Детали с элементами зубчатых зацеплений

Вращательное движение от одного вала к другому передается с помощью различных деталей, совокупность которых называется передачей. К этой группе относятся детали зубчатых, червячных, цепных и других передач, которые имеют рабочие элементы зацепления в виде зубьев различного профиля и размеров (зубчатые колеса, зубчатые рейки, червяки и червячные колеса, звездочки цепных передач и т. п.). Эти детали находят самое широкое применение в различных механизмах: от мелких приборов до значительных силовых энергетических установок. Зубчатые передачи составляют наиболее распространенную группу механических передач.

Терминология, определения и обозначения элементов зубчатых передач даны в ГОСТ 16530–83 и ГОСТ 16531–83. Для чертежей деталей этой группы ГОСТ 2.402–68 устанавливает условные изображения элементов зацепления (зубьев и витков). Часть размеров и других данных, относящихся к элементам зацепления, указывают в таблице параметров, которая располагается в правом верхнем углу чертежа. Размеры граф этой таблицы, а также размеры, определяющие расположение таблицы на поле чертежа, регламентированы стандартами ЕСКД. Также стандартами установлено, какие размеры элементов зацеплений указывают на изображениях деталей, а какие – в таблицах. Таблицы параметров состоят из трех частей и содержат соответственно основные данные для изготовления элементов зацепления, данные для контроля и справочные данные. В зависимости от типа и назначения деталей количество и характер сведений, помещаемых в таблице, изменяются и устанавливаются в каждом конкретном случае соответствующим стандартом ЕСКД.

Чтобы правильно выполнить эскиз или чертеж детали, имеющей элементы зубчатых зацеплений, необходимо обладать достаточно обширными знаниями в области теории и расчета геометрических параметров элементов зацепления. Для выполнения учебного чертежа такой детали нужно иметь некоторые элементарные представления о геометрических параметрах элементов зацепления.

Общие сведения. Зубчатыми колесами называют детали, которые служат для передачи вращательного движения в механизмах от одного вала к другому (рис. 4.1, а) или передачи движения с вала на рейку (рис. 4.1, б).

Зубчатой передачей называют механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, образующими с неподвижным звеном вращательную или поступательную пару. Зубчатое колесо – зубчатое звено с замкнутой системой зубьев, обеспечивающее непрерывное движение другого зубчатого звена. Ведущее зубчатое колесо – зубчатое колесо передачи, которое сообщает движение парному зубчатому колесу. Ведомое зубчатое колесо – зубчатое колесо передачи, которому сообщает движение парное зубчатое колесо. Шестерня – зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев, колесо – с большим числом зубьев. При одинаковом числе зубьев зубчатых колес передачи шестерней называется ведущее зубчатое колесо, а колесом – ведомое.

Зубчатые передачи классифицируют по следующим признакам:

1. По типу зубьев: прямозубые, косозубые (тангенциальные) и криволинейные.

2. По форме профиля зубьев: эвольвентные (рис. 4.2, а) и не эвольвентные – в этом зацеплении профиль зубьев (рис. 4.2, б) выполняется не по эвольвенте, а по дуге окружности (передачи Новикова) и циклоидальные (рис. 4.2, в).

3. По взаимному расположению осей валов:

а) с параллельными осями (рис. 4.3) – цилиндрические зубчатые передачи: а – с прямыми; б – с косыми; в – с шевронными зубьями.

б) с пересекающимися осями (рис. 4.4) – конические зубчатые передачи: а–с прямыми, б – с косыми (тангенциальными); в – с круговыми зубьями.

В конических зубчатых передачах оси валов чаще всего пересекаются под прямым углом (рис. 4.4, а) или, что встречается реже, под острым (рис. 4.5, б) или тупым углом (рис. 4.5, в).

в) со скрещивающимися осями – гиперболические зубчатые передачи (рис. 4.6): а – винтовая; б – гипоидная; в – спироидная; г, д – червячные передачи (г – с архимедовым; д – глобоидным червяком).

4. По относительному вращению колес и расположению зубьев: внутреннее зацепление (рис. 4.7, а) – для обеспечения вращения колес в одном направлении и внешнее зацепление (рис. 4.7, б) – для обеспечения вращения колес в противоположных направлениях:

5. Ортогональная (неортогональная): зубчатая передача, межосевой угол которой равен (отличен от) 90°.

