Типы шестерней. Общие сведения и классификация зубчатых передач. Расчет зубчатой передачи
Зубчатые передачи широко распространены и в промышленных агрегатах, и в бытовых приборах. Они выступают промежуточным звеном между источником вращательно-поступательного движения и узлом, выступающим конечным потребителем этой энергии. Причем передаваемая мощность может исчисляться как ничтожно малыми единицами (часовые механизмы и измерительные приборы), так и огромными усилиями (турбины электростанций).
Наиболее распространенные и простые в изготовлении цилиндрические цилиндрические цилиндрические шестерни. Из пары зубчатых колес, большая из них называется шестерней, а меньшая - шестерней. Используется, когда требуется большая скорость. Обычно для червячных и червячных передач используются разные материалы.
Существуют три основные категории передач в соответствии с ориентацией их осей
Зубчатые зубцы разрезаются на внутренней поверхности полых цилиндрических форм и используются в планетарных редукторах. Зубцы зубчатых колес разрезаются с использованием машин для изготовления зубчатых колес. Червячное колесо Зубчатое соединение Винтовое зубчатое колесо Встроенные шлицевые валы и втулки Угловая шестерня Спиральная передача Зубчатая шестерня Прямоугольная шестерня Спиральная коническая шестерня.
Разница между шестерней и звездочкой
Проще говоря, шестерня сетки с другой шестерней, в то время как звездочка сетки с цепью и не является шестерней.Виды передачи движения
Двигатель, генерирующий энергию, и конечный агрегат, ее потребляющий, часто отличаются по таким характеристикам, как скорость вращения, мощность, угол приложения усилия. Кроме того, один источник вращательной энергии может служить для приведения в действие сразу нескольких различных узлов или агрегатов. Чтобы обеспечить доставку крутящего момента в таких условиях, необходимы промежуточные модули, которые бы передавали это усилие с минимальными потерями.
Классификация типов зубчатых колес с точки позиционных отношений прикрепленных валов
Помимо звездочки, предмет, похожий на механизм, представляет собой храповик, но его мотив ограничивается одним направлением. Когда два вала шестерни являются параллельными зубчатыми передачами, стойками, внутренним зубчатым колесом и винтовым зубчатым колесом и т.д. когда два вала шестерни пересекаются друг с другом, коническая передача находится в этой категории. Когда два вала не параллельны или пересекаются, червячная передача и винтовая передача входят в эту группу.
- Как правило, они имеют высокую эффективность передачи.
- Из-за скользящего контакта эффективность передачи относительно низкая.
Если в результате такой раздачи или преобразования обороты ведущего вала становятся больше, чем у ведомого, то принято говорить о понижающей передаче. В этом случае потеря скорости компенсируется увеличением нагрузки на ведомой оси и приростом мощности потребляющего узла. В случае, когда в конечном итоге наблюдается увеличение количества оборотов, такая передача будет повышающей. Соответственно, это будет сопровождаться снижением усилия на ведомом валу.
Существование шлифования зубов сильно влияет на работу зубчатых колес. Поэтому при рассмотрении типов зубчатых колес важно рассмотреть вопрос о шлифовании зубов. Шлифовка поверхности зубов делает механизмы более тихими, увеличивает мощность передачи и влияет на класс точности. С другой стороны, добавление процесса измельчения зубов увеличивает стоимость и не подходит для всех передач. Для получения высокой точности, отличной от шлифовки, существует процесс, называемый бритьем с использованием бритвенных станков.
Широко классифицировать типы зубчатых колес по их форме зуба, имеют форму циклоидной формы зуба и форму трохоида. Среди них наиболее часто используется эвольвентная форма зуба. Они просты в изготовлении и имеют характеристики, позволяющие правильно сшивать, даже когда центральное расстояние слегка выключено. Циклоидная форма зуба в основном используется в часах, а форма трохоида - в основном в насосах.
Особенности зубчатого механизма
Ременная передача предполагает наличие между шкивами на связанных валах промежуточного звена - гибкого ремня. Зубчатый механизм от такого соединения отличается наличием на поверхности сопряженных деталей зубьев зацепления. По профилю и размеру они идентичны.
