Передача с зацепленим м.Л. Новикова

В 1954 г. В СССР М.Л. Новиков разработал зубчатое зацепление с круговыми профилями зубьев. Эти передачи обладают повышенной нагрузочной способностью и получили широкое применение. В СССР они стандартизованы. Их изготовляют как передачи общего, так и специального назначения.

Зубья передач Новикова – косые с нормальным профилем, выполненные по дугам окружностей. Различают в основном два вида зубчатых передач Новикова: профиль зубьев шестерни – выпуклый, а колеса – вогнутый; профиль зубьев шестерни и колеса – выпукло-вогнутый.

Зубчатые передачи Новикова выполняют цилиндрическими или коническими. Наиболее распространены цилиндрические, их и рассмотрим.

В цилиндрической передаче Новикова линия зацепления расположена параллельно осям зубчатых колёс и поэтому контакт зубьев здесь перемещается не по профилю зубьев, как в эвольвентной передаче, вдоль зубьев. Так как скорость перемещения контактной площадки и угол давления остаются постоянными, то профиль зубьев шестерни и колеса могут быть выполнены по дугам окружностей с близкими радиусами кривизны.

Так как радиусы кривизны профилей зубьев шестерни и колеса близки, то после приработки зубья соприкасаются на всей высоте по линии. Таким образом, в этой передаче нагрузка распределяется на сравнительно большую площадку контакта. Соответственно допускаемая нагрузка по условиям контактной прочности зубьев для передач Новикова примерно в 1,5…1,7 раза больше, чем для эвольвентных передач.

Передача Новикова: профиль зуба шестерни – выпуклый,

колеса - вогнутый

Профиль зуба шестерни и колеса – выпукло-вогнутый;

дозаполюсная передача

Благодаря большой нагрузочной способности передачи Новикова по сравнению с передачами эвольвентного зацепления более компактны и допускают большее передаточное отношение, а благодаря толстой масляной плёнке между соприкасающимися зубьями (конструкция зубьев способствует образованию масляной плёнки значительно большей толщины, чем у эвольвентной передачи) уменьшается износ зубьев и повышается КПД передачи.

Недостаток передачи Новикова – высокие требования к точности изготовления передачи, валов, корпуса, опор и к точности монтажа. Это объясняется тем, что при перекосах колёс происходит значительное уменьшение контактной площадки, и вся нагрузка сосредотачивается на небольшом участке длины зубьев. Неправильное положение зубьев может также вызывать дополнительные динамические нагрузки. Передачи Новикова благодаря компактности и хорошей приработке нашли применение главным образом при передаче больших крутящих моментов при постоянных нагрузках.

В зубчатых передачах Новикова с выпуклым профилем зубьев одного зубчатого колеса и вогнутым профилем зубьев другого - одна линия зацепления (контакт сопряженных зубьев происходит теоретически в одной точке), а в передачах с выпукло-вогнутым профилем – две линии зацепления. Передачи с двумя линиями зацепления имеют большую контактную прочность, кроме того, зубья колеса и шестерни в этом случае можно нарезать одним инструментом.

При ведущем колесе с выпуклым профилем зубьев линия зацепления расположена параллельно полюсной линии и осям вращения ведущего зубчатого колеса. Такая передача называется заполюсной.

При ведущем колесе с вогнутым профилем зубьев линия зацепления располагается до полюса зацепления по направлению вращения ведущего зубчатого колеса. Эта передача называется дополюсной.

В передаче с двумя линиями зацепления одна линия зацепления располагается до, а вторая – за полюсом. Эта передача называется дозаполюсной. Очевидно, что нагрузочная способность передачи с двумя линиями зацепления больше, чем с одной. Поэтому дозаполюсное зацепление предпочтительнее.

Основные геометрические параметры. Для цилиндрических передач Новикова модули стандартизованы ГОСТ 14186-69.

Колёса передачи нарезают обычно без смещения. Для дозаполюсного зацепления:

;

Обозначения те же, что и для эвольвентных передач:  = 10 …22,

h_a* = 0,9; С* = 0,15.

