Назначение, применение и особенности вал-шестерни

Стальные зубчатые колеса

Зубчатые колеса диаметром до 150 мм в единичном и мелкосерийном производстве обычно изготовляют из круглого проката; в средне-, крупносерийном и массовом производстве предпочтительнее применять кованые или штампованные заготовки, имеющие более высокие механические характеристики.

Шестерни изготовляют за одно целое с валом (вал-шестерня) (рис. 1, а, б) или делают съемными, если расстояние χ от впадины зуба до шпоночного паза (рис. 2) больше 2,5 mn для цилиндрических шестерен и 1,8 me для конических. В случае цельной конструкции увеличивается жесткость вала и уменьшается общая стоимость вала и шестерни. Разъемная конструкция позволяет выполнить шестерню и вал из разных материалов, а при поломке одной детали вторую оставить без замены. На рис. 1, а показана конструкция вала-шестерни, когда диаметр впадин зубьев df1 превышает диаметр вала dб.п. (диаметр буртика подшипника), что обеспечивает свободный выход инструмента при нарезании зубьев. При df1< dб.п. (рис. 1, б) выход фрезы lвых определяют прочерчиванием по ее наружному диаметру Dф, который принимают по табл. 1 в зависимости от mn и степени точности передачи.

Цилиндрические зубчатые колеса диаметром до 400… 500 мм (в отдельных случаях до 600 мм) можно выполнять коваными, штампованными, литыми или сварными.

Конструктивные элементы зубчатых колес показаны на рис. 3.

Типовые конструкции зубчатых колес и основные соотношения их элементов даны на рис. 4—8. Кованые заготовки для зубчатых колес применяют при наружном диаметре колеса 4,df< 200 мм или при нешироких колесах ba< 0,2) диаметром da до 400 мм. Операция штамповки отличается высокой производительностью и максимально приближает форму заготовки к форме готового колеса. Для облегчения заполнения металлом и освобождения от заготовки штамп, а следовательно, и заготовка должны иметь радиусы закруглений r ≥ 5 мм и штамповочные уклоны γ ≥ 5° (рис. 4). Внутреннюю поверхность обода, наружную поверхность ступицы и поверхности диска штампованных колес обычно не обрабатывают. Конструкция литого колеса дана на рис. 5.

Таблица 1. Значения диаметра фрезы Dф, мм
Номинальный модуль mn, мм
2…2,25 2,25…2,75 3…3,75 4…4,5 5…5,5 6…7

konstryirovanie_zybchatuh_koles_1.png

Рис. 1. Конструкция вала — шестерни

konstryirovanie_zybchatuh_koles_2.png

Рис. 2. Элемент шестерни при шпоночном соединении

Рис. 4. Цилиндрические зубчатые колеса при da≤ 500мм: а —штампованное; б— кованое; dст= 1,6dв; lст≥ bпри соблюдении условияlст= (0,8…1,5)dв; δ o= 2,5mn+2 , но не менее 8…10 мм; n = 0,5mn для обода, n для ступицы в зависимости от диаметра dв; Dотв= 0,5(Do+dст); dотв= 15…25 мм; c = (0,2…0,3)b для штампованных и c = (0,2…0,3)b для кованых колес

Рис. 5. Литое цилиндрическое зубчатое колесо при da= 400…1000 мм: b ≤ 200 ммdст= 1,6dв — для стального литья; dст= 1,8dв для чугунного литья; lст≥ b при соблюдении условия lст= (0,8…1,5)dв; δ o= 2,5mn+ 2 ≥ 8 мм;n = 0,5mn для обода n для ступицы; c = H/5, но не менее 10 мм;S = H/5, но не менее 10 мм; e = 0,8δ o; H= 0,8dв; H1= 0,8H; R — вписанная дуга окружности

</strong>

Рис. 6. Бандажированное зубчатое колесо при dв свыше 600 мм: dст= 1,6dв — для стального литья; dст= 1,8dв – для чугунного;lст≥ b при соблюдении условия lст= (0,8…1,5)dв; c = 0,15b; δ o= 4mn, но не менее 15 мм; t = δ o; e = 0,8δ o; d1= (0,05…0,1)dв; l1= 3d1;b ≥ 300 мм

</strong>

Рис. 7. Сварное зубчатое колесо:lст= (0,8…1,5)dв≥ b; dст= 1,6dв; δ o= 2,5mn, но не менее 8 мм;s = 0,8c ; Dотв= 0,5 (Do+ dст); dотв= 15…20 мм. Катеты швов: Ka= 0,5dв; Kь= 0,1dв но не менее 4 мм. Ребра приваривают швом Kб

