Реферат на тему зубчатые передачи

Обновлено: 05.07.2024

Маши́на - техническое устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации .
Машина предназначена для облегчения труда человека путём частичной или полной его замены. Особенностью машины, отличающей её от других устройств, является использование механической энергии (совершение определенного механического движения) для выполнения возложенной на неё функции (предназначения, работы, действий). Машина — это, прежде всего, механическое устройство, но не механизм.

Содержание

Введение 3
§1. Зубчатые передачи: понятие, виды, устройство, эксплуатация, износ, ремонт. 5
Заключение 11
Список использованной литературы. 12

Прикрепленные файлы: 1 файл

зубчатые передачи (Детали машин).doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ

Реферат по дисциплине:

Выполнил: студент ПБ-09

Проверил: Ахлюстина Н.В.

Екатеринбург

Введение

Маши́на - техническое устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации1.

Машина предназначена для облегчения труда человека путём частичной или полной его замены. Особенностью машины, отличающей её от других устройств, является использование механической энергии (совершение определенного механического движения) для выполнения возложенной на неё функции (предназначения, работы, действий). Машина — это, прежде всего, механическое устройство, но не механизм.

В устройстве машин используются различного рода механизмы.

Механи́зм (греч. mechané — машина) — это совокупность совершающих требуемые движения тел (обычно — деталей машин), подвижно связанных и соприкасающихся между собой. Механизмы служат для передачи и преобразования движения. Иными словами, система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел, называется механизмом. С точки зрения их функционального назначения механизмы машины делятся на следующие виды:

1. Механизмы двигателей и преобразователей.

2. Передаточные механизмы.

3. Исполнительные механизмы.

4. Механизмы управления, контроля и регулирования.

5. Механизмы подачи, транспортировки, питания и сортировки обрабатываемых сред и объектов.

6. Механизмы автоматического счета, взвешивания и упаковки готовой продукции.

Передаточные механизмы (привод) имеют своей задачей передачу движений от двигателя к технологической машине или исполнительным механизмам. Задачей передаточных механизмов является уменьшение частоты вращения вала двигателя до уровня частоты вращения основного вала технологической машины. Например, редуктор.

Зубчатая передача является видом передаточного механизма.

Зубча́тая переда́ча - это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса.

Как правило, зубчатые передачи используются для преобразования угловых скоростей и крутящих моментов в машинах.

В настоящей работе рассматривается принцип работы зубчатой передачи, ее виды, износ, ремонт.

§1. Зубчатые передачи: понятие, виды, устройство, эксплуатация, износ, ремонт

Зубчатой передачей называется механизм, служащий для передачи вращательного движения с одного вала на другой и изменения частоты вращения посредством зубчатых колес и реек, которые являются основными составляющими данного механизма2 (Рис. 1).

Зубчатые передачи представляют собой наиболее распространенный вид передач в современном машиностроении. Они очень надежны в работе, обеспечивают постоянство передаточного числа, компактны, имеют высокий КПД, просты в эксплуатации, долговечны и могут передавать любую мощность (до 36 тыс. кВт).

В связи с разнообразием условий эксплуатации формы элементов зубчатых зацеплений и конструкции передач весьма разнообразны.

Зубчатые передачи классифицируются по признакам, приведенным ниже.

- с параллельными осями (цилиндрическая передача — рис. 2, I—IV);

- с пересекающимися осями (коническая передача — рис. 2, V, VI);

- со скрещивающимися осями (винтовая передача — рис. 2, VII;

- червячная передача — рис. 2, VIII).

В зависимости от относительного вращения колес и расположения зубьев различают передачи с внешним и внутренним зацеплением. В первом случае (рис. 2, I—III) вращение колес происходит в противоположных направлениях, во втором (рис. 2, IV) — в одном направлении. Реечная передача (рис. 2, IX) служит для преобразования вращательного движения в поступательное.
По форме профиля различают зубья эвольвентные (рис. 2, I, II) и неэвольвентные, например цилиндрическая передача Новикова, зубья колес которой очерчены дугами окружности.

В зависимости от расположения теоретической линии зуба различают колеса с прямыми зубьями (рис. 3, I), косыми (рис. 3, II), шевронными (рис. 3, III) и винтовыми (рис. 3, IV). В непрямозубых передачах возрастает плавность работы, уменьшается износ и шум. Благодаря этому непрямозубые передачи большей частью применяют в установках, требующих высоких окружных скоростей и передачи больших мощностей.

По конструктивному оформлению различают закрытые передачи, размещенные в специальном непроницаемом корпусе и обеспеченные постоянной смазкой из масляной ванны, и открытые, работающие без смазки или периодически смазываемые консистентными смазками (рис. 4).

По величине окружной скорости различают: тихоходные передачи (скорость равной до 3 м/с), среднескоростные (скорость равной от 3. 15 м/с) и быстроходные (скорость более 15 м/с).

Передаточное число зубчатых передач, зубчатое зацепление.

Зубчатые колёса выполняют: с прямыми зубьями для работ при невысоких и средних скоростях в открытых передачах и в коробках скоростей; с косыми зубьями для использования в ответственных передачах при средних и высоких скоростях (свыше 30% всех цилиндрических зубчатых колёс); с шевронными зубьями для передачи больших моментов и мощностей в тяжёлых машинах; с круговыми зубьями — во всех ответственных конических зубчатых передач. Как правило, в машинах и механизмах применяют зубчатые передачи с постоянным передаточным числом3.

