Конусообразные зубчатые передачи

Достаточно часто нужно передавать круговое движение с изменением направления. Для решения данной задачи разработан и очень хорошо используется специализированный вид зубчатых передач. Они дали наименование целому классу подобных механизмов — конусообразные зубчатые передачи. Эти агрегаты могут обеспечить изменение направления вращения в большом диапазоне углов. Помимо изменения направления они могут менять частоту оборотов и мощность.

Распространение получили передачи, которые могут менять направление под прямым углом. Изменение направления выполняется перпендикулярно ведущей оси.

Устройство конусообразной зубчатой передачи

Традиционная схема аналогичных передач имеет у себя в составе два вала. Один считается ведущим, второй – ведомым. На каждом из них закреплены колёса, изготовленные в форме конуса. Коническое зубчатое колесо обработано под заданным углом. В результате обработки выходит зубчатое колесо с изменяемым диаметром от основания к вершине. Полученная фигура напоминает конус. На поверхности сбоку вырезаны зубья. Итоговый угол направления вращения устанавливается суммой нескольких углов. Он складывается из углов двоих колёс которые сделаны в форме конуса.

Общие сведения про конусообразные зубчатые передачи включены в справочники по расчёту редукторов и мультипликаторов.

Закрепленное на валу колесо, с которого выполняется передача вращения, именуется ведущим. Колесо, которому передаётся вращение, именуется ведомым.

Аналогичные конструкции классифицируются по следующим критериям:

К механическим свойствам относятся:

• форма передаточного механизма;
• форме используемых зубьев;
• количеству ступенек;
• направление пересекания осей;
• нагрузочная способность;
• значение передаточного числа;
• крепость при изгибе;
• величина усилия в зацеплении;
• передаваемая мощность.

К свойствам, определяющим геометрическую форму используемых колёс, шестерёнок, валов относятся значения углов и линейные размеры некоторых частей деталей.

По форме механизма передачи бывают:

• чисто конусообразные;
• цилиндрические конусообразные;
• конусообразные линейные.

Формы зубьев и способам зацепления устройства делаются таких видов:

• четырехугольной формы (прямозубое);
• зубьями на скос, которые получили наименование косозубые;
• круглой формы;
• в форме спирали с постоянным шагом;
• эвольвентные;
• циклоидные;

При внешнем зацеплении шестерни вращаются в разных направлениях. В другом варианте вращение происходит в одном направлении.

Основным параметром считается критерий круговой частоты вращения. Они делятся:

• с невысокой скоростью (говоря иначе тихоходные, у которых частота вращения не превышает 3 м/с);
• среднескоростные (скорость которых может достигать 15 м/с);
• скоростные (для них разрешается превышение скорости 15 м/с).

Конструкция таких механизмов бывает одноступенчатая и многоступенчатая. Схема передачи делается с преобразованием характера движения либо же без него. В первом варианте круговое движение сберегается на выходе передаточного механизма. В другом варианте оно может быть преобразовано из вращательного движения в поступательное движение.

По форме касательных линий порезанных зубьев выделяют такие варианты шестерён:

• С зубьями, боковое ребро которых представляет прямую линию. Линия зуба у них всегда идет через вершину делительного конуса;
• У круговых зубьев наклонный угол во время обработки выполняется острым. Он стал называться линия конуса и меряется между касательной к подобранной точке и линией самого зуба.

Широко распространённым в подобных механизмах считается эвольвентное зацепление. При подобной форме зацепления происходит перекатывание поверхности ведущего зуба по создающей плоскости ведомого колеса.

Серьезным минусом всех конусообразных передач считается большие массогабаритные характеристики. Еще одной проблемой считается проблема обработки. На конусе, который получен в качестве заготовки будущей шестерёнки намного труднее порезать зубья. Если в кинематической схеме нет компонентов с пересекающимися осями, подобные механизмы называются гипоидными.

Последующее развитие получили варианты не только с прямыми, но и криволинейными зубьями: круговыми, эвольвеньными, циклоидной формы.

В определенных устройствах применяется конусообразная зубчатая передача, у которой колёса имеют прямые зубьями с радиальной нарезкой или нарезкой в форме спирали. Все данные типы используются для решения определенных технических задач.

