Конічні зубчасті колеса

Виконують кованими, литими та значно рідше бандажованими. За розмірами зовнішнього діаметра конічні зубчасті колеса можуть виконуватися від кількох десятків міліметрів до 2...3 м. Через великий діапазон значень не можна прийняти одну конструкцію зубчастого колеса. Технологічний процес виготовлення та силова дія на елементи зубчастого колеса в процесі роботи конічної передачі також потребують різних конструкцій. Найбільш поширені конструкції конічних зубчастих коліс розглянуті нижче.

Вибір конструкцій конічних зубчастих коліс. Конструкції конічних зубчастих коліс вибирають табл. 10.

Тут, як і в циліндричних зубчастих колесах, вводяться найменший поняття (d rp) і найбільший D гр граничний діаметр конічного зубчастого колеса. Граничні діаметри визначають конструкцію зубчастого колеса.

Для зубчастих коліс з диском щодо граничного діаметра враховують, що у диску необхідно виконати отвори діаметром щонайменше 30 мм. Для цього між маточкою та ободом потрібна відстань у 50 мм. Найменший граничний діаметр має бути: d rp = 100 + d cm + 2bsinφ. Таким чином, при d д > d гp ковані конічні зубчасті колесаповинні мати конструкцію, показану на аркуші 9, рис. 3, при d д d dp зубчасте колесо виконують без диска (лист 9, рис. 2).

Для великих литих зубчастих коліс вводиться поняття найбільшого граничного діаметра D гp = d гp + 0,4L, що визначає конструкцію литих конічних зубчастих коліс з чотирма та шістьма ребрами.

У табл. 10 вказані межі кута φ, який визначає форму зубчастих коліс різних конструкцій.

Визначення розмірів елементів конічних кованих зубчастих коліс. Формули, якими визначають розміри елементів кованих і литих конічних зубчастих коліс, наведені в табл. 11.

За основну конструкцію прийнято зубчасте колесо із вертикальним диском без поперечних ребер. Така конструкція забезпечує міцність та технологічність виготовлення.

Таблиця 10

Вибір конструкції конічних зубчастих коліс

Таблиця 11

Формули для визначення розмірів елементів кованих та литих конічних зубчастих коліс

Продовження табл. 11

Ковані зубчасті колеса малих діаметрів виконують без дисків.

Якщо за конструктивними вимогами або умовами міцності валу діаметр d вибраний так, що має місце нерівність

то шестерня виконується заодно з валом (лист 9, рис. 4, 5) і називається валом-шестірнею.

Якщо за конструктивними вимогами диск кованого конічного зубчастого колеса необхідно розмістити на деякій відстані від торців маточини (лист 10, рис. 1), то маточина не повинна виступати за межі конуса западин, що визначається умовою нарізування зубів на верстаті.

У конічних зубчастих колесах, виготовлених без отворів у диску і з короткою виступаючою частиною маточини, для зручності кріплення заготовки на верстаті при токарній обробці з боку торця великого конуса виконують зріз вершин зубів діаметром D cp при наступних співвідношеннях між масою заготовки і довжиною виступає циліндр маточини:

При виконанні зрізу вершин зубів (лист 9, рис. 1,2) підраховують діаметр D cp при b ср = т. Потім отримане значення D cp округляють у менший бік і ширину зрізу вершин зубів b ср визначають за формулою

При виконанні зрізу вершин зубів зубчастого колеса (аркуш 9, рис. 3) з кутом φ ≥ 45° (аркуш 9, рис. 2) ширину зрізу b ср визначають за цією ж формулою при D cp = d д.

Визначення розмірів елементів литих зубчастих конічних коліс.Розміри елементів литих зубчастих коліс залежать не тільки від міцності, але і від необхідних співвідношень між ними, які визначаються технологічним процесом виливки. Залежно від розмірів виготовляються однодискові зубчасті колеса з чотирма, шістьма та вісьма ребрами. Вибір парного числа ребер пояснюється найбільш вигідним розташуванням прибутків та усуненням дефектів у вигляді раковин тощо. Формули для визначення розмірів елементів литих конічних зубчастих коліс наведені в табл. 11. Для підрахунку товщини обода 0 литих і кованих конічних зубчастих коліс прийнята формула, як і для підрахунку товщини обода литих циліндричних зубчастих коліс, з урахуванням впливу коефіцієнта ширини зуба ba і сумарного числа зубів z ∑ . У конічних зубчастих колесах при зменшенні кута φ зростає величина радіального навантаження та збільшується відстань від точки застосування цього навантаження до осі симетрії диска. Для зменшення впливу моментів від радіального та осьового навантажень відстань l Х від торця кола виступів на малому конусі до диска визначають залежно від кута φ. У табл. 11 наведені формули для попереднього визначення отвору у маточині колеса під вал. Враховуючи технологію виливки в місцях, вказаних буквою N (лист 10, рис. 2, 3, 4), допускається потовщення обода до висоти ребер. При виготовленні кованих та литих конічних зубчастих коліс використовують ті самі сталі, що й для циліндричних зубчастих коліс.

