Autokombi.ru

Авто-портал
8 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Зубчатые передачи: виды, достоинства и недостатки зубчатых передач

Зубчатые передачи

Механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми ко­лесами, образующими с неподвижным звеном вращательную или поступатель­ную пару, называют зубчатой передачей (рис. 1). Меньшее из колес передачи принято называть шестерней, а большее – колесом, звено зубчатой передачи, соверша­ющее прямолинейное движение, называют зубчатой рейкой (рис. 1, г). Термин «зубчатое колесо» является общим. При одинаковых размерах колес шестерней называют ведущее зубчатое колесо. Параметры шестерни сопровождаются индексом “1”, а колеса – “2”.

Рис. 1. Виды зубчатых передач: а, б, в — цилиндрические зубчатые передачи с внешним зацеплением; г — реечная передача;

д — цилиндрическая передача с внутренним зацеп­лением; е — зубчатая винтовая передача; ж, з, и — конические зубчатые передачи; к — ги­поидная передача

В большинстве случаев зубчатая передача служит для передачи враща­тельного движения. В некоторых механизмах эту передачу применяют для преобразования вращательного движения в поступательное (или наоборот, см. рис. 1, г).

Зубчатые передачи — наиболее распространенный тип передач в совре­менном машиностроении и приборостроении. Их применяют для передачи мощностей от долей (механизм кварцевых наручных часов) до десятков тысяч киловатт (крупные шаровые мельницы, дробилки, обжиговые печи) при окружных скоростях до 150 м/с и передаточных числах до нескольких сотен и даже тысяч, с диаметром колес от долей миллиметра до 6 ми более. Диаметры колес судовых установок, например, в передачах на гребной винт достигают 6 м.

Достоинства и недостатки зубчатых передач

Основные достоинства зубчатых передач по сравнению с другими передачами:

— технологичность, постоянство передаточного числа;

— высокая нагрузочная способность (до N=50000 кВт);

— высокий КПД (до 0,97-0,99 для одной пары колес);

— малые габаритные размеры по сравнению с другими видами передач при равных условиях;

— большая надежность в работе, простота обслуживания;

— сравнительно малые нагрузки на валы и опоры.

К недостаткам зубчатых передач следует отнести:

— невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;

— высокие требования к точности изготовления и монтажа;

— шум при больших скоростях; плохие амортизирующие свойства;

— громоздкость при больших расстояниях между осями ведущего и ве­домого валов;

— потребность в специальном оборудовании и инструменте для нареза­ния зубьев;

— высокая жесткость, не позволяющая компенсировать динамические нагрузки;

— нерациональное использование зубьев – в работе передачи одновременно участвуют обычно не более двух зубьев каждого из зацепляющихся колёс;

— зубчатая передача не предохраняет машину от возможных опасных перегрузок.

Передачи, их виды: фрикционные, ременные, цепные, зубчатые, червячные

Механическая передача – механизм, превращающий кинематические и энергетические параметры двигателя в необходимые параметры движения рабочих органов машин и предназначенный для согласования режима работы двигателя с режимом работы исполнительных органов. [1]

Типы механических передач:

  • зубчатые (цилиндрические, конические);
  • винтовые (винтовые, червячные, гипоидные);
  • с гибкими элементами (ременные, цепные);
  • фрикционные (за счёт трения, применяются при плохих условиях работы).

В зависимости от соотношения параметров входного и выходного валов передачи разделяют на:

  • редукторы (понижающие передачи) – от входного вала к выходному уменьшают частоту вращения и увеличивают крутящий момент;
  • мультипликаторы (повышающие передачи) – от входного вала к выходному увеличивают частоту вращения и уменьшают крутящий момент.

Зубчатая передача – это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса. При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев. [2]

Читайте так же:
Установка люка на крышу автомобиля – как не испортить задумку?

Зубчатые передачи предназначены для:

  • передачи вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся или скрещивающиеся оси;
  • преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот (передача “рейка-шестерня”).

Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестернёй, второе колесо с большим числом зубьев называется колесом.

Зубчатые передачи классифицируют по расположению валов:

  • с параллельными осями (цилиндрические с внутренним и внешним зацеплениями);
  • с пересекающимися осями (конические);
  • с перекрестными осями (рейка-шестерня).

Цилиндрические зубчатые передачи (рисунок 1) бывают с внешним и внутренним зацеплением. В зависимости от угла наклона зубьев выполняют прямозубые и косозубые колёса. С увеличением угла повышается прочность косозубых передач (за счёт наклона увеличивается площадь контакта зубьев, уменьшаются габариты передачи). Однако в косозубых передачах появляется дополнительная осевая сила, направленная вдоль оси вала и создающая дополнительную нагрузку на опоры. Для уменьшения этой силы угол наклона ограничивают 8-20°. Этот недостаток исключён в шевронной передаче.