Головка зуба колеса входит в зацепление с повторяющей ее профиль впадиной на шестерне. При вращении ведущего вала ведомый проворачивается в противоположную сторону. Между ними конструктивно предусмотрен минимально возможный зазор, обеспечивающий скольжение, тепловое расширение и смазку для недопущения заклинивания. При этом ведущая часть парного механизма называется колесом, а ведомая - шестерней.
Эта статья воспроизводится с разрешения. Масао Кубота, Хагурума Нюмон, Токио: Омша, ООО. Механизмы - это колеса с зубами и иногда называемые зубчатыми колесами. Механизмы - это механические компоненты, которые передают вращение и мощность от одного вала к другому, если каждый вал имеет выступы соответствующей формы, равномерно расположенные вокруг его окружности, так что, когда он вращается, последовательный зуб попадает в пространство между зубьями другого вала. Таким образом, это компонент машины, в котором вращательная мощность передается поверхностью зуба первичного двигателя, толкающей поверхность зуба ведомого вала.
У ременной передачи плоскость зацепления ремня со шкивом составляет не менее трети длины окружности. В зубчатом механизме между ведущим колесом и ведомой шестерней под нагрузкой в постоянном контакте находится одна пара зубьев. Колеса и шестерни на валах обычно монтируются на шпоночном соединении.
В крайнем случае, когда одна сторона является линейным движением, она называется стойкой. Существует множество способов передачи вращения и мощности от одного вала к другому, например, путем трения, обертывания и т.д. однако, несмотря на простую структуру и относительно небольшой размер, шестерни имеют много преимуществ, таких как определенность передачи, точность коэффициент угловой скорости, длительную и минимальную потерю мощности.
От небольших часов и прецизионных измерительных приборов до больших передач, используемых в морских системах передачи, зубчатые колеса широко используются и входят в число важных механических компонентов вместе с винтами и подшипниками. Существует много типов механизмов. Однако самыми простыми и наиболее часто используемыми передачами являются те, которые используются для передачи определенного отношения скорости между двумя параллельными валами на определенном расстоянии. В частности, наиболее популярны зубчатые колеса с зубьями, параллельными валам, как показано на рисунке 1.
Преимущества
Зубчатые передачи имеют широкое распространение. Они долговечны и надежны в работе при соблюдении допустимых уровней нагрузок и надлежащем уровне обслуживания. Малогабаритный механизм обеспечивает высокий коэффициент полезного действия и может применяться для широкого круга изменения скоростей.
Наличие зубьев зацепления позволяет добиваться постоянства передаточных отношений между сопряженными валами из-за отсутствия возможности их проскальзывания. При этом нагрузки на валы не превышают допустимых пределов.
Простейшим способом передачи удельного углового коэффициента скорости между двумя параллельными валами является привод трения качения. Это выполняется, как показано на рисунке 2, путем двух цилиндров с диаметрами в обратном отношении к соотношению скоростей при контакте и вращении без проскальзывания. То есть, вращение получается из силы трения качения. Однако невозможно избежать какого-либо проскальзывания и, как следствие, надежной передачи нельзя надеяться. Для получения большей передачи мощности требуются более сильные контактные силы, которые, в свою очередь, приводят к высоким нагрузкам на подшипники.
Недостатки
Зубчатые передачи имеют и ряд особенностей, которые могут быть отнесены к их недостаткам. В плане эксплуатации - такой механизм шумит при высокой скорости вращения. Он не может гибко реагировать на изменяющуюся нагрузку, так как представляет собой жесткую конструкцию с точной регулировкой.
В технологическом плане - это сложность изготовления пар колес зацепления. Для такого вида передач требуется повышенная точность, так как зубья находятся в зацеплении при постоянно изменяющемся напряжении. В таких условиях возможны усталостные разрушения материала.
Недостатки зубчатых передач
По этим причинам это устройство не подходит для передачи большого количества энергии. В результате была изобретена идея создания подходящей формы зубьев, равномерно распределенных на поверхности качения цилиндров таким образом, чтобы была создана хотя бы одна пара или более зубьев. Нажимая зубцы заднего вала на зубцы ведущего вала, обеспечивается уверенность в сильной передаче. Это называется цилиндрическим зубчатым колесом, а эталонным цилиндром, на котором вырезаны зубы, является цилиндр шага. Шпунтовые шестерни - это один из видов цилиндрических зубчатых колес.