</strong>

Рис. 8. Шевронное зубчатое колесо с канавкой посередине:lст= b + a; c = (0,3…0,35)(b + a); δ o= 4mn+ 2; h = 2,5mn; a — в зависимости от модуля. Остальные размеры см. рис. 4, 5

</strong></p>

Размеры ступицы выбирают по рекомендациям, приведенным под рисунками. Длину ступицы lст по возможности принимают равной ширине венца колеса b, что обеспечивает наименьшую ширину редуктора. Отношение длины ступицы к диаметру вала должно быть не меньше 0,5. При отношении меньше 0,8 на валу предусматривают буртик, исключающий торцевое биение колеса, к которому будет прижиматься торец ступицы колеса. Если по условиям расчета (см. расчет шпоночного и шлицевого соединений) lст&gt b, то ступицу желательно сместить по оси колеса до совпадения одного ее торца с торцом венца (см. рис. 3, а), что дает возможность нарезать зубья сразу на двух колесах. Реже (для одноступенчатых редукторов) колеса изготовляют со ступицей, выступающей в обе стороны относительно венца (рис. 3, в), при этом зубья можно нарезать только на одном колесе. При одинаковой длине ступицы и ширине венца можно одновременно нарезать зубья на нескольких колесах.

С целью экономии материала, при больших диаметрах колес, для соединения ступицы с венцом колеса вместо сплошного диска применяют спицы. Зубчатые колеса большого диаметра (при внешнем диаметре da≥ 600 мм) иногда делают бандажированными (рис. 6): венец — стальной кованый (бандаж), а колесный центр — из стального или чугунного литья. Венец сопрягается с колесным центром посадкой с гарантированным натягом. Для большей надежности в плоскости соединения венца с центром ставят винты; соединения проверяют на смятие по материалу колесного центра: при стальном колесном центре [σ] см≥ 0,3σ т, при чугунном [σ] см≥ 0,4σ в.и, где σ т — предел текучести; σ в.и — предел прочности чугуна на изгиб.

При индивидуальном изготовлении колёса иногда делают сварными (рис. 7). При диаметре da≥ 1500 мм для удобства сборки зубчатые колеса делают разъемными — из двух половин.

На торцах зубьев и обода выполняют фаски n = 0,5mn, размер которых округляют до стандартного значения 1; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5.

Острые кромки на торцах ступицы притупляют фасками n x 45, размер которых принимают в зависимости от диаметра вала d:

Продолжение

Шевронные зубчатые колеса (рис. 8) отличаются от других цилиндрических колес большей шириной. Наиболее часто шевронные колеса изготовляют с канавкой посередине, предназначенной для выхода червячной фрезы, нарезающей зубья. При известных размерах фрезы ширину канавки a определяют прочерчиванием. Приближенно размер а можно определить в зависимости от модуля m:

Остальные конструктивные элементы шевронных колес принимают по соотношениям, указанным под рис. 8.

Конические зубчатые колеса изготовляют коваными, штампованными, литыми или из круглого проката (рис. 9—11).

Конические колеса с внешним диаметром вершин зубьев dae< 120 мм конструируют, как показано на рис. 9. В том случае, когда угол делительного конуса σ < 30 °, колесо выполняют по рис. 9, а, при σ < 45 ° — по рис. 9, б. Если 30° ≤ σ ≤ 45° , можно использовать обе формы. Штампованные колеса (рис. 10, а) применяют в серийном производстве. При внешнем диаметре вершин dae≥ 300 мм используют также литые конические колеса с ребрами жесткости.

Ступицу в зубчатых конических колесах необходимо располагать так, чтобы при закреплении колеса на оправке для нарезания зубьев обеспечивался зазор а> 0,5 mte для свободного выхода инструмента, где т,е внешний окружной модуль (рис. 11).

Рис. 9. Конические зубчатые колеса при dae< 120 мм:a — при δ < 30° ; б— при 5 >45°; диаметр ступицы dст= 1,6dв; lст= (0,9…1,2)dв;δ o= 2,5mn+ 2, но не менее 10 мм; n = 0,5mn

</strong>

Рис. 10. Конические зубчатые колеса при dae до 500 мм: а — штампованное; б — кованое dст= 1,6dв; lст= (0,9…1,2)dв., но не менее 10 мм; c = (0,1…0,17)Re; n = 0,5mn; размеры Dотв и dотв определяют конструктивно

</strong>

Рис. 11. Крепление конического колеса при нарезании зубьев

Рис. 12. Зубчатое колесо из пластмассы со стальной втулкой (ступицей), установленной при формовании колес

Рис. 13.13. Зубчатое колесо (шестерня) из пластмассы со стальной сборной ступицей

</strong></p>

В дисках цилиндрических и конических зубчатых колес предусматривают отверстия диаметром dотв, используемые для закрепления при обработке на станках и при транспортировке. При больших размерах отверстий они служат для уменьшения массы колес, а в литых колесах также для выхода литейных газов при отливке.