Передаточное число (i)- отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни.

где w1, z1 и w2, z2 — угловая скорость и число зубьев соответственно быстроходного и тихоходного зубчатых колёс. Зубчатая передача с переменным передаточным числом осуществляют некруглыми цилиндрическими колёсами, которые ведомому элементу сообщают заданную плавно изменяющуюся скорость при постоянной скорости ведущего. Такие зубчатые передачи применяют редко. Передаточное число одной пары колёс в редукторах обычно до 7, в коробках скоростей — до 4, в приводах столов станков — до 20 и более. Окружные скорости для высокоточных прямозубых зубчатых передач — до 15 м/сек, для косозубых — до 30 м/сек, в быстроходных передачах скорости достигают 100 м/сек и более.

Зубчатые колёса находятся в так называемом зубчатом зацеплении, основной кинематической характеристикой которого является постоянство мгновенного передаточного отношения при непрерывном контакте зубьев. При этом общая нормаль (линия зацепления) к профилям зубчатых колёс в любой точке их касания должна проходить через полюс зацепления. В цилиндрических передачах полюсом зацепления является точка касания начальных окружностей зубчатых колёс, т. е. окружностей, которые катятся друг по другу без скольжения. Диаметры начальных окружностей d1 и d2 можно определить из соотношений:

где А — межосевое расстояние (расстояние между осями колёс).

Эксплуатация, износ и ремонт зубчатых передач.

Важным элементом при эксплуатации зубчатых передач, является правильная установка и смазка шестерен, которая производится различными способами4:

1) при окружных скоростях шестерен выше 12-14 м/сек. - струйным способом с подачей, струи в зону начала зацепления зубчатых колес;

2) при окружных скоростях шестерен ниже 12 м/сек. - методом окунания.

При смазке методом окунания следует учитывать следующее:

а) большее зубчатое колесо пары должно быть погружено в масло на двух-трехкратную высоту зуба;

б) если у редуктора имеется несколько ступеней, то уровень масла определяется с учетом быстроходности передач.

Вязкость заливаемого в редуктор масла выбирают в зависимости от скорости и нагрузки - обычно от 4 до 12°Е при температуре определения вязкости 50° С. При этом учитывают также температурные условия, в которых работает агрегат; при повышении температуры применяют масло большей вязкости, при понижении - меньшей вязкости.

Открытые передачи смазывают обычно консистентными смазками (солидол, консталин и т. д.).

Зубчатые колеса выходят из строя по двум основным причинам: по износу зубьев и по поломкам их.

Износ обычно является следствием: 1) неполного сцепления и 2) повышенного трения (постепенный износ).

Износ в первом случае является, главным образом, результатом плохого монтажа и при правильной сборке (строгом соблюдении радиального зазора) обычно отсутствует. Однако изменение радиального зазора может быть также следствием выработки вкладышей подшипников, причем в результате выработки подшипников может быть как увеличение радиального зазора, так и его уменьшение (работа в распор).

Если нагрузка на вкладыши передается в стороны, противоположные сцеплению в процессе работы по мере выработки вкладышей возможно увеличение радиального зазора.

Если нагрузка на вкладыши передается в сторону оцепления (например, у зубчатых колес бегунков кранов, в процессе работы по мере выработки вкладыша (в данном примере вкладыша бегунка) возможно уменьшение радиального зазора.

В обоих случаях после смены вкладышей радиальный зазор восстанавливается.

Постепенный износ от повышенного трения зависит от ряда условий, в число которых входит твердость материала, из которого изготовлены шестерни, термообработка, правильность подбора смазки, недостаточная чистота масла и несвоевременность смены его, перегрузка передачи и т. п.

Правильный монтаж и хороший надзор в процессе эксплуатации - основные условия продолжительной и бесперебойной работы оборудования.

Поломки зубьев шестерен происходят по следующим причинам: перегрузка шестерен, односторонняя (с одного конца зуба) нагрузка, подрез зуба, незаметные трещины в материале заготовки и микротрещины, как результат плохо проведенной термообработки, слабая сопротивляемость металла толчкам (в частности, как следствие непроведения отжига отливок и поковок), повышенные удары, попадание между зубьями твердых предметов и т. д.

Заключение

Наиболее распространенные передачи в современном машиностроении - зубчатые передачи.

Зубчатая передача состоит из двух колес, на поверхности которых чередуются впадины и выступы - зубья. Принцип работы передачи основан на зацеплении зубчатых колес, когда зубья одного из них входят во впадины другого. Зубчатые передачи служат для передачи вращательного движения с одного вала на другой, преобразования вращательного движения в поступательное и изменения частоты вращения. Основными деталями зубчатых передач являются различные зубчатые колеса и рейки.

Основные их достоинства - высокий к. п. д., компактность, надежность работы, простота эксплуатации, постоянство передаточного отношения, большой диапазон передаваемых мощностей (от тысячных долей до десятков тысяч киловатт). К основным недостаткам зубчатых передач относятся сравнительная сложность их изготовления (необходимость в специальном оборудовании и инструментах) и шум при неточном изготовлении и высоких окружных скоростях. При больших расстояниях между осями ведущего и ведомого валов зубчатые передачи получаются громоздкими и применение их в этих случаях нерационально.

К недостаткам зубчатых передач следует отнести: необходимость высокой точности изготовления и монтажа, шум при работе со значительными скоростями, невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа.

