Элементы зубчатых колес

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 ПО ИНЖЕНЕРНОЙ ГРАФИКЕ

 

 

Расчетно-графическая работа №6

«Эскиз зубчатого колеса»

 

 

Липецк 2020

Цели задания:

- изучить правила и приемы составления эскиза зубчатого колеса (без нанесения шероховатости поверхностей и предельных отклонений размеров), способов обмера детали;

- приобрести навыки работы со справочной литературой;

- изучить требования, предъявляемые к оформлению и правила выполнения чертежей зубчатых колес (ГОСТ 2.402; ГОСТ 2.403; ГОСТ 2.409);

- приобрести практические навыки по определению основных параметров зубчатого колеса по модели;

- уметь выполнять расчеты основных параметров зубчатого колеса по условным соотношениям и применять полученные расчеты для выполнения эскиза зубчатого колеса.

 

Оборудование:    

чертежная бумага в клетку формата А4 (297х420), карандаши различной мягкости, задание.

 

Учебная литература:

1. Э. М. Фазлулин, В. А. Халдинов, О. А. Яковук. – М.: Издательский центр «Академия», 2018.

2. А. М. Бродский, Э. М. Фазлулин, В. А. Халдинов. Инженерная графика (металлообработка). – М.: Издательский центр «Академия», 2015.

3. А. М. Бродский, Э. М. Фазлулин, В. А. Халдинов. Практикум по инженерной графике: – М. Издательский центр «Академия», 2015.

 

Содержание листа:    

выполнить эскиз прямозубого цилиндрического колеса на листе бумаги в клетку формата А4 (297х210) от руки в глазомерном масштабе. Нанести размеры в соответствии с ГОСТ 2.307-2011. Эскиз должен быть оформлен согласно приведенному примеру и в полном соответствии с ГОСТ 2.125–2008.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Теоретическая часть

Зубчатые передачи – наиболее распространенный в машиностроении вид передачи. Термин "зубчатое колесо" относится к общим деталям передачи. Зубчатое колесо, сидящее на передающем вращение валу, называют ведущим, а на получающем вращение – ведомым. Меньшее из двух колес сопряженной пары называют шестерней, большее – колесом. При одинаковом числе зубьев шестерней называют ведущее колесо, а колесом – ведомое.

Рисунок 1. Виды зубчатых передач

а – цилиндрическая прямозубая; б – цилиндрическая косозубая; в – цилиндрическая шевронная; г – цилиндрическая с внутренним зацеплением; д – коническая прямозубая; е – коническая с криволинейными зубьями; ж – цилиндрическая винтовая; з – червячная; и – реечная

Зубчатые передачи используются как самостоятельные агрегаты (редукторы) или входят в другие машины как составные части.

Для передачи вращательного движения между валами, оси которых расположены параллельно, применяют цилиндрические передачи (рис. 1, а – г); если оси валов пересекаются, используют конические передачи (рис. 1, в, е).

Широко используются червячные передачи (рис. 1, з), которые обеспечивают большое передаточное число и значительный крутящий момент. Для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот применяют реечные передачи, состоящие из цилиндрического колеса и рейки (рис. 1, и). Встречаются передачи с внешним (рис. 1, а – в) и внутренним зацеплением (рис. 1, г). В первом случае вращение колес происходит в противоположных направлениях, во втором – в одном направлении.

По форме профиля различают зубья эвольвентные и неэвольвентные, например, в передаче Новикова, зубья которой очерчены дугами окружности.

Различают колеса с прямыми (рис. 1, а), косыми (рис. 1, б), шевронными (рис. 1, в) и винтовыми (рис. 1, ж) зубьями.

Элементы зубчатых колес

Зубчатые колеса можно мысленно подразделить на два элемента. Зубчатый венец состоит из всех зубьев колеса, расположенных между поверхностью вершин и поверхностью впадин зубьев. Тело колеса ограничивается поверхностью впадин.

Делительными окружностями называют соприкасающиеся окружности (поверхности) пары зубчатых колес, катящиеся одна по другой без скольжения. Эти окружности, находясь в зацеплении (в передаче), являются сопряженными. На чертеже длительные окружности проводят штрихпунктирной линией, а диаметр их обозначают буквой d (рис. 2).

