Класифікація зубчатих передач

Зубчаті передачі

Загальні відомості

У відповідності з ГОСТ 16530 – 83 зубчатою передачею (ЗП) називається триланковий механізм, в якому два зубчаті колеса (або зубчате колесо і зубчата рейка) утворюють із стояком обертальні (або обертальну та поступальну) кінематичні пари, а між собою вищу КП. Обидва зубчаті колеса (рисунок 1.1) мають зубці (виступи) і западини такої форми, що при входженні зубців одного колеса в западини другого, вони утворюють вищу КП. В таких механізмах здійснення передачі руху відбувається за рахунок механічного зачеплення зубців вхідного зубатого колеса 1 за зубці вихідного колеса 2.

Зубчате колесо передачі з меншим числом зубців називається шестернею, а з більшим – колесом. При їх рівності шестернею є вхідне зубчате колесо.

Передаточне відношення ЗП визначається за формулою

. (1.1)

Знак «+» для передаточного відношення i₁₂ приймається для ЗП, в яких напрямки кутових швидкостей ω₁ і ω₂ співпадають (ЗП внутрішнім зачепленням – рисунок 1.1 б), а «-» - при протилежних напрямках ω₁ і ω₂ (ЗП зовнішнім зачепленням - рисунок 1.1 а).

Зубчаті передачі складають найбільш розповсюджену та важливу групу механічних передач. Вони використовуються у багатьох технічних засобах різноманітного призначення – від годинників, приладів до найскладніших машин. При цьому ЗП можуть працювати з коловими швидкостями 140 м/с (при діаметрах до 10 м і більше) і при передачі потужностей до десятків тисяч кіловат. Найбільш доцільно використовувати ЗП для забезпечення сталого передаточного відношення і при передачі великих потужностей.

Переваги зубчатих передач:

- малі габарити (у порівнянні з іншими механічними передачами);

- забезпечення сталого передаточного відношення;

- високий механічний коефіцієнт корисної дії;

- можливість використання для передачі руху у широкому діапазоні передаточних відношень, швидкостей і потужностей.

Недоліки зубчатих передач:

- вимоги високої точності виготовлення;

- високий рівень шуму при обертанні зубчатих коліс з великими швидкостями;

- можливість появи ударних навантажень на зубці при недостатній точності виготовлення зубчатих коліс.

Класифікація зубчатих передач

В залежності від взаємного розташування осей обертання валів, між якими здійснюється передача обертального руху і на яких встановлюються зубчаті колеса, ЗП поділяються на три типи:

- циліндричні ЗП – передачі обертання циліндричними зубчатими колесами між валами, осі яких паралельні;

- конічні ЗП - передачі обертання конічними зубчатими колесами між валами, осі яких перетинаються;

- гіперболоїдні ЗП - передачі обертання гіперболоїдними зубчатими колесами між валами, осі яких схрещуються.

Циліндричні зубчаті передачі (рисунок 1.2) є плоскими зубчатими механізмами. На рисунках 1.2 а, г представлена циліндрична ЗП, утворена прямозубими зубчатими колесами, лінії зубців яких паралельні осям. Це найпоширеніші ЗП. Проте їх рекомендовано використовувати при малих колових швидкостях зубчатих коліс (v < 3 м/с) і для передачі невеликих навантажень. Це обґрунтовано тим, що одночасно знаходитись в зачепленні може не більше двох пар зубців. Причому зубці зубчатих коліс входять в контакт відразу по всій довжині. Тому незначні помилки при виготовленні та монтажі приводять до того, що робота такої ЗП характеризується порушенням умов контактування зубців і високим рівнем шуму.