Основные виды цилиндрических зубчатых передач

Рисунок 1 – Основные виды цилиндрических зубчатых передач

Конические зубчатые передачи (рисунок 2) применяют в тех случаях, когда оси валов пересекаются под некоторым углом, чаще всего 90°. Конические передачи более сложны в изготовлении и монтаже, чем цилиндрические. Нагрузочная способность конической прямозубой передачи составляет приблизительно 85% цилиндрической. Для повышения нагрузочной способности конических колёс применяют колёса с непрямыми (тангенциальными, круговыми) зубьями.

Конические зубчатые передачи

Рисунок 2 – Конические зубчатые передачи

Достоинства зубчатых передач:

  • компактность;
  • возможность передавать большие мощности;
  • большие скорости вращения;
  • постоянство передаточного отношения;
  • высокий КПД.

Недостатки зубчатых передач:

  • сложность передачи движения на значительные расстояния;
  • жёсткость передачи;
  • шум во время работы;
  • необходимость в смазке.

Червячные передачи (рисунок 3) применяют для передачи движения между перекрещивающимися осями, угол между которыми, как правило, составляет 90°. Движение в червячных передачах передается по принципу винтовой пары.

Червячная передача

Рисунок 3 – Червячная передача

В отличие от большинства разновидностей зубчатых в червячной передаче окружные скорости на червяке и на колесе не совпадают. Они направлены под углом и отличаются по значению. При относительном движении начальные цилиндры скользят. Большое скольжение является причиной низкого КПД, повышенного износа и заедания. Для снижения износа применяют специальные антифрикционные пары материалов: червяк – сталь, венец червячного колеса – бронза (реже – латунь, чугун).

Достоинства червячных передач:

  • большие передаточные отношения;
  • плавность и бесшумность работы;
  • высокая кинематическая точность;
  • самоторможение.

Недостатки червячных передач:

  • низкий КПД;
  • высокий износ, заедание;
  • использование дорогих материалов;
  • высокие требования к точности сборки.

Для передачи движения между сравнительно далеко расположенными друг от друга валами применяют механизмы, в которых усилие от ведущего звена к ведомому передаётся с помощью гибких звеньев. В качестве гибких звеньев применяются: ремни, шнуры, канаты разных профилей, провода, стальную ленту, цепи различных конструкций.

Передачи с гибкими звеньями могут обеспечивать постоянное и переменное передаточное отношения со ступенчатым или плавным изменением его величины.

Для сохранности постоянства натяжения гибких звеньев в механизмах применяются натяжные устройства: ролики, пружины, противовесы и т.п.

Различают следующие разновидности передач с гибкими звеньями:

  • по способу соединения гибкого звена с остальными:
    • фрикционные;
    • с непосредственным соединением;
    • с зацеплением;
    • открытые;
    • перекрёстные;
    • полуперекрёстные;

    Ременная передача (рисунок 4) состоит из двух шкивов, закреплённых на валах, и ремня, охватывающего эти шкивы. Нагрузки передается за счёт сил трения, возникающих между шкивами и ремнём вследствие натяжения последнего.

    В зависимости от формы поперечного перереза ремня различают передачи:

    • плоскоременную;
    • клиноременную (получили наиболее широкое применение);
    • круглоременную.

    Ременная передача

    Рисунок 4 – Ременная передача

    Наибольшие преимущества наблюдаются в передачах с зубчатыми (поликлиновыми) ремнями.

    Достоинства ременных передач:

    • возможность передачи движения на значительные расстояния;
    • плавность и бесшумность работы;
    • защита механизмов от колебаний нагрузки вследствие упругости ремня;
    • защита механизмов от перегрузки за счёт возможного проскальзывания ремня;
    • простота конструкции и эксплуатации (не требует смазки).

    Недостатки ременных передач:

    • повышенные габариты (при равных условиях диаметры шкивов в 5 раз больше диаметров зубчатых колёс);
    • непостоянство передаточного отношения вследствие проскальзывания ремня;
    • повышенная нагрузка на валы и их опоры, связанная с большим предварительным натяжением ремня (в 2-3 раза больше, чем у зубчатых передач);
    • низкая долговечность ремней (1000-5000 часов).

    Цепная передача (рисунок 5) основана на принципе зацепления цепи и звёздочек. Цепная передача состоит из:

    • ведущей звёздочки;
    • ведомой звёздочки;
    • цепи, которая охватывает звёздочки и зацепляется за них зубьями;
    • натяжных устройств;
    • смазывающих устройств;
    • ограждения.

