Общие сведения и классификация зубчатых механизмов

Механизмы с низшими парами (рычажные механизмы), синтез которых был рассмотрен в предыдущих главах, обеспечивают передачу значительных сил, так как звенья пары соприкасаются по поверхности. Но условие постоянного со­прикасания по поверхности ограничивает число возможных видов низших пар. В механизмах применяется всего шесть видов низших пар: враща­тельная, поступательная, винтовая, ци­линдрическая, сферическая и плоскостная. Поэтому многие практически важные за­коны преобразования движения звеньев не могут быть получены посредством ме­ханизмов, имеющих только низшие пары. Значительно большие возможности для воспроизведения почти любого закона движения имеют механизмы, содержащие высшие пары, так как условия касания взаимодействующих поверхностей звень­ев высшей пары по линиям и точкам мо­гут быть выполнены для бесчисленного множества различных поверхностей (рис.6.1).

Рис. 6.1

Взаимодействующие поверхности звеньев высшей пары, обеспе­чивающие заданный закон их относительного движения, называ­ются сопряженными поверхностями. При воспроизве­дении возвратного движения можно иметь одну пару сопряженных поверхностей (например, в кулачковых механизмах). Если же тре­буется воспроизвести непрерывное движение в одном направлении, то надо иметь несколько последовательно взаимодействующих пар сопряженных поверхностей, которые располагаются на выступах, называемых зубьями.

Высшая кинематическая пара, образуемая последовательно взаимодействующими поверхностями зубьев, называется зубчатым зацеплением. Термин «зацепление» (без прибавления слова «зубчатое») можно отнести и к одной паре сопряженных по­верхностей. Тогда он является синонимом термина «высшая пара».

Рис.6.2

Зубчатые передачи - наиболее распространенные передачи в приводах машин и приборов. Их используют для передачи движения в широкомдиапазоне мощностей (до 300 МВт) и скоростей (до 200 м/с). Они обладает рядом существенных достоинств: имеют относительно малые габариты, в любой момент передаточное отношение поддерживается постоянным (круглые колеса)или изменяется по заданному закону (некруглые колеса), КПД зубчатых передач достаточно высок (до 0,97 - 0,99 для одной пари сопряженных колес - одной ступени передачи). Они обладают высокой надёжностью.

Недостатки зубчатых передач обусловлены сравнительно сложной тех­нологией изготовления зубчатых колес, появлением шума при работе передачи на высоких скоростях.

Классификация зубчатых передач производится по геометрическим и функциональным признакам.

По взаимному расположению геометрических осей зубчатые передачи разделяютсяна передачи с:

- параллельными осями (цилиндрические рис.6.2 а, б, в, д);

- пересекающимися осями (конические, рис. 6.3);

Рис.6.3

- со скрещивающимися в пространстве осями (гиперболоидные: червячные (рис.6.5), винтовые (рис.6.2г), гипоидные (рис.6.4).

Рис.6.4 Рис.6.5

В зависимости от расположения зубьев относительно образующей тела заготовки зубчатые передачи подразделяются на:

- прямозубые (цилиндрические (рис.6.2а, д) и конические (рис.4.3а)):

- косозубые (рис.6.2б);

- шевронные (только цилиндрические рис.6.2в);

- с криволинейным зубом (рис.6.2г, 6.3б, 6.4, 6.5).

Зацепление зубчатых колес может быть внешним (рис.6.6), внутренним (рис. 6.7) и реечным (рис.6.8).

Внешнее зацепление - зубчатое зацепление, при котором аксоидные поверхности зубчатых колес 1 и 2 расположены одна вне другой. На рис.6.6 торцовое сечение цилиндрической передачи с внешним зацеплением колес. Аксоидные поверхности радиусами ŕ_ŵ1 и ŕ_ŵ2 соприкасаются в т. Р. Колеса вращаются в противоположных направлениях с угловыми скоростями ω₁ и ω₂, обратно пропорциональными радиусам ŕ_ŵ1 и ŕ_ŵ2 или числам зубьев z₁ и z₂ Внешнее зацепление является наиболее распространенным в зубчатых передачах благодаря простоте устройства и технологичности изготовления таких передач. Зубчатые колеса, образующие внешнее зацепление., называют колесами с внешними зубьями.

Рис.6.6

Внутреннее зацепление - зубчатое зацепление, при котором аксоидные поверхности зубчатых колес расположены одна внутри другой. На рис.6.7 торцовое сечение цилиндрической передачи с внутренним зацеплением.

Рис.6.7

Аксоидные поверхности характеризуются радиусами ŕ_ŵ1 и ŕ_ŵ2 и соприкасаются в т. Р. Колеса вращаются в одинаковых направлениях с угловыми скоростями ω₁ и ω₂, обратно пропорциональными радиусам ŕ_ŵ1 и ŕ_ŵ2 или числам зубьев z₁ и z₂. Внутреннее зацепление по сравнению с внешним зацеплением из-за сложности изготовления передачи менее распространено. Оно применяется обычно в планетарных передачах, механизмах вращения платформы машины и др. случаях. Передачи с внутренним зацеплением по сравнению с передачами с внешним за­цеплением имеют меньшие размеры и массу, характеризуются более плавной работой благодаря большему коэффициенту перекрытия и контакту выпуклых и вогнутых поверхностей зубьев с большим приведенным радиусом кривизны и меньшими скоростями скольжения. Зубчатое колесо 2 с внешней аксоидной поверхностью и большим числом зубьев называют колесом с внутренними зубьями, а сопряженное с ним колесо 1 – колесом с внешними зубьями.

В реечном зацеплении радиус кривизны начальной окружности колеса равен бесконечности (рис.6.8). Такое зацепление применяется для преобразования вращательного движения в поступательное.

Рис.6.8

В зависимости от характера относительного движения колес различают передачи:

- с неподвижными геометрическими осями колес (обычныеили рядовые передачи);

- планетарные и дифференциальные передачи, у которых ось хотя бы

одного колеса подвижна в пространстве.

В подвижном составе железных дорог, как и в других машинах, зубчатые передачи могут быть силовыми (например, тяговая зубчатая передача локомотива) или несиловыми (например, передача в приводе скоростемера).

Вопросы для самоконтроля:

1. Назовите основные достоинства и недостатки зубчатых передач?

2. Каково взаимное расположение геометрических осей колес в цилиндрических, конических и гиперболоидных передачах?

3. Как различаются зубчатые передачи по расположению зубьев относительно образующей тела заготовки колеса?

4. Чем отличаются внешнее, внутреннее и реечное зацепления?

5. Назовите различие рядовой и планетарной передач.