При підвищених колових швидкостях і необхідності передачі великих навантажень використовуються циліндричні ЗП, утворені косозубими зубчатими колесами (рисунок 1.2 б). Лінії зубців в таких колесах розміщені по гвинтовій лінії, що характеризується кутом нахилу зубців β (рисунок 1.2 д). Циліндричні ЗП з косозубими зубчатими колесами мають високу навантажувальну здатність, їх робота характеризується меншим рівнем шуму. Це пояснюється тим, що зубці входять в зачеплення поступово по всій їх довжині і одночасно контактувати можуть декілька пар зубців. Основним недоліком косозубих ЗП є наявність осьової сили F_a (рисунок 1.2 д), яка діє на зубці, вали та їх опори. Величина сили F_a залежить від значення кута β( , де - колова сила - корисна складова нормальної сили , яка діє на зуб при передачі руху).

Конструктивно компенсація осьових навантажень F_a здійснюється в циліндричних ЗП, які утворені шевронними зубчатими колесами (рисунок 1.2 в). Гвинтові лінії зубців таких зубчатих коліс спрямовані в протилежні боки симетрично середині колеса під кутом нахилу β. При такому розміщенні зубців осьові сили взаємно урівноважуються (рисунок 1.2 е). Проте треба зазначити, що виробництво шевронних зубчатих коліс значно складніше і дорожче кососубих. Тому шевронні ЗП використовують у технічних засобах, експлуатація яких пов’язана з необхідністю виконання жорстких вимог (наприклад, головний редуктор приводу ескалатора метрополітену).

Внутрішнє та рейкове зачеплення розглядаються як різновиди передач циліндричними зубчатими колесами. Внутрішнє зачеплення (рисунок 1.3 а) характеризується тим, що зубці колеса нарізані на внутрішній поверхні циліндричного тіла. Особливості геометрії контактуючих зубців у внутрішньому зачепленні визначають більшу навантажувальну здатність такої ЗП, а взаємне розташування шестерні і колеса роблять її більш компактною (у порівнянні, наприклад, з прямозубою ЗП зовнішнього зачеплення з таким же передаточним відношенням).

В рейковому зачепленні (рисунок 1.3 б) зубчата рейка умовно розглядається як зубчате колесо, діаметр якого прагне до нескінченності. Рейкове зачеплення використовують для перетворення обертального руху в поступальний (шибер механізму стрілочного електроприводу) або навпаки (зубчата рейка механізму управління паливними насосами високого тиску тепловозного дизеля).

Конічні ЗП є просторовими зубчатими механізмами. Найчастіше їх використовують із кутом перетину осей валів (міжосьовим кутом) Σ = 90⁰. Така передача називається ортогональною. На рисунку 1.4 а показана конічна ЗП, утворена прямозубими зубчатими колесами. Такі передачі мають такі ж переваги та недоліки, що властиві циліндричним прямозубим ЗП. Для забезпечення надійної роботи з високими коловими швидкостями при передачі великих навантажень застосовуються конічні ЗП з косозубими зубчатими колесами (рисунок 1.4 б). В техніці також широко розповсюджені ЗП, які утворені конічними зубчатими колесами з криволінійними зубцями (рисунок 1.4 в).

До просторових зубчатих механізмів відносяться також гіперболоїдні ЗП - гіпоїдні, гвинтові та черв’ячні.Конфігурації гіперболоїдних зубчатих коліс характеризуються формою певних ділянок гіперболоїдів обертання(рисунок 1.5 а). Так, гіпоїдні колеса (утворюють гіпоїдну ЗП – рисунок 1.5 б) відповідають частині 1 гіперболоїду, а гвинтові колеса (утворюють гвинтову ЗП – рисунок 1.5 в) – формі горловини гіперболоїду 2.

Черв’ячні передачі утворюється черв’яком 1 і черв’ячним колесом 2 (рисунок 1.5 г). Основною перевагою таких передач є можливість отримання великих передаточних відношень при компактності механізму. В техніці отримали розповсюдження черв’ячні передачі з циліндричним (рисунок 1.5 г) і глобоїдним (рисунок 1.5 д) черв’яками.