По эксплуатационному назначению можно выделить четыре основные группы зубчатых передач: отсчётные, скоростные, силовые и общего назначения.

К отсчётным относятся зубчатые передачи измерительных приборов, делительных механизмов металлорежущих станков и делительных машин, счётно-решающих механизмов и т.п. В большинстве случаев колёса этих передач имеют малый модуль и работают при малых нагрузках и скоростях. Основным эксплуатационным показателем делительных и других отчётных передач является высокая кинематическая точность, т.е. точная согласованность углов поворота ведущего и ведомого колёс передачи. Для реверсивных отсчётных передач весьма существенное значение имеет боковой зазор в передаче и колебание этого зазора.

Скоростными являются зубчатые передачи турбинных редукторов, двигателей турбовинтовых самолётов и др. Окружные скорости зубчатых колёс таких передач достигают 60 м/с при сравнительно большой передаваемой мощности (до 40 МВт). Их основной эксплуатационный показатель - плавность работы, т.е. отсутствие циклических погрешностей, многократно повторяющихся за оборот колеса. С увеличением частоты вращения требования к плавности работы повышаются. Передача должна работать бесшумно и без вибраций, что может быть достигнуто при минимальных погрешностях формы и взаимного расположения зубьев. Для тяжело нагруженных скоростных зубчатых передач имеет значение также полнота контакта зубьев. Колёса таких передач обычно имеют средние модули. Для них часто ограничивают также шумовые характеристики работающей передачи, вибрацию, статическую и динамическую неуравновешенность вращающихся масс и т.п.

К силовым относят зубчатые передачи, передающие значительные крутящие моменты при малой частоте вращения (зубчатые передачи шестерённых клетей прокатных станов, подъемно-транспортных механизмов и др.). Колёса для таких передач изготовляют с большим модулем. Основное точное требование к ним - обеспечение более полного использования активных боковых поверхностей зубьев, т.е. получение наибольшего пятна контакта зубьев.

К передачам общего назначения не предъявляют повышенных требований по точности.

2. КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ТОЧНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ

Для обеспечения кинематической точности предусмотрены нормы, ограничивающие кинематическую погрешность передачи и кинематическую погрешность колеса.

Кинематической точностью передачи F_К.П.П. называют разность между действительнымj₂ и номинальным j₃ углами поворота ведомого зубчатого колеса 2 (рис. 2.1.) передачи, выраженную в линейных величинах длиной дуги его делительной окружности, т.е. F_К.П.П. =(j₂ -j₃ )´r, где r - радиус делительной окружности ведомого колеса; j₃ =j₁ ´z₁ /z₂ ; j₁ – действительный угол поворота ведущего колеса; z₁ и z₂ – числа зубьев соответственно ведущего 1 и ведомого 2 колёс. Наибольшая кинематическая погрешность передачи F'_ir определяется наибольшей алгебраической разностью значений кинематической погрешности передачи за полный цикл изменения относительного положения зубчатых колёс.

Кинематической погрешностью зубчатого колеса F_К.П. _П. называют разностьмежду действительным и номинальным (расчётным) углами поворота зубчатого колеса на его рабочей оси, ведомого точным (измерительным) колесом при нормальном взаимном положении осей вращения этих колёс; её выражают в линейных величинах длиной дуги делительной окружности (рис.2.2.). Под рабочей осью понимают ось колеса, вокруг которой оно вращается в передаче. При назначении требований к точности колеса относительно другой оси (например, оси отверстия), которая может не совпадать с рабочей осью, погрешность колеса будет другой, что необходимо учитывать при установлении точности передачи. Все точные требования установлены для колёс, находящихся на рабочих осях.

Наибольшая кинематическая погрешность зубчатого колеса F'_ir – наибольшая алгебраическая разность значений кинематической погрешности зубчатого колеса в пределах угла j_полн полного оборота (см. рис. 2.2.). Эта погрешность ограничивается допуском на кинематическую погрешность колеса F'_i (значения в стандарте не приведены). Допуск на кинематическую погрешность зубчатого колеса F'_i следует определять как сумму допуска на накопленную погрешность шага колеса F_p в зависимости от степени по нормам кинематической точности и допуска на погрешность профиля зуба f_f , назначаемого в зависимости от степени точности по нормам плавности. Допускается нормировать кинематическую погрешность колеса на k шагах – F'_ikr . Эта погрешность ограничивается допуском F'_ik .

Если кинематическая погрешность колёс при контроле их на рабочей оси не превышает допускаемых значений и требование селективной сборки не выдвигается, то контроль кинематической точности передачи не обязателен. Если контролируемая кинематическая точность передачи соответствует требованиям стандарта, то контроль кинематической точности колёс не обязателен.

3. ПЛАВНОСТЬ РАБОТЫ ПЕРЕДАЧИ

Эта характеристика передачи определяется параметрами, погрешности которых многократно (циклически) проявляются за оборот зубчатого колеса и также составляют часть кинематической погрешности. Аналитически или с помощью анализаторов кинематическую погрешность можно представить в виде спектра гармонических составляющих, амплитуда и частота которых зависят от характера составляющих погрешностей. Например, отклонение шага зацепления (основного шага) вызывают колебания кинематической погрешности с зубцовой частотой, равной частоте входа в зацепление зубьев колёс.