Материалы. Для передач Новикова применяют те же материалы, что и для эвольвентных. Наиболее распространены материалы с твёрдостью рабочих поверхностей НВ  350. применение материалов с высокой твёрдостью здесь менее эффективно, чем в эвольвентных передачах. Уменьшая способность колёс к приработке, эти материалы не приводят к существенному повышению нагрузочной способности передачи.

Расчёт на прочность. Основным критерием работоспособности и расчёта передач Новикова. Как и у эвольвентных передач, является прочность по контактным и изгибным напряжениям.

Условия контакта зубьев в передачах Новикова существенно отличаются от условий контакта по Герцу (малая разность r₁ и r₂, большие ₁ и ₂). Размеры площадок контакта здесь соизмеримы с размерами зубьев, а контактные напряжения приближаются к напряжениям смятия. Поэтому расчёт передач Новикова по контактным напряжениям, определяемым зависимостями Герца, применяют условно.

Основные расчётные зависимости для передач цилиндрических дозаполюсного зацепления по ГОСТ 15023-76*

по контактным напряжениям _Н

;

по напряжениям изгиба

,

где: d₁, E_np, T₁, z₁, u, K_HV, K_FV, m_n, _, , _H, _F - то же, что и для эвольвентных передач;

_’ – ближайшее число в значении _ - осевого коэффициента перекрытия (например, при _ = 1,3 _’ = 1) определяется по графикам;

К_В, К_И – коэффициенты, зависящие от угла  (лпределяются по графикам);

 - коэффициент, зависящий от _ = _ - _’ (определяется по графикам);

Y_F – коэффициент формы зуба, определяемый в зависимости от эквивалентного числа зубьев z_v по таблицам. Эквивалентное число зубьев определяется по формуле

Допускаемые напряжения, контактное _H и изгибное _F, определяются таким же образом, как для зубчатых эвольвентных передач.

ПЛАНЕТАРНЫЕ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Характеристика и применение

Планетарными называют передачи, содержащие зубчатые колёса с перемещающимися осями. На рисунке показана такая передача. Она состоит из центрального колеса «а» с наружными зубьями, центрального колеса «в» с внутренними зубьями, водила «h» и сателлитов «g». Сателлиты вращаются вокруг своих осей и вместе с осью вокруг центрального колеса «а», то есть совершают движение, подобное движению планет. Отсюда название - планетарные передачи.

При неподвижном колесе «в» (рис. б) движение может передаваться от «а» к «h» или от «h» к «а»; при неподвижном водиле «h» - от «а» к «в» или от «в» к «а». при всех свободных звеньях одно движение можно раскладывать на два или два объединять в одно. Например, от «в» к «а» и «», от «а» и «» к «в» и тому подобное. Это уже дифференциальная передача.

Широкие кинематические возможности планетарной передачи являются одним из основных её достоинств и позволяют использовать передачу как редуктор с i = const; как коробку скоростей, глее I изменяют путём поочерёдного торможения различных звеньев; как дифференциальный механизм.

Вторым достоинством планетарных передач является компактность и малая масса. Переход от простых передач к планетарным позволяет по многих случаях снизить массу в 2…4 раза. Это объясняется следующим: мощность передаётся по нескольким потокам (равно числу сателлитов). При этом нагрузка на зубья в каждом зацеплении уменьшается в несколько раз; внутреннее зацепление обладает повышенной нагрузочной способностью; планетарный принцип позволяет получить большие передаточные отношения (до 1000 раз и более) без применения многоступенчатых передач; малая нагрузка на опоры, так как при симметричном расположении сателлитов силы в передаче взаимно уравновешиваются.

Недостатки планетарных передач: повышенные требования к точности изготовления и монтажа.

Силы в зацеплении

Из рисунка видно, что по условиям равновесия сателлита

; ; .

Здесь С – число сателлитов;

К_с – коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки между сателлитами.

Радиальные Fr и осевые Fa нагрузки при известной окружной силе определяются так же, как простых передачах.

К_с = 1,2…2 – при отсутствии компенсирующих устройств;

К_с = 1,1 …1,2 при С = 3 и самоустанавливающимся колесе (одно из центральных колёс).