Роль и значение зубчатых передач в машиностроении

Зубчатые передачи являются наиболее распространёнными типами механических передач. Они находят широкое применение во всех отраслях машиностроения, в частности в металлорежущих станках, автомобилях, тракторах, сельхозмашинах и т.д., в приборостроении, часовой промышленности и др. Их применяют для передачи мощностей от долей до десятков тысяч киловатт при окружных скоростях до 150 м/с и передаточных числах до нескольких сотен и даже тысяч, с диаметром колёс от долей миллиметра до 6 м и более.

Зубчатая передача относиться к передачам зацеплением с непосредственным контактом пары зубчатых колёс. Меньшее из колёс передачи принято называть шестерней, а большее – колесом. Зубчатая передача предназначена в основном для передачи вращательного движения.

4.1.2 Достоинства зубчатых передач

1) высокая нагрузочная способность;

2) малые габариты;

3) большая надёжность и долговечность (40000 ч);

4) постоянство передаточного числа;

5) высокий КПД (до 0,97…0,98 в одной ступени);

6) простота в эксплуатации.

4.1.3 Недостатки зубчатых передач

1) повышенные требования к точности изготовления и монтажа;

2) шум при больших скоростях;

3) высокая жёсткость, не позволяющая компенсировать динамические нагрузки.

4.1.4. Классификация зубчатых передач

1. По взаимному расположению геометрических осей валов различают передачи: - с параллельными осями – цилиндрические (рис.2.3.1.а-г);

- с пересекающимися осями – конические (рис.2.3.1.д; е);

- со скрещивающимися осями – цилиндрические винтовые (рис.2.3.1.ж);

- конические гипоидные и червячные (рис. 2.3.1.з);

- реечная передача (рис. 2.3.1.и). применяется для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение и наоборот.

2. В зависимости от взаимного расположения зубчатых колёс:

- с внешним зацеплением (колёса передач вращаются в противоположных направлениях);

- с внутренним зацеплением (направление вращения колёс совпадают).

3. По расположению зубьев на поверхности колёс различают передачи:

- прямозубые; косозубые; шевронные; с круговым зубом.

4. По форме профиля зуба различают передачи:

- эвольвентные;

- с зацеплением М. Л. Новикова;

- циклоидальные.

5. По окружной скорости различают передачи:

- тихоходные ( );

- среднескоростные ;

- скоростные ;

- быстроходные .

6. По конструктивному исполнению передачи могут быть открытые (не защищены от влияния внешней среды) и закрытые (изолированные от внешней среды).

7. В зависимости от числа ступеней одно- и многоступенчатые.

8. В зависимости от относительного характера движения валов различают рядовые и планетарные.

Планетарные передачи.

4.7.2 Устройство и принцип работы

Планетарная передача (рис. 2.3.21) состоит из неподвижного центрального колеса 1с наружными зубьями, сателлитов 2, неподвижного центрального колеса 3 с внутренними зубьями и водила Н, на котором укреплены оси сателлитов.

Рисунок 2.3.21 Простейшая планетарная передача

Сателлиты обкатываются по центральным колесам и вращаются вокруг своих осей, то есть совершают движение, подобное движению планет. Водило вместе с сателлитами вращается вокруг центральной оси.

При неподвижном центральном колесе 3 движение может передаваться от центрального колеса 1 к водилу Н или от водила к колесу 1. В случае неподвижного водила движение может передаваться от колеса 1 к колесу 3 или от колеса 3 к колесу 1.

Планетарную передачу, в которой одно из центральных колёс неподвижно, называют простейшей. В отличие от простейшей планетарную передачу, в которой все зубчатые колёса и водило подвижны (свободны), называют дифференциальной. В дифференциальной передаче одно движение можно раскладывать на два или два движения сложить в одно. Например, движение колеса 3 можно передавать одновременно колесу 1 и водилу Н или от колес 1 и 3 водилу Н.

4.7.3 Достоинства планетарных передач

1) Большое передаточное число в одной ступени;

2) Малые габариты и масса. Это объясняется следующим: мощность передается по нескольким потокам, число которых равно числу сателлитов;

3) Повышенная нагрузочная способность, так как широко применяются зубчатые колёса с внутренним зацеплением (большой радиус кривизны);

4) Малая нагрузка на опоры, так как сателлиты расположены симметрично, и поэтому силы в передаче взаимно уравновешивают друг друга;

5) Планетарные передачи работают с меньшим шумом, что связанно с повышенной плавностью внутреннего зацепления и меньшими размерами колёс.

4.7.4. Недостатки планетарных передач

1) Повышенные требования к точности изготовления и монтажа;

2) Резкое снижение КПД передачи с увеличением передаточного числа (увеличение количества трущихся поверхностей).

4.7.5. Разновидности планетарных передач

Существует большое количество планетарных передач. Выбор типа передач определяется ее назначением. Наиболее широко в машиностроении применяется однорядная передача (рис.2.3.21). Эта передача имеет минимальные габариты. Она применяется в силовых и вспомогательных приводах. К.п.д. = 0,96-0,98 при и = 3,15-12,5. Для получения больших передаточных чисел применяют многоступенчатые планетарные передачи (рис.2.3.22).

Рисунок 2.3.22 Многоступенчатые планетарные передачи

4.7.6. Конструктивные особенности планетарных передач

Вследствие неизбежной неточности изготовления и сборки зубчатых колес планетарной передачи нагрузка между сателлитами распределяется неравномерно. Для выравнивания нагрузки по потокам одно из центральных колес делают самоустанавливающимся, то есть не имеющим радиальных опор.

Водила планетарных передач должны быть прочными и жесткими при малой массе. Их изготавливают литыми из высокопрочного чугуна.

Подбор чисел зубьев планетарной передачи основывается на трех условиях:

1) Условие соосности, по которому межосевые расстояния зубчатых пар с внешним и внутренним зацеплением должны быть равны. При этом число зубьев центральной шестерни задают из условия неподрезания ножки зуба, а число зубьев внешнего колеса – по заданному передаточному отношению.

2) Условие сборки - во всех зацеплениях центральных колес с сателлитами имело место совпадение зубьев со впадинами, иначе собрать передачу невозможно.

3) Условие соседства – сателлиты при вращении не должны задевать друг друга зубьями.