Циклический характер погрешностей, нарушающих плавность работы передачи, и возможность гармонического анализа дали основание определять и нормировать эти погрешности по спектру кинематической погрешности. Под циклической погрешностью передачи f_zk0r и зубчатого колеса f_zkr понимают удвоенную амплитуду гармонической составляющей кинематической погрешности соответственно передачи или колеса. Для ограничения циклической погрешности установлены допуски: f_zk0 - на циклическую погрешность передачи и f_zk - на циклическую погрешность зубчатого колеса. Допуски f_zk0 и f_zk для любой частоты определяются по формуле

F_zk0 =f_zk =(k -0,6 _ц +0,13)´F_r , (3.1.)

где к_ц - частота циклов за оборот зубчатого колеса; F_r - допуск на радиальное биение зубчатого венца той же степени точности, что и f_zk .

Анализ формулы (3.1.) показывает, что с увеличением частоты к_ц допуски f_zk0 и f_zk уменьшаются. Это подтверждается опытом производства и эксплуатации быстроходных передач. Для ограничения циклической погрешности с частотой повторения, равной частоте хода зубьев в зацепление f_zz0r и f_zzr , установлены допуски на циклическую погрешность зубцовой частоты в передаче f_zz0 и колеса f_zz , причём f_zz =0,6f_zz0 .Эти допуски зависят от частоты циклической погрешности к_ц (равной числу зубьев колёс z), степени точности, коэффициента осевого перекрытия e_b и модуля m. Коэффициентом осевого перекрытия косозубой цилиндрической передачи e_b называют отношение угла осевого перекрытия зубчатого колеса к угловому шагу. Угол осевого перекрытия j_b - это угол поворота зубчатого колеса косозубой цилиндрической передачи, при котором точка контакта зубьев перемещается по линии зуба этого колеса от одного его торца до другого (т.е. угол поворота колеса передачи от положения входа до выхода зубьев из зацепления).

Косозубые передачи со значительным коэффициентом осевого перекрытия e_b по сравнению с прямозубыми имеют меньший зубцовый импульс (меньшую амплитуду первой гармонической составляющей), поэтому с увеличением e_b допуск f_zz0 уменьшается.

Циклическая погрешность зубцовой частоты является главной причиной нарушения плавности зубчатых передач, состоящих из прямозубых колёс.

Циклическая погрешность зубчатого колеса возникает вследствие биения червяка делительной пары станка, биения и перекоса фрезы и т.д. Погрешности станка вызывают также волнистость боковых поверхностей зубьев косозубых колёс и погрешность профиля прямозубых колёс, которые являются главными причинами неравномерного вращения передачи.

Циклические погрешности обычно вызывают повышение шумовых характеристик, причём уровень шумовой мощности увеличивается с увеличением частоты вращения передачи. Чтобы повысить плавность передачи, целесообразно повышать точность зуборезного инструмента и червяка, сопряжённого с делительным колесом станка, а также применять шевингование и зубохонингование колёс.

4.КОНТАКТ ЗУБЬЕВ В ПЕРЕДАЧЕ

Для повышения износостойкости и долговечности зубчатых передач необходимо, чтобы полнота контакта сопряжённых боковых поверхностей зубьев колёс была наибольшей. При неполном и неравномерном прилегании зубьев уменьшается несущая площадь поверхности их контакта, неравномерно распределяются контактные напряжения и смазочный материал, что приводит к интенсивному изнашиванию зубьев. Для обеспечения необходимой полноты контакта зубьев в передаче установлены наименьшие размеры суммарного пятна контакта.

Суммарным пятном контакта называют часть активной боковой поверхности зуба колеса, на которой располагаются следы прилегания зубьев парного колеса (следы надиров или краски) в собранной передаче после вращения под нагрузкой, устанавливаемой конструктором. Пятно контакта (рис. 4.1.) определяется относительными размерами (в процентах): по длине зуба - отношением расстояния а между крайними точками следов прилегания за вычетом разрывов с, превышающих модуль в мм, к длине зуба b, т.е.
[(a-c)/b]´100%; по высоте зуба - отношением средней (по длине зуба) высоты прилегания h_m к высоте зуба соответствующей активной боковой поверхности h_p , т.е. (h_m /h_p )´100%.

В ГОСТ 1643-81 введено понятие мгновенное пятно контакта, определяемое после поворота колеса собранной передачи на полный оборот при лёгком торможении.

Полнота контакта зависит от погрешностей установки заготовки на станке (её торцевого биения), неточности станка (непараллельности направления хода фрезерного суппорта оси вращения стола и его перекоса), а для косозубых колёс также от погрешностей винта подачи зуборезного станка. Притирка и приработка зубьев сопряжённых колёс улучшают их контакт.

На полноту контакта влияют погрешности формы зубьев и погрешности их взаимного расположения в передаче.

При соответствии суммарного или мгновенного пятна контакта требованиям стандарта контроль по другим показателям, определяющим контакт зубьев в передаче, не является необходимым. Допускается определять пятна контакта с помощью измерительного колеса.

5.ВИДЫ СОПРЯЖЕНИЙ ЗУБЬЕВ КОЛЁС В ПЕРЕДАЧЕ

Для устранения возможного заклинивания при нагреве передачи, обеспечения условий протекания смазочного материала и ограничения мёртвого хода при реверсировании отсчётных и делительных реальных передач они должны иметь боковой зазор j_п (между нерабочими профилями зубьев колёс). Этот зазор необходим также для компенсации погрешностей изготовления и монтажа передачи и для устранения удара по нерабочим профилям, который может быть вызван разрывом контакта рабочих профилей вследствие динамических явлений. Такая передача является однопрофильной (контакт зубьев колёс происходит по одним рабочим профилям). Только передача, изготовленная точно по номинальным параметрам (теоретическая зубчатая передача) является беззазорной двухпрофильной (контакт зубьев колёс происходит одновременно по правым и левым боковым профилям) и имеет постоянное передаточное отношение

где z₁ и z₂ - число зубьев колёс, w₁ и w₂ - угловые скорости колёс.

