском F'ik.

Если кинематическая погрешность колёс при контроле их на рабочей оси не превышает допускаемых значений и требование селективной сборки не выдвигается, то контроль кинематической точности передачи не обязателен. Если контролируемая кинематическая точность передачи соответствует требованиям стандарта, то контроль кинематической точности колёс не обязателен.

 

5. Плавность работы передачи.

  Эта характеристика передачи определяется параметрами, погрешности которых многократно (циклически) проявляются за оборот зубчатого колеса и также составляют часть кинематической погрешности. Аналитически или  с помощью анализаторов кинематическую погрешность можно представить в виде спектра гармонических составляющих, амплитуда и частота которых зависят от характера составляющих погрешностей. Например, отклонение шага зацепления (основного шага) вызывают колебания кинематической погрешности с зубцовой частотой, равной частоте входа в зацепление зубьев колёс.

  Циклический характер погрешностей, нарушающих плавность работы передачи, и возможность гармонического анализа дали основание определять и нормировать эти погрешности по спектру кинематической погрешности. Под циклической погрешностью передачи fzk0r и зубчатого колеса fzkr понимают удвоенную амплитуду гармонической составляющей кинематической погрешности соответственно передачи или колеса. Для ограничения циклической погрешности установлены допуски: fzk0 - на циклическую погрешность передачи и fzk - на циклическую погрешность зубчатого колеса. Допуски fzk0 и fzk для любой частоты определяются по формуле

Fzk0=fzk=(k-0,6ц+0,13)´Fr,                                     (3.1.)

где кц - частота циклов за оборот зубчатого колеса; Fr - допуск на радиальное биение зубчатого венца той же степени точности, что и fzk.

   Анализ формулы (3.1.) показывает, что с увеличением частоты кц допуски fzk0 и fzk уменьшаются. Это подтверждается опытом производства и эксплуатации быстроходных передач. Для ограничения циклической погрешности с частотой повторения, равной частоте хода зубьев в зацепление fzz0r и fzzr, установлены допуски на циклическую погрешность зубцовой частоты в передаче fzz0 и колеса fzz, причём fzz=0,6fzz0.Эти допуски зависят от частоты циклической погрешности кц (равной числу зубьев колёс z), степени точности, коэффициента осевого перекрытия eb и модуля m. Коэффициентом осевого перекрытия косозубой цилиндрической передачи eb называют отношение угла осевого перекрытия зубчатого колеса к угловому шагу. Угол осевого перекрытия jb - это угол поворота зубчатого колеса косозубой цилиндрической передачи, при котором точка контакта зубьев перемещается по линии зуба этого колеса от одного его торца до другого (т.е. угол поворота колеса передачи от положения входа до выхода зубьев из зацепления).

Косозубые передачи со значительным коэффициентом осевого перекрытия eb по сравнению с прямозубыми имеют меньший зубцовый импульс (меньшую амплитуду первой гармонической составляющей), поэтому с увеличением eb допуск fzz0 уменьшается.

Циклическая погрешность  зубцовой частоты является главной  причиной нарушения плавности зубчатых передач, состоящих из прямозубых колёс.

Циклическая погрешность  зубчатого колеса возникает вследствие биения червяка делительной пары станка, биения и перекоса фрезы  и т.д. Погрешности станка вызывают также волнистость боковых поверхностей зубьев косозубых колёс и погрешность  профиля прямозубых колёс, которые являются главными причинами неравномерного вращения передачи.

Циклические погрешности  обычно вызывают повышение шумовых  характеристик, причём уровень шумовой  мощности увеличивается с увеличением  частоты вращения передачи. Чтобы  повысить плавность передачи, целесообразно  повышать точность зуборезного инструмента  и червяка, сопряжённого с делительным колесом станка, а также применять шевингование и зубохонингование колёс.

 

6. Контакт зубьев в передаче.

