Зубчатые передачи

Содержание

Слайд 2

Зубчатые передачи Принцип действия зубчатой передачи основан на зацеплении пары зубчатых

Зубчатые передачи

Принцип действия зубчатой передачи основан на зацеплении пары зубчатых колес:
По

расположению осей валов различают: передачи с параллельными осями, которые выполняют с цилиндрическими колесами внешнего и внутреннего зацепления; передачи с пересекающимися осями – конические колеса; передачи с перекрещивающимися осями – цилиндрические винтовые, конические гипоидные.
По расположению зубьев на колесах различают передачи: прямозубые; косозубые.
По форме профиля зуба различают: эвольвентные; круговые.
Слайд 3

Основные параметры Меньшее из пары зубчатых колес называют шестерней, а большее

Основные параметры

Меньшее из пары зубчатых колес называют шестерней, а большее —

колесом. Термин «зубчатое колесо» является общим. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, а параметрам колеса — 2 (рис. 8.4). Кроме того, различают индексы, относящиеся: w — к начальной поверхности или окружности; Ь — к основной поверхности или окружности; а — к поверхности или окружности вершин и головок зубьев; /— к поверхности или окружности впадин и ножек зубьев. Параметрам, относящимся к делительной поверхности или окружности, дополнительного индекса не приписывают.
Слайд 4

Применение Зубчатые передачи наиболее широко распространены во всех отраслях машиностроения и

Применение

Зубчатые передачи наиболее широко распространены во всех отраслях машиностроения и приборостроения.

Из всех перечисленных выше разновидностей зубчатых передач наибольшее распространение имеют передачи с цилиндрическими колесами, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации, надежные и малогабаритные. Конические и винтовые передачи применяют лишь в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины.
Слайд 5

Основные параметры При этом особенности косозубых колес рассматривают дополнительно: zx и

Основные параметры

При этом особенности косозубых колес рассматривают дополнительно: zx и z2

— число зубьев шестерни и колеса; р — делительный окружной шаг зубьев (равный шагу исходной зубчатой рейки); рь=рcosa — основной окружной шаг зубьев; a — угол профиля делительный (равный углу профиля исходного контура), по ГОСТ 13755 — 81, а=20°; а* — угол зацепления или угол профиля начальный: cosa.w=dcosoc/dw\
m = pin — окружной модуль зубьев (основная характеристика раз­меров зуба). Модули стандартизованы (ГОСТ 9563 — 80) в диапазоне 0,05...100 мм; d=pz/n = mz — делительный диаметр (диаметр окружности, по которой обкатывается инструмент при нарезании); db=dcosa, — основной диаметр (диаметр окружности, разверткой которой являются эвольвенты зубьев); dwl и dw2 — на­чальные диаметры (диаметры окружностей, по которым пара зуб­чатых колес обкатывается в процессе вращения):
dwi = 2aJ(z2/zi +1); dw2 = 2aw—dwl.
Слайд 6

Основные параметры У передач без смещения и при суммарном смещении хх

Основные параметры

 

У передач без смещения и при суммарном смещении хх =

0 начальные и делительные окружности совпадают:
dwl = dl = mzu; dwi = d2 = mz2.
При нарезании колес со смещением делительная плоскость рейки (делительная окружность инструмента) смещается к центру или от центра заготовки на хт (см. рис. 8.22); х — коэффициент смещения исходного контура. Смещение от центра считают положительным (х > 0), а к центру — отри­цательным (х<0). aw= 0,5 (dwl+ dw2) — межосевое расстояние; aw=m (0,5zz + xz—Ay)
Слайд 7

Контактные напряжения и контактная прочность Контактные напряжения образуются в месте соприкосновения

Контактные напряжения и контактная прочность

Контактные напряжения образуются в месте соприкосновения двух

тел в тех случаях, когда размеры площадки касания малы по сравнению с размерами тел (сжатие двух шаров, шара и плоскости, двух цилиндров и т. п.).
Если контактные напряжения превышают величину допускаемого напряжения, то на поверхности деталей появляются вмятины, борозды, трещины или мелкие раковины.
При расчете контактных напряжений различают два характерных случая: первоначальный контакт в точке (два шара, шар и плоскость и т. п.); первоначальный контакт по линии (два цилиндра с параллельными осями, цилиндр и плоскость и т. п.).
На рис. 8.7 изображен пример сжатия двух цилиндров с
параллельными осями.
Слайд 8

Контактные напряжения и контактная прочность При вращении цилиндров под нагрузкой отдельные