Для удовлетворения требований различных отраслей промышленности, независимо от степени точности изготовления колёс передачи, предусмотрено шесть видов сопряжений, определяющих различные значения j_min (рис. 5.1.). Сопряжения А, В, С, D, Е, Н применяют соответственно для степеней точности по нормам плавности работы: 3-12; 3-11; 3-9; 3-8; 3-7; 3-7.

Установлено шесть классов отклонений межосевого расстояния, обозначаемых в порядке убывания точности римскими цифрами от 1 до 6. Гарантированный боковой зазор в каждом сопряжении обеспечивается при соблюдении предусмотренных классов отклонений межосевого расстояния (для сопряжений Н и Е – 2 класса, для сопряжений D, С, В и А – классов 3, 4, 5 и 6 соответственно). Соответствие видов сопряжений и указанных классов допускается изменять.

На боковой зазор установлен допуск Т_jn , определяемый разностью между наибольшим и наименьшим зазорами. По мере увеличения бокового зазора увеличивается допуск Т_jn . Установлено восемь видов допуска Т_jn на боковой зазор: x, y, z, a, b, c, d, h. Видам сопряжений Н и Е соответствует вид допуска h, видам сопряжений D, C, B и А – соответственно виды допусков d, c, b и а. Соответствие видов сопряжений и видов допусков Т_jn допускается изменять, используя при этом и виды допуска z, y и х. В результате увеличения температуры при работе передачи размеры колёс увеличиваются в большей степени, чем расстояние между их осями, поэтому боковой зазор уменьшается.

Погрешности изготовления и монтажа колёс учитывают при определении наибольшего бокового зазора. Разность между наибольшим и гарантированным зазорами должна быть достаточной для компенсации погрешностей изготовления и монтажа колёс. Боковой зазор обеспечивают путём радиального смещения исходного контура рейки (зуборезного инструмента) от его номинального положения в тело колеса. Под номинальным положением исходного контура на зубчатом колесе, лишённом погрешностей, при котором номинальная толщина зуба соответствует плотному двухпрофильному зацеплению.

6. ОБОЗНАЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ КОЛЁС И ПЕРЕДАЧ

При более точном классе отклонений а _w боковой зазор в передаче больше табличного и его в обозначении можно не указывать.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Якушев А.И., Воронцов Л.Н., Федотов Н.М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. – М.: Машиностроение, 1986. – 352 с.

Зубчатая передача - механизм, состоящий из колёс с зубьями, которые сцепляются между собой и передают вращательное движение, обычно преобразуя угловые скорости и крутящие моменты.
Зубчатые передачи разделяют по взаимному расположению осей на передачи : с параллельными осями — цилиндрические; с пересекающимися осями — конические, а также редко применяемые цилиндро-конические и плоско-цилиндрические; с перекрещивающимися осями — зубчато-винтовые (червячные, гипоидные и винтовые).

Вложенные файлы: 1 файл

Зубчатые передачи.doc

Министерство Образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический Университет

Выполнил: Бойко Б.С.,ст. гр. 101728

Проверил: доцент Авсиевич А.М.

Бурное развитие науки и техники приводит к появлению новых материалов, новых технологических решений позволяющих создавать принципиально новые конструкции, однако фундаментальные методические положения остаются неизменными.

В XI веке особое внимание уделено машиностроительной и самолётостроительной отраслям, в связи с этим хотелось бы остановиться на элементах общего назначения используемых в данных отраслях, а именно зубчатых передачах.

В реферате дано определение зубчатой передаче, рассмотрены их классификации, методика расчета геометрических параметров зубчатых колес, образование конического зацепления, передача Новикова.

Также в данной работе описаны назначения зубчатой передачи приведены характеристики и примеры применения той или иной передачи в механизмах.

Рассмотрены причины поломок зубчатых передач и материалы из которых изготавливаются зубчатые колёса.

Зубчатые передачи разделяют по взаимному расположению осей на передачи (рис. 1): с параллельными осями — цилиндрические; с пересекающимися осями — конические, а также редко применяемые цилиндро-конические и плоско-цилиндрические; с перекрещивающимися осями — зубчато-винтовые (червячные, гипоидные и винтовые).

Частным случаем зубчатой передачи является зубчато-реечная передача , преобразующая вращательное движение в поступательное или наоборот. В большинстве машин и механизмов применяют Зубчатые передачи с внешним зацеплением, т. е. с зубчатыми колёсами, имеющими зубья на внешней поверхности , реже — с внутренним зацеплением, при котором на одном колесе зубья нарезаны на внутренней поверхности.

Рис. 1. Зубчатая передача с цилиндрическими колёсами:

а — прямозубая; б — косозубая; в — шевронная;

г — коническая; д — с круговым зубом;

е — с внутренним зацеплением

Зубчатые колёса выполняют: с прямыми зубьями для работ при невысоких и средних скоростях в открытых передачах и в коробках скоростей; с косыми зубьями для использования в ответственных передачах при средних и высоких скоростях (свыше 30% всех цилиндрических зубчатых колёс); с шевронными зубьями для передачи больших моментов и мощностей в тяжёлых машинах; с круговыми зубьями — во всех ответственных конических зубчатых передачах. Как правило , в машинах и механизмах применяют Зубчатые передачи с постоянным передаточным числом .