Это происходит при превышении допустимых нагрузок. Зубья могут выкрашиваться, частично или полностью ломаться. Отколовшиеся осколки попадают в механизм, повреждают соседние сопрягающиеся участки, что приводит к заклиниванию и выходу из строя всего узла.
Виды
Наибольшее распространение получила цилиндрическая зубчатая передача. Ее применяют в узлах и механизмах с параллельным расположением валов. По конструктивным особенностям различают зубья с прямым, косым и шевронным профилем.
Реечная и ременная зубчатая передача
Когда два вала пересекаются, ссылки на резьбу для резки - это конусы в контактирующем контакте. Когда два вала не параллельны и не пересекаются, нет истинных криволинейных контактирующих поверхностей. Основываясь на типе зубчатых колес, зубцы создаются на паре опорных контактирующих вращающихся поверхностей. Во всех случаях необходимо установить профиль зуба таким образом, чтобы относительное движение поверхностей контактирующего шага соответствовало относительному движению зацепления зубьев на опорных изогнутых поверхностях.
Для перекрещивающихся валов используют червячную, винтовую цилиндрическую передачи, а для пересекающихся - коническую. Реечная передача отличается тем, что шестерня в общем парном механизме заменяется рабочей плоскостью. При этом на ней нарезаны зубья, идентичные по профилю колеса. В итоге вращательное движение преобразуется в поступательное.
Когда шестерни рассматриваются как жесткие тела, чтобы два тела поддерживали заданное угловое отношение скорости при контакте с поверхностью зубов, не работая друг с другом или не разделяясь, необходимо, чтобы обычные нормальные компоненты скорости двух шестерни в точке контакта должны быть равны. Другими словами, в этот момент отсутствует относительное движение поверхностей зубчатых колес в направлении общей нормали, а относительное движение существует только вдоль контактной поверхности в точке контакта.
Это относительное движение - не что иное, как скольжение поверхностей зубчатых колес. Поверхности зубов, за исключением особых точек, всегда включают так называемую скользящую контактную передачу. Для того чтобы формы зубов удовлетворяли условиям, описанным выше, использование обволакивающей поверхности может привести к желаемой форме зуба в качестве общего метода.
Также разделяют передачи по скорости вращения: тихоходные, средние и скоростные. По назначению их делят на силовые и кинематические (не передающие значительной мощности). Кроме того, зубчатые передачи могут классифицироваться по величине передаточного числа, подвижности осей (рядовые и планетарные), числу степеней, точности зацепления (12 классов), способу изготовления. По форме профиля зуба могут быть эвольвентные, циклоидальные, цевочные, круговые.
Тогда из теории поверхностей оболочки ясно, что две поверхности шестерни находятся в постоянном контакте по прямой, а две шестерни будут иметь требуемое относительное движение. Также возможно привести к зубным формам следующим способом. Это означает, что с помощью этого метода можно привести к точечным контактным зубам, а также к линиям контактных зубов.
Это вторжение одного зуба в другое называется вмешательством зубных профилей. Как видно из приведенного выше объяснения, теоретически существует множество способов создания зубных форм, которые создают указанное относительное движение. Однако на самом деле рассмотрение зубчатой сетки, прочность зубной формы и трудности резания зубов ограничивают использование этих видов зубных форм лишь несколькими.
Применение
Все виды зубчатых передач широко используются в различных отраслях промышленного производства. Годовое производство различных колесных пар исчисляется миллионами. Сфера их применения настолько обширна, что редкий прибор, механизм или агрегат, использующий в работе вращательное движение, не имеет в своем составе того или иного вида зубчатого подвижного соединения.
Он является основным компонентом всех механических устройств. Зубчатая передача представляет собой зубчатый цилиндрический или роликовый компонент формы, который сцепляется с другим зубчатым цилиндрическим, чтобы передать мощность от одного вала к другому. Он в основном используется для изменения крутящего момента и скорости приводного вала и ведомого вала.