    Цепные передачи

    Рисунок 5 – Цепные передачи: а) с роликовой цепью; б) с зубчатой пластинчатой цепью

    Область применения цепных передач:

    • при значительных межосевых расстояниях;
    • при передаче от одного ведущего вала нескольким ведомым;
    • когда зубчатые передачи неприменимы, а ременные недостаточно надёжны.

    По типу применяемых цепей бывают:

    • роликовые;
    • втулочные (лёгкие, но большой износ);
    • роликовтулочные (тяжёлые, но низкий износ);
    • зубчатые пластинчатые (обеспечивают плавность работы).

    Достоинства цепных передач (по сравнению с ременной передачей):

    • большая нагрузочная способность;
    • отсутствие скольжения и буксования, что обеспечивает постоянство передаточного отношения и возможность работы при кратковременных перегрузках;
    • принцип зацепления не требует предварительного натяжения цепи;
    • могут работать при меньших межосевых расстояниях и при больших передаточных отношениях.

    Недостатки цепных передач связаны с тем, что звенья располагаются на звёздочке не по окружности, а по многоугольнику, что влечёт:

    • износ шарниров цепи;
    • шум и дополнительные динамические нагрузки;
    • необходимость обеспечения смазки.

    Фрикционная передача – кинематическая пара, использующая силу трения для передачи механической энергии (рисунок 6). [3]

    Рисунок 6 – Фрикционные передачи

    Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность фрикционной передачи.

    Зубчатые передачи: виды, достоинства и недостатки зубчатых передач

    Зубчатые передачи виды достоинства и недостатки зубчатых передач

    Подавляющее большинство механических передач имеет в своей основе зубчатые зацепления. Другими словами, в зубчатой передаче усилие передается благодаря зацеплению пары зубчатых колес (зубчатой пары). Зубчатые передачи активно используются, позволяя изменять скорость вращения, направление, моменты.

    Основной задачей является преобразования вращательного движения, а также изменение расположения элементов трансмиссии и ряд других функций, которые необходимы для работы узлов, агрегатов и механизмов. Далее мы рассмотрим типы зубчатых передач, их особенности, а также достоинства зубчатых передач и их недостатки.

    Виды зубчатых передач

    Виды зубчатых передач

    Как уже было сказано, зубчатые зацепления (передачи зацеплением) позволяют эффективно реализовать передачу вращательного движения, которое поступает от двигателя.

    Параллельно осуществляется преобразование движения, изменяется частота вращения, величина крутящего момента, направление осей вращения и т.д. Чтобы выполнять такие задачи, существуют разные виды передач. Прежде всего, их принято классифицировать согласно особенностям расположения осей вращения.

      Цилиндрическая передача. Такая передача состоит из пары, которая обычно имеет разное количество зубьев, а оси зубчатых колес цилиндрической передачи являются параллельными. Также отношение чисел зубьев принято называть передаточным отношением. Меньшее по размеру зубчатое колесо называется шестерней, тогда как большое называют зубчатым колесом.

    Зубчатые передачи могут иметь наружное или внутреннее зацепление. Если с наружным все понятно (в данном случае схема зубчатой передачи предполагает, что зубья расположены сверху), то при внутреннем зацеплении зубья большего колеса располагаются на внутренней поверхности. Также вращение возможно только в одном направлении.

    Рассмотрев выше основные виды зацеплений (зубчатых передач), следует добавить, что при этом указанные типы могут использоваться в разных сочетаниях с учетом особенностей тех или иных кинематических схем.

    • Еще зубчатые передачи могут отличаться по форме зубьев, профилю и типу. С учетом отличий принято выделять следующие зацепления: эвольвентные, круговые и циклоидальные. При этом чаще всего используются именно эвольвентные зацепления, так как технологически данное решение превосходит другие аналоги.

    Прежде всего, такие зубья нарезаются при помощи простого реечного инструмента. Указанное зацепление имеет постоянное передаточное отношение, которое никак не зависит от степени смещения межцентрового расстояния. Недостатком зацепления является только то, что во время передачи большой мощности сказывается небольшое пятно контакта в двух выпуклых поверхностях зубьев. Результат — разрушение поверхности и другие дефекты материала.

    Еще добавим, что круговое зацепление отличается тем, что выпуклые зубья шестерни сцеплены с вогнутыми колесами. Это позволяет значительно увеличить пятно контакта, однако также сильно возрастает сила трения в указанных парах.

