Критерии работоспособности и расчета

Основными критериями работоспособности закрытых зубчатых передач, обеспеченных достаточным количеством смазки является контактная прочность взаимодействующих поверхностей зубьев и прочность зубьев на изгиб.

При недостаточной контактной прочности рабочих поверхностей зубьев на этих поверхностях в области ножки происходит прогрессирующее усталостное выкрашивание металла, нарушающее геометрию зацепления и ослабляющее поперечное сечение зуба по отношению к изгибным напряжениям, что в конечном итоге приводит к усталостному излому зуба.

Таким образом расчет ведется из условия

и (5.9)

При проектном расчете цилиндрических передач вначале вычисляется межосевое расстояние передачи

; (5.10)

где для прямозубой передачи K_a = 450 (Н/мм²)^1/3;

для косозубой передачи K_a = 410 (Н/мм²)^1/3;

K_H – коэффициент нагрузки, учитывающий условия работы зубьев и качество их рабочих поверхностей и состоящий из произведения нескольких других коэффициентов; T₁ – вращающий момент на шестерне, Нм; u - передаточное число передачи; [s]_H – допускаемые напряжения для материалов, из которых изготовлены зубчатые колеса передачи, МПа y_ba – коэффициент ширины зубчатого венца колеса (венец шестерни обычно выполняется на 2…4 мм шире зубчатого венца колеса), изменяющийся обычно в пределах 0,2…0,5 в зависимости от способа закрепления валов, несущих зубчатые колеса. Полученное значение a_w округляется до ближайшего большего стандартного значения.

Ширина зубчатого венца колеса в этом случае составит

. (5.11)

Далее определяется минимально допустимое значение модуля передачи

; (5.12)

где K_m = 3,4×10³ для прямозубых передач и K_m = 2,8×10³ для косозубых передач K_F – коэффициент нагрузки, зависящий от точности изготовления передачи, скоростного режима её работы и качества материалов зубчатых колес; остальные величины определены выше.

Максимально возможное значение модуля зацепления определяют из условия неподрезания зубьев шестерни у основания

. (5.13)

В полученном диапазоне выбирают стандартное значение модуля, учитывая, что при малом значении модуля увеличивается коэффициент перекрытия зубьев, повышается КПД, снижается уровень шума, уменьшаются отходы металла в стружку, сокращается трудоемкость изготовления колеса, но при больших значениях модуля передача менее чувствительна к неточности межосевого расстояния, выше изгибная прочность зубьев её колес.

Далее определяют числа зубьев шестерни и колеса

и (5.14)

При наличии перечисленных параметров остальные параметры передачи вычисляются по приведенным ранее формулам.

При проектном расчете конических зубчатых передач в первую очередь вычисляют внешний делительный диаметр зубчатого колеса, как определяющий в конечном итоге максимальный габаритный размер передачи.

; (5.15)

где K_d = 165 – вспомогательный коэффициент; T₂ – вращающий момент на зубчатом колесе (на выходном валу), Нм; K_Hb - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине зуба, зависящий от твердости поверхностей зубьев и характера закрепления валов, несущих зубчатые колеса передачи; [s]_H – допускаемые контактные напряжения для материалов из которых изготовлены зубчатые колеса; v_H – коэффициент, учитывающий ослабление зубьев конической передачи по сравнению с цилиндрической, для прямозубой конической передачи v_H = 0,85; u - необходимое передаточное число конической зубчатой передачи.

Полученное значение внешнего делительного диаметра колеса следует округлить до ближайшего стандартного значения.

Ширину зубчатого венца можно определить по соотношению

; (5.16)

где - коэффициент ширины зубчатого венца.

Число зубьев колеса вычисляют по эмпирической формуле

; (5.17)

где коэффициент С изменяется в пределах от 11,2 до 18 в зависимости от вида термической обработки рабочих поверхностей зубьев.

Далее вычисляют число зубьев шестерни

; (5.18)

Полученные числа зубьев округляют до ближайших целых величин и определяют фактическое передаточное число u_ф = z₂/z₁ с точностью не ниже 4-х знаков после запятой.

