Общие сведения о конических передачах

Для привода рабочих органов различных механизмов и машин требуются значительные вращающие моменты при низкой угловой скорости, например барабан лебедки подъемного крана, колесо автомобиля или трактора, ведущая звездочка цепного конвейера и т.д. и т.п. А электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания имеют наоборот при значительной угловой скорости небольшие вращающие моменты.

Конические редукторы, как и другие типы редукторов, предназначены для согласования параметров движения между двигателем и исполнительным органом какой-либо машины. Особенностью конической передачи является то, что оси ведущего и ведомого звеньев пересекаются под некоторым углом. Межосевой угол S (равный сумме углов делительного конуса шестерни d₁ и колеса d₂) передачи может принимать значения от 10° до 170°, однако передачи с межосевыми углами отличными от 90°, встречаются редко.

Редуктором называется механизм, состоящий из одной или нескольких передач зацеплением, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращательного движения от вала двигателя к валу исполнительного органа машины, с понижением угловой скорости и повышением вращающего момента.

Механизм, служащий для повышения угловой скорости и соответственно понижения вращающего момента, выполненный в виде отдельного агрегата называется ускорителем или мультипликатором.

Нагрузочной способностью редуктора является предельно допустимый момент на тихоходном валу, который определяется контактной прочностью зубьев, а также мощность на этом валу, зависящая от частоты вращения и допускаемого момента.

Конические зубчатые передачи сложнее цилиндрических в изготовлении и монтаже. Для нарезания конических колес требуются специальные станки, оснастка и инструмент, а при монтаже необходимо обеспечить совпадение вершин конусов шестерни и колеса. Кроме допусков на размеры зубьев в конической передаче необходимо выдержать допуски на углы S, d₁ и d₂. Выполнить коническое зацепление с той же степенью точности, что цилиндрическое, значительно труднее. Из-за пересечения осей валов одно из колес, как правило, шестерня, располагается консольно, что отрицательно сказывается на распределении нагрузки по длине зуба. Значительные осевые нагрузки, возникающие в передаче, вызывают необходимость применения более сложных по конструкции опорных узлов. Все это приводит к увеличению шума и снижению КПД конической передачи. На основании опытных данных установлено, что нагрузочная способность конической прямозубой передачи составляет около 85 % от эквивалентной ей цилиндрической передачи.

Несмотря на указанные недостатки, конические передачи применяются достаточно широко, так как условия компоновки и размещения элементов приводов и узлов машин и механизмов часто вынуждают располагать валы под углом друг к другу, чаще всего ортогонально (под углом 90°).

Зубчатые колёса конических редукторов могут быть выполнены с прямыми (рисунок 1, а), тангенциальными (косыми) (рисунок 1, б) и круговыми зубьями (рисунок 1, в).

d₀ - диаметр зуборезной головки

d_m - средний делительный диаметр колеса

Рисунок 2 - Наиболее распространенные типы зубьев конических колес

Прямозубые конические колёса (рисунок 2, а) имеют радиальное направление зубьев (β = 0°). В колёсах с тангенциальными (косыми) зубьями (рисунок 2, б) последние расположены под углом β _ne к радиусу, диапазон значений которого составляет β _ne = 20…30°. Конические колёса с круговыми зубьями (рисунок 2, в, г), которые называются: круговой β _n ¹ 0° (чаще всего

β _n = 30° или β _n = 35°) и круговой нулевой β _n = 0°.

Прямозубые конические передачи обычно применяются при окружных скоростях до 3 м/с. Но допускается их использование, как наиболее простых в монтаже и при скоростях до 8 м/с. При повышенных окружных скоростях желательно использовать конические передачи с тангенциальными и круговыми зубьями. Наиболее широко в высокоскоростных передачах применяются конические колёса с круговыми зубьями, как наиболее технологичные в изготовлении, обеспечивающие более плавное зацепление и, соответственно, меньший шум и большую нагрузочную способность. C увеличением угла наклона зубьев β _ne (β _n) увеличивается плавность работы передачи, но одновременно растет осевая сила (F_a), что приводит к повышению нагрузки на подшипники. Что требует увеличения габаритов подшипниковых узлов, и при этом повышаются потери на трение в подшипниках. В связи, с чем предельное значение угла наклона в конической передаче с тангенциальными (косыми) зубьями составляет β _ne = 30°, а с круговыми зубьями β _n = 35°.

В зависимости от взаимного расположения образующих делительного конуса и образующих конусов впадин (и вершин), различают следующие осевые формы зубьев конических колёс (рисунок 3), которые регламентируются ГОСТ 19325-73 «Передачи зубчатые конические. Термины, определения и обозначения» [1].

а) б) в) г)

Рисунок 3 – Осевая форма зубьев конических зубчатых колес

Форма I – пропорционально понижающиеся зубья (рисунок 3, а): вершины конусов делительного и впадин совпадают, высота ножки зуба пропорциональна конусному расстоянию. Данная форма основная для прямозубых и тангенциальных колёс. Её применяют ограничено для колёс с круговыми зубьями при значении среднего нормального модуля зацепления m_mn ≥ 2 мм и Z_∑ = 20…100.

Форма II – понижающиеся зубья (рисунок 3, б, в): вершины конусов делительного и впадин не совпадают, ширина дна впадины постоянна, толщина зуба по делительному конусу пропорциональна расстоянию от вершины. Данная форма является основной для колёс с круговыми зубьями.

Форма III – равновысокие зубья (рисунок 3, г): образующие конусов делительного, впадин и вершин зубьев параллельны, а высота зуба постоянна. Используют для колёс с круговыми зубьями при Z_∑ ≥ 40.