Работа над основным принципом заключается в том, что энергия не создается и не разрушается; он может быть преобразован в одну форму в другую. Мы знаем, что мощность - это функция скорости и крутящего момента, или мы можем сказать, что мощность - это результат крутящего момента и скорости вала. Поэтому, когда мы подключаем маленькую шестерню на ведущем валу и большую шестерню на ведомом валу, ее скорость уменьшает ведомый вал на единицу вращения ведущего вала. Поскольку мощность консервативна, поэтому в соответствии с этим крутящий момент ведомого вала увеличивается в соответствии с отношением ведущей шестерни к ведомой шестерне или в соответствии с отношением скорости движения к ведомой скорости.
Цилиндрическая зубчатая передача используется для преобразования вращательного движения с понижающим или повышающим коэффициентом. Примеры: двигатели внутреннего сгорания, коробки перемены передач в подвижном составе, станкостроении, буровом, металлургическом, горнодобывающем производстве и всех видах промышленности.
Коническая зубчатая передача используется в меньшей степени из-за сложности в процессе изготовления колесных пар. Применяется в сложных и комбинированных механизмах, где присутствует вращательное движение с переменными углами и изменением нагрузок. В специальных редукторах обычно используются конические зубчатые передачи. Примеры: ведущие мосты автомобилей, сельхозтехники, локомотивов, колесные пары конвейеров, приводы различного промышленного оборудования.
Поэтому, используя различные размеры шестерен, мы можем получить много сочетаний крутящего момента и скорости ведомого элемента. Механизмы могут быть классифицированы по разным типам в зависимости от конструкции зубов, использования, направления движения и т.д. Но в основном они классифицируются по дизайну зубов. Сегодня мы опишем наиболее важные его типы.
Эти передачи используются для передачи мощности в одной плоскости, или приводные и ведомые валы параллельны друг другу. В этом типе зубчатых колес режут параллельно оси валов, поэтому, когда сетки с другой цилиндрической шестерней передают мощность в параллельный вал, а когда она соединяется со спиральной шестерней, она будет передавать мощность под углом от ведущей оси.
Цилиндрические передачи
Применяются наиболее широко, так как технология изготовления колесных пар сравнительно проста и отработанна. Цилиндрическая зубчатая передача используется для передачи крутящего момента между валами, расположенными в параллельных плоскостях. Различаются по форме зубьев: с прямым расположением, косым и шевронным. В редких случаях при перекрещении валов и незначительных нагрузках используется винтовой профиль.
На спиральных зубчатых передачах зубы имеют разрезы под углом, образующим его ось. Он имеет цилиндрический ролик с геликоидными зубьями. Главным преимуществом винтового механизма является то, что они работают с меньшим шумом и вибрацией, потому что нагрузка распределяется по всей спирали по сравнению с цилиндрическими зубчатыми колесами. Он также имеет меньший износ, благодаря которому они широко используются в промышленности. Он также используется для передачи мощности в параллельном валу, но иногда они используются для передачи мощности в непараллельном валу.
Зубья прямого расположения используются больше всего. Их применяют для передачи крутящего момента с незначительной или средней нагрузкой, а также в случаях, когда есть необходимость смещения колес в процессе работы вдоль оси вала. Косые зубья применяют для плавности хода. Их используют для ответственных механизмов и при повышенных нагрузках. Шевронный профиль (два ряда косых зубьев по краям, расположенных в форме елочки) отличается высокой уравновешенностью осевых сил смещения, которые являются недостатком косозубых колесных пар.
Прямозубые цилиндрические передачи могут быть открытого и закрытого типа. В последнем случае зубья одного из колес располагаются не на наружной, а на внутренней поверхности окружности.
Коническая передача
В условиях, когда крутящий момент от источника к потребляющему узлу нужно доставлять с угловым смещением, используют пересекающиеся валы. Их оси чаще всего находятся под углом 90 градусов. В таких случаях обычно применяется коническая зубчатая передача.
Называется так из-за конструктивных особенностей пар шестерен. Они имеют форму срезанного конуса и сопрягаются своими боковыми плоскостями, на которых нарезаются зубья. По профилю они выше у основания и уменьшаются по направлению к вершине.
Зубчатый венец может иметь прямую, тангенциальную или криволинейную нарезку. Если по профилю он выполнен в виде винтовой спирали, и валы кроме пересечения еще имеют и осевое смещение, то такая коническая передача называется гипоидной. Она обладает плавностью хода и низким уровнем шума, но имеет повышенную склонность к заеданию, поэтому для нее используются специальные смазочные материалы.