Рисунок 2. Цилиндрическое зубчатое колесо

а – рисунок; б – натуральное изображение; в – условное изображение

Расстояние между одноименными профильными поверхностями соседних зубьев, измеренное в миллиметрах по дуге делительной окружности, называют шагом зацепления. Обозначается шаг буквой Р_t (рис. 2). Легко видеть, что шаг равен длине делительной окружности, поделенной на число зубьев. Число зубьев на чертежах обозначается буквой z.

Длина делительной окружности равна величине шага, умноженной на число зубьев, т.е. длина делительной окружности равна P_tz.

Но из геометрии известно, что длина любой окружности равна 2πR или πd (где π ≈ 3,14, a d – диаметр окружности). Следовательно, длина делительной окружности равна πd и вместе с тем равна P_tz, т.е. πd = P_tz. Отсюда определим диаметр делительной окружности

d = (Ρ_t/π) z.

Величину Ρ_t/π обозначают буквой т и называют модулем зубчатого зацепления.

Поэтому выражение для диаметра делительной окружности можно записать:

d = mz.

Тогда т = d/z.

Из этой формулы следует, что модулем называется число, показывающее, сколько миллиметров диаметра делительной окружности приходится на один зуб зубчатого колеса.

Модуль т и число зубьев z являются основными величинами (элементами), определяющими зубчатые зацепления.

Значение модулей для всех передач – величина стандартизованная, выраженная, как видно из формулы т = d/z, в миллиметрах. Ниже приведены числовые величины некоторых стандартных модулей по ГОСТ 9563–60:

1-й ряд, мм: 0,05; 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4,5; 6; 8; 10; 100;

2-й ряд, мм: 0,055; 1,125; 1,375; 1,75; 2,25; 2,75; 3,5; 4,5; 5,5; 7; 9; 11; 90.

При назначении величин модулей первый ряд следует предпочитать второму.

Зная модуль и число зубьев, рабочий может выбрать соответствующий режущий инструмент для изготовления зубчатого колеса; число зубьев необходимо, кроме того, знать для настройки делительного устройства станка.

Поскольку модуль определяет величину зубьев колеса, ясно, что в зацеплении могут участвовать колеса с одинаковым модулем.

Делительная окружность (поверхность) делит зуб зубчатого колеса на головку и ножку (см. рис. 2).

Часть зуба, лежащая вне делительной окружности, называется головкой зуба. Высота ее обозначается буквой h_a. Часть зуба, лежащая внутри делительной окружности, называется ножкой зуба. Высота ее обозначается буквой h_f. На рис. 2, б головка и ножка зуба для наглядности выделены полужирным.

Высота головки зуба берется равной модулю, т.е.

h_a = m.

Высота ножки зуба обычно (для колес с крупными модулями) берется равной 1,25 модуля, т.е.

h_f = 1,25 m.

Полная высота зуба равна сумме высот головки и ножки зуба, т.е.

h = h_a + h_f= т + 1,2 5т = 2,25 m.

Полная высота зуба равна глубине фрезерования.

Для мелкомодульных колес (модули менее 1 мм) высота зуба h = 2,3 m. Тогда высота ножки h_f = 1,3 m.

Окружность, проходящая через вершины зубьев, называется окружностью вершин (диаметр ее обозначается буквой d_a, рис. 2, а), а окружность, проходящая по основаниям впадин, называется окружностью впадин (диаметр ее обозначается буквой d_f).

Так как высота головки зуба h_a = m, то диаметр окружности вершин d_a больше диаметра делительной окружности на две высоты головки зуба, или на 2т, т.е.

d_a = d + 2т,

а так как d = mz, то d_a = mz + 2 m = m (z + 2).

Значит:

d_a = m (z + 2).

Окружность впадин определится так: d_f  = d – 2h_f, но h_f  = 1,25m, тогда

d_f = d – 2*1,25m, или d_f = d - 2,5m.

Для мелкомодульных цилиндрических зубчатых колес последняя формула изменяется, так как они имеют большую высоту ножки (1,3 т). Поэтому для них

d_f = d - 2,6m.

Полученные знания годны для применения на практике.

Термины, определения и обозначения элементов зубчатых передач установлены ГОСТ 16530–83 и 16531–83. Основные из этих терминов и обозначений, а также формулы для определения размеров элементов зубчатых передач даны в табл. 1.