После этого вычисляют минимально допустимый внешний окружной модуль из условия прочности зуба при изгибе

; (5.19)

Далее определяют углы делительных конусов и ; внешнее конусное расстояние и среднее конусное расстояние .

Внешние диаметры вершин зубьев шестерни и колеса находят по идентичным выражениям

. (5.20)

ТЕМА 3.

ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ.

Червячная передача – это передача, два подвижных звена которой, червяк и червячное колесо, образуют совместно высшую зубчато-винтовую кинематическую пару, а с третьим, неподвижным звеном, низшие вращательные кинематические пары.

Как следует из определения, червячная передача обладает свойствами как зубчатой (червячное колесо на своем ободе несет зубчатый венец), так и винтовой (червяк имеет форму винта) передач. Червячная передача, также как и винтовая, характеризуется относительно высокими скоростями скольжения витков червяка по зубьям червячного колеса.

Достоинства червячных передач: 1) компактность и относительно небольшая масса конструкции; 2) возможность получения больших передаточных чисел в одной ступени – стандартные передачи u £ 80, специальные - u ³ 300; 3) высокая плавность и кинематическая точность; 4) низкий уровень шума и вибраций; 5) самоторможение при обратной передаче движения, то есть невозможность передачи движения в обратном направлении - от ведомого червячного колеса к ведущему червяку.

Недостатки червячных передач обусловлены большими скоростями скольжения витков червяка по зубьям червячного колеса, а также значительными осевыми силами, действующими на валах передачи.

Недостатки червячных передач: 1) Низкий КПД и высокое тепловыделение; 2) повышенный износ и уменьшенный срок службы; 3) склонность к заеданию, что вызывает необходимость применения специальных антифрикционных материалов для изготовления зубчатого венца червяч-ного колеса и специальных видов смазки с антизадирными присадками.

Классификация червячных передач:

1. по направлению линии витка червяка –

1.1. правые (при наблюдении с торца червяка и его вращении по часовой стрелке червяк вкручивается в пространство - уходит от наблюдателя);

1.2. левые (при наблюдении с торца червяка и его вращении по часовой стрелке червяк выкручивается из пространства - идёт на наблюдателя);

2. по числу заходов червяка –

2.1. с однозаходным червяком, имеющим один гребень, расположенный по винтовой линии, наложенной на делительный цилиндр червяка;

2.2. с двух-, трёх-, четырёх-, многозаходным червяком, имеющим соответственно 2, 3, 4 или более одинаковых гребней расположенных по винтовой линии, наложенной на делительный цилиндр червяка;

3. по форме делительной поверхности червяка –

3.1. с цилиндрическим червяком (образующая делительной поверхности – прямая линия);

3.2. с глобоидным червяком (образующая делительной поверхности – дуга окружности, совпадающая с окружностью делительной поверхности червячного колеса);

4. по положению червяка относительно червячного колеса –

4.1. с нижним расположением червяка;

4.2. с верхним расположением червяка;

4.3. с боковым расположением червяка;

5. по пространственному положению вала червячного колеса –

5.1. с горизонтальным валом червячного колеса;

5.2. с вертикальным валом червячного колеса;

6. по форме боковой (рабочей) поверхности витка червяка –

6.1. с архимедовым червяком, боковая поверхность его витков очерчена прямой линией в продольно-диамет­ральном сечении (обозначается ZA);

6.2. с конволютным червяком, боковая поверхность его витков очерчена прямой линией в нормальном к направлению витков сечении (обозначается ZN);

6.3. с эвольвентным червяком, боковая поверхность его витков в продольно-диаметральном сечении очерчена эвольвентой (обозначается ZI).

Эвольвентный червяк эквивалентен цилиндрическому эвольвентному косозубому колесу с числом зубьев, равным числу заходов червяка.

Форма боковой поверхности червяка мало влияет на работоспособность червячной передачи и, в основном, связана с выбранной технологией изготовления червяка.