Глава 7 зубчатые передачи

§ 7.1. Общие сведения

Зубчатой передачей называется трехзвенный механизм, в котором два подвижных зубчатых звена образуют с неподвижным звеном I вращательную или поступательную пару. Зубчатое звено передачи может представлять собой колесо, сектор или рейку. Зубчатые передачи служат для преобразования вращательных движений или вращательного движения в поступательное.

Все применяемые здесь и в дальнейшем термины, определения и обозначения, относящиеся к зубчатым передачам, соответствуют ГОСТ 16530—83 «Передачи зубчатые», ГОСТ 16531—83 «Передачи зубчатые Цилиндрические» и ГОСТ 19325—73 «Передачи зубчатые конические».

Зубчатое зацепление представляет собой высшую кинематическую пару, так как зубья теоретически соприкасаются между собой по линиям или точ­кам, причем меньшее зубчатое колесо пары называется шестерней, а большее — колесом. Сектор цилиндрического зубчатого колеса бес­конечно большого диаметра называется зубчатой рейкой.

Зубчатые передачи можно классифицировать по многим признакам, а именно: по расположению осей валов (с параллельными, пересекающи­мися, скрещивающимися осями и соосные); по условиям работы (закры­тые — работающие в масляной ванне и открытые — работающие всухую или смазываемые периодически); по числу ступеней (одноступенчатые, многоступенчатые); по взаимному распиложению колес (с внешним и внутренним зацеплением); по изменению частоты вращения валов (по­нижающие, повышающие); по форме поверхности, на которой нарезаны зубья (цилиндрические, конические); по окружной скорости колес (тихо- ходные при скорости до 3 м/с, среднескоростные при скорости до 15 м/с, быстроходные при скорости выше 15 м/с); по расположению зубьев отно-сительно образующей колеса (прямозубые, косозубые, шевронные, с кри-волинейными зубьями); по форме профиля зуба (эвольвентные, круговые,

циклоидальные).

Кроме перечисленных существуют передачи с гибкими зубчатыми

колесами,называемые волновыми.

Основные виды зубчатых передач (рис. 7.1) с параллельными осями: | а — цилиндрическая прямозубая, б — цилиндрическая косозубая, в -шевронная, г — с внутренним зацеплением; с пересекающимися осями: д — коническая прямозубая, е — коническая с тангенциальными зубьями, ж — коническая с криволинейными зубьями; со скрещивающимися осями: з — гипоидная, и — винтовая; к — зубчато-реечная прямозубая (гипоидная и винтовая передачи относятся к категории гиперболоидных передач, что будет пояснено далее).

Зубчатая передача, оси которой расположены под углом 90°, называ­ется ортогональной.

Достоинство зубчатых передач заключается прежде всего в том, что при одинаковых характеристиках они значительно более ком-пактны по сравнению с другими видами передач. Кроме того, зубчатые передачи имеют более высокий КПД (до 0,99 в одной ступени), сохраня­ют постоянство передаточного числа, создают относительно небольшую нагрузку на опоры валов, имеют большую долговечность и надежность рабо­ты в широких диапазонах мощностей (до десятков тысяч киловатт), окруж­ных скоростей (до 150 м/с) и передаточных чисел (до нескольких сотен).

Недостатки зубчатых передач: сложность изготовления точных передач, возможность возникновения шума и вибраций при недостаточ­ной точности изготовления и сборки, невозможность бесступенчатого регулирования частоты вращения ведомого вала.

Зубчатые передачи являются наиболее распространенными типами механических передач и находят широкое применение во всех отраслях машиностроения, в частности в металлорежущих станках, автомобилях, тракторах, сельхозмашинах и т. д.; в приборостроении, часовой промыш­ленности и др. Годовое производство зубчатых колес в нашей стране ис­числяется сотнями миллионов штук, а габаритные размеры их от долей миллиметра до десяти и более метров. Такое широкое распространение зубчатых передач делает необходимой большую научно-исследователь­скую работу по вопросам конструирования и технологии изготовления стоящее время стандартизованы термины, определения, обозначения, элементы зубчатых колес и зацеплений, основные параметры передач, расчет геометрии, расчет цилиндрических эвольвентных передач на точность, инструмент для нарезания зубьев и многое другое.

Основная кинематическая характеристика всякой зубчатой передачи — передаточное число, определяемое по стандарту как отношение чис­ла зубьев колеса к числу зубьев шестерни и обозначаемое и, следовательно,

u=z₁/z₂

Определение передаточного отношения остается таким же, как для других механических передач, т.е.

u=ω₁/ω₂

Потери энергии в зубчатых передачах зависят от типа передачи, точ­ности ее изготовления, смазки и складываются из потерь на трение в за­цеплении, в опорах валов и (для закрытых передач) потерь на перемеши­вание и разбрызгивание масла. Потерянная механическая энергия пере­ходит в тепловую, что в некоторых случаях делает необходимым тепло­вой расчет передачи.

Потери в зацеплении характеризуются коэффициентом η₃ потери в одной паре подшипников — коэффициентом η_П и потери на перемеши­вание и разбрызгивание масла — коэффициентом η_м. Общий КПД одно­ступенчатой закрытой передачи

η= η₃ η_П² η_м

Ориентировочно г)₃ = 0,96...0,98 (закрытые передачи), η₃ = 0,95...0,96 (откры­тые передачи), η_n = 0,99...0,995 (подшипники качения), η_п = 0,96...0,98 (подшипники скольжения), η_м= 0,98...0,99,

Поверхности взаимодействующих зубьев колес, обеспечивающие за­данное передаточное отношение, называются сопряженными. Про­цесс передачи движения в кинематической паре, образованной зубчатыми колесами, называется зубчатым зацеплением.