В настоящее время в машиностроении и приборостроении зубчатые колеса изготавливают преимущественно способом огибания (откатки). Режущим инструментом являются зубчатая рейка – гребенка, червячная фреза или долбяк (рис. 2). Нарезание колес выполняется соответственно на зубострогальном, зубофрезерном или зубодолбежном станке.

а б в

Рис. 2. Схемы нарезания зубьев инструментальной рейкой (а),

червячной фрезой (б) и долбяком (в)

При изготовлении зубчатых колес способом огибания заготовки и режущему инструменту сообщают относительное движение, которое воспроизводит процесс зацепления. На зубострогальном станке суппорт 1 с инструментальной рейкой 2 совершает возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости параллельно оси заготовки. При движении сверху вниз происходит процесс резания. Обратный ход холостой, за время которого рейка получает перемещение ∆Z в горизонтальном направлении, а заготовка 3 поворачивается на угол ∆φ. Эти движения связаны соотношением

где r – делительный радиус.

Более производительными являются зубофрезерные станки, в которых используются червячная фреза (рис. 3). Ее профиль можно получить перемещением рейки по винтовой линии с некоторым постоянным углом подъема у. В процессе нарезания зубьев фреза совершает непрерывное вращательное движение и одновременно движется параллельно оси колеса.

Рис. 3. Схемы расположения червячной фрезы и заготовки:

а – в плоскости, перпендикулярной к оси нарезаемого колеса;

б – в плоскости расположения оси червячной фрезы и нарезаемого колеса

Способ огибания является высокопроизводительным. Кроме того, он позволяет теоретически точно изготовить одним инструментом колеса с разными числами зубьев.

Процесс изготовления зубчатого колеса способом огибания можно рассматривать как зацепление исходного производящего контура (ИПК) инструмента с заготовкой. Для гребенки и червячной фрезы ИПК имеет форму зубчатой рейки. Зацепление инструментальной рейки и нарезаемого колеса называют станочным (рис. 4). ИПК согласно ГОСТ 13755-81 имеют стандартные размеры:

Модуль m регламентируется СТ СЭВ 310-76.

Основные расчетные параметры – модуль т и число зубьев z; от них зависят размеры зубчатого колеса

Рис. 4. Станочное зацепление

Шаг делительной окружности колеса равен шагу реечного инструмента

Диаметр впадин зубчатого колеса

Диаметр вершин зубчатого колеса

где х – коэффициент смещения исходного контура;

– коэффициент уравнительного смещения.

Нормальная делительная толщина зуба

Угол профиля зуба в точке на окружности вершин

Толщина зуба по окружности вершин

Основные параметры эвольвентной зубчатой передачи (рис.5) зависят от коэффициентов смещения шестерни Х₁ и колеса Х_2.

Коэффициент суммы смещений

Коэффициент воспринимаемого смещения

Коэффициент уравнительного смещения

где – передаточное отношение зубчатой передачи.

Зубчатая передача с переменным передаточным числом осуществляют некруглыми цилиндрическими колёсами, которые ведомому элементу сообщают заданную плавно изменяющуюся скорость при постоянной скорости ведущего. Такие зубчатые передачи применяют редко. Передаточное число одной пары колёс в редукторах обычно до 7, в коробках скоростей — до 4, в приводах столов станков —до 20 и более. Окружные скорости для высокоточных прямозубых Зубчатая передача — до 15 м/сек, для косозубых — до 30 м/сек, в быстроходных передачах скорости достигают 100 м/сек и более.

Рис. 5. Эвольвентное зацепление

Зубчатые передачи являются наиболее рациональным и распространённым видом механических передач. Их применяют для передачи мощностей — от ничтожно малых до десятков тысяч Квт, для передачи окружных усилий от долей грамма до 10 Мн. Основные достоинства зубчатой передачи: значительно меньшие габариты, чем у др. передач; высокий КПД (потери в точных, хорошо смазываемых передачах 1—2%, в особо благоприятных условиях 0,5%); большая долговечность и надёжность ; отсутствие проскальзывания; малые нагрузки на валы. К недостаткам зубчатых передач можно отнести шум при работе и необходимость точного изготовления.

Зубчатые колёса находятся в т. н. зубчатом зацеплении, основной кинематической характеристикой которого является постоянство мгновенного передаточного отношения при непрерывном контакте зубьев. При этом общая нормаль (линия зацепления) к профилям зубчатых колёс в любой точке их касания должна проходить через полюс зацепления (рис. 6). В цилиндрических передачах полюсом зацепления является точка касания начальных окружностей зубчатых колёс, т. е. окружностей, которые катятся друг по другу без скольжения .

Рис. 6. Образование эвольвентных профилей:

NN — общая нормаль; Р — полюс зацепления;

α — угол зацепления; w₁ и w₂ — угловые скорости;

1 и 2 — зубчатые колёса

Профиль так называемой производящей рейки при образовании зубчатого колеса очерчивается по исходному контуру основной рейки (рис. 7), которая получается при увеличении числа зубьев нормального эвольвентного зубчатого колеса до бесконечности. Зубья производящей рейки имеют увеличенную высоту h = (h ' + h") для образования радиального зазора в зацеплении (c_om), толщину по делительной окружности s, радиус закругления r_i, шаг зацепления t, угол зацепления α_д. В косозубых колёсах исходный контур принимают в сечении, нормальном к линии зуба.

