Применение конических зубчатых колес

Содержание

Применение конических зубчатых колес  …………………………………..….. 3

Геометрические параметры  конических зубчатых передач ………………….. 5

Типы конических зубчатых колес …………………………………………….. 10

Степени точности ……………………………………………………………… 11

Литература ………………………………………………………………..……. 12

 

Конические зубчатые колеса применяют в передачах между валами, оси которых расположены под углом. Основное применение имеют передачи с пересекающимися под углом 90° осями, т. е. ортогональные передачи, которые рассматриваются ниже. Передачи с межосевым углом, не равным 90°, применяют редко из-за сложности форм и технологии изготовления корпусных деталей, несущих эти передачи, хотя для изготовления самих колес межосевой угол передачи не имеет значения. Пересечение осей валов затрудняет размещение опор. Одно из конических колес, как правило, располагают консольно. При этом увеличивается неравномерность распределения нагрузки по длине зуба. В коническом зацеплении действуют осевые силы, наличие которых усложняет конструкцию опор. Все это приводит к тому, что по опытным данным нагрузочная способность конической прямозубой передачи составляет лишь около 0,85 цилиндрической. Несмотря на отмеченные недостатки, а также то, что конические колеса сложнее, чем цилиндрические в изготовлении и монтаже, конические передачи имеют, широкое применение, поскольку по условиям компоновки механизмов довольно часто необходимо располагать валы под углом. Конические колеса выполняют с прямыми, тангенциальными, круговыми и другими криволинейными зубьями

Рис. 1 Конические зубчатые колеса: а – с прямыми; б – с косыми; в – с круговыми зубьями.

 

Прямозубые конические колеса следует применять при невысоких  окружных скоростях (до 2...3 м/с) как наиболее простые в монтаже (допустимо  до 8 м/с). При более высоких скоростях целесообразно применять колеса с круговыми зубьями, как обеспечивающие более плавное зацепление, меньший шум, большую несущую способность и более технологичные. Зубья обрабатывают на специальных станках для нарезания конических колес. В массовом и крупносерийном производстве в связи с возможностью компенсации при нарезании зубьев последующих закалочных деформаций конические колеса не шлифуют, а ограничиваются притиркой. В конических передачах для обеспечения при сборке правильного контакта зубьев предусматривают возможность осевой регулировки зубчатых колес. Несущая способность конических зубчатых передач с повышенным перекосом осей (от консольного расположения, недостаточной жесткости валов и корпусов) может быть несколько повышена даже по сравнению с передачами, имеющими круговой зуб, выполнением зубьев двояковыпуклыми и вогнутыми. Обе стороны зуба шестерни нарезают выпуклыми, а колеса — вогнутыми. Выигрыш получается вследствие того, что удельная жесткость пары зубьев не меняется по длине зубьев и пятно контакта при деформации валов не смещается.

 

Геометрические  параметры конических зубчатых передач

 

Рис.2 Геометрия конической передачи с формой зубьев I (а) и II (б).

 

Геометрические расчеты  конических колес аналогичны расчетам цилиндрических. Зубья конических колес  образуются обкатыванием по плоскому колесу с прямолинейным профилем зубьев аналогично тому, как зубья  цилиндрических колес образуются обкатыванием по рейке. Число зубьев плоского колеса (может получиться дробным). Вместо начальных и делительных цилиндров цилиндрических колес в конических колесах вводятся понятия: начальный и делительный конусы, которые, как правило, совпадают, так как для конических колес угловую коррекцию практически не применяют. В качестве торцовых сечений рассматривают сечения поверхностями дополнительных конусов, т. е. Конусов, оси которых совпадают с осью колеса, а образующие перпендикулярны к образующим делительного конуса. Используются понятия внешнего и внутреннего дополнительных конусов (ограничивающих зубчатый венец) и среднего дополнительного конуса. Действительные профили зубьев конических колес весьма близки к профилям воображаемых эквивалентных цилиндрических колес с радиусами делительных окружностей, равными длинам образующих дополнительных конусов. Зубья конических колес по признаку изменения размеров сечений по длине выполняют трех форм.

Осевая форма I — нормально  понижающиеся зубья; вершины делительного и внутреннего конусов совпадают (а). Эту форму применяют для  конических передач с прямыми  и тангенциальными зубьями, а  также ограничено для передач  с круговыми зубьями при  и

Осевая форма II(б) — вершина  внутреннего конуса располагается  так, что ширина дна впадины колеса постоянна, а толщина зуба по делительному конусу растет с увеличением расстояния от вершины. Эта форма позволяет  обрабатывать одним инструментом сразу  обе поверхности зубьев колеса. Поэтому  она является основной для колес  с круговыми зубьями, широко применяется  в массовом производстве.

Осевая форма III (в) —равновысокие  зубья; образующие делительного и внутреннего  конусов параллельны. Эту форму  применяют для круговых зубьев при  , в частности при средних конусных расстояниях 75—750 мм. Формы II и III получают смещением вершины конуса впадин и вершины делительного конуса (б, в). Области применения подробнее см. ГОСТ 19326—73.

 

 

Таблица 1. Характеристики основных зубьев конических зубчатых колес (ГОСТ 19326-73)

У конических колес удобно измерять, а потому и задавать размеры  зубьев на внешнем дополнительном конусе. В зубчатых колесах с зубьями  формы I обычно оперируют окружным модулем  на внешнем торце. В зубчатых колесах с зубьями формы II и III преимущественно оперируют нормальным модулем на середине ширины зубчатого венца. Круговые зубья нарезают немодульным инструментом, позволяющим обрабатывать зубья в некотором диапазоне модулей. Поэтому допускается применять передачи с нестандартными и дробными модулями.