    • Также можно отдельно выделить сами виды зубчатых колес: прямозубые, косозубые, шевронные и криволинейные. Прямозубые являются наиболее распространенными типами пар, они просты в разработке, дешевы в изготовлении и надежны в рамках эксплуатации. Линия контакта в данном случае параллельна оси вала. Такие колеса отличаются дешевизной производства, однако способны передать сравнительно небольшой максимальный крутящий момент по сравнению с косозубыми и шевронными зубчатыми колесами.

    Косозубые колеса оптимально применять в том случае, если частота вращения очень высокая. Данное решение позволяет добиться плавности и снижения шума. Минусом принято считать большую нагрузку на подшипники, так как возникают осевые усилия.

    Криволинейные колеса обычно используют в том случае, когда необходимы максимальные передаточные отношения. Такие колеса создают меньше шума при работе, а также более эффективно работают на изгиб.

    Из чего изготавливаются зубчатые колеса и шестерни

    Производство зубчатой передачи

    Как правило, в основе зубчатого колеса лежит сталь. При этом шестерня должна иметь большую прочность, так как сами колеса могут иметь разные характеристики по прочности.

    По этой причине шестерни изготавливаются из разных материалов, а также такие изделия проходят дополнительную термическую обработку и/или комплексную химическую и температурную обработку.

    Например, шестерни, которые выполнены из легированной стали, также проходят процесс упрочнения поверхности, в рамках которого может быть использован метод, позволяющий добиться желаемых характеристик (азотирование, цементация или цианирование). Если для изготовления шестерни используется углеродистая сталь, такой материал проходит поверхностную закалку.

    Сами зубчатые колеса выполняются из заготовки, полученной методом литья или штамповки. Затем применяется метод нарезки зубьев. Нарезка осуществляется путем использования методов копирования, обкатки. Метод обкатки дает возможность изготовить зубья разной конфигурации при помощи одного инструмента (долбяк, червячные фрезы, рейка).

    Чтобы осуществить нарезку методом копирования, требуются пальцевые фрезы. После нарезки выполняется термическая обработка. Если же нужно зацепление высокой точности, после такой термообработки дополнительно выполняется шлифовка и обкатка.

    Достоинства и недостатки зубчатых передач

    Достоинства и недостатки зубчатых передач

    Прежде всего, среди достоинств зубчатой передачи можно выделить:

    • высокую надежность с учетом расширенного диапазона нагрузок и скоростей;
    • компактность, большой ресурс и высокий КПД;
    • относительно небольшие нагрузки на валы и подшипники;
    • постоянное передаточное число (отношение);
    • простота изготовления и обслуживания;

    Главная передача в авто мобиле что это такое Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое главная передача в автомобиле. Из этой статьи вы узнаете об устройстве, назначении и принципах работы главой передачи в конструкции авто.

    Также выделяют и недостатки зубчатой передачи:

    • повышенные требования к качеству изготовления и точности установки;
    • при высокой скорости вращения возникает шум по причине возможных неточностей при изготовлении шага и профиля зубьев;
    • повышенная жесткость не позволяет эффективно компенсировать динамические нагрузки, в результате чего возникает разрушение и пробуксовки, появляются дефекты;

    Также проверяется само зацепление и его качество (часто используется краска, которая наносится на зубья). Нанесение краски позволяет изучить величину пятна контакта, а также расположение относительно высоты зуба. Для регулировки зацепления применяются прокладки, которые ставятся в подшипниковые узлы.

    Подведем итоги

    Как видно, зубчатая передача является достаточно распространенным решением, которое используется в различных узлах, агрегатах и механизмах. С учетом того, что существует несколько типов таких передач, перед использованием одного или другого вида, в рамках проектирования конструкторы учитывают кинематические и силовые характеристики работы разных механизмов и агрегатов.

    Дифференциал коробки передач Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое дифференциал коробки передач. Из этой статьи вы узнаете об особенностях, назначении, устройстве и принципах работы дифференциала КПП.

    При этом основными условиями, которые определяют срок службы зубчатой передачи и ее ресурс, принято считать общую износостойкость поверхностей зубьев, а также прочность зубьев на изгиб. Чтобы получить нужные характеристики, в рамках проектирования производства зубчатых механизмов указанным особенностям уделяется отдельное повышенное внимание.

    Гипоидная передача устройство

    Гипоидная передача в устройстве трансмиссии автомобиля: что такое гипоидная передача, в чем ее особенности и отличия, а также преимущества и недостатки.

    Дифференциал коробки передач устройство принцип работы

    Дифференциал коробки передач: что это такое, устройство дифференциала, виды дифференциалов. Как работает дифференциал КПП в трансмиссии автомобиля.