Контактные напряжения и контактная прочность

При вращении цилиндров под нагрузкой отдельные точки

их поверхностей периодически нагружаются и разгружаются, а контактные напряжения в этих точках изменяются по прерывистому отнулевому циклу (рис. 8.8, г). Каждая точка нагружается только в период прохождения зоны контакта и свободна от напряжений в остальное время оборота цилиндра. Переменные контактные напряжения вызывают усталость поверхностных слоев деталей. На поверхности образуются микротрещины с последующим выкрашиванием мелких частиц металла. Если детали работают в мас­ле, то оно проникает в микротрещины (рис. 8.8, а). Попадая в зо­ну контакта (рис. 8.8, б), трещина закрывается, а заполняющее ее масло подвергается высокому давлению. Это давление спо­собствует развитию трещины до тех пор, пока не произойдет выкрашивание частицы металла (рис. 8.8, в). Выкрашивание не наблюдается, если контактные напряжения не превышают допускаемой величины.
Слайд 9

Критерии работоспособности и расчета Условия работы зуба в зацеплении. При передаче

Критерии работоспособности и расчета

Условия работы зуба в зацеплении. При передаче вращающего

момента (рис. 8.9) в зацеплении кроме нормальной силы F„ действу­ет сила трения Frv=FJ~, связанная со скольжением. Под действием этих сил зуб находится в сложном напряженном состоянии (рис. 8.10). Решающее влитие на его работоспособность оказывают два основных напряжения: контактные напряжения ан и напряжения изгиба о>. Для каждого зуба ан и aF не являются постоянно действующими. Они изменяются во времени по некоторому прерывистому отнулевому циклу (см. рис. 8.9). Время действия оу за один оборот колеса (/,) равно продолжительности зацепления одного зуба (t2). Напряжения ан действуют еще меньшее время. Это время равно продолжительности пребывания в зацеплении данной точки поверхности зуба с учетом зоны распространения контактных напряжений.
Переменные напряжения являются причиной усталостного раз­рушения зубьев: поломка зубьев от напряжений изгиба и выкрашивание поверхности от контактных напряжений. С контактными напряжениями и трением в зацеплении связаны также износ, заеда­ние и другие виды повреждения поверхностей зубьев.
Слайд 10

Критерии работоспособности и расчета Поломка зубьев . Поломка связана с напряжениями

Критерии работоспособности и расчета

Поломка зубьев . Поломка связана с напряжениями изгиба.

На практике чаще наблюдается выламывание углов зубьев вследствие концентрации нагрузки. Различают два вида поломки зубьев:
поломка от больших перегрузок ударного или даже статического действия (предупреждают защитой привода от перегрузок или уче­том перегрузок при расчете);
усталостная поломка, происходящая от действия переменных напряжений в течение сравнительно длительного срока службы (предупреждают определением размеров из расчета на усталость). Особое значение имеют меры по устранению концентраторов напряжений (рисок от обработки, раковин и трещин в отливках, микротрещин от термообработки и т. п.).
Общие меры предупреждения поломки зубьев — увеличение модуля, положительное смещение при нарезании зубьев, термообработка, наклеп, уменьшение концент­рации нагрузки по краям (жесткие валы, зубья со срезанными углами, бочкообразные зубья и пр.).
Повреждение поверхности зубьев. Все виды повреждения поверхности зубьев связаны с контактными напряжениями и трением.
Слайд 11

Расчетная нагрузка За расчетную нагрузку принимают максимальную величину удельной нагрузки, распределенной

Расчетная нагрузка

За расчетную нагрузку принимают максимальную величину удельной нагрузки, распределенной по

линии контакта зубьев:
q=Fjqh,где F„ — нормальная сила в зацеплении; К= К^КрК, — коэффициент расчетной нагрузки; К^ — коэффициент распределения нагрузки между зубьями; Кр — коэффициент концентрации нагрузки; К, — коэффициент динамической нагрузки; h — суммарная длина линии контакта зубьев.
Концентрация нагрузки и динамические нагрузки различно вли­яют на прочность по контактным и изгибным напряжениям. Со­ответственно различают Кн= KHaKHpKHv — в расчетах по контакт­ным напряжениям и KF=KFaKFpKFv — в расчетах по напряжениям изгиба.
Коэффициент распределения нагрузки между зубьями К^ опреде­ляется в зависимости от степени точности (п„) изготовления зуб­чатых колес по нормам плавности. Он учитывает влияние ошибок окружного шага и направления зубьев на величину в ненагружен- ной передаче. Для прямозубых передач:
Кш = 1 + 0,06 (лст— 5) < 1,25; для косозубых передач:
^«=1 + ^-5X1,6,
где С=0,15, если твердости поверхностей зубьев шестерни и колеса Я, и Я2 >350 НВ и С=0,25 при Я, и Я2<350 НВ или Я, >350 НВ, а Я2<350 НВ; 5<лст<9. В расчетах на прочность по напряжениям изгиба полагают KFa=KHa- Отметим, что для точно изготовленных передач («„=5) Кш = 1.
Слайд 12