6. Понижающая (повышающая) зубчатая передача: передача, в которой угловая скорость ведомого зубчатого колеса меньше (больше) угловой скорости ведущего зубчатого колеса.

7. По окружной скорости колес: тихоходные передачи с окружными скоростями колес до 0,5 м/с; среднескоростные передачи с окружными скоростями 3…15 м/с; быстроходные с окружными скоростями более 15 м/с.

8. По степени защищенности: открытые, периодически смазываемые консистентными смазочными материалами, и закрытые, постоянно смазываемые жидкими смазочными материалами.

Конструкция и элементы зубчатых колес. Конструктивное оформление зубчатых колес весьма разнообразно. Форма и размеры колеса определяются различными конструктивными, технологическими и эксплуатационными требованиями. Зубья цилиндрических колес могут быть прямыми, косыми и шевронными, зубья конических колес – прямыми, косыми (тангенциальными) и круговыми (табл. 4.1).

Зубья цилиндрического прямозубого колеса расположены параллельно оси колеса, цилиндрического косозубого колеса – под углом к оси колеса, конического прямозубого колеса – по образующей конуса. Криволинейные зубья конического колеса могут иметь эвольвентную и циклоидальную форму зубьев на развертке теоретической линии зуба. Конструкция зубчатых колес и способы их изготовления определяются размерами и серийностью производства. Зубчатые колеса малых размеров, у которых диаметр впадин близок к диаметру вала, выполняются заодно с валом. Такие колеса называют вал- шестерня (рис. 4.8). Зубчатые колеса, изготовленные отдельно, насаживают на валы. Такие колеса, допускающие посадку на вал, называют насадными шестернями.

Точность и надежность вала-шестерни выше, так как нет со- единения шестерни с валом и, следовательно, меньше возможных погрешностей и источников отказов. При этом стоимость изготовления ниже, чем вала и насадной шестерни. Именно поэтому все шестерни редукторов выполняют вместе с валом. Насадные шестерни применяют в тех случаях, когда по каким-либо причинам их нельзя сделать вместе с валом (например, по условиям работы шестерня должна быть подвижной вдоль оси вала). 

Колеса небольшого диаметра (da £200 мм) изготавливают в виде сплошного диска (рис. 4.9, а), с выступающей ступицей (рис. 4.9, б), иногда с неглубокими проточка- ми (рис. 4.9, в) и др.

Колеса средних размеров (da = 500–700 мм) имеют облегченную конструкцию (рис. 4.10, а). Зубчатые колеса больших размеров изготавливают цельнолитыми с дисками, подкрепленными ребрами (рис. 4.10, б) или спицами (рис. 4.10, в) различной формы сечения.

Для крупных передач применяют также свертные (разрезные) зубчатые колеса, сварные и бандажированные). На стальное или чугунное колесо (центр) насаживают с гарантированным натягом зубчатый венец (бандаж), изготовленный из высококачественной стали. Бандаж и колесо дополнительно закрепляют винтовыми сто- порами. Торцы ступиц колес используют в качестве сборочных и установочных баз, поэтому требуется высокая точность и чистота их обработки. 

Зубья находятся на ободе колеса и вместе с ободом составляют зубчатый венец (рис. 4.11). Более тонкая часть колеса – диск соединяет ступицу с ободом. Внутри ступицы делают отверстие для вала.

Термины, определения и обозначения элементов зубчатых передач установлены следующими стандартами:

ГОСТ 16530–83 Передачи зубчатые. Общие термины, определения и обозначения.

ГОСТ 16531–83 Передачи зубчатые цилиндрические. Термины, определения и обозначения.

ГОСТ 16532–70 Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет геометрии.

ГОСТ 19325–73 Передачи зубчатые конические. Термины, определения и обозначения.

ГОСТ 12289–76 Передачи зубчатые конические. Основные параметры.

ГОСТ 19624–74 Передачи зубчатые конические с прямыми зубьями. Расчет геометрии.

ГОСТ 19326–73 Передачи зубчатые конические с круговыми зубьями. Расчет геометрии.