    Главная передача в автомобиле

    Главная передача в устройстве трансмиссии автомобиля: принцип работы, особенности конструкции. Виды главных передач по типу зубчатого соединения.

    Пониженная передача что это понижающая передача КПП

    Понижающая (пониженная) передача: назначение передачи, особенности работы. Как пользоваться понижающей передачей и когда включать пониженную передачу.

    Карданная передача карданный вал

    Карданная передача: что это такое, устройство, особенности, принцип работы. Виды карданных передач в устройстве автомобильной трансмиссии.

    Устройство полного привода, виды и типы полного привода, схема устройства привода на полноприводных авто. Полноприводные коробки, особенности.

    5. Классификация зубчатых передач.

    Классификация зубчатых передач. По расположению осей валов различают передачи с параллельными , с пересекающимися и перекрещивающимися геометрическими осями.

    По форме могут быть цилиндрические, конические, эллиптические, фигурные зубчатые колеса и колеса с неполным числом зубьев (секторные).

    По форме профилей зубьев различают эвольвентные и круговые передачи, а по форме и расположению зубьев – прямые , косые , шевронные и круговые.

    В зависимости от относительного расположения зубчатых колес передачи могут быть с внешним или внутренним их зацеплением. Для преобразования вращательного движения в возвратно поступательное и наоборот служит реечная передача.

    Зубчатые передачи эвольвентного профиля широко распространены во всех отраслях машиностроения и приборостроения. Они применяются в исключительно широком диапазоне условий работы. Мощности, передаваемые зубчатыми передачами, изменяются от ничтожно малых (приборы, часовые механизмы) до многих тысяч кВт (редукторы авиационных двигателей). Наибольшее распространение имеют передачи с цилиндрическими колесами, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации, надежные и малогабаритные. Конические, винтовые и червячные передачи применяют лишь в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины

    6. Достоинства и недостатки зубчатых передач.

    Основными преимуществами зубчатых передач являются:

     постоянство передаточного числа (отсутствие проскальзывания);

     компактность по сравнению с фрикционными и ременными передачами;

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

     большая долговечность и надежность ;

     возможность применения в широком диапазоне скоростей , мощностей.

     шум при высоких скоростях;

     невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;

     необходимость высокой точности изготовления и монтажа;

     незащищенность от перегрузок;

     наличие вибраций, которые возникают в результате неточного изготовления и неточной сборки передач.

    7. Основные геометрические параметры эвольвентных зубчатых колес.

    К основным геометрическим параметрам эвольвентного зубчатого колеса относятся: модуль m, шаг p, угол профиля α, число зубьев z и коэффициент относительного смещения x.

    Модуль − это число миллиметров диаметра делительной окружности зубчатого колеса, приходящееся на один зуб.

    Окружной шаг, или шаг p − это расстояние по дуге делительной окружности между одноименными точками профилей соседних зубьев.

    Угол профиля α − это острый угол между касательной t – t к профилю зуба в точке, лежащей на делительной окружности зубчатого колеса и радиус-вектором, проведенным в данную точку из его геометрического центра

    Делительная окружность − это теоретическая окружность зубчатого колеса, на которой модуль и шаг принимают стандартные значения

    Делительная окружность делит зуб на головку и ножку

    Начальная окружность – это теоретическая окружность зубчатого колеса, принадлежащая его начальной поверхности.

    Головка зуба – это часть зуба, расположенная между делительной ок-ружностью зубчатого колеса и его окружностью вершин.

    Ножка зуба – это часть зуба, расположенная между делительной окружностью зубчатого колеса и его окружностью впадин.

    Сумма высот головки ha и ножки hf соответствует высоте зубьев h:

    Окружность вершин – это теоретическая окружность зубчатого колеса, соединяющая вершины его зубьев.

    Окружность впадин – это теоретическая окружность зубчатого колеса, соединяющая все его впадины.

    Угловой шаг − это центральный угол, охватывающий дугу делительной окружности, соответствующий окружному шагу

    Шаг по основной окружности − это расстояние по дуге основной ок-ружности между одноименными точками профилей соседних зубьев

    Толщина зуба s по делительной окружности − это расстояние по дуге делительной окружности между разноименными точками профилей одного зуба

    S = 0,5 · ρ + 2 · х · m · tg α

    Ширина впадины e по делительной окружности − это расстояние по дуге делительной окружности между разноименными точками профилей со-седних зубьев

    Толщина зуба Sb по основной окружности − это расстояние по дуге основной окружности между разноименными точками профилей одного зуба.

    Толщина зуба Sa по окружности вершин − это расстояние по дуге ок-ружности вершин между разноименными точками профилей одного зуба.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию