Загальні відомості і класифікація зубчастих передач

Практично будь-який механізм в сучасній техніці частково або повністю складається з різних типів передач. У більшості випадків в якості передавальних пристроїв руху використовуються саме зубчасті елементи кінематичної схеми. У даній статті буде докладно розглянуто класифікацію зубчастих передач. Про їх різновидах і особливості ми і поговоримо.

визначення

Отже, з технічної точки зору зубчастої передачею є механізм, який служить для передачі обертання з одного вала на інший і для зміни частоти обертання за допомогою рейок і коліс.

Класифікація зубчастих передач свідчить, що зубчасте колесо, розташоване на валу, що передає обертання, прийнято називати ведучим, а приймає обертання - веденим. Також той елемент, який має в парі меншими розмірами, називають шестернею, а то, що великими - колесом.

Сфера використання

Зубчасті передачі, класифікація, основні параметри і особливості роботи яких будуть описані нижче, цілком обгрунтовано вважаються найпоширенішими деталями в машинобудуванні та інших галузях народного господарства. Така висока затребуваність пояснюється можливістю передачі з їх допомогою потужностей в діапазоні від декількох часток до декількох десятків тисяч кіловат. При цьому окружні швидкості обертання можуть становити до 150 м / с, а передавальні числа коливаються від сотень до тисяч. Діаметр самих коліс знаходиться в межах від лічених міліметрів (іноді навіть їх часток) до шести і більше метрів.

диференціація

Призначення і класифікація зубчастих передач передбачає їх поділ за такими ознаками:

1. По розташуванню осей коліс в просторі:

• з паралельними осями (циліндричні передачі);
• з пересічними осями (конічні передачі);
• зі перехресними осями (черв`ячні і гвинтові передачі).

2. За типом відносного обертання коліс і розташуванню зубів:

• із зовнішнім зачепленням (колеса обертаються в протилежних напрямках відносно один одного);
• з внутрішнім зачепленням (обертання обох коліс йде в одну сторону).

3. За формою профілю:

• евольвентні зуби;
• циклоїдальні;
• з зачепленням Новікова.

4. По розташуванню теоретичної лінії зуба:

• циліндричні прямозубі;
• косозубиє;
• шевронні;
• гвинтові (з круговим зубом).

Варто відзначити, що непрямозубие передачі володіють великою плавністю своєї роботи, в них набагато менший знос і шум у порівнянні з прямозубих передачами.

5. За показником окружної швидкості:

• тихохідні передачі (менше 3 м / с);
• середньошвидкісні (від 3 м / с до 15 м / с);
• швидкохідні (понад 15 м / с).

Градація по областях застосування

Класифікація зубчастих передач за функціональним призначенням передбачає їх поділ на:

• Кінематичні (відлікові) передачі. Їх застосовують в різноманітних приладах, лічильно-обчислювальних механізмах. Головна вимога до таких передач - дотримання високої кінематичної точності, тобто повинна бути чітка узгодженість кутів повороту як провідного, так і веденого коліс.
• Швидкісні передачі застосовуються в редукторах турбомашин, коробках передач автомобілів. Вимоги: максимально можлива плавність роботи.
• Силові передачі експлуатуються в кранових і прокатних механізмах. Вони працюють при малих швидкостях, але при цьому передають значні крутний момент. Головна вимога, яку висувають до передачам даного типу, - щільний контакт зубів, що знаходяться між собою в сполученні.

додаткові критерії

Класифікація зубчастих передач за конструктивним оформленням враховує, що вони можуть бути відкритого і закритого типу. Відкриті передачі можуть працювати або без змащення (вкрай рідко), або ж оброблятися спеціальними консистентними мастильними речовинами.

Закриті передачі, в свою чергу, змащуються за рахунок занурення зубів в спеціальне масло, яким заполоняють картер (Занурювальне змазування). У деяких випадках передбачена централізована подача складу в картер. При цьому регулювання потоку змазує рідини здійснюється за допомогою спеціальних дроселів.

Залежно від того, як змінюється частота обертання, зубчасті передачі поділяються на:

• понижуючі (їх називають редуктором). У таких передачах передавальні відносини більше або дорівнює одиниці.
• Мультиплікатори - передавальне число менше одиниці.

До речі, передавальні числа бувають як постійними, так і східчасто-регульованими завдяки переміщенню коліс безпосередньо по валу (наприклад, коробка передач).

Позитивні якості

Класифікація зубчастих передач буде неповною, якщо не розглянути їх гідності. У порівнянні з іншими типами передач зубчасті характеризуються:

• Технологічністю.
• Постійністю передавального відношення.
• Високою навантажувальною здатністю (до 50000 кВт).
• Значним коефіцієнтом корисної дії (до 0,99).
• Малими габаритними розмірами в порівнянні з іншими передачами при однакових умовах.
• Великий надійністю під час роботи.
• Простотою обслуговування.
• Щодо невеликими навантаженнями на опори і вали.

негативні якості

Що стосується недоліків зубчастих передач, то в їх числі значаться:

• Відсутність можливості змінювати передавальне число безступінчатий.
• Точність виготовлення і монтажу повинна бути на високому рівні.
• Виникнення шуму при великих швидкостях роботи.
• Незадовільні амортизують.
• Великі габарити в випадках, коли між осями веденого і ведучого валів значне відстань.
• Нарізування зубів вимагає наявності спеціального обладнання та інструменту.
• Нездатність до компенсації динамічних навантажень через високу жорстокості.
• Відсутність запобіжної функції. Зубчаста передача не здатна захистити машину або механізм від перевантаження.

Також зубчасті передачі (переваги і недоліки, класифікація та види яких вказані вище) нераціонально використовують свої зуби, що проявляється в одночасній роботі не більше двох зубів кожного з коліс, що знаходяться в сполученні.

Деформація зубів коліс

Правильна проектування і експлуатація зубчастої передачі проявляється у відсутності сильного шуму і перегріву під час роботи. Якщо ці два зазначених критерію все ж мають невідповідності, то це цілком може призвести до руйнувань зубів коліс. Класифікація зубчастих передач з експлуатаційного призначенням також вносить свої корективи в роботу передачі, проте в цілому види руйнувань зубів бувають такі:

• Пластична деформація робочих поверхонь.
• Несправність.
• Заїдання.
• Зношування.
• Викришування.

У тих випадках, коли зуби ламаються, найчастіше відбувається не тільки поломка передачі, але і пошкодження різних суміжних вузлів, деталей (наприклад, руйнуються підшипники, вали). Це відбувається через заклинює дії відламати шматочків.

Досить часто зуби ламаються через свою «втоми», яка з`являється як наслідок виникнення і прогресивного розвитку тріщини. Такий вид поломки найбільше характерний для закритих передач.

Стирання зубів найчастіше спостерігається у відкритих передачах, що пояснюється проникненням в зону зачеплення різноманітних частинок металу, бруду, пилу (абразивний знос). Також причиною може служити погана мастило, тому від даного виду зносу не застраховані і закриті передачі.

виробництво коліс

Важливо знати, що зубчасті передачі, переваги і недоліки, класифікація яких залежать від їх технологічних і фізичних властивостей, виготовляються з різних матеріалів.

Найчастіше на практиці застосовуються такі:

• Вуглецева сталь звичайної якості (Ст6, Ст5).
• Високоякісні марки стали.
• Леговані марки сталей.
• Сірий і високоякісний чавун.
• Деякі неметалеві матеріали (бакеліт, текстоліт).

Найбільшого поширення набули передачі з зубчастими колесами зі сталі, що пояснюється оптимальним поєднанням міцності, надійності і маси. Такий матеріал ідеально підходить для високонавантажених передач.

У свою чергу, сірий чавун використовується для коліс, що працюють нечасто, а також тихохідних відкритих передач. Чавун хороший тим, що зуби коліс на його основі не надто вимогливі до мастилі і добре притираються один до одного.

Пластмасові зубчасті колеса виготовляють для механізмів, де потрібна максимальна безшумність роботи високошвидкісної передачі, при цьому не потрібна висока точність виготовлення.

Твердість і термічна обробка

Зубчасті передачі, класифікація, застосування яких знаходяться також в залежності від несучої здатності, в обов`язковому порядку проходять термообробку.

Зубчасті колеса зі сталі умовно ділять на дві групи:

• Колеса з твердістю зубів менше 350 НВ. Такий показник формується завдяки нормалізації або поліпшення стали. Безпосередньо зуби нарізають вже після термічної обробки.
• Колеса, твердість яких перевищує 350 НВ. Таку твердість забезпечує хіміко-термічне зміцнення: цементація, азотування, ціанування, поверхневе загартування за допомогою струмів високої частоти.

Змазування зубчастих коліс

Класифікація зубчастих передач по розташуванню зубів буде неповною, якщо не розглянути питання змазування зубчастого зачеплення. Сам по собі процес мастила орієнтований на зниження швидкості зносу зубів, відведення тепла і дрібних абразивних частинок, підвищення ККД всієї передачі. Завдяки застосуванню якісних мастильних матеріалів підвищується опірність коліс до заїдання. У ролі мастила можуть виступати пластичні, рідкі та тверді матеріали.

Пластичне мастило найчастіше застосовується у відкритих передачах, які працюють з температурою не більше +120 градусів. Тверда мастило експлуатується також у відкритих передачах, але в тих, робоча температура яких перевищує 100 градусів за Цельсієм. Найбільш затребуваною мастилом є рідка. Найбільшу популярність отримали нафтові олії. Що стосується синтетичних матеріалів мастила, то їх застосовують лише в особливих випадках, оскільки ціна їх досить висока.

Позначення рідких масел наступне:

• Індустріальне масло - літера І.
• Для використання в гідравлічних системах - Г.
• Для важко навантажених передач - Т.
• Масло, яке має антикорозійні, антиокислювальні, протизносні присадки, - С.
• Масло, яке не має будь-яких присадок, - А.

Конічні зубчасті колеса

Класифікація конічних зубчастих передач в спрощеному варіанті має такий вигляд:

• Колеса конічні зубчасті з прямими зубами.
• З тангенціальними зубами.
• З криволінійними зубами.
• З круговими зубами.
• З лінією зубів у вигляді евольвенти.

Прямозубиє конічні колеса найчастіше застосовуються в відкритих передачах, а ось елементи з круговими зубами задіяні в редукторах.

Характеристики та позначення

Основні параметри, на які спирається класифікація зубчастих передач, такі:

• Число зубів - Z.
• Міжосьова відстань - a.
• Ширина вінця колеса - b.
• Радіальний зазор - с.
• Висота ніжки зуба - ha.
• Висота зуба - h.
• Ділильний діаметр - d.
• Початковий діаметр - dw.
• Діаметр западин зубів - dr.
• Діаметр вершин зубів - da.

Виробництво зубчастих передач

Зубчасті колеса виробляються на автоматичних лініях. Ці вузькоспеціалізовані лінії діляться на короткі і комплексні. Перша група пов`язана лише з нарізуванням і обробкою зубчастих коліс. Друга являє собою сукупність верстатів самого різного призначення, які забезпечують повноцінне виготовлення зубчастих коліс. У таких лініях застосовуються напівавтоматичні верстати для зубообработки, додатково укомплектовані завантажувально-розвантажувальними та іншими пристроями автоматизації.

У технологічних лініях виробництва коліс між виробничими верстатами найчастіше застосовують гнучкі транспортні зв`язки у вигляді стрічкових і ланцюгових транспортерів, а також рухомих передавальних візків, які виключають виникнення вибоїн і інших дефектів.