Конические зубчатые передачи

Конические зубчатые передачи применяют при пересекающихся или скрещивающихся осях. Межосевой угол ∑ может изменяться в широком диапа­зоне значений (10° <∑ < 170°), но наибольшее распространение имеют ортогональные конические передачи с углом ∑= 90°.

Конические зубчатые передачи по сравнению с цилиндрическими имеют большую массу и габариты, сложнее в изготовлении, а также монтаже так как требуют точной фиксации осевого положения зубчатых колес.

Наибольшее распространение имеют конические передачи с прямы­ми и криволинейными зубьями; последние постепенно вытесняют переда­ли с тангенциальными зубьями. Конические зубча­тые колеса с криволинейными зубьями могут иметь круговую, эвольвентную и циклоидальную линию зубьев; наиболее распространенные колеса с круговыми зубьями.

Конические передачи с криволинейными зубьями по сравнению с прямозубыми имеют большую нагрузочную способность, работают более плавно и, следовательно, динамические нагрузки и шум при их работе меньше. Допуски для конических и гипоидных передач регламентированы стандартом, согласно которому установлено двенадцать степеней точности и соответствующие нормы точйости.

Предельные окружные скорости для конических прямозубых (непрямозубых) колес имеют следующие величины: при 6-й степени точно­ сти — до 12 (20) м/с, 7-й степени — до 8 (10) м/с, 8-й степени — до 4 (7) I м/с> 9-й — до 1,5 (3) м/с.

Расчет геометрии конических прямозубых передач регламентирован ГОСТом. На рис. 7.25 показаны основные геометрические параметры прямозубого цилиндрического колеса: R_e, R — внешнее и среднее конусное расстояние; b — ширина зубчатого венца; d, de — средний и внешний делительный диаметры; d_ae dfe — внешние диаметры вершин зубьев и

впадин; δ — угол делительного конуса; h_ae, hfe — внешняя высота делительнои головки и ножки зуба; Өа = Өf = Ө — угол делительной головки и ножки зуба.

Углы головки и ножки зуба сделаны одинаковыми для того, чтобы образующая конуса вершин зубьев одного колеса была параллельна обра­зующей конуса впадины второго колеса, в результате чего радиальный зазор по длине прямого зуба будет постоянным (поэтому на рис. 7.25 вершины конусов не совпадают).

Рисунок 7.25 - Основные геометрические параметры прямозубого цилиндрического колеса

По приведенным выше параметрам определяют остальные размеры колес и передачи, в частности:

угол конуса вершин зубьев

δ_а =δ+Ө;

угол конуса впадин δ_f =δ - Ө ;

межосевой угол передачи (рис. 7.25)

∑= δ₁ + δ₁.

У конических колес высота, толщина зубьев и окружной шаг по длине не зуба неодинаковы, поэтому различают два окружных модуля:

m — средний делительный окружной модуль, причем d = mz, где z – число зубьев колеса;

m_e — внешний делительный окружной модуль, причем d_e = m_ez.

Внешний и средний мо­дули пропорциональны со­ответствующим конусным расстояниям, поэтому

m_e=mR_e/R.

Для удобства измерений на чертежах задают внешние размеры зубьев и колес, а модуль m_e называют производственным, который можно (но не обязательно)

округлить до стандартного значения.

В передачах с криволинейными и тангенциальными зубьями сущест­вуют нормальные внешний и средний модули m_ne и m_n.

Профилирование зубьев конических колес с прямыми и тангенциальными, а также колес с круговыми зубьями ведется в соответствии со стандартами на соответствующие исходные контуры. Исходный контур для прямозубых конических колес аналогичен исходному контуру для Цилиндрических колес, за исключением радиального зазора с=0,2m_e; внешняя высота головок зубьев h_ae = m_е, внешняя высота но­жек h_fe = 1,2/m_e, а внешняя высота зуба h_a = 2,2m_e.

Внешний диаметр вершин зубьев равен

d_ae = d_e + 2h_ae cosδ = m_e(z + 2cosδ).

Очевидно, что при ∑ = 90°

R_e=

а также

R_e= R=R_e – b/2.

Углы делительных конусов ортогональных передач легко определя­ются в зависимости от числа зубьев ведущего и ведомого колес, а следо­вательно, от передаточного числа передачи:

tgδ₁ = d₁/d₂ = z₁/z₂ = 1/u или u = ctg δ₁, = tg δ₂.

Ширину зубчатого венца b по стандарту рекомендуется принимать

b ≤ 0,3R_e или b ≤ < 10 m_e ;

вычисленное значение округляется до целого числа, а при проектирова­нии стандартных редукторов значения b принимаются по стандарту. Кроме ширины венца b указанный стандарт на ортогональные кони­ческие передачи для редукторов устанавливает номинальные значения внешнего делительного диаметра колеса d_e2 (в основном определяющего габариты редуктора) и номинальные значения передаточных чисел и (от u = 1 до u = 6,3, см. табл. 7.5). В приложении к ГОСТу имеется таблица, в ко­торой для каждого стандартного значения передаточного числа и указаны взаимносогласованные значения d_e и b.

Для прямозубых конических передач рекомендуется и u ≤ 3, для пере­дач с криволинейными зубьями и ≤ 6,3; число зубьев меньшего колеса рекомендуется z₁ = 18...30.

Гипоидная и спироидная передачи. Зубчатые передачи со скрещивающимися осями — г и п е р б о л о и д н ы е, так как их начальные конические поверхности, строго говоря, являются частью гиперболоидов вра­щения. У гипоидной передачи шестерня обычно является коническим колесом с тангенциальными или круговыми зубьями; у спироидной пере­дачи коническая шестерня-червяк имеет винтовые зубья.

Достоинства гипоидных и спироидных передач заключаются в следующем: валы и их опоры для обоих колес могут быть выведены за пределы передачи в обоих направлениях что исключает консольные нагрузки на валы; передачи характеризуются высокой нагру­зочной способностью и плавностью работы.

Характерный недостаток гиперболоидных передач — повы­шенное скольжение активных поверхностей зубьев, вызванное смещени­ем осей колес, отсюда сравнительно невысокий КПД и склонность к за­еданию; такие передачи смазывают специальным противозадирным так называемым гипоидным маслом, содержащим специальные присадки.

Гипоидные передачи широко применяют в автомобилях, тракторах, тепловозах, металлорежущих станках и других машинах. Спироидные передачи вследствие сложности изготовления и низкого КПД распространения не получили.

Конструкция конических колес На рис. 7.27 показаны наибо­лее распространенная в конических редукторах конструкция колес (а) и вала-шестерни (б); насадные колеса небольшого диаметра делают моно­литной конструкции. Для экономии высококачественной стали применяют бандажированные конструкции колес, у которых зуб­чатый венец насаживается на колес­ный центр, изготовляемый из чугуна или стального литья.

Рисунок 7.27 - Конструкция элементов в конических редукторах (а) колес, (б) вала-шестерни

В единичном и мелкосерийном производстве колеса небольшого (до 150 мм) диаметра изготовляют из прутков, а большого диаметра из поковок; в круп­носерийном и массовом производстве заготовками стальных колес обычно яв­ляются штамповки. Чугунные колеса всегда изготовляют отливкой. Стальные колёса большого диаметра (более 500) отливают или делают сварными.