Особенности расчета косозубых и шевронных цилиндрических передач Геометрические параметры. У косозубых

Особенности расчета косозубых и шевронных цилиндрических передач

Геометрические параметры. У косозубых колес

зубья располагаются не по образующей делительного цилиндра, а составляют с ней некоторый угол (рис. 8.23, где а — косозубая передача; б — шевронная, и рис. 8.24). Оси колес при этом остаются параллельными. Для нарезания косых зубьев используют инструмент такого же исходного контура, как и для нарезания прямых. Поэтому профиль косого зуба в нормальном сечении п — п совпадает с профилем прямого зуба. Модуль в этом сечении должен быть также стандартным. В торцовом сечении t — t параметры косого зуба изменяются в зависимости от угла /?: окружной шаг pt=pnlcos/}, окружной модуль т,=т„/cos, делительный диаметр d = m,z=m„z/cos ft.
Индексы nut приписывают параметрам в нормальном и тор­цовом сечениях соответственно.
Прочность зуба определяют его размеры и форма в нормальном сечении. Форму косого зуба в нормальном сечении принято опреде­лять через параметры эквивалентного прямозубого колеса (рис. 8.25).
Слайд 13

Особенности расчета косозубых и шевронных цилиндрических передач Нормальное к зубу сечение

Особенности расчета косозубых и шевронных цилиндрических передач

Нормальное к зубу сечение косозубого

колеса образует эллипс с полуосями с = г и е=г/cos/f, где r=d/2. В зацеплении участвуют зубья, расположенные на малой оси эллипса, так как второе колесо находится на расстоянии c = d/2. Радиус кривизны эллипса на малой оси (см. геометрию эллипса)r„ = e2/c = r/cos2. В соответствии с этим форма косого зуба в нормальном сечении определяется эквивалентным прямозубым колесом, диаметр которого dv = d/cos2p и число зубьев
2„ = dvjm„ = dj{m„ cos2 /p)=m,z/(m, cos3 p), zv=z/cos3 p.
Слайд 14

Червячные передачи Червячная передача относится к передачам зацеплением с перекрещивающимися осями

Червячные передачи

Червячная передача относится к передачам зацеплением с перекрещивающимися осями валов.

Угол перекрещивания обычно равен 90°. Возможны и другие углы, отличные от 90°, однако такие передачи применяют редко. Движение в червячных передачах преобразуется по принципу винтовой пары или по принципу наклонной плоскости. Червяки. Различают по следующим признакам: форме поверх­ности, на которой образуются витки, — цилиндрические и глобоидные; форме профиля витков — с прямолинейным и криволинейным профилем в осевом сечении.
Слайд 15

Волновые механические передачи Волновая передача основана на принципе преобразования парамет­ров движения

Волновые механические передачи

Волновая передача основана на принципе преобразования парамет­ров движения за

счет волнового деформирования гибкого звена механизма. Впервые такая передача была запатентована в США инженером Массером.
Слайд 16

Кинематические параметры и принцип действия В простой передаче i равно отношению

Кинематические параметры и принцип действия

В простой передаче i равно отношению радиусов,

а в волновой — отношению радиуса ведомого колеса к разности радиусов или к размеру деформирования и>0.
Слайд 17

Фрикционные передачи и вариаторы

Фрикционные передачи и вариаторы

Слайд 18

Общие сведения Фрикционная передача состоит из двух соприкасающихся между собой колес

Общие сведения

Фрикционная передача состоит из двух соприкасающихся между собой колес (катков,

роликов, дисков); вращение одного из колес преобразуется во вращение другого колеса за счет сил трения, развиваемых между ними.
Работа фрикционной передачи основана на использовании сил трения, которые возникают в месте контакта двух тел вращения под действием сжимающих сил Fn. При этом должно быть
где Ft – окружная сила ; Fтр – сила трения между катками
,
f – коэффициент трения.
Нарушение условия приводит к буксованию и усиленному износу катков.
Слайд 19

Достоинства и недостатки Достоинства: простота конструкции; бесшумность работы; равномерность вращения, что

Достоинства и недостатки

Достоинства:
простота конструкции;
бесшумность работы;
равномерность вращения, что удобно для приборов;
возможность бесступенчатого

регулирования угловой скорости ведомого вала;
предохранение частей от поломок;
отсутствие мёртвого хода при реверсе передачи;
небольшая стоимость .
Недостатки:
потребность в прижимных устройствах;
значительные давления на валы и опоры;
повреждение катков при пробуксовке;
непостоянство передаточного числа из-за пробуксовки.
.
Слайд 20

Классификация Фрикционные передачи Нерегулируемые (с постоянным передаточным отношением) Регулируемые, или вариаторы (передаточное переменное)

Классификация

Фрикционные передачи

Нерегулируемые
(с постоянным передаточным отношением)

Регулируемые, или вариаторы
(передаточное переменное)

Слайд 21

Классификация Фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением между параллельными осями валов

Классификация

Фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением

между параллельными осями валов

между пересекающимися осями

валов

с гладким ободом

с клинчатым ободом

с гладким ободом

с клинчатым ободом

внешнее колесо

внутреннее колесо

Слайд 22

Классификация

Классификация

Слайд 23

Способы прижатия катков Способы прижатия катков : с постоянной силой (

Способы прижатия катков

 
Способы прижатия катков :
с постоянной силой ( вследствие

предварительной деформации податливых катков : установкой специальных пружин )
с переменной силой ( применением специальных нажимных устройств, например, шариковое самозатягивающее устройство, винтовое нажимное устройство ).
Способ прижатия катков оказывает большое влияние на качественные характеристики передачи :к.п.д., постоянство передаточного отношения, контактную прочность и износ катков. Лучшие показатели получают при регулируемом прижатии.
Слайд 24

Основные факторы, определяющие качество фрикционной передачи Скольжение является причиной износа, уменьшения

Основные факторы, определяющие качество фрикционной передачи

 
Скольжение является причиной износа, уменьшения к.п.д.

и непостоянство передаточного отношения во фрикционных передачах.
Различают три вида скольжения :
буксование;
упругое скольжение;
геометрическое скольжение.
Буксование наступает при перегрузках, когда не соблюдается условие FtУпругое скольжение связано с упругими деформациями в зоне контакта. Если бы катки были абсолютно жесткими, то первоначальный контакт по линии оставался бы таким и под нагрузкой. При этом окружные скорости будут равны и скольжения не будет. При упругих телах первоначальный контакт по линии переходит под нагрузкой в контакт по некоторой площадке.
Удлинение поверхности ведущего колеса, соприкасающейся с укорачивающейся поверхностью ведомого колеса, приводит к скольжению, которое начинается в точке 2, возрастает на участке 2-3 и в т.3 достигает максимального значения.
Геометрическое скольжение возникает на площадке контакта вдоль образующих колес, зависит от формы последних и связано с неравенством скоростей на площадке контакта у ведущего и ведомого катков. Оно является решающим для фрикционных передач.
Слайд 25

Основные кинематические, силовые и геометрические соотношения В связи с проскальзыванием ведомого

Основные кинематические, силовые и геометрические соотношения

 
В связи с проскальзыванием ведомого колеса

относительно ведущего окружная скорость его v2 несколько меньше окружной скорости последнего v1. Зависимость между этими скоростями v2 = v1ζ ,
где ζ - [ дзета ] - коэффициент, учитывающий упругое скольжение (от 0,995 для передач, работающих всухую, до 0,95 – для вариаторов).
Можно записать оттуда
.
Для конической фрикционной передачи D1 и D2 – средние диаметры колес.
Таким образом, передаточное число фрикционной передачи с условно постоянным передаточным отношением
,
где η - коэффициент полезного действия передачи.
Для конической фрикционной передачи с углом взаимного расположения валов, равным 90°,
.
Для передач с постоянным передаточным отношением, работающих всухую, можно не учитывать коэффициент ζ. Тогда
и
.
Слайд 26

При расчетах вариаторов вместо отношения диаметров колес D2/D1 принимают отношение их

При расчетах вариаторов вместо отношения диаметров колес D2/D1 принимают отношение их

радиусов R2/R1.
Передаточное число вариатора изменяется от минимального Umin до максимального Umax значения.
Отношение максимальной угловой скорости ведомого колеса вариатора ω2max к минимальной его угловой скорости ω2min называется диапазоном регулирования
.
Для простых вариаторов, у которых радиус ведущего колеса остается постоянным, а радиус ведомого колеса изменяется в пределах от R2min до R2max
.
Диапазон регулирования в простых регуляторах D<4.
Для сдвоенных вариаторов при одновременном и симметричном изменении радиусов ведущего R1 и ведомого R2 колес
Диапазон регулирования в сдвоенных вариаторах D≤16.
Слайд 27

Для передачи фрикционной передачей окружной силы Ft ее колеса должны прижиматься

Для передачи фрикционной передачей окружной силы Ft ее колеса должны прижиматься

друг к другу с силой Fn, определяемой по формуле
,
где k – коэффициент запаса сцепления колес.
В силовых передачах машин k=1.25÷1.5, в передачах приборов k=2.5÷3.
Коэффициент трения между колесами :
для стали по стали в масле f=0.04÷0.05 ;
или чугуну в сухую f=0.15÷0.2.
Силы Fn1 и Fn2, действующие на валы конической фрикционной передачи с углом взаимного расположения валов, равным 90°
К.п.д. фрикционной передачи в зависимости от вида передачи может быть равен 0.7÷0.96. В основном, к.п.д. фрикционной передачи колеблется в пределах от 0.95÷0.96.
С целью уменьшения потерь и повышения η целесообразно увеличивать диаметры и сохранять постоянными во время работы передачи коэффициент тяги.
Последнее достигается применением механизмов, автоматически регулирующих усилие нажатия в зависимости от передаваемой окружной силы.
Слайд 28

Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шкивов, расположенных на расстоянии

Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шкивов, расположенных на расстоянии

друг от друга и соединённых гибкой связью – ремнём, надетым на эти шкивы с натяжением. Вращение от ведущего шкива к ведомому передаётся за счёт сил трения. Возникающих между ремнём и шкивом.

Ременные передачи

Слайд 29

ПРОФИЛИ РЕМНЕЙ РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ По форме поперечного сечения ремня различают плоскоременные

ПРОФИЛИ РЕМНЕЙ РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ
По форме поперечного сечения ремня различают плоскоременные

(а), клиноременные (б), поликлиновые (в) и круглоременные (г), а также передачи зубчатыми
ремнями (д).
Слайд 30

возможность передачи движения между валами, расположенными на значительном расстоянии; плавность и

возможность передачи движения между валами,
расположенными на значительном расстоянии;
плавность и бесшумность

работы;
ограниченность передаваемой нагрузки;
простота конструкции;
лёгкость обслуживания;
небольшая стоимость изготовления.

Достоинства ременных передач

Слайд 31

значительные габаритные размеры; непостоянство передаточного отношения из-за проскальзывания ремня; повышенное давление

значительные габаритные размеры;
непостоянство передаточного отношения из-за
проскальзывания ремня;
повышенное давление на

валы и подшипники.

Недостатки ременных передач

Слайд 32

Зубчатая передача представляет собой передаточный механизм, звеньями которого являются зубчатые колёса,

Зубчатая передача представляет собой передаточный механизм, звеньями которого являются зубчатые колёса,

служащие для передачи движения и сил путём непосредственного контакта.

Зубчатые передачи

Слайд 33

Высокий КПД, значение которого достигает 0,99; Возможность применения при окружных скоростях

Высокий КПД, значение которого достигает 0,99;
Возможность применения при окружных скоростях до


150 м/с для передачи мощностей от долей киловатт
до десятков тысяч киловатт;
высокая кинематическая точность;
точность изготовления;
надёжность и долговечность работы в различных
условиях эксплуатации.

Преимущество зубчатых передач

Слайд 34

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ а – цилиндрическая с прямыми зубьями; б –

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

а – цилиндрическая с прямыми зубьями;
б – цилиндрическая

с шевронными зубьями;
в– коническая с прямыми зубьями;
г – цилиндрическая с винтовыми зубьями;
д– коническая с винтовыми зубьями; е – червячная; ж - реечная
Слайд 35

Цепная передача состоит из двух, называемых звёздочками, зубчатых колёс, расположенных на

Цепная передача состоит из двух, называемых
звёздочками, зубчатых колёс, расположенных на


некотором расстоянии друг от друга и огибаемых цепью.

ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Слайд 36

отсутствие проскальзывания ремня; компактность; меньшая нагрузка на валы и подшипниковые опоры,

отсутствие проскальзывания ремня;
компактность;
меньшая нагрузка на валы и подшипниковые
опоры, так

как не требуется большого
предварительного натяжения цепи;
высокий КПД, достигающий 0,98.

Достоинства цепных передач