Зубчатые и червячные передачи

Зубчатые и червячные механизмы служат для равномерной передачи вращения между двумя валами, оси которых параллельны, пересекаются или скрещиваются.

Передача вращения от одного вала к другому осуществляется посредством зацепления зубьев двух сопряженных зубчатых колес или червячной пары. В большинстве передач угол между пересекающими или скрещивающими осями валов равен 90 градусов.

В зависимости от взаимного расположения осей валов передача вращения осуществляется цилиндрическими (оси параллельны) - рис. 1, коническими (оси пересекаются) - рис. 2 и винтовыми (оси скрещиваются) зубчатыми колесами - рис. 3.

Большое распространение для передачи вращения между валами со скрещивающими осями получили червячные пары, состоящие из червяка и червячного колеса (рис. 3)

Существуют также зубчатые передачи, преобразующие вращательное движение в поступательное или наоборот. Наибольшее применение получили зубчатые колеса, профиль зубьев которых образован двумя симметричными эвольвентными окружностями (рис. 1)

Шестерни, колеса и червяки изготовляются как одно целое с валом или насадные. Соединение насадных зубчатых и червячных колес, а также червяков с валом осуществляется при помощи шпонок или шлицев

.

Рис. 1. Зацепление колес

Рис. 2. Конические колеса.

ОСHОВHЫЕ ТЕРМИHЫ, ОПРЕДЕЛЕHИЯ И ОБОЗHАЧЕHИЯ (ГОСТ 16530 - 83... ГОСТ 16532 - 83)

1. Z - число зубьев зубчатого колеса.

2. Шестерня - зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев.

3. Колесо - зубчатое колесо передачи с большим числом зубьев. При одинаковом числе зубьев зубчатых колес передачи шестерней называется ведущее зубчатое колесо, а колесом - ведомое.

4. Буквенным обозначениям, общим для шестерни и колеса, присваивают соответственно индексы 1 и 2.

5. U - передаточное число зубчатой передачи, оно представляет отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни: U = Z₂ / Z₁

6. а_w - межосевое расстояние, кратчайшее расстояние между осями зубчатых колес передачи (рис. 1).

7. а - делительное межосевое расстояние (рис. 1).

8. У зубчатого колеса различают следующие виды соосных поверхностей вращения:

а) делительную поверхность (является базовой для определения элементов зубьев и их размеров);

б) начальную поверхность (каждая из взаимно касающихся соосных поверхностей зубчатых колес передачи);

в) поверхность вершин зубьев;

г) поверхность впадин и другие.

9. В соответствии с п. 8 различают делительную, начальную, вершин зубьев, впадин и другие концентрические окружности зубчатого колеса, принадлежащие соответственно делительной, начальной, вершин зубьев, впадин и другим соосным поверхностям зубчатого колеса.

10. В соответствии с п. 9 различают диаметры зубчатого колеса: делительный - d, начальный - d_w, вершин зубьев - d_а, впадин - d_f и другие - соответственно делительной, начальной, вершин зубьев, впадин и других концентрических окружностей (рис. 1).

11. Делительная поверхность делит зуб на две части:

а) делительную головку (головку),

б) делительную ножку (ножку).

12. Начальная поверхность делит зуб на две части:

а) начальную головку,

б) начальную ножку.

13. h - высота зуба. h = h_a + h_f

14. h_а - высота делительной головки - часть зуба, заключенная между поверхностью вершин зубьев и делительной поверхностью колеса, h_f - высота делительной ножки - часть зуба, заключенная между делительной поверхностью и поверхностью впадин. h_wа - высота начальной головки, h_wf - высота начальной ножки.

Для прямозубых, некорригированных зубчатых колес делительная и начальная окружности совпадают (d = d_w). Если d = d_w, то h_a = h_wa, h_f = h_wf. У отдельного зубчатого колеса рассматривается и изображается на чертеже только делительная окружность (d).

15. b - ширина венца зубчатого колеса.

16. Р_t - окружной делительный шаг - расстояние между одноименными профилями соседних зубьев по дуге делительной окружности.

Отрезки, равные шагу Р_t, делят делительную окружность на Z частей (Z - число зубьев колеса).

Р_t = 3/14*d/Z; d = Р_t / 3/14*Z.

17. S_t - делительная окружная толщина зуба - расстояние между разноименными профилями зуба по дуге делительной окружности.

18. е_t - делительная окружная ширина впадины зубчатого колеса - расстояние между ближайшими разноименными профилями соседних зубьев по дуге делительной окружности.

S_t = e_t = Р_t / 2 = 0, 5*3.14*m

19. m - окружной модуль, линейная величина в п раз меньшая окружного шага зубьев.

m = Р_t/3.14; d = m*Z

Модуль (m) является основным расчетным параметром зубчатого зацепления. Числовые величины модулей зубчатых колес выбираются по ГОСТ 9563 - 60.

20. С - радиальный зазор, расстояние между поверхностью вершин зубьев одного из зубчатых колес передачи и поверхностью впадин другого.

С = 0, 25 m - для цилиндрических зубчатых колес,

С = 0, 2 m - для конических зубчатых колес и червячных пар.

21. Межосевое расстояние цилиндрической зубчатой передачи равно полусумме делительных диаметров зубчатых колес при внешнем зацеплении и полуразности при внутреннем. Если d = d_w, то a = a_w.

В зависимости от назначения зубчатые колеса изготовляются из чугуна, стали, бронзы и полимерных материалов (текстолит, капрон, и др.)

Рис. 3. Скрещивающиеся зубчатые колеса.

Зубья зубчатых колес нарезаются на специальных металлорежущих станках, работающих по принципу обкатки, режущим инструментом при этом служат гребенки, долбяки, червячные фрезы.

Передача образуется двумя зубчатыми колесами (шестерней и колесом), находящимися в зацеплении.

Чертеж передачи должен содержать два изображения: главное изображение и вид слева. В качестве главного изображения принимается полный продольный фронтальный разрез передачи. Для изображения шпоночного или шлицевого соединения вала с колесом на чертеже выполняются местные разрезы (рис. 1).

Рис. 1. Учебный чертеж цилиндрической зубчатой передачи.

Вычерчивание цилиндрической передачи следует начинать с нанесения осей шестерни и колеса на расстоянии а_w = a на главном виде и виде слева и изображения начальных цилиндров, касающихся друг друга. Начальные цилиндры проецируются на фронтальную плоскость проекций (главный вид) в виде начальных прямых, а на профильную плоскость (вид слева) - в виде начальных окружностей. Начальные окружности шестерни и колеса касаются в точке, принадлежащей линии центров.

Окружности вершин зубьев и впадин в зоне зацепления не касаются, а образуют радиальный зазор равный 0, 25m, так как высота головки зуба меньше высоты ножки на эту же величину. Окружности вершин зубьев на всем протяжении, в том числе и в зоне зацепления, изображаются сплошной толстой основной линией.

Начальные окружности и образующие начальных поверхностей изображаются тонкими штрихпунктирными линиями. Окружности и образующие поверхностей впадин изображаются тонкими сплошными линиями; допускается их не показывать.

Расчет геометрических и конструктивных параметров колеса и шестерни в соответствии с исходными данными производится по формулам и соотношениям, приведенным на рис. 4

Рис. 4. Расчет геометрических и конструктивных параметров колеса и шестерни.

Исходными данными для расчета являются:

m - модуль зацепления (общий для обоих колес), мм;

Z₁ - число зубьев шестерни;

Z₂ - число зубьев колеса;

D_в1 - диаметр вала шестерни;

D_в2 - диаметр вала колеса.

Размеры шпонок (призматических или сегментных) и пазов для них, а также шлицевых соединений выбираются по соответствующим стандартам. Пример выполнения учебного чертежа цилиндрической зубчатой передачи

дан на рис. 1

.