Таблица 1 Параметры зубчатых колес

Параметр	Обозначение	Шестерня	Колесо
Число зубьев	Z	Z1	Z2
Модуль	m	m	m
Диаметр делительной окружности	d	d1 = mZ1	d2 =mZ2
Межосевое расстояние	a	a = 0,5(d1 + d2)
Высота зуба	h	h1 = 2,25m	h2 = 2,25m
Высота головки зуба	h a	h a 1 = m	h a 2 = m
Высота ножки зуба	hf	hf1 = 1,25m	hf2 = 1,25m
Диаметр окружности выступов	d a	da1 = d1 + 2h a	d a 2 = d2 + 2h a
Диаметр окружности впадин	df	df1 = d1 – 2hf	df2 = d2 – 2hf
Ширина зубчатого венца	b	b1 = (6…8)m	b2 = (6…8)m
Толщина диска	k	k1 = 0,3b1	k2 = 0,3b2
Толщина обода	t	t1 = 2m	t2 = 2m
Диаметр отверстия для вала	dв	dв1 = 0,15d1	dв2 = 0,15d2
Диаметр ступицы	dс	dс1 = 1,6 dв1	dc2 = 1,6dв2
Длина ступицы	L	L1 = 1,2b1	L2 = 1,2b2
Диаметр обода	d0	-	d02 = d a 2 – 8,5m
Диаметр центровой окружности технологических отверстий	dц	-	dц2 = 0,5(d02 + dc2)
Диаметр технологического отверстия		-	D2 = 0,25(d02–dc2) (4 – 6 отверстий)

Соединение колеса с валом осуществляется с помощью шпонки. Шпонки бывают призматическими, сегментными и клиновыми. Материалом для шпонки, как правило, служит чистотянутая сталь. Размеры призматических шпонок выбирают в зависимости от диаметра вала по ГОСТ 23360-78. Длину ступицы выбирают на 3 – 5 мм короче длины ступицы из стандартизированного ряда.

Выбор размеров шпоночных канавки и паза осуществляют по табл. 2 и
рис. 3. В соединении (на сборочном чертеже) указывают установочные размеры, соответствующие девятому квалитету точности.

 

Исполнение 1	Исполнение 2	Исполнение 3

а

б

Рис. 3. Призматические шпонки: а – варианты исполнения шпонок;

б – шпоночное соединение

 

Длину призматических шпонок следует выбирать из ряда, мм: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160; 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500. Допускается три варианта исполнения призматических шпонок (см. рис. 3).

Таблица 2

Выбор размеров шпоночных канавки и паза

Диаметр вала d	Шпонка				Шпоночный паз
	размеры сечения		длина l	фаска s или радиус r	глубина
	b	h			t1 (вал)	t2 (втулка)
От 6 до 8 Свыше 8, до 10 Свыше 10, до 12	2 3 4	2 3 4	6 – 20 6 – 36 8 – 45	0,16 – 0,25	1,2 1,8 2,5	1,0 1,4 1,8
Свыше 12, до 17 Свыше 17, до 22 Свыше 22, до 30 Свыше 22, до 30	5 6 7 8	5 6 7 7	10 – 56 14 – 70 16 – 63 18 – 90	0,25 – 0,40	3,0 3,5 4,0 4,0	2,3 2,8 3,3 3,3
Свыше 30, до 38 Свыше 38, до 44 Свыше 44, до 50 Свыше 50, до 58 Свыше 58, до 65	10 12 14 16 18	8 8 9 10 11	22 – 110 28 – 140 36 – 160 45 – 180 50 – 200	0,40 – 0,60	5,0 5,0 5,5 6,0 7,0	3,3 3,3 3,8 4,3 4,4
Свыше 65, до 75 Свыше 75, до 85 Свыше 85, до 95 Свыше 85, до 95 Свыше 95, до 100 Свыше 110, до 130	20 22 24 25 28 32	12 14 14 14 16 18	56 – 220 63 – 250 63 – 250 70 – 280 80 – 320 90 – 360	0,60 – 0,80	7,5 9,0 9,0 9,0 10,0 11,0	4,9 5,4 5,4 5,4 6,4 7,4