В сравнение с цилиндрическими передачами конические могут обеспечить лишь 85% их несущей способности. По технологии изготовления и сборки они являются самыми сложными. Однако возможность передачи крутящего момента с угловым смещением делает их незаменимыми в сложных узлах и механизмах.
Реечная и ременная зубчатая передача
Механизм зубчатой передачи конического типа нельзя изготовить методом чистовой прорезки фрезой или шлифовкой, так как профиль выступов и впадин не постоянен. Это можно делать лишь на начальном этапе черновой обработки. Дальнейшая доводка производится на станках в процессе обкатки с зацеплением. Для этого используется парное колесо из высокопрочного материала, повторяющего основной профиль. Оно выступает в роли режущего инструмента.
Углеродистые стали подвергают закалке, цементации, азотированию или цианированию. Для неответственных узлов термообработка может проводиться после нарезания зубьев. Для колесных пар высокой точности требуется дополнительная финишная шлифовка или обкатка.
Обслуживание
При нормальной работе зубчатый механизм работает плавно, а процесс сопровождается монотонным умеренным шумом. Наличие посторонних звуков и неравномерность вращения свидетельствуют об износе поверхностей, входящих в зацепление, или нарушении регулировки.
Во время проведения технического обслуживания при осмотре проверяют отсутствие трещин, поломок зубьев или их сколов. Особое внимание обращается на правильность зацепления колесных пар и отсутствие зазоров. При работе проверяют торцевое биение и контролируют поверхности трения.
Правильность зацепления определяют нанесением краски на зубья передачи. Пока она не засохла, валы проворачивают несколько раз и осматривают места соприкосновения рабочих поверхностей. По форме отпечатка (он должен быть в форме эллипса) определяют общее состояние передачи.
Обращают внимание на точки касания. Они должны быть приблизительно в средней части высоты зуба. Пятно краски должно занимать 70 - 80% его длины. Регулировка в основном сводится к увеличению или уменьшению толщины прокладок под подшипниками.
В зависимости от типа узла смазка открытого механизма может проводиться периодически вручную пластичным материалом. Для закрытых конструкций она осуществляться принудительно разбрызгиванием или окунанием части венца рабочего колеса в ванну со смазкой.
Параметры зубчатой передачи
Для характеристики механизма зацепления определяют диаметры делительной и основной окружности, межосевое расстояние и возможное смещение валов. Взаимосвязь количества зубьев ведущего и ведомого колеса определяет передаточное отношение. Оно по исходным данным позволяет вычислить обороты для пары зацепления.
Колесо зубчатой передачи изначально характеризуется числом зубьев и модулем. Он стандартизирован и отображает длину делительной окружности, приходящейся на один зуб. Определяют диаметры выступов и впадин. Рассчитывают общую длину, высоту и толщину зуба, а также отдельных его частей - головки и ножки.
Рассчитывается делительный диаметр. Используется коэффициент ширины зубчатого венца. В случае с косыми зубьями определяются с углом их наклона. Нужно учитывать, что в конических и цилиндрических передачах он разный.
Кроме перечисленного еще используется угол профиля, коэффициент торцевого перекрытия и смещения, линии зацепления. Для червячных передач рассчитывают число витков, диаметр и вид червяка.
Расчет зубчатой передачи
Перед проектированием следует изучить исходные данные и определиться с условиями планируемой эксплуатации механизма. Учитывается исходный контур, тип и вид передачи, ее расположение в узле, допустимые нагрузки, материал для колесных пар и их термообработка. На этом этапе берется во внимание частота вращения валов и их диаметры, крутящий момент, передаточное число.
Чтобы произвести расчет зубчатой передачи, нужно определиться с общим модулем зацепления, числом зубьев для шестерни и колеса, их профилем, углом наклона и расположением. Определяют межосевое расстояние, выбирается ширина зубчатых венцов пары.
Рассчитываются геометрические показатели станочного зацепления, для которого проектируется зубчатая передача. Чертеж должен отображать не менее двух проекций: фронтальный и боковой вид слева с нанесенными промерами. Дополнительно составляется таблица основных геометрических и конструктивных параметров, строятся графики.