Лекція №8

Конічні колеса застосовують у передачах з валами, що перетинаються. Конічні колеса виконують із прямими, косими, круговими та іншими криволінійними зубами. В даний час найбільшого поширення набули колеса конічні з круговими зубами. Прямозубі колеса доречно застосовувати за невисоких окружних швидкостях (до 8 м/с). При високих швидкостяхдоцільно застосовувати колеса з круговими зубами як такі, що забезпечують більш плавне зачеплення, більшу несучу здатність і більш технологічні.

Недоліки конічних передач:

1) складність виготовлення;

2) складність регулювання плями контакту зубів;

3) щодо низький К.П.Д. ( h до= 0,94…0,97).

Останнє пояснюється тим, що при розбіжності вершин початкових конусів коліс різко збільшується ковзання в контакті зубів. У зв'язку з цим у конструкції редуктора має бути передбачена можливість регулювання зачеплення конічних коліс.

Елементи геометричного розрахунку

Кут між осями валів S, може бути будь-яким, але найбільшого поширення набув кут S=90 0 . Очевидно, що S=d 1 +d 2, де d 1і d 2 – кути ділильних конусів шестірні та колеса відповідно.

Зовнішня конусна відстань R eвизначає габарити передачі (рис. 8.1).

Робоча ширина зубчастого вінця b wможе бути виражена формулою

b w = y bd d m1 = y bR R e ,

де y bd- Коефіцієнт ширини шестерні щодо її ділильного діаметра, - Коефіцієнт ширини зубчастого вінця щодо зовнішньої конусної відстані, d m- Ділильний діаметр в середньому перерізі.

Замість початкових і ділильних циліндрів циліндричних коліс в конічних колесах вводять поняття - початковий і ділильний конуса, які мають ті ж властивості, що і ділильні і початкові циліндри. Усі розміри зубчастого колеса визначаються по зовнішньому торцю:

h ae = m te -зовнішня висота голівки зуба;

h fe = 1,2m t e – зовнішня висота ніжки зуба;

m te- Окружний модуль на зовнішньому торці;

d f- Кут конуса западин зубів;

d a- Кут конуса виступів зубів;

d e = m te z– діаметр зовнішнього ділового кола;

d ae = d e +2h a cosd- Зовнішній діаметр кола виступів;

d fe = d e -2h f · cosd- Зовнішній діаметр кола западин.

Під діаметром ділового кола конічного зубчастого колеса розуміють діаметр основи ділового конуса колеса d e = m te z = 2R e sinδ,звідки

Розміри зуба по довжині різні, тому вводяться поняття про діаметр і модуль у середньому перерізі:

, де R m- Середня конусна відстань.

Передатне число, т.к. d e 1 = 2R e sind 1і d e 2 = 2R e sind 2, те. Для ортогональних передач, у яких S=90 0 , sin d 1 = cos d 2і U= tg d 2 = ctg d1.

Зусилля у зачепленні

Зусилля в зачепленні розглянемо з прикладу конічної прямозубої передачі. Умовно вважаємо, що всі сили прикладені всередині зуба на діаметрах d m 1і d m 2(Див. рис. 8.3). У перерізі площиною “ n-n” нормальної поверхні зуба діє повне зусилля F n, що розкладається на окружне зусилля F tта зусилля F r ". У свою чергу зусилля F r "у фронтальній площині розкладається на F a(осьове зусилля) та F r(Радіальне зусилля). Для визначення всіх сил вихідної є

через нього визначаються зусилля

Для колеса напрям сил протилежний, при цьому

Еквівалентні колеса та визначення їх параметрів

Розміри поперечних перерізів зуба конічного колеса змінюються пропорційно відстані цих перерізів від вершини конуса. Усі поперечні перерізи зуба геометрично подібні. При цьому питоме навантаження q(Рис. 8.4) розподіляється нерівномірно по довжині зуба. Вона змінюється в залежності від величини деформації та жорсткості зуба в різних перерізах за законом трикутника, вершина якого збігається з вершиною ділового конуса. Контактні та згинальні напруги однакові по всій довжині зуба. Це дозволяє вести розрахунок на міцність за будь-яким із перерізів. Практично зручно прийняти за розрахункові перерізи середній переріз зуба із навантаженням q ср.

