Зубчатые передачи

К числу специфических достоинств зубчатых передач, обусловивших широкое использование их в станках относятся:

а) Возможность передачи движения между двумя не слишком удаленными валами при произвольном относительном расположении валов, когда оси последних 1) параллельны 2) пересекаются или 3) скрещиваются.

б) Постоянство передаточного отношения, которое зависит лишь от чисел зубьев сопряженных колес.

в) Удобство изменения скоростей ведомых элементов как по величине, так и по направлению путем различных переключений зубчатых передач.

г) Возможность передачи усилий и крутящих моментов практически любой величины.

Недостатки:

а) Недостаточная для некоторых целей плавность работы зубчатой передачи. Это относится в основном прямозубым колесам. Значительно совершеннее в этом отношении колеса с винтовыми, криволинейными или шевронными колесами.

б) Сложность технологии изготовления зубчатых передач, удовлетворяющих требованиям современного станкостроения.

в) При большом удалении валов друг от друга приходится прибегать к промежуточным передачам или к паразитным колесам, что усложняет конструкцию и снижает КПД цепи.

г) Шум при работе зубчатых передач.

Методы снижения шума:

- отказ от прямозубых цилиндрических и особенно конических колес;

- рациональная технология изготовления передач (точное нарезание, обкатка, модификация);

- надлежащая смазка.

Прямозубые колеса значительно уступают косозубым или шевронным в отношении плавности работы и бесшумности, но обладают тем преимуществом, что их можно легко вводить в зацепление с сопряженным колесом или выводить из него путем перемещения вдоль вала. Для шевронных колес это невозможно, а для косозубых хотя и возможно, но связано с осложнением обработки шлицевого вала (винтовые шлицы).

При передаче больших усилий желательно использовать шевронные колеса, однако, надо помнить, что для их изготовления необходимы специальные станки.

Высокая плавность работы косозубых и шевронных передач обусловлена главным образом тем, что полный коэффициент перекрытия больше, чем у прямозубой передачи с теми же параметрами. Так как этот коэффициент тем больше, чем больше угол наклона винтовой линии зуба, то для ответственных передач выгодно принимать этот угол большим. Надо, однако, помнить, что при этом возрастает осевое усилие.

При применении косозубых или шевронных передач в КС все сопряженные колеса постоянно сцеплены, а переключения производятся посредством муфт.

В очень многих конструкциях КС с целью избежать сцепных муфт, а отчасти – уменьшить износ зубьев при постоянном их зацеплении, предпочитают производить переключения путем передвижения блоков и отдельных зубчатых колес. В этом случае косыми зубьями снабжают лишь колеса последней передачи к шпинделю. Это позволяет достигнуть более плавного вращения шпинделя, это особенно важно на высоких оборотах его. Кроме того, при правильно выбранном направлении винтовой линии зуба шпиндельного колеса осевое давление на шпиндель во время резания частично уравновешивается осевым давлением, обусловленным наклоном зуба, следовательно, облегчается конструкция упорного подшипника.

При назначении марки материала, из которого изготовлено зубчатое колесо, следует учесть следующее:

1) Не применять без крайней необходимости, доказанной расчетом или опытом, материалы, в состав которых входят дефицитные элементы, в частности, не применять бронз, особенно оловянистых, и сталей, легированных никелем, молибденом, ванадием. В большинстве случаев требуемые качества зубчатого колеса можно обеспечить правильно выбранной термообработкой среднеуглеродистых и хромистых сталей.

2) Для изготовления всех зубчатых колес станка рекомендуется пользоваться чугуном одного сорта и сталью не более чем 3…4 различных марок, чтобы не осложнять производства.

Наибольшее распространение в станках имеют стали 45, 20 Х, 40Х, в меньшей степени - 40ХН, 12ХНЗА, 18ХГТ, 40ХФА.

Чугун может использоваться для изготовления сравнительно легко нагруженных и работающих без ударов зубчатых колес при окружных скоростях не свыше 6 м/с.

Зубчатые колеса станков по своей форме могут быть весьма различны.

Чаще всего их делают цельными. Малые шестерни составляют иногда одно целое со своим валиком.

Шлифованные или хонингованные стальные прямозубые колеса можно применять при окружной скорости передачи до 16 м/с, косозубые — при скорости до 30 м/с. Нешлифованные прямозубые ко­леса пригодны, когда окружная скорость передачи не выше 6 м/с, косозу­бые — до 16 м/с. Передаточное число цилиндрической передачи в главном при­воде станка должно находиться в интервале от 0, 25 до 2, в приводе подачи — от 0, 2 до 2, 8.