Во время проектирования расчёт ключевых технических специфик, определяющих параметры редуктора, выполняется с применением популярных выражений. Полученные значения подтверждаются результатами проведенных экспериментов, испытаний, и эксплуатационных данных. К примеру, опытным путём было обнаружено, что нагрузочная способность любой конусообразной передачи меньше, чем у цилиндрической. По этому при расчёте используют специализированный показатель, учитывающий это снижение.

Передаточное отношение определяет, к какому классу относится этот вид механизма. Если передаточное число конусообразной передачи меньше единицы – конструкция понижающая (редуктор). Если данный показатель больше или равён единице – повышающая (мультипликатор).

Он рассчитывается как отношение угловых скоростей на ведомом валу в отношении к ведущему валу.

Криволинейные зубья на шестерёнках конусообразных передач обладают намного большими нагрузочными свойствами. Работают медленно без рывков и проскальзываний. Это уменьшает общие динамические нагрузки и параметр шума.

Разработанными стандартами установлены величины допусков. Они имеют двенадцать ступенек точности. Любая из степеней зависит от скорости передаваемого вращения. Позволенные круговые скорости имеют следующие значения:

• до 6-й степени точности включительно скорость достигает 20 м/с;
• для 7-й степени такой параметр не должен быть больше 10 м/с;
• 8-я степень позволяет передачу на скоростях до семи метров/с;
• у девятой и выше скорости не должны быть больше 3 м/с.

Главные геометрические параметры

Построение кинематической схемы, технические свойства, способы обработки некоторых деталей данных механизмов задаются формой геометрии индивидуальных элементов. Ключевыми геометрическими параметрами, которые рассчитываются во время проектирования считаются:

• углы делительных конусов (каждого колеса или шестерёнки);
• диаметры всех компонентов (двоих валов, ведущих и ведомых шестерён);
• внешний окружной модуль шестерни;
• расстояние от вершины конуса до его создающей (именуется делительное расстояние);
• расстояние между осей;
• радиальный просвет используемых подшипников;
• делительный диаметр (он определяет величину зуба шестерёнки);
• диаметр углублений и верхней части зубьев.

Для комфорта выполнения расчетов и понимания механизма зацепления вводят 3 вида торцовых сечений. Это сечения во внешней, внутренней и средней части каждого зуба.

Уменьшение толщины зубьев в направлении к вершине приводит к созданию хорошего зацепления в период движения. Наклонный угол в направлении к вершине определяет параметры, задаваемые во время обработки.

Под линией зубьев знают пересекание 2-ух прямых. Одна основана поверхностью сбоку зуба, вторая считается краем делительной конусообразной поверхности.

Чтобы улучшить рабочие свойства — увеличения стойкости к износу, сопротивления при контакте, уменьшение заедания и лучшей передачи конусообразным зубчатым колёсам энергии вращения применяют метод выравнивания коэффициентов удельного скольжения.

Для этой цели колесо и шестерню пытаются сделать с схожими характеристиками смещения, но с различными знаками. К примеру, для шестерни задают параметр со знаком плюс, а для колеса со знаком минус.

Главные геометрические соотношения задаются на шаге разработки всего механизма конусообразной передачи качество передачи. Геометрические параметры рассчитываются на основании популярных соотношений.

Усилия в зацеплении

Обеспечение высокой надёжности работы, точности передачи крутящего момента выполняется благодаря профессиональному расчету показателей всех сил, которые оказывают влияние на механизм во время работы. Конусообразная зубчатая передача склонна действию одновременно нескольких сил.

Суммарный результирующий вектор всех сил складывается из некоторых составляющих.

Сила, обеспечивающая обычное зацепление зубьев именуется силой нормального давления.

Она складывается из трёх составляющих. Окружной силы, осевой и радиальной.

Величина каждой из составляющих вычисляется по традиционным физическим выражениям. Они приведены в справочниках по расчёту зубчатых передач. Каждое из расчетных выражений предусматривает специфику соединений, размеры механизма, параметры зацепления.

Для устранения эффекта заклинивания зубьев во время зацепления нужно произвести точную оценку величины силы направленной вдоль оси вала. Иная осевая сила направлена от вершины зуба, другими словами конуса до центра. Направление и частота вращения двоих типов колёс (ведущего и ведомого) определяет направление влияния называемых по другому окружных сил.

Вектор сил, имеющий радиальную тенденция, стремится к осям на которых вращаются колёса.

Плюсы и минусы

Использование этой кинематической схемы воочию показало наличие положительных качеств.

К хорошим моментам можно отнести:

• способность менять направление передаваемого движения;
• большая сфера использования;
• хорошо воплощена передача, переустройство, увеличение мощности вращательного движения между осями передачи раставленными под угол друг к другу;
• очень широкий диапазон задания углов передачи крутящего момента от ведущего элемента к ведомому;
• широкая вариативность при компоновке разрабатываемых зубчатых и комбинированных систем;
• высокие нагрузочные характеристики (такие устройства способны передавать мощность величиной до 5000 кВт);
• работа и обслуживание не вызывает сложностей;
• удаётся получить большой коэффициэнт полезного действия.

К минусам профессионалы причисляют:

• нагрузочная способность меньше, чем у цилиндрических конструкций (примерно она на 20 процентов ниже);
• низкая несущая способность (данный показатель ниже на 15 процентов);
• сложность и трудоёмкость в изготовлении колёс с заданными параметрами зубьев (количеством, величиной, наклонным углом);
• довольно большие требования к точности нарезания зубьев;
• появление очень высоких осевых и изгибных нагрузок на все валы (конкретно этот эффект встречается между валами, раставленными консольно);
• необходимость регулировки процесса передачи вращения;
• обладают большей массой, чем прочие зубчатые передачи;
• большие расходы на производство и обслуживание;
• появляются тяжело разрешимые проблемы во время проектирования и изготовлении систем с изменяемым передаточным числом;
• очень высокая общая конструкционную жесткость.

Использование механизма

Область использования аналогичных передач имеет смысл рассматривать по трём наименованиям: скоростные, силовые, приборные. Они все стали широко распространены в самых разнообразных промышленных отраслях. Зубчатые колёса отлично себя зарекомендовали при разработке очень сложных кинематических схем.

Скоростные передачи предназначаются для увеличения скорости передаваемого вращения. Они прекрасно используются в редукторах турбомашин, коробках изменения передач автомобилей (механических и автоматизированных).

От силовых передач требуется большое увеличение мощности передаваемого вращения. Они используются в крановых установках, прокатных станах, тяговых механизмах разного назначения. Подобные конструкции работают на малых скоростях. Из-за этого удаётся передавать большие крутящие моменты. Основным требованием, которое предъявляют к элементам систем такого типа – плотный контакт между зубьями входящими в зацепление.

В работе распространение получил класс гипоидных агрегатов. Их ставят в механизмы и оборудование которые, используются в общем автомобилестроении. К примеру, грузовых и легковых автомобилях (в качестве компонентов трансмиссии). Особенное место подобные системы занимают в вертолётостроении. Их используют на летательных аппаратах фактически всех конструкций. Этого получилось достичь благодаря использованию зубчатых колёс оборудованных круговыми зубьями. Увеличением наклонного угла зуба позволяет передаче работать более медленно. В данном случае удаётся освободится от рывков и проскальзываний. Самым эффективным считается угол т равный 35°. Такие колеса обладают очень высокой несущей способностью, надёжностью и долговечностью. Данные передачи работают медленно и фактически очень тихо. Они хорошо выполняют собственные функции, даже на больших скоростях. Эта способность воплощена благодаря многопарному зацеплению. Подобный механизм дает возможность уменьшить динамические нагрузки и устранить проскальзывание. Конструкции аналогичного вида широко используются в приводе несущих винтов вертолетов самых разных аэродинамических схем.

Приборные или отсчетные устройства используют в механизмах научно — изыскательных приборов, счетно-решающих устройствах, домашней технике. Ведущие и ведомые детали в данных устройствах делаются из цветных металлов или искусственных и материалов на основе полимера.

Ключевым условием к конусообразным системам в подобных агрегатах считается соблюдение высочайшей кинематической точности при изменении направления вращения.

В ней обязаны быть отлично согласованы наклонные углы ведущего и ведомого колеса, точно выверен поворотный угол.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.