Детали машин и основы конструирования

Передачи коническими зубчатыми колесами.

Общие сведения и характеристика. Материалы, применяемые для изготовления зубчатых колес.

Конические колеса применяют в передачах, оси которых расположены под углом. Чаще применяют передачи:

 


Передачи применяют редко из-за сложности форм и технологии изготовления корпусных деталей, несущих эти передачи, хотя для изготовления самих колес межосевой угол безразличен.

Конические колеса сложнее цилиндрических в изготовлении и монтаже. Для нарезания колес требуются специальные станки и инструменты. Кроме допусков на размеры зацепления здесь необходимо выдержать допуски на углы δ1 и δ2 и δΣ, а при монтаже – обеспечить совпадение вершин конусов.

Пересечение оси валов затрудняет размещение опор. Одно из колес, как правило, располагается консольно. Это повышает неравномерность распределения нагрузки по длине зубьев.

В коническом зацеплении действуют осевые силы, наличие которых усложняет конструкцию опор. Все это приводит к тому, что по опытным данным нагрузочная способность конической передачи составляет 0,85, по сравнению с эквивалентной цилиндрической.

Конические колеса выполняют с прямыми, косыми (тангенциальными), круговыми и др. зубьями.

Прямозубые колеса применяют при υ2…3 м/с (υmax=8 м/с), как наиболее простые в монтаже.

β = 20…300 – для косозубых ; β = 350 – для силовых передач; β = 0, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 400 – выбирают из этого ряда.

Тангенциальные зубья (рис 1) направлены по касательной к некоторой воображаемой окружности r = e и составляют с образующей конуса угол β. Станки для нарезания этих колес имеют малое распространение, и производительность их низка по сравнению со станками для получения колес с криволинейными зубьями. Поэтому область применения этих колес ограничена. Чаще применяют колеса с круговыми зубьями (рис 2). Они допускают работу при более высоких скоростях и менее чувствительны к нарушению точности взаимного положения валов. Их изготовление проще и производится на специальных станках для нарезания и шлифования этих колес в условиях как массового, так и мелкосерийного производства.

Зубья конических колес по признаку изменения размеров сечений по длине выполняют в трех формах:

Форма 1 (рис а) – нормально понижающиеся зубья. Вершины начального и внутреннего конусов совпадают. Эта форма является основной для прямозубых и косозубых колес. Ее применяют также для колес с круговыми зубьями при

,

где zc – число зубьев плоского производящего инструментального колеса ортогональной передачи (оси колес под углом равным 900).

Форма 2 (рис б). Вершина внутреннего конуса располагается так, что ширина дна впадины постоянна, толщина зуба по начальному контуру растет пропорционально расстоянию от вершины зуба, а вершина конуса впадин не совпадает с вершиной начального конуса. Эта форма используется для круговых зубьев при   с любым углом наклона. Возможность варьирования углом ножки при заданных δ, d и z позволяют получить пятно контакта более благоприятной формы. Это является одним из преимуществ формы 2.

Формы 1 и 2 могут быть выполнены с переменным и постоянным радиальным зазором по ширине зубчатого венца. Последнее обеспечивает понижение вероятности к заеданию передач.

Форма 3 – равновысокие зубья (рис в). Образующие начального и внутреннего конусов параллельны. Эту форму применяют для круговых зубьев при . Имеют ограниченное применение.

Материалы, применяемые для изготовления зубчатых колес.

Практикой эксплуатации и специальными исследованиями установлено, что нагрузка, допускаемая по контактной прочности зубьев, определяется в основном твердостью материала. Наибольшую твердость, а следовательно, и наименьшие габариты и массу передачи можно получить при изготовлении зубчатых колес из стали, подвергнутых термообработке.

1) Сталь в настоящее время – основной материал для изготовления зубчатых колес.

Выбирают марку:

, где: q – нагрузка (несущая нагрузка) на единицу длины зуба; μ – коэффициент Пуассона; Епр – приведенный модуль упругости; ρпр – радиус кривизны в зоне контакта.

,

σн – несущая способность.

Малое увеличение НВ ведет к большому увеличению [σн].

В зависимости от НВ или т/о, стальные колеса делят на группы:

с НВ350 – нормализованные и улучшенные колеса

с НВ350 – закаленные, цементованные, азотируемые, нитро-цементированные зубчатые колеса.

Виды т/о:

Объемная закалка: 40Х, 40ХН, 40ХНМА и др.; HRC 45…55

Поверхностная закалка: среднеуглеродистые стали 45,40ХН, 50 и др.; HRC50…55; применяется при m5 мм по контуру, при m3 мм (в кольцевом редукторе).

Цементация: от 0,12 – 0,3%С: 15Х, 20Х, 12ХН3, 15ХФ, 18ХГТ, 18ХНВА, 20Х2Н4А и др.; HRC 58…63

Азотирование: 38ХМЮА, 38ХВФЮА, 35ХЮА и др.; HRC 56…70; hслоя=0,3…0,5 мм.

Газовая нитроцементация – быстропроизводящий процесс; hслоя=1,0…1,2 мм; HRC 56…63. При этой т/о колеса имеют меньшую степень коробления. Рекомендуемые стали: 25ХГТ, 25ХГМ.

Улучшение: среднеуглеродистые стали 40, 45ХМ, 35ХМ, сталь 50 и др.; применяют в малонагруженных механизмах, при отсутствии жестких требований к габаритам.

Нормализация: нормализованные колеса применяют во вспомогательных механизмах (ручных).

Стальное литье (для крупногабаритных колес, их подвергают нормализации): сталь 35Л – 50Л, низколегированные, например, марганцовистые стали.

Чугун применяют главным образом для изготовления крупногабаритных, тихоходных колес и колес открытых зубчатых передач. Основной недостаток чугуна – пониженная прочность по напряжению изгиба. Однако чугун хорошо противостоит усталостному выкрашиванию и заеданию в условиях скудной смазки. Он не дорог и обладает хорошими литейными свойствами, хорошо обрабатывается.

Применяют высокопрочные, серые и модифицированные чугуны: от СЧ20 до СЧ35; ВЧ40 – ВЧ50.

Пластмассы: текстолит (Е = 6000…8000 МПа), лигнофоль (Е = 10000…12000 МПа), полиамид типа капрона. Из-за сравнительно низкой нагрузочной способности пластмассовых колес их целесообразно применять в малонагруженных и кинематических передачах. В силовых передачах – обеспечение бесшумности работы. Пластмассовые колеса целесообразно применять и в тех случаях, когда трудно обеспечить точное расположение валов (нет общего жесткого корпуса). Эти колеса менее чувствительны к неточностям сборки и изготовления благодаря малой жесткости материала.

Детали машин и основы конструирования