Число зубьев некоррегированного зубчатого колеса должно быть не мень­ше 18. Ширину венца принимают равной 6…10 модулям (меньше для подвиж­ных колес). Во избежание поломок колес толщина стенки между шпоночным пазом и впадиной зуба должна быть больше двух модулей. Диаметр ступицы d_c обычно равен 1, 6d. Длину l выбирают исходя из необходимос­ти обеспечить прочность шпоночного или шлицевого соединения колеса с ва­лом, снизить габариты и массу узла, а также с учетом соотношения

В цельных блоках зубчатых колес предусматривают выточку для выхода долбяка шириной с (рис.38, б):

Модуль колеса, мм 1…2 2, 5…4 4…5

с, мм 5 6 7

Составные блоки по сравнению с цельными имеют меньшую длину и мас­су. В них можно соединять колеса из разных материалов, со шлифованными венцами. При ремонте допускается замена только одного вышедшего из строя венца. Венцы составных блоков, работающие при импульсных нагрузках (в приводах фрезерных станков), более долговечны, что объясняется их само­установкой благодаря коротким ступицам и более равномерному распределе­нию нагрузки по длине зуба.

Ряд способов соединения зубчатых колес в составные блоки приведен на рис. Насадное колесо может быть помещено на ступице основного, в ка­честве которого используется колесо меньшего диаметра (рис. а, б). Кру­тящий момент на насадное колесо передается шпонкой, цилиндрическими штифтами, зубчатой муфтой, В осевом направлении оно фиксируется устано­вочным винтом» пружинным кольцом, винтом. Колеса могут быть установлены непосредственно на валу (рис. в, д, е) и соединены между собой с по­мощью развальцованных штифтов, охватывающей составной вилки, пружин­ного кольца, резьбы. Колеса составного блока могут быть установлены на об­щей втулке (рис. г). Этот способ применяется, когда у насадных колес нет ступиц, а наименьшие из них имеют значительное число зубьев.

Зубчатые колеса с венцом, приклеенным к ступице, экономически эффек­тивны, когда их венцы изготовляются централизованно, а ступицы индиви­дуально.

Блоки зубчатых колес делаются как цельными, так и составными. Составные используются тогда, когда зубчатые венцы блока должны быть нарезаны на зубофрезерном станке, и они расположены так близко друг к другу, что не остается места для выхода фрезы или, по аналогичной причине, если зубья всех колес блока должны быть шлифованы.

Для облегчения включения передвижных колес в сцепление с сопряженными им колесами, зубья тех и других закругляют по всей высоте с соответствующего торца. Практикой установлено, что по включаемости, прочности и износостойкости хорошие результаты дает бочкообразная форма закругления.

С другого (внешнего) торца зубья колес этого блока лишь немного закруглены. Такое закругление или чаще фаска под углом 45^о на высоте, меньшей модуля, очень часто делается на всех зубчатых колесах (при обточке заготовки), чтобы предупредить выкрашивание острых углов зубьев.

При проектировании двух- и много венцовых блоков зубчатых колес необходимо оставлять между венцами канавки достаточной ширины (6…14 мм) на выход долбяка.

Для зубчатых колес отношение ширины венца и наружному диаметру должно быть равно 0, 3, отношение ширины венца колеса к модулю - 6…10, а отношение наружного диаметра венца к диаметру вала – меньше 10.

Увеличение ширины колеса позволяет уменьшить межосевое расстояние за счет использования меньшего модуля, но увеличение связано с возрастанием требований к точности вследствие неравномерности распределения нагрузки по длине зубьев. Возникает опасность ухудшения работы передачи, излома и выкрашивания зубьев, особенно в конструкции с нежесткими валами.

В станкостроении применяют зубчатые колеса с узкими венцами, что объясняется стремлением к компактности механизмов в направлении длины валов. Особенно узкие венцы делают у перемещаемых колес.

При данном межосевом расстоянии целесообразнее применять наименьший модуль; это позволяет 1) увеличить число зубьев; 2) продолжительность зацепления, т.е. получить более плавную и бесшумную передачу; 3) уменьшить потери на трение (потери на трение обратно пропорциональны числам зубьев); 4) уменьшить ширину венца и массу.

Длина ступицы зубчатого колеса принимается обычно.

где - диаметр вала.

Минимальное число зубьев некоррегированного зубчатого колеса не должно быть меньше 18 (при наличии требований к плавности вращения). При отсутствии требований к плавности вращения допустимое число зубьев некоррегированного зубчатого колеса можно уменьшить до 14, а при коррегировании – до 10…12. Передвижные колеса и блоки связывают с валом посредством шлицев или призматических шпонок. Для надежного направления этих деталей число шпонок должно быть не меньше двух.

Неподвижные цилиндрические зубчатые колеса монтируют на вал по переходным посадкам

- при легких нагрузках в неответственных передачах;

- для средненагруженных колес (предпочтительна в общем случае);

- для тяжелонагруженных колес и при ударной нагрузке;

- для средненагруженных колес при переменной нагрузке, вызывающей средние толчки и удары.

Передвижные блоки зубчатых колес и отдельные колеса монтируют по посадке , а вращающиеся относительно вала колеса - по посадке .

При выполнении шпоночного паза в зубчатом колесе необхо­димо обеспечить толщину стенки между впадиной зуба и шпоночным пазом не менее двух модулей (рис.).