Расчет параметров колеса и шестерни косозубой передачи.

Переходим к примеру с косозубой передачей и повторяем все действия, которые мы делали в предыдущем разделе.

Измерить угол наклона зубьев с необходимой точностью при помощи угломера или транспортира практически очень сложно. Я обычно прокатывал колесо и шестерню по листу бумаги и затем по отпечаткам транспортиром делительной головки кульмана производил предварительные измерения с точностью в градус или больше… В представленном ниже примере я намерил: βa1=19° и βa2=17,5°.

Еще раз обращаю внимание, что углы наклона зубьев на цилиндре вершин βa1 и βa2 – это не угол β, участвующий во всех основных расчетах передачи!!! Угол β – это угол наклона зубьев на цилиндре делительного диаметра (для передачи без смещения).

modul-zubchatogo-kolesa-2a.jpg

Ввиду малости значений рассчитанных коэффициентов смещения уместно предположить, что передача была выполнена без смещения производящих контуров шестерни и зубчатого колеса.

Воспользуемся сервисом Excel «Подбор параметра». Подробно и с картинками об этом сервисе я в свое время написал здесь.

Выбираем в главном меню Excel «Сервис» — «Подбор параметра» и в выпавшем окне заполняем:

Установить в ячейке: $D$33

Изменяя значение ячейки: $D$22

И нажимаем OK.

Получаем результат β=17,1462°, xΣ(d)=0,x1=0,003≈0,x2=-0,003≈0!

modul-zubchatogo-kolesa-2b.jpg

Передача, скорее всего, была выполнена без смещения, модуль зубчатого колеса и шестерни, а также угол наклона зубьев мы определили, можно делать чертежи!

Расчет зубчатого колеса

Он всегда ведется в составе расчета конкретной зубчатой передачи. Исходными данными для него обычно являются мощность (или крутящий момент), угловые скорости (или скорость одного вала и передаточное число), условия работы (характер нагрузки) и срок службы передачи.

Дальнейший порядок относится к закрытой цилиндрической прямозубой передаче.

1. Определение передаточного числа u.

2. Выбор материалов колес в зависимости от условий работы, назначение термообработки и значения твердости рабочих поверхностей зубьев.

3. Расчет зубьев передачи на изгиб.

4. Расчет зубьев передачи на контактную прочность (прочности контактирующих поверхностей зубьев).

5. Определение межосевого расстояния aW из условия контактной прочности и округление его значения до стандартного.

6. Задание модуля из соотношения m = (0,01 – 0,02) х aW и округление его значения до ближайшего стандартного. При этом в силовых передачах желательно иметь m ≥1,5 – 2 мм.

7. Определение суммарного числа зубьев передачи, числа зубьев шестерни и колеса.

8. Выбор коэффициентов формы зубьев для шестерни и колеса.

9. Проверка прочности зубьев по напряжениям изгиба.

10. Проведение геометрического расчета передачи.

11. Определение окружной скорости колеса и назначение соответствующей точности зацепления.

Расчет зубчатого колеса в составе открытой зубчатой передачи несколько отличается от приведенного, но в основном последовательность его такая же.

См. также[править | править код]

Что представляет собой шестерня

Шестерня – это небольшое колесико с зубьями, которое крепится к специальной вращающейся оси. Поверхность у шестеренки в данном случае может быть как конической, так и цилиндрической.

vises.jpg

Шестеренчатые передачи также имеют свою классификацию:

  1. Прямозубые. Наиболее распространенный вид шестеренок, у которых зубья зачастую располагаются в радиальных плоскостях.
  2. Скошенные. По-другому этот тип называется еще косозубым, а его использование в ходу у бензо- и электрических инструментов. По отношению к вращающейся оси они находятся под определенным углом.
  3. Червячные. Их еще называют спиральными шестернями, которые используются преимущественно для рулевого управления автомобилем.
  4. Винтовые. Они имеют зачастую форму цилиндра, а также расположены по всей линии винта. Располагаются такие шестеренки на валах, которые расположены перпендикулярно к вращающейся оси.

Данные разновидности являются наиболее распространенными, однако далеко не единственными, поэтому используемый вид напрямую соотносится с тем, какую функцию он должен будет выполнять.

При этом каждая шестеренка имеет определенное количество зубьев, что определяется ее назначением. Разница между количеством используемых зубьев необходима, поскольку благодаря этому фактору появляется возможность регулировать обороты вала и крутящийся момент. Шестеренки также разделяются на ведущие и ведомые. Ведущей называется та шестерня, к которой вращательный момент подводится снаружи, а ведомой – та, с которой она снимается.

</strong></p></strong></table></strong></p></strong></p></strong></p></table>

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий