30 Зубчатые передачи
З у б ч а т о й передачей называется трехзвенный механизм, в котором два подвижных зубчатых звена образуют с неподвижным звеном вращательную или поступательную пару. Зубчатое звено передачи может представлять собой колесо, сектор или рейку. Зубчатые передачи служат для преобразования вращательных движений или вращательного движения в поступательное.
Зубчатое зацепление представляет собой высшую кинематическую пару, так как зубья теоретически соприкасаются между собой по линиям или точкам, причем меньшее зубчатое колесо пары называется ш е с т е р н е й, а большее — к о л е с о м. Сектор цилиндрического зубчатого колеса бесконечно большого диаметра называется з у б ч а т о й рейкой.
К л а с с и ф и к а ц и я зубчатых передач:
1. по расположению осей валов (с параллельными, пересекающимися, скрещивающимися осями и соосные);
2. по условиям работы (закрытые — работающие в масляной ванне и открытые — работающие всухую или смазываемые периодически);
3. по числу ступеней (одноступенчатые, многоступенчатые);
4. по взаимному расположению колес (с внешним и внутренним зацеплением);
5. по изменению частоты вращения валов (понижающие, повышающие);
6. по форме поверхности, на которой нарезаны зубья (цилиндрические, конические);
7. по окружной скорости колес (тихоходные при скорости до 3 м/с, среднескоростные при скорости до 15 м/с, быстроходные при скорости выше 15 м/с);
8. по расположению зубьев относительно образующей колеса (прямозубые, косозубые, шевронные, с криволинейными зубьями);
9. по форме профиля зуба (Эвольвентные, круговые, циклоидальные).
Кроме перечисленных существуют передачи с гибкими зубчатыми колесами, называемые в о л н о в ы м и.
Основные в и д ы зубчатых передач
1. С параллельными осями: цилиндрическая прямозубая, цилиндрическая косозубая, шевронная, с внутренним зацеплением;
2. С пересекающимся осями: коническая прямозубая, коническая с тангенциальными зубьями, коническая с криволинейными зубьями;
3. Со скрещивающимися осями: гипоидная, винтовая; зубчато-реечная прямозубая (гипоидная и винтовая передачи относятся к категории гиперболоидных передач, что будет пояснено далее).
Зубчатая передача, оси которой расположены под углом 90°, называется о р т о г о н а л ь н о й.
Д о с т о и н с т в о зубчатых передач заключается, прежде всего, в том, что при одинаковых характеристиках они значительно более компактны по сравнению с другими видами передач. Кроме того, зубчатые передачи имеют более высокий КПД (до 0,99 в одной ступени), сохраняют постоянство передаточного числа, создают относительно небольшую нагрузку на опоры валов, имеют большую долговечность и надежность работы в широких диапазонах мощностей (до десятков тысяч киловатт), окружных скоростей (до 150 м/с) и передаточных чисел (до нескольких сотен).
Н е д о с т а т к и зубчатых передач: сложность изготовления точных передач, возможность возникновения шума и вибраций при недостаточной точности изготовления и сборки, невозможность бесступенчатого регулирования частоты вращения ведомого вала.
Зубчатые передачи являются наиболее распространенными типами механических передач и находят широкое применение во всех отраслях машиностроения, в частности в металлорежущих станках, автомобилях, тракторах, сельхозмашинах и т. д.; в приборостроении, часовой промышленности и др. Годовое производство зубчатых колес в нашей стране исчисляется сотнями миллионов штук, а габаритные размеры их от долей миллиметра до десяти и более метров. Такое широкое распространение зубчатых передач делает необходимой большую научно-исследовательскую работу по вопросам конструирования и технологии изготовления зубчатых колес и всестороннюю стандартизацию в этой области. В настоящее время стандартизованы термины, определения, обозначения, элементы зубчатых колес и зацеплений, основные параметры передач, расчет геометрии, расчет цилиндрических эвольвентных передач на прочность, инструмент для нарезания зубьев и многое другое.
Основная кинематическая х а р а к т е р и с т и к а всякой зубчатой передачи — п е р е д а т о ч н о е число, определяемое по стандарту как отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни и обозначаемое и, следовательно,
u = z2/zl.
Поверхности взаимодействующих зубьев колес, обеспечивающие заданное передаточное отношение, называются с о п р я ж е н н ы м и. Процесс передачи движения в кинематической паре, образованной зубчатыми колесами, называется з у б ч а т ы м зацеплением.