Для повышения износостойкости  и долговечности зубчатых передач  необходимо, чтобы полнота контакта сопряжённых боковых поверхностей зубьев колёс была наибольшей. При неполном и неравномерном прилегании зубьев уменьшается несущая площадь поверхности их контакта, неравномерно распределяются контактные напряжения и смазочный материал, что приводит к интенсивному изнашиванию зубьев. Для обеспечения необходимой полноты контакта зубьев в передаче установлены наименьшие размеры суммарного пятна контакта.

Суммарным пятном контакта называют часть активной боковой  поверхности зуба колеса, на которой  располагаются следы прилегания зубьев парного колеса (следы надиров или краски) в собранной передаче после вращения под нагрузкой, устанавливаемой конструктором. Пятно контакта (рис. 4.1.) определяется относительными размерами (в процентах): по длине зуба - отношением расстояния а между крайними точками следов прилегания за вычетом разрывов с, превышающих модуль в мм, к длине зубаb,т.е. [(a-c)/b]´100%; по высоте зуба - отношением средней (по длине зуба) высоты прилегания hm к высоте зуба соответствующей активной боковой поверхности hp, т.е. (hm/hp)´100%.

В ГОСТ 1643-81 введено понятие  мгновенное пятно контакта, определяемое после поворота колеса собранной  передачи на полный оборот при лёгком торможении.

Полнота контакта зависит от погрешностей установки заготовки на станке (её торцевого биения), неточности станка (непараллельности направления хода фрезерного суппорта оси вращения стола и его перекоса), а для косозубых колёс также от погрешностей винта подачи зуборезного станка. Притирка и приработка зубьев сопряжённых колёс улучшают их контакт.

На полноту контакта влияют погрешности формы зубьев и погрешности их взаимного расположения в передаче.

При соответствии суммарного или мгновенного пятна контакта требованиям стандарта контроль по другим показателям, определяющим контакт  зубьев в передаче, не является необходимым. Допускается определять пятна контакта с помощью измерительногоколеса. 

7. Виды сопряжений зубьев колес в передаче.

 

  Для устранения возможного заклинивания при нагреве передачи, обеспечения условий протекания смазочного материала и ограничения мёртвого хода при реверсировании отсчётных и делительных реальных передач они должны иметь боковой зазор jп (между нерабочими профилями зубьев колёс). Этот зазор необходим также для компенсации погрешностей изготовления и монтажа передачи и для устранения удара по нерабочим профилям, который может быть вызван разрывом контакта рабочих профилей вследствие динамических явлений. Такая передача является однопрофильной (контакт зубьев колёс происходит по одним рабочим профилям). Только передача, изготовленная точно по номинальным параметрам (теоретическая зубчатая передача) является беззазорной двухпрофильной (контакт зубьев колёс происходит одновременно по правым и левым боковым профилям) и имеет постоянное передаточное отношение

i=z1/z2=w2/w1,

где z1 и z2 - число зубьев колёс, w1 и w2 - угловые скорости колёс.

  Для удовлетворения требований различных отраслей промышленности, независимо от степени точности изготовления колёс передачи, предусмотрено шесть видов сопряжений, определяющих различные значения jmin (рис. 5.1.). Сопряжения А, В, С, D, Е, Н применяют соответственно для степеней точности по нормам плавности работы: 3-12; 3-11; 3-9; 3-8; 3-7; 3-7.

  Установлено шесть классов отклонений межосевого расстояния, обозначаемых в порядке убывания точности римскими цифрами от 1 до 6. Гарантированный боковой зазор в каждом сопряжении обеспечивается при соблюдении предусмотренных классов отклонений межосевого расстояния (для сопряжений Н и Е – 2 класса, для сопряжений D, С, В и А – классов 3, 4, 5 и 6 соответственно). Соответствие видов сопряжений и указанных классов допускается изменять.