Основными деталями зубчатых передач являются зубчатые колеса (шестерни). Они служат для передачи вращения от одного вала к другому, когда валы находятся не на одной оси.

В зависимости от взаимного расположения валов применяют передачи: цилиндрическую, коническую и винтовую.

Цилиндрическая зубчатая передача служит для передачи вращения с одного на другой параллельно расположенный вал (рис.1, а).

Коническая зубчатая передача служит для передачи вращения с вала на вал, расположенные с пересечением осей (рис.1,6).

Винтовая зубчатая передача применяется для передачи вращения с вала на вал, расположенные с перекрещивающимися, но не пересекающимися осями (рис. 1, в).

Рис. 1. Зубчатые передачи:а — цилиндрическая: б — коническая:в — винтовяя: г—шевронная шестерня.

Зубчатое колесо и рейка служат для преобразования вращательного движения в поступательно-возвратное

Зубья цилиндрических колес могут быть прямыми (рис. 1, а и б), косыми и шевронными (елочными) — рис. 1, г.

Шевронная шестерня состоит как бы из двух шестерен с косыми зубьями, соединенными вместе.

При работе зубчатых колес с прямыми зубьями в зацеплении одновременно находятся один или два зуба, вследствие чего работа передачи сопровождается некоторыми толчками.

Более плавная работа зубчатой передачи достигается применением косых или шевронных зубьев, так как при этом количество зубьев, участвующих в зацеплении, увеличивается.

Зубчатые колеса изготовляют из стальных поковок, стального литья и проката или из чугунных отливок. Для ответственных передач (например, грузоподъемных машин) применение чугунных зубчатых колес не допускается.

Классификация зубчатых колес. В зависимости от назначения передачи, типа зуба и скорости вращения зубчатые колеса подразделяются на четыре класса точности передач по допускам на изготовление и сборку (табл. 119).

Таблица 1 Классификация зубчатых колес

Зубчатые передачи делают открытыми, полуоткрытыми и закрытыми.

Открытыми называют передачи, которые не имеют кожуха (резервуара) для масляной ванны; смазываются такие передачи периодически консистентной смазкой. Обычно эти передачи тихоходные и применяются преимущественно в простых машинах и механизмах.

Полуоткрытые передачи отличаются от открытых наличием резервуара для жидкой масляной ванны.

Закрытыми называют передачи, которые вместе с подшипниками смонтированы в специальных корпусах.

Смазка шестерен редуктора производится различными способами:

1) при окружных скоростях шестерен выше 12—-14 м/сек— струйным способом с подачей, струи в зону начала зацепления зубчатых колес;

2) при окружных скоростях шестерен ниже 12 м/сек — методом окунания.

При смазке методом окунания следует учитывать следующее:

а) большее зубчатое колесо пары должно быть погружено в масло на двух-трехкратную высоту зуба;

б) если у редуктора имеется несколько ступеней, то уровень масла определяетсяс учетом быстроходности передач.

В последнем случае уровень б (рис. 2) допускается, когда зубчатое колесо 1 тихоходной ступени вращается с небольшой скоростью. В редукторах, имеющих средние и большие

Рис. 2. Струйная смазка шестерен.

Рис. 3. Схема смазки шестерен окунанием.

скорости низко расположенных колес, последние погружают на двух-трехкратную высоту зуба большего колеса, а масло наливают до уровня а. смазки первой ступени ставят вспомогательное зубчатое колесо 3 с узким зубом, подающее смазку на рабочее колесо.

Вязкость заливаемого в редуктор масла выбирают в зависимости от скорости и нагрузки —обычно от 4 до 12°Е при температуре определения вязкости 50° С. При этом учитывают также температурные условия, в которых работает агрегат; при повышении температуры применяют масло большей вязкости, при понижении — меньшей вязкости.

Открытые передачи смазывают обычно консистентными смазками (солидол, консталин и т. д.).

Набивку уплотнений, предусмотренных (чертежами) в подшипниках и по линии стыка корпуса редуктора, следует выполнять весьма тщательно во избежание утечки масла и попадания пыли в редуктор.

2. Износ и ремонт зубчатых передач

Зубчатые колеса выходят из строя по двум основным причинам: по износу зубьев и по поломкам их.

Износ обычно является следствием: 1) неполного сцепления и 2) повышенного трения (постепенный износ).

В обоих случаях после смены вкладышей радиальный зазор восстанавливается.

Правильный монтаж и хороший надзор в процессе эксплуатации — основные условия продолжительной и бесперебойной работы оборудования.

2.1 Замена и ремонт зубчатых колес.

Рис. 4. Ремонт зубьев припомощи ввертышей с последующейнаваркой

Как правило, зубчатые колеса с изношенными и поломанными зубьями подлежат не ремонту, а замене, причем замену рекомендуется производить одновременно обоих колес, входящих в данное зацепление. Однако, когда в зацеплении большое колесо во много раз превышает размер малого, необходимо своевременно заменить малое колесо, которое изнашивается быстрее большого примерно в передаточное число раз. Своевременная замена малого колеса предохранит от износа большое колесо.

