13 Особенности расчета открытых конических зубчатых передач

Открытые конические передачи выполняют только прямозубыми и применяют при окружных скоростях < 2 м/с. Степень точности их изготовления по нормам плавности обычно 9-я (по ГОСТ 1758-81).

Основные размеры передачи (,,) определяют из расчета на контактную прочность. При расчете принимают допускаемые напряжения:

и .

Коэффициенты иустанавливают по табл. 8.1. Коэффициенты концентрации нагрузки принимают равными единице:== 1.

Учитывая повышенное изнашивание зубьев открытых передач, окружной модуль принимают в 1,5...2 раза большим, чем для закрытых передач тех же размеров.

14 Проектирование зубчатых колес

Основные параметры зубчатых колес (диаметры, ширина зубчатого венца, модуль, число зубьев и пр.) определены при проектировании передач. Конструкция колес зависит главным образом от проектных размеров, материала, способа получения заготовки и масштаба производства.

14.1 Конструкция цилиндрических зубчатых колес наружного зацепления

Конструкция зубчатых колес представлена на рис. 14.1. Зубчатые колеса состоят из обода, диска и ступицы.

	а	б
Рис. 14.1. Конструкция зубчатого колеса

Диаметр окружности выступов и ширина зубчатого венца– определяются при проектировочном расчете.

Толщину обода S для всех типов колес, кроме бандажированных, можно принять:

.

На торцах зубчатого венца (зубьях и углах обода) выполняют фаски (рис. 14.2):

,

которые округляют до стандартного значения по тому же ряду, что и (см. табл. 14.1).

На всех прямозубых зубчатых колесах фаску выполняют под углом 45 (рис. 14.2а). На косозубых и шевронных колесах при твердости менее 350 HB фаску выполняют под углом 45 (рис. 14.2а), при более высокой твердости – под углом 15…20 (рис. 14.2б).

	а	б
Рис. 14.2. Конструкция фаски на торцах зубчатого венца

Далее на рисунках изображены только фаски по углом 45.

Диаметр ступицы наружный (см. рис. 14.1):

–для стальной ступицы при шпоночном соединении и посадке с натягом;

–для стальной ступицы при шлицевом соединении;

–для ступицы из чугуна.

Примечание: Диаметр вала определяется после расчета валов.

Длина ступицы :

–меньшие значения при посадке на вал с натягом, большие – при переходной посадке;

–оптимальное значение;

Окончательно принимается после расчета соединения вал–ступица.

Зубчатые колеса для редукторов чаще всего имеют симметрично расположенную ступицу.

Острые кромки на торцах ступицы притупляют фасками , размеры которых принимают по таблице 14.1.

Таблица 14.1

Рекомендуемое значение фасок

	20…30	30…40	40…50	50…80	80…120	120…150	150…250	250…500
	1,0	1,2	1,6	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0

Такие же по величине фаски можно применить и для притупления внутренней кромки обода.

Зубчатые колеса небольшого диаметра (до 150 мм) имеют простую форму. Заготовку получают из проката (рис. 14.3а и рис. 14.4а) или свободной ковкой (рис. 14.3б и рис. 14.4б). Применяются как при серийном, так при единичном производстве.

Такую конструкцию можно применять, если толщина обода в месте, ослабленном шпоночным пазом, будет не менее 2,5m, в противном случае зубчатое колесо надо изготавливать заодно с валом (см. п. 14.2, «Конструкция вал-шестерней»).

	а	б
Рис. 14.3. Конструкция зубчатых колес небольшого диаметра

Чтобы уменьшить объем точной обработки резанием на дисках колес выполняют выточки (для колес > 80 мм) (рис. 14.4). Эту же конструкцию колес можно применять для колес большего диаметра (до 500 мм) в единичном производстве, если нет жестких требований к массе.

	а	б
Рис.14.4. Конструкция зубчатых колес небольшого диаметра

Кованные колеса – колеса большего диаметра (до 500 мм) в единичном и мелкосерийном производстве получают из проката свободной ковкой с последующей токарной обработкой.

Рис.14.5. Конструкция кованных зубчатых колес

Толщина диска . Для уменьшения массы в технически оправданных случаях можно принимать , а в диске выполнить 4…6 отверстий большого диаметра.

Радиусы закруглений .

Штампованные колеса – при серийном производстве заготовки колес диаметром до 500 мм получают из круглого проката ковкой в штампах. При годовом объеме выпуска до 100 шт. экономически оправдана ковка в простейших односторонних подкладных штампах (рис. 14.6). Для свободной выемки заготовок из штампа принимают значения штамповочных уклонов и радиусов закругленийR  6 мм.

Толщина диска .

Рис. 14.6. Конструкция штампованных зубчатых колес

При годовом объеме выпуска более 100 шт. применяют двусторонние штампы (рис. 14.7).

Рис. 14.7. Конструкция штампованных зубчатых колес

Для уменьшения влияния объемной термообработки на точность геометрической формы зубчатые колеса могут быть сделаны массивными (рис. 14.8): .

Рис.14.8. Конструкция штампованных зубчатых колес

Цельнолитые колеса – применяются в серийном производстве, как наименее трудоемкие, для изготовления колес диаметром свыше 500 мм. По своей несущей способности они уступают колесам с кованным или прокатанным ободом. До диаметра 900 мм их преимущественно выполняют однодисковыми (рис. 14.9а), а при больших диаметрах и ширине – подкрепляется ребрами (рис. 14.9б) или выполняются двухдисковыми (рис. 14.9в).

а	б	в
Рис. 14.9. Конструкция литых зубчатых колес

Спицы могут иметь крестовидное, тавровое, двутавровое, овальное или другой формы сечения. Размеры сечения спиц у ступицы определяются из условного их расчета на изгиб. Поскольку жесткость обода невелика, распределение нагрузки между спицами очень неравномерное. Если окружное усилие на колесе , то условно полагают, что нагрузка, приходящаяся на наиболее нагруженную спицу:

,

где T – вращающий момент на колесе;

d – делительный диаметр колеса;

–количество спиц.

Тогда условие прочности спиц:

где – осевой момент сопротивления сечения спицы.

Для свободной выемки заготовок из формы принимают значения литьевых уклонов и радиусов закругленийR  10 мм.

Бандажированные колеса (рис. 14.10) – обеспечивают экономию качественной стали, но более дороги в изготовлении. Бандаж куют или прокатывают, на диск сажают с натягом, для гарантии от проворачивания ставят установочные винты в качестве цилиндрических шпонок.

Толщина бандажа: .

Толщина обода: .

Диск делается литым, кованным или штампованным и имеет конструкцию, аналогичную описанным выше литым, кованным и штампованным колесам.

Рис. 14.10. Конструкция сборных зубчатых колес

Болтовые конструкции (рис. 14.11) на призонных болтах имеют такую же несущую способность, что и бандажированные, но легче по массе.

Рис. 14.11. Конструкция сборных зубчатых колес

Сварные колеса (рис. 14.12) – применяют в индивидуальном производстве.

Рис. 14.12. Конструкция сварных зубчатых колес

Во избежание биения и вибрации во время работы для зубчатых колес проводят балансировку, высверливая на торце обода отверстия, если их частота вращения превышает 1000 об/мин.