Механізми зубчастих передач
Зубчасті зачеплення застосовуються для передачі обертального руху від двигуна до виконавчого органу.
При цьому проводяться необхідні перетворення руху, зміна частоти обертання, крутного моменту, напрямки осей обертання.
Для всього цього служать різні види передач. Класифікація видів зубчастих передач по розташуванню осей обертання:
Циліндрична передача складається з колісної пари зазвичай з різним числом зубів. Осі зубчастих коліс в циліндричної передачі паралельні. Ставлення чисел зубів називається передавальним відношенням. Мале зубчасте колесо називається шестернею, велике - колесом. Якщо шестерня ведуча, а передавальне число більше одиниці, то говорять про понижувальної передачі. Частота обертання колеса буде менше частоти обертання шестерні. Одночасно при зменшенні кутової швидкості збільшується крутний момент на валу. Якщо передавальне число менше одиниці, то це підвищує передача.- Конічний зачеплення. Характеризується тим, що осі зубчастих коліс перетинаються і обертання передається між валами, які розташовані під певним кутом. Залежно від того, яке колесо в передачі провідне, вони теж можуть бути підвищують і знижують.
- Черв'ячна передача має перехресні осі обертання. Великі передавальні числа виходять через співвідношення числа зубів колеса і числа заходів черв'яка. Черв'яки використовуються одно-, дво- або четирехзаходние. Особливістю черв'ячної передачі є передача обертання тільки від черв'яка до черв'ячного колеса. Зворотний процес неможливий через тертя. Система самогальмуючі. Цим обумовлено застосуванням черв'ячних редукторів в вантажопідйомних механізмах.
- Рейкове зачеплення. Утворено зубчастим колесом і рейкою. Перетворює обертальний рух в поступальний і навпаки.
- Гвинтові передача. Застосовується при перехресних валах. Через точкового контакту зуби зачеплення схильні до підвищеного зносу під навантаженням. Застосовуються гвинтові передачі найчастіше в приладах.
- Планетарні передачі - це зачеплення, в яких застосовуються зубчасті колеса з рухомими осями. Звичайно є нерухоме зовнішнє колесо з внутрішнім різьбленням, центральне колесо і водило з сателітами, які переміщаються по колу нерухомого колеса і обертають центральне. Обертання передається від водила до центрального колеса або навпаки.
Потрібно розрізняти зовнішнє і внутрішнє зачеплення. При внутрішньому зачепленні зуби більшого колеса розташовуються на внутрішній поверхні кола, і обертання відбувається в одному напрямку. Це основні види зачеплень.
Існує величезна кількість можливостей для їх поєднання і використання в різних кінематичних схемах.
форма зуба
Зачеплення розрізняються за профілем і типу зубів. За формою зуба розрізняють евольвентні, кругові і циклоїдальні зачеплення. Найбільш часто використовуваними є евольвентні зачеплення. Вони мають технологічну перевагу. Нарізка зубів може проводитися простим рейковим інструментом. Ці зачеплення характеризуються постійним передавальним відношенням, не залежних від зсуву міжцентрової відстані. Але при великих потужностях проявляються недоліки, пов'язані з невеликим плямою контакту в двох опуклих поверхнях зубів. Це може призводити до поверхневих руйнувань і викришування матеріалу поверхонь.
У кругових зацеплениях опуклі зуби шестірні зчіплюються з увігнутими колесами і пляма контакту значно збільшується. Недоліком цих передач є те, що з'являється тертя в колісних парах. Види зубчастих коліс:
Прямозубиє. Це найбільш часто використовуваний вид колісних пар. Контактна лінія у них паралельна осі вала. Прямозубиє колеса порівняно дешеві, але максимальний передається момент у них менше, ніж у косозубих і шевронних коліс.- Косозубі. Рекомендується застосовувати при великих частотах обертання, вони забезпечують більш плавний хід і зменшення шуму. Недоліком є підвищене навантаження на підшипники через виникнення осьових зусиль.
- Шевронні. Мають переваги косозубих колісних пар і не навантажують підшипники осьовими силами, так як сили спрямовані в різні боки.
- Криволінійні. Застосовуються при великих передавальних відносинах. Менш гучні і краще працюють на вигин.
Прямозубиє колісні пари мають найбільшого поширення. Їх легко проектувати, виготовляти і експлуатувати.
Матеріали для виготовлення
Основний матеріал для виготовлення колісних пар - це сталь. Шестерня повинна мати більш високі характеристики, тому колеса часто виготовляють з різних матеріалів і піддають різної термічної або хіміко-термічній обробці. Шестерні, виготовлені з легованої сталі, піддають поверхневому зміцненню методом азотування, цементації або ціанування. Для вуглецевих сталей використовується поверхнева гарт.
Зуби повинні володіти високою поверхневою міцністю, а також більш м'якою і в'язкою серцевиною. Це збереже їх від зламу та зносу поверхні. Колісні пари тихохідних машин можуть бути виготовлені з чавуну. У різних виробництвах застосовуються також бронза, латунь і різні пластики.
способи обробки
Зубчасті колеса виготовляються з штампованих або литих заготовок методом нарізання зубів. Нарізування виробляється методами копіювання і обкатки. Обкатка дозволяє одним інструментом вирізати зуби різної конфігурації. Інструментами для нарізування можуть бути долбяки, черв'ячні фрези або рейки. Для нарізування методом копіювання використовуються пальцеві фрези. Термообробка проводиться після нарізки, але для високоточних зацеплений після термообробки застосовується ще шліфування або обкатка.
Обслуговування і розрахунок
Техобслуговування полягає в огляді механізму, перевірці цілісності зубів і відсутності сколів. Перевірка правильності зачеплення здійснюється за допомогою фарби, що наноситься на зуби. Вивчається величина плями контакту і його розташування по висоті зуба. Регулювання проводиться установкою прокладок в підшипникових вузлах.
Спочатку треба визначитися з кінематичними та силовими характеристиками, необхідними для роботи механізму. Вибирається вид передачі, допустимі навантаження і габарити, потім підбираються матеріали для термічної обробки. Розрахунок включає в себе вибір модуля зачеплення, після цього підбираються величини зсувів, число зубів шестерні і колеса, міжосьова відстань, ширина вінців. Всі значення можна вибирати за таблицями або використовувати спеціальні комп'ютерні програми.
Головними умовами, необхідними для тривалої роботи зубчастих передач, є зносостійкість контактних поверхонь зубів і їх міцність на вигин.
Досягненню оптимальних параметрів і приділяється основна увага при проектуванні і виготовленні зубчастих механізмів.