ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА. ЧАСТЬ

ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА. ЧАСТЬ 3. ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ. Лекция 6. © В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Общие сведения о зубчатых передачах. Зубчатой передачей называется трехзвенный механизм , в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, образующими с неподвижным звеном вращательную или поступательную пару. В зубчатой передаче движение передается с помощью зацепления пары зубчатых колес. Меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней , большее – колесом. Термин «зубчатое колесо» относят как к шестерне, так и к колесу. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, колеса – индекс 2. В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Назначение зубчатых передач. 3 В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Назначение зубчатых передач. Зубчатые передачи (механизмы вращательного движения) используют для передачи энергии от двигателя к рабочему органу машины. Использование зубчатых передач обусловлено: - нецелесообразностью , а иногда и невозможностью непосредственного соединения рабочего органа машины с валом двигателя; - необходимостью согласования скоростей вращения вала двигателя и рабочих органов машины; - желанием регулировать скорость движения исполнительного органа машины и др. 4 В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Общая классификация зубчатых передач. Классификация зубчатых передач: - в зависимости от расположения валов (параллельными, пересекающимися, перекрещивающимися); - по форме (цилиндрические, конические, эллиптические, фигурные зубчатые колеса и колеса с неполным числом зубьев – секторные); - по форме профилей зубьев (эвольвентные, циклоидные и круговые); - по форме и расположению зубьев (прямые, косые, шевронные и круговые). - по относительному расположению зубчатых колес (внешнее и внутреннее зацепление). Наибольшее распространение в машиностроении получили эвольвентные передачи. Они могут работать при окружных скоростях до 275 м/с и передавать мощности до 60 000 к. Вт при передаточных числах от десятков до нескольких тысяч. 5 В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Виды зубчатых передач. 6 В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Достоинства зубчатых передач: - постоянство передаточного числа и возможность реализации его в широких пределах; - компактность по сравнению с фрикционными и ременными передачами; - высокий коэффициент полезного действия (до 0, 98); - надежность в работе; - простота операций при нарезании зубьев и экономичность изготовления зубчатых колес. 7 В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Недостатки зубчатых передач. Недостатки: - шум при работе, особенно 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. 8 В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Классификация зубчатых передач по расположению осей валов. В зависимости от взаимного расположения геометрических осей валов зубчатые передачи бывают: • цилиндрические – при параллельных осях; • конические – при пересекающихся осях; • винтовые – при скрещивающихся осях. В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Классификация зубчатых передач по расположению зубьев на ободе колес. В зависимости от расположения зубьев на ободе колес различают передачи: • прямозубые (а), • косозубые (б), • шевронные (в), • с круговыми зубьями (г). В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Классификация зубчатых передач по расположению осей валов. Классификация зубчатых передач. Для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот применяют реечную передачу , которая является частным случаем цилиндрической зубчатой передачи. Рейку рассматривают как зубчатое колесо, диаметр которого увеличен до бесконечности. В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Классификация зубчатых передач. В зависимости от конструкционного исполнения различают закрытые и открытые зубчатые передачи. Закрытые передачи помещены в пыле- и влагонепроницаемые корпуса и работают в масляной ванне (зубчатое колесо погружают в масло на глубину до 1/3 радиуса). В открытых передачах зубья колес работают всухую или при периодическом смазывании пластичным смазочным материалом и не защищены от влияния внешней среды. В зависимости от числа ступеней зубчатые передачи бывают одно- и многоступенчатые. В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Классификация зубчатых передач по расположению зубьев на ободе колес. В зависимости от формы профиля зуба передачи бывают: • эвольвентные, • с зацеплением Новикова, • циклоидальные. Преимущественное применение имеет эвольвентное зацепление , которое было предложено Л. Эйлером в 1760 г. В зависимости от взаимного расположения колес зубчатые передачи бывают внешнего и внутреннего зацепления. В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Основные геометрические параметры зубчатого колеса. d – делительный диаметр; dа – диаметр вершин; df – диаметр впадин; h – высота зуба; ha – высота делительной головки зуба; s – делительная толщина зуба; pn – нормальный шаг зубьев; β – угол наклона линии зуба; sna – толщина зуба на поверхности вершин. 14 В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Геометрия эвольвентного зацепления. 15 В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Силы в зацеплении прямозубых передач. Силы взаимодействия зубьев принято определять в полюсе зацепления П. Распределенную по контактной площадке нагрузку в зацеплении заменяют равнодействующей F n , направленной по линии зацепления NN. Силами трения в зацеплении пренебрегают, так как они малы. В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Силы в зацеплении прямозубых передач. Для расчета валов и опор силу Fn раскладывают на составляющие: • окружная сила Ft • радиальная сила Fr В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Силы в зацеплении прямозубых передач. Т 1 и Т 2 – вращающие моменты на шестерне и колесе, Н∙м; d 1 , d 2 и а w – делительные диаметры шестерни, колеса и межосевое расстояние соответственно, мм; αw = 20° – угол зацепления. На ведомом колесе направление окружной силы F t совпадает с направлением вращения, на ведущем – противоположно ему. В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Общие сведения о расчёте на прочность прямозубых передач. Для хорошо смазываемых зубчатых передач, работающих в закрытом корпусе, основными критериями работоспособности зубьев являются: контактная прочность и прочность при изгибе. Под контактной прочностью понимают способность контактирующих поверхностей зубьев обеспечить требуемую безопасность против усталостного выкрашивания. Расчет сводится к проверке условия прочности: σН ≤ [σ]Н , где σН – контактное напряжение в полюсе зацепления; [σ]Н – допускаемое контактное напряжение. В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Общие сведения о расчёте на прочность прямозубых передач. Для хорошо смазываемых зубчатых передач, работающих в закрытом корпусе, основными критериями работоспособности зубьев являются: контактная прочность и прочность при изгибе. Прочность при изгибе – это способность зубьев обеспечить требуемую безопасность против усталостного излома зуба. Условие прочности: σF ≤ [σ]F , где σF – напряжение изгиба в опасном сечении зуба; [σ]F – допускаемое напряжение изгиба зуба. В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Основные аналитические зависимости зубчатых передач. Передаточное отношение и передаточное число передачи. Передаточным отношением называют отношение угловых скоростей или частот вращения звеньев 1 и k механизма: где ω1, ω2 – угловая скорость вращения звеньев 1 и k соответственно; n 1, nk – частота вращения тех же звеньев. Величину n max /n min = D называют диапазоном регулирования передаточного отношения. Передаточное число передачи: u = z 2 / z 1. 21 В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Основные аналитические зависимости зубчатых передач. Мощность, передаваемую телом вращения, определяют по зависимости: P = Ft v, где Ft – окружная сила, v – окружная скорость. Вращающий момент Т, передаваемый телом вращения, связан с окружной силой Ft и передаваемой мощностью Р следующими зависимостями: 22 В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Основные аналитические зависимости зубчатых передач. Коэффициент полезного действия представляет безразмерную величину η , характеризующую степень совершенства технического устройства в отношении осуществления в нем процессов передачи энергии. η = P 2 / P 1, где P 2 и P 1 – мощности, передаваемые соответственно ведущим и ведомым телами вращения. Коэффициент полезного действия механического привода, состоящего из нескольких последовательно соединенных передач: η = η 1 η 2 … η n. При параллельном соединении механизмов коэффициент полезного действия машины: 23 В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Материалы, используемые для изготовления зубчатых колес. Выбор материала зубчатых колес зависит от назначения передачи и условий ее работы. Чаще всего применяют стали, реже – чугуны и пластмассы. Стали. Основными материалами для изготовления зубчатых колес силовых передач служат термически обрабатываемые стали. В зависимости от твердости рабочих поверхностей зубьев после термообработки зубчатые колеса можно условно разделить на две группы. В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Материалы и технология производства зубчатых колес. Первая группа – зубчатые колеса с твердостью поверхностей зубьев H ≤ 350 HB. Материалами для колес этой группы служат углеродистые стали 40, 45, 50 Г, легированные стали 40 Х, 45 Х, 40 ХН и др. Термообработку – улучшение – производят до нарезания зубьев. Колеса при твердости поверхностей зубьев H ≤ 350 HB хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению. Применяют в слабо- и средненагруженных передачах. Твердость шестерни прямозубой передачи рекомендуют принимать на (25. . . 50) НВ больше твердости колеса. Это способствует прирабатываемости, сближению долговечности шестерни и колеса. В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Материалы и технология производства зубчатых колес. Материалы зубчатых колес. Вторая группа – колеса с твердостью рабочих поверхностей H > 45 HRC, (H > 350 HB). При H > 350 HB твердость материала измеряется по шкале HRC 3. Высокая твердость поверхностных слоев материала при сохранении вязкой сердцевины достигается применением поверхностного термического или химико-термического упрочнения: • поверхностной закалки, • цементации и нитроцементации с закалкой, • азотирования. В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Методы изготовления и материалы зубчатых передач. а – метод копирования (дисковая или пальцевая фреза); б – метод обкатки (инструментальное колесо – долбяк); в – метод обкатки (инструмент – зубчатая рейка, зуборезная гребенка); г – метод обкатки (инструмент – червячная фреза). 27 В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Контрольные вопросы: 1. Что такое зубчатая передача? 2. Назначение зубчатых передач. 3. Что вы знаете об общей классификации зубчатых передач? 4. Достоинства и недостатки зубчатых передач. 5. Классификация зубчатых передач по расположению осей валов. 6. Классификация зубчатых передач по расположению зубьев на ободе колеса. 7. Основные геометрические параметры зубчатого колеса. 8. Силы в зацеплении прямозубых передач. 9. Расчёт на прочность прямозубых передач. 10. Передаточное отношение и передаточное число передачи. 11. Мощность и вращающий момент зубчатой передачи. 12. Коэффициент полезного действия зубчатой передачи. 13. Материалы, используемые для производства зубчатых передач. 14. Основы технологии производства зубчатых передач. 28 В. Л. Потеха, 2011

Лекция 6. Зубчатые передачи Список литературы: 1 Иосилевич Г. Б. и др. Прикладная механика. – М. : Высшая школа, 1989. – 351 с. 2 Биргер И. А. и др. Резьбовые и фланцевые соединения. – М. : Машиностроение, 1990. – 368 с. 3 Гузенков П. Г. Детали машин. – М. : Высшая школа, 1986. – 359 с. 4 Дунаев П. Ф. , Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин. – М. : Высшая школа, 1998. – 447 с. 5 Иванов М. Н. и др. Детали машин. – М. : Высшая школа, 2008. – 408 с. 6 Прикладная механика: Учеб. Пособие / А. Т. Скойбеда и др. – Мн. : Выш. шк. , 1997. – 522 с. 7 Курсовое проектирование деталей машин / С. А. Чернавский и др. – М. : ООО ТИД «Альянс» , 2005. – 416 с 8 Ицкович Г. М. и др. Сборник задач и примеров расчета по курсу деталей машин. – М. : Машиностроение, 1965. – 328 с. 29 В. Л. Потеха, 2011