  На боковой зазор установлен допуск Тjn, определяемый разностью между наибольшим и наименьшим зазорами. По мере увеличения бокового зазора увеличивается допуск Тjn. Установлено восемь видов допуска Тjn на боковой зазор: x, y, z, a, b, c, d, h. Видам сопряжений Н и Е соответствует вид допуска h, видам сопряжений D, C, B и А – соответственно виды допусков d, c, b и а. Соответствие видов сопряжений и видов допусков Тjn допускается изменять, используя при этом и виды допуска z, y и х. В результате увеличения температуры при работе передачи размеры колёс увеличиваются в большей степени, чем расстояние между их осями, поэтому боковой зазор уменьшается.

  Погрешности изготовления и монтажа  колёс учитывают при определении наибольшего бокового зазора. Разность между наибольшим и гарантированным зазорами должна быть достаточной для компенсации погрешностей изготовления и монтажа колёс. Боковой зазор обеспечивают путём радиального смещения исходного контура рейки (зуборезного инструмента) от его номинального положения в тело колеса. Под номинальным положением исходного контура на зубчатом колесе, лишённом погрешностей, при котором номинальная толщина зуба соответствует плотному двухпрофильному зацеплению.

 

 

8. Обозначение точности колес и передач.

 

Точность изготовления зубчатых колёс и передач задают степенью точности, а требования к  боковому зазору – видом сопряжения по нормам бокового зазора. Примеры  условного обозначения: 7-С ГОСТ 1643-81 –цилиндрическая передача со степенью точности 7 по всем трём нормам, с видом сопряжения зубчатых колёс С и соответствием между видом сопряжения и видом допуска на боковой зазор (вид допуска С), а также между видом сопряжения и классом отклонений межосевого расстояния; 8-7-6-Ва ГОСТ 1643-81 - цилиндрическая передача со степенью 8 по нормам кинетической точности, со степенью 7 по нормам плавности, со степенью 6 по нормам контакта зубьев, с видом сопряжения В, видом допуска на боковой зазор а и соответствием между видом сопряжения и классом отклонений межосевого расстояния.

Пример обозначения  передачи со степенью точности 7 по всем нормам, с видом сопряжения колёс  С, видом допуска на боковой зазор  а и более грубым классом отклонений межосевого расстояния – V (при аw=450 мм. И уменьшенном гарантированном боковом зазоре jn min=128мкм.): 7-Са/V- 128 ГОСТ1643-81. Здесь уменьшенный гарантированный зазор определён по формуле j'n min=jn min–0,68(úfaú - ú faú )=155-0,68(120-80)»128 мкм, где отклонение fa  межосевого расстояния для более глубокого класса,  гарантированный боковой зазор jn min и предельное отклонение fa межосевого расстояния для данного вида сопряжения найдены по таблице ГОСТ 1643-81.

При более точном классе отклонений аw боковой зазор в передаче больше табличного и его в обозначении можно не указывать.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

 

Зубчатая передача являются наиболее рациональным и распространённым видом механических передач. Их применяют  для передачи мощностей — от ничтожно малых до десятков тысяч квт, для передачи окружных усилий от долей грамма до 10 Мн (1000 mc).

Основные достоинства  Зубчатая передача: значительно меньшие  габариты, чем у др. передач;

Высокий кпд (потери в  точных, хорошо смазываемых передачах 1—2%, в особо благоприятных условиях 0,5%);

Большая долговечность  и надёжность;

Отсутствие проскальзывания;

Малые нагрузки на валы. К недостаткам Зубчатая передача можно отнести шум при работе и необходимость точного изготовления.

 

Список использованной литературы.

 

1. Якушев А.И., Воронцов Л.Н., Федотов Н.М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. – М.: Машиностроение, 1986. – 352 с.

2.Н. Г. Куклин, Г. С. Куклина, «Детали машин». Москва, Высшая школа, 1987г.

3.Я. М. Павлов, «Детали  машин». Ленинград, Издательство «Машиностроение», 1969г.

   4. Лахтин Ю.М. «Материаловедение», М.: 1990.

5. Технология металлов и конструирование материалы. В.М. Никифоров, Москва, 1968, Изд. “Высшая школа”.







Зубчатые передачи. 2