Для розрахунку на міцність конічні колеса замінюють еквівалентними циліндричними, розміри яких визначаються за розгорненням додаткового конуса j, у середньому перерізі (рис 8.5), при цьому m tv = m tm.

Діаметр еквівалентного колеса

Сторінка 1

Круговий зуб розташовується по дузі кола, яким рухається інструмент при нарізці зубів. Кут нахилу кругового зуба змінний.

Кругові зубці зазвичай виконуються так, що до лінії зуба в середній течці А (фіг.

Кругові зубці нарізаються методом обкатки на спеціальних високопродуктивних верстатах різцевою головкою.

Кругові зубці з погляду міцності відрізняються від прямих і косих зубів дуговою формою та початковим торканням у точці.

Кругові зубці з погляду міцності відрізняються від прямих п косих зубів дуговою формою і початковим дотиком у точці.

Кругові зубці з точки зору міцності відрізняються від прямих зубів дуговою формою та початковим торканням у точці. Вплив цих здібностей недостатньо вивчений, проте на основі досвідчених даних встановлено, що конічні передачі з круговими зубами можуть передавати навантаження в 145 рази більше, ніж прямозубі конічні передачі тих же розмірів.

Кругові зубці можуть застосовуватися при конусній відстані L 6 - - - 420 мм.

Круговий зуб розташовується по дузі кола а, яким рухається інструмент при нарізанні зубів.

Схема до геометричного розрахунку конічних передач. Форми зубів конічних передач.

Кругові зубці нарізають немодульним інструментом, що дозволяє обробляти зубці в деякому діапазоні модулів. Тому допускається застосовувати передачі з нестандартними та дробовими модулями.

Кругові зубці з погляду міцності відрізняються від прямих і косих зубів дуговою формою та початковим торканням у точці. Тому в СРСР та за кордоном широко застосовують спеціальні розрахунки конічних передач з круговими зубами AGMA, розроблені фірмою зуборізних верстатів Глісон, що має великий досвідпроектування, виготовлення та випробування конічних зубчастих передач. Ці розрахунки мають таку ж основу, як і викладені, а й мають деякі специфічні особливості.

Круговий зуб розташовується по дузі кола а, яким рухається інструмент при нарізанні зубів. Кут нахилу кругового зуба змінний. За розрахунковий кут приймають кут на колі середнього діаметра колеса.

Прямозубі конічніколеса застосовують за невисоких окружних швидкостях (до 2...3 м/с, допустимо до 8 м/с). При більш високих швидкостях доцільно застосовувати колеса з круговими зубами, як такі, що забезпечують більш плавне зачеплення, менший шум, більшу несучу здатність і більш технологічні. Прямозубіконічні передачі забезпечують передатне відношення до 3

При окружних швидкостях, більших 3 м/с, у конічних редукторах застосовують зубчасті передачі з косимиабо криволінійнимизубами, які завдяки поступовому входу в зачеплення та меншою зміною величини деформації зубів у процесі зачеплення працюють з меншим шумом та меншими динамічними навантаженнями. Крім того, зубчасті колеса з косимиабо криволінійнимизубами краще працюють на вигин, ніж прямозубі. Однак для повного контакту зубів цих передач потрібно прилягання зубів не тільки за їх шириною, але і за висотою, що підвищує вимоги до виготовлення косозубих передач та коліс з криволінійними зубами. Завдяки своїм перевагам такі передачі можуть застосовуватись при передатних відносинах до 5 і навіть вище.

Малюнок 5 а)з прямими зубами, б)з косими зубами, в)з криволінійними зубами, г)конічна гіпоїдна передача

Рисунок 6 - Основні елементи зубів конічних коліс

Конічні зубчасті колеса з косимизубами можуть працювати з окружною швидкістю до 12 м/с, а колеса з криволінійнимизубами – до 35-40 м/с. Найбільшого поширення набули передачі з криволінійними зубами, нарізаними по спіралі, евольвенті (палоїдні) або кола (кругові). Конічні колеса з криволінійними зубами можуть мати різний напрямок спіралі. Зубчасте колесо називається правоспіральним, якщо з боку вершини конуса зуби нахилені назовні у бік руху годинникової стрілки, інакше колесо називається лівоспіральним.