Значения рассчитывают по формулам, таблицам, применяют коэффициенты и соотношения, при этом используются исходные данные колеса и шестерни. В алгоритме расчетов для отдельных передач может присутствовать до пятидесяти и более шагов и логических этапов. Оптимальным решением вопроса детального проектирования является использование специализированной компьютерной программы.
Размеры пазов под шпонки или шлицы подбирают по стандартам. На общем плане чертеж монтажа колес на валах разрабатывают отдельно.
Стандарты
Нормируются ли зубчатые передачи? ГОСТ, действующий в настоящее время, определяет допустимые отклонения для готовых колесных пар. Точность заготовок устанавливается в зависимости от технологических особенностей и может регулироваться для каждой отрасли или завода-изготовителя отдельно.
Для каждого вида зубчатых передач существуют нормы взаимозаменяемости. Отдельные стандарты утратили актуальность вообще, некоторые действуют лишь в отдельных регионах. Тем не менее, нормы, разработанные ранее, используются для общей терминологии, обозначений, порядка разработки документации и построения чертежей.
ГОСТы регулируют параметры расчетов геометрии зубчатых колесных пар, их модули, исходные контуры, степени точности и виды сопряжений. Другие нормативы устанавливают стандарты на отдельные элементы деталей, а третьи - на уже готовые узлы и агрегаты.
Зубчатой передачей называется механизм, служащий для передачи вращательного движения с одного вала на другой и изменения частоты вращения посредством зубчатых колес и реек.
В полиграфическом оборудовании зубчатые зацепления применяются чаще, нежели другие. Основой зубчатого зацепления является шестерня, которая выполняет основную роль. Очень часто печатники и механики сталкиваются с заменой шестерни на формных валах, на магнитных валах, анилоксовых валах, на приводных валах. В этих местах шестерни несут наибольшую нагрузку и подвержены наибольшему износу. От качества зубчатой передачи в печатной машине зависит качество печати. При износе зубьев шестерни появляются проблемы на оттиске, такие как полошение, двоение, растискивание и др.
Типы шестерен , которые наиболее часто встречаются во флексографическом производстве на полиграфическом оборудовании: прямозубые шестерни и косозубые шестерни. Которые бывают выполнены в стандартном и укрепленном варианте исполнения. Процесс укрепления шестерни происходит путем закалки готового изделия.
Как подобрать шестерню к тому или иному узлу рассмотрим отдельно:
1. Шестерня формного вала . При замене формного вала или отдельно шестерни к нему необходимо соблюсти следующие требования: необходимо знать число зубьев(Z), модуль, окружной шаг зубьев (P), тип крепления шестерни к валу, шестерня прямозубая или косозубая.
2. Шестерни магнитных валов . При замене магнитного вала, как правило, меняется и шестерня, так как они не менее подвержена износу. Наиболее часто на магнитных валах встречаются прямозубые шестерни. Так же как и шестерни для формных валов они производятся в стандартном и укрепленном исполнении.
3. Шестерни анилоксовых валов . При замене анилоксового вала, как правило, происходит замена шестерни, но не так часто как при замене формных и магнитных валов. По той причине, что анилоксовый вал может работать, гораздо дольше и его размер постоянен, нежели у формного вала или магнитного. При заказе шестерни, она входит в так называемый установочный комплект, клиенту необходимо сообщить тип печатной машины и требуемое количество.
В компании " Юви Сервис" можно заказать любую шестерню и для этого необходимо предоставить минимальные данные, которые помогут верно, определить ее тип:
Оборудование, на котором она будет использоваться
Назначение (шестерня формного вала, магнитного, анилоксового)
Количество зубьев(Z)
Тип исполнения шестерни (укрепленная или стандартная)
Наклон зуба (прямой/косой)
Количество шестерен.
К предоставленным данным клиент может направить эскиз, который позволит избежать ошибок.
Наша компания сотрудничает с мировыми лидерами в области производства валов и шестерен, у производителя имеются чертежи для наиболее распространенных печатных машин. Процесс заказа в компании "Юви Сервис" сведен к минимальным затратам и не требует каких либо углубленных технических знаний от Покупателя.