Соотношение между модулями и следующее:

где — внешнее конусное расстояние Угол наклона линии зуба выбирают, учитывая, что увеличение улучшает плавность зацепления, но при этом возрастают усилия. При круговых зубьях преимущественно применяют = 35°, а при тангенциальных 20...30°, обычно угол выбирают кратным 5°. Минимально допустимые числа зубьев приведены в таблице:

.

Для уменьшения шума рекомендуют  применять притирку и выбирать некратные  числа зубьев колес. Для зубчатых передач с твердостью рабочих  поверхностей зубьев шестерни и колеса число зубьев шестерни рекомендуют выбирать по следующим графикам в зависимости от внешнего делительного диаметра шестерни , при твердости и < 350 НВ выбранные значения увеличивают в 1,6 раза; при и увеличивают в 1,3 раза. Основные геометрические соотношения в конических передачах приведены далее. Корригирование конических зацеплений по сравнению с цилиндрическими имеет следующие особенности. Область целесообразного применения высотной коррекции конических зацеплений расширена. Наоборот, угловая коррекция, при которой сумма смещений исходного контура для колес не равна нулю, весьма трудно осуществима из-за необходимости сохранить заданный межосевой угол, поэтому ее практически не применяют. Для конических зацеплений, в отличие от цилиндрических, при u>2,5 удобно применять так называемую тангенциальную коррекцию, заключающуюся в утолщении зуба шестерни и соответственном утонении зуба колеса. Тангенциальная коррекция конических колес не требует специального инструмента, так как ее получают благодаря разведению резцов, обрабатывающих противоположные стороны зубьев. Для цилиндрических колес тангенциальную коррекцию не применяют, так как она требует специального инструмента. Основные размеры конических зубчатых колес с прямыми, тангенциальными и круговыми:

 

 

 

Таблица 2. Основные размеры  конических зубчатых колес с прямыми, тангенциальными и круговыми  понижающими зубьями (осевая форма зубьев I) при межосевом угле ∑=90°

 

Таблица 3. Основные размеры  конических зубчатых колес с постоянной шириной дна впадины (осевая форма  зубьев II)

 

Таблица 4. Основные размеры  конических колес с равновысокими  зубьями (осевая форма зубьев III)

 

Типы конических зубчатых колес

 

В зависимости от формы  зуба различают прямозубые конические колеса, нулевые, с криволинейными зубьями  и гипоидные.

У прямозубых колес зубья  при своем продолжении пересекают ось колеса (рис. 3, а). Эти колеса просты для изготовления и сборки. Их применяют для передачи небольших крутящих моментов с окружными скоростями до 5-10 м/с.

У нулевых колес зубья  криволинейные с углом наклона  в середине венца, равным нулю. Эти  колеса изготовляют на тех же станках  и тем же инструментом, что и  конические колеса с криволинейными зубьями. Нулевые колеса устанавливают  в тех же узлах, что и прямозубые. Они могут работать плавно и бесшумно при более высоких окружных скоростях, чем прямозубые колеса.

У колес с криволинейными зубьями угол βm наклона линии  зуба в середине венца не равен нулю (рис. 3,б). Вследствие кривизны зубьев при зацеплении обеспечивается непрерывный контакт одновременно на нескольких зубьях. Они способны передавать крутящие моменты примерно на 30% выше, чем нулевые и прямозубые конические колеса тех же размеров. Конические колеса с криволинейными зубьями применяют в оборудовании всех типов, при окружных скоростях до 40 м/с. У гипоидных колес ось ведущей шестерни 1 смещена относительно оси ведомого колеса 2 выше или ниже на величину Е (рис. 3, в). Гипоидные колеса прочнее и бесшумнее в эксплуатации, чем конические колеса с криволинейными зубьями. Их применяют в узлах и механизмах с окружными скоростями 5 — 40 м/с и менее.

Рис. 3. Типы конических колес: а- прямозубые; б- с криволинейными зубьями; в – гипоидные; 1 – шестерня; 2 – колесо.

 

Степени точности

 

Таблица 5. Характеристика зубчатых и червячных передач

Степень точности	Применение
6-я (особо точные)	Используются в мощных передачах с окружными скоростями более 5 м/сек для прямозубых и 10 м/сек  для косозубых колес. Точность обработки  высокая; при особо трудных условиях работы притираются в паре; к. п. д. высокий, шум слабый
7-я (точные)	Предназначаются для передачи сравнительно больших мощностей  при скоростях до 6 м/сек для  прямозубых и 13 м/сек для косозубых  колес. Повышенный к. п. д., зубья шлифуются, шум слабый
8-я (средней точности)	Передаваемые мощности средние. Окружные скорости до 3 м/сек для  прямозубых и 7 м/сек для косозубых  колес. Точность обработки средняя, к. п. д. пониженный, при работе издается шум, удары слабые
9-я (пониженной точности)	Тихоходные передачи для  небольших мощностей при окружных скоростях до 2,5 м/сек для прямозубых и 5 м/сек для косозубых колес. Точность изготовления и к. п. д. низкие

 

Каждая степень точности зубчатой передачи соответствует нормали  кинематической точности, установленной  ГОСТом, а также плавности работы колеса и контакта зубьев.

 

Литература

 

1. Дальский А.М., Косилова А.Г. и др. Справочник технолога машиностроителя, 2001
2. http://delta-grup.ru/