Коригування конічних зубчастих коліс

Застосовують переважно висотнукорекцію (коригування) конічних коліс. Також для конічних коліс застосовується тангенціальнакорекція, що полягає в потовщенні зуба шестерні та утоненні зуба колеса. Тангенційна корекція конічних коліс не потребує спеціального інструменту. Для циліндричних коліс тангенціальну корекцію не застосовують, так як вона вимагає спеціального інструменту. Насправді для конічних коліс часто застосовують висотну корекцію разом із тангенциальной.

Зуби конічних коліс за ознакою зміни розмірів перерізів по довжині виконують три форми:

Малюнок 7

1.Нормально знижуючі зуби.Вершини ділильного та внутрішнього конусів збігаються. Цю форму застосовують для конічних передач з прямими та тангенціальними зубами, а також обмежено для передач з круговими зубами при mn>2 та Z = 20...100.

Малюнок 8

2. Вершина внутрішнього конуса розташовується так, що ширина дна западини колеса стала, а товщина зуба по діловому конусу зростає зі збільшенням відстані до вершини. Ця форма дозволяє обробляти одним інструментом відразу обидві поверхні зубів колеса. Тому вона є основою для коліс із круговими зубами.

Малюнок 9

3. Рівновисокі зуби.Утворюючі ділильного та внутрішнього конуса паралельні. Цю форму застосовують для кругових зубів при Z>40, зокрема, при середніх конусних відстанях 75-750 мм.

Розробка комп'ютерних програмдля проектування конічних пар з круговим зубом.

У Ремонтному (Одиничному) виробництві Конічних пар із Круговим та Гіпоїдним зубом, коли за основу берутьсянаявні,але вже зношені, ушкоджені пари, що вийшли з ладу, розрахунок та визначення Геометричних параметрів не вимагає проведення спеціальних стомливих розрахунків на міцність, на несучу здатність, експлуатаційну стійкість. Все це свого часу ще на стадії проектування Агрегатів і Машин, для яких вони призначалися, вже було проведено. Тому не варто «заморочуватись» і втрачати на цей час.Все обмежується підбором відповідного матеріалу для пар та видом їх термічної обробки. А це вирішується просто - Хочеш міцніше, вибирай відповідний матеріал, цементуй, азотуй, піддай гартуванню. Не потрібно – застосовуй звичайну рядову конструкційну сталь. А часом взагалі вибір матеріалу обмежується можливостями підприємства на даний момент – хотілося б краще, та ні з чого. Просто стоїть першочергове завдання - швидко та точно відтворити параметри пари та якісно виготовити її.

Так само в Ремонтному виробництві вирішується питання застосування ріжучого формоутворюючого інструменту (Зуборізних головок), що використовується для нарізки Конічних пар. Застосовують той інструмент, який мають. Тому в розрахунках Геометричних параметрів інструмент також можна не приймати вувага.Він, звичайно ж, буде рекомендований програмою, але остаточно визначений і прийнятий вже за подальших розрахунків відповідних Карт налагодок.

Отже, перевага наших програм: Вони не вимагають роботи з нимипопередньогонавчання, із залученням відповідних фахівців. Програми під час діалогу, введення вихідних даних, весь час коригують дії користувача, підказуючи межі допустимих значень, що не дозволяє заводити некоректні значення, що призводять зрештою до абсурду та до повернення на початок розрахунків., як це відбувається в інших пропонованих програмах. У них немає зайвих, як було заявлено вище, вихідних даних, що забирає масу дорогоцінного часу і зрештою заплутує і не дає необхідних результатів (Виводить розрахунки убік). У той же час Наші програми видають більший остаточний розрахунковий обсяг інформації, в тому числі за компоновочними, монтажними параметрами Конічних пар, що розраховуються, з Круговим і Гіпоїдним зубом. Що має для їх виготовлення та працездатності важливе значення.

Програми для проектування Конічних пар

з Круговим зубом Форм №1 та №2.

Зазначені програми допускають при проектуванні вводити поправки, що враховують Західні стандарти на зубчасті пари. Що дозволяє робити відновлення і розрахунок, від будь-яких зношених і пошкоджених зубчастих пар, всіх необхідних їх виготовлення геометричних параметрів.

Форма №1

Приклад розрахунку програмою: