Большая энциклопедия техники - Коллектив авторов

Многоступенчатая зубчатая передача используется для передачи вращательного движения между двух валов, которые установлены достаточно далеко друг от друга. Чтобы создать вращение, используются зубчатые колеса в количестве более двух. Вводятся дополнительные промежуточные колеса, которые выполняют функцию изменения направления вращательного движения в случае их четного числа; если их количество нечетное, то направление вращательного движения остается неизменным.

Точность зубчатых передач представляет собой 12 степеней, которые задаются относительно применения устройства и условий эксплуатации.

Широко используются зубчатые передачи, ориентированные на внешнее зацепление, осуществляемое при помощи колес с наличием зубьев на внешней поверхности. Следующую степень по использованию занимают зубчатые передачи с внутренним зацеплением, для которого характерно наличие на одном колесе зубьев, которые нарезаются на внутренней поверхности.

Машины и механические устройства в основном комплектуются зубчатыми передачами, характеризуемыми постоянным передаточным числом. Зубчатые передачи, определяемые как передачи с переменным числом, создаются некруглыми цилиндрическими колесами, способными ведомому элементу задать установленную плавно преобразующуюся скорость, при этом скорость ведущего постоянна. Применение такого типа зубчатых передач довольно редко. Передаточное число пары колес в редукторах соответствует 7, в коробках скоростей достигает 4, в приводах столов станков от 20 и выше. Окружные скорости для высокоточных прямозубых зубчатых передач определяются до 15 м/с, для косозубых соответствуют примерно 30 м/с, быстроходные передачи скорости могут доходить от 100 м/с и выше.

Зубчатое колесо

Зубчатые колеса представляют собой систему, в которую входят два состоящих в зацеплении зубчатых колеса, установленных на валах с одним диаметром. Скорость вращательного движения колес определяется как обратно пропорциональная их диаметру.

Для производства зубчатого колеса применяется в основном сталь, а также чугун, латунь, пластмассы, алюминий. Зубчатые колеса, изготовленные из стали, необходимо усилить, чтобы срок их службы был как можно дольше. Поэтому колеса науглероживают и производят их термообработку, в обязательном порядке усиливанию подвергаются зубчатые колеса, предназначенные для автомобильных передач, а также для дифференциалов.

Плавность качения создается при помощи боковой формы зубьев колес, которая может являться эвольвентной, неэвольвентной передачей Новикова, в которой задается одна или две линии зацепления, и циклоидальной. Храповые механизмы обеспечиваются зубчатыми колесами, характеризующимися несимметричным профилем.

Цилиндрические зубчатые колеса предназначены для параллельных валов. В зацеплении участвуют два колеса; колесо, создающее передающее движение, определяется как ведущее, второе колесо называется ведомым. В случае когда одно из колес является намного меньше второго колеса, то меньшее называется шестерней. В том случае, когда отношение частот вращения ведущего и ведомого колес соответствует единице, зубчатые колеса, участвующие в зацеплении, считаются равными относительно их размера. Передаточное отношение равносильно отношению количества зубьев двух колес. Рассмотрим шестерню с наличием 10 зубьев, которая зацеплена с зубчатым колесом с 40 зубьями. Вращение шестерни с 10 зубьями будет в 4 раза быстрее второго большего зубчатого колеса.

Для расположения зубьев используются внутренняя и внешняя поверхности колеса. Зацепление может быть наружное и внутреннее, если организовано внутреннее зацепление, то колеса вращаются в одном направлении, в случае наружного зацепления колеса создают вращение в противолежащих направлениях.

Цилиндрические зубчатые колеса подразделяются на прямозубые, косозубые зубчатые колеса. Прямозубые – это зубчатые колеса, имеющие зубья, параллельные оси колеса, используются для произведения работ на невысоких и средних скоростях. Косозубые колеса применяют для повышения контактной длины и числа зубьев, вовлеченных в зацепление, позволяющих создать передачу большого момента, а также хорошей плавности при работе, осуществляемой на больших частотах вращения. Косозубые колеса в результате контакта зацепленных зубьев создают осевое усилие, считающееся недостатком этого типа зубчатых колес, поэтому для ликвидации этого неудобства используются шевронные зубчатые колеса, оснащенные V-образными, угловыми косыми зубьями. Зубчатые колеса с косыми зубами предназначены для ответственных передач, производимых на средних и высоких скоростях, составляют третью часть от всех цилиндрических зубчатых колес. Зубчатые колеса с шевронными зубьями используют для передачи больших моментов и мощностей в тяжелых машинах.

Трансформация вращательного движения в линейное перемещение происходит в