Износ зубьев зубчатых колес не долженпревышать 10—20 % : толщины зуба, считая по дуге начальной окружности. В малоответственных передачах износ зубьев допускается до 30% толщины зуба, в передачах ответственных механизмов значительно ниже (например, для механизмов подъема груза износ не должен превышать 15%: толщины зуба,- а у зубчатых колес механизмов подъема кранов, транспортирующих жидкий и горячий металл — до 10%').

Шестерни с цементированными зубьями следует заменять при износе слоя цементации свыше 80 %1 его толщины, а также при растрескивании, выкрашивании или отлущивании цементированного слоя.

При поломке зубьев, но не более двух подряд в не особо ответственных передачах (например, механизмы передвижения кранов) допускается восстановление их, которое производится следующим способом: поломанные зубья вырубают до основания, по ширине зуба просверливают два-три отверстия и в них нарезают резьбу, изготовляют шпильки и туго ввертывают их в подготовленные отверстия, приваривают шпильки к шестерне и электросваркой наплавляют металл, придавая ему форму зуба, на зуборезном, фрезерном или строгальном станке или путем опиливания вручную придают наплавленному металлу форму зуба, после чего восстановленный профиль проверяют сцеплением с сопряженной деталью и по шаблону.

Последовательность операций восстановления зуба наплавкой показана на рис. 298.

Для облегчения процесса посленаплавочной обработки зубьев L-редних и больших модулей рекомендуется наплавлять их по

Рис. 5. Последовательность операций при наварке зубьев:

1 — поломанный зуб; 2— место вырубленного зуба; 3 — наплавленный зуб по шпилькам; 4— обработанный (опиленный) зуб.

медному шаблону (рис. 299), применение которого основано на том, что медный шаблон, имеющий форму впадин шестерни, образует грани зуба. При сварке, вследствие высокой теплопроводности меди, металл к шаблону не приваривается и после наплавки шаблон легко вынимается, а наплавленный металл наваривается, образуя форму зуба.

Рис. 6. Метод наплавкизубьев сваркой:

1 — ремонтируемая шестерня;

2 — наплавленный зуб; 3 — медный шаблон.

Наплавка должна вестись обязательно качественными (толстообмазанными) электродами марки не ниже. После наплавки желателен отжиг.

Для особо ответственных механизмов (например, механизмов подъема кранов) наплавка (ремонт) зубьев не допускается, зубчатые колеса в этих случаях- должны заменяться новыми.

Не следует закреплять зубья различного рода ввертышами без сварки или в паз в виде ласточкина хвоста, так как эти способы ненадежны и не обеспечивают нормальной работы оборудования.

Зубчатые колеса с лопнувшим ободом ремонтируют обычно дуговой сваркой, разрабатывая сварочную технологию так, чтобы в результате сварки не образовалось дополнительных напряжений, вызывающих трещины в других элементах колеса (рекомендуется нагрев всей шестерни до красного каления, а также отжиг ее после сварки).

Зубчатые колеса с трещиной в ступице ремонтируют посадкой на ступицу специально откованного или отлитого и проточенного на станке стального бандажа, нагретого до 300—400° С.

Зубчатые колеса особо ответственных передач (например, механизмов подъема кранов), имеющие трещины в ©боде, спицах и ступице, заменяют; ремонт их сваркой или другим методом не разрешается.

Шестерни, вращающиеся с большим числом оборотов, а также зубчатые колеса большого диаметра при средних числах оборотов, необходимо подвергать статической балансировке.

2.2 Методы скоростного ремонта зубчатых передач

Скоростной ремонт зубчатых передач, как и других элементов оборудования, по. своей методике должен быть узловым.

При скоростных узловых ремонтах замена отдельных шестерен или зубчатых колес :не производится, замену их проводят заранее собранными узлами,причем, как это указано ранее, при рассмотрении , типов узлов, как ремонтно-монтажных единиц, может быть три:

1) крупные узлы, в состав которых входят спорные корпусы
(например, корпусы редукторов) и весь комплекс зубчатых зацеплений, смонтированных в данных корпусах;

2) группа связанных между собой при помощи зубчатых зацеплений индивидуальных узлов (например, валы, поз. /, 2, 3, совместно с, теми; деталями, которые смонтированы на них);

3) отдельные индивидуальные узлы, в состав которых входят зубчатые колеса.

В зависимости от специфических условий, характерных для данного ремонта, в план организации работ принимается один из указанных видов узлового ремонта.

Наиболее качественным является скоростной ремонт, проводимый путем замены отдельных крупных узлов — редукторов.

Однако в этом случае необходимо, чтобы, во-первых, демонтируемый и вновь монтируемый редукторы были взаимозаменяемы, и, во-вторых, заранее была подготовлена соответствующая такелажно-монтажная оснастка.

Типизация редукторов, т. е. утверждение для данного цеха или предприятия в целом определенных типов и размеров взаимозаменяемых редукторов является важнейшим мероприятием, обеспечивающим проведение скоростных высококачественных ремонтов.

Список использованной литературы

1. Сборка машин в тяжелом машиностроение / Б.В. Федоров, В.А. Вавуленко и др. 2-е изд.. М.: Маш-е, 1987г.

2. Справочник-технолога- машиностроителя: в 2-х т. Под редакцией А.Г.Косиловой М.: Маш-е, 1985г.

3. Металлорежущие станки. Учеб. Пособие для втузов. Н.С. Колев и др. М.: Маш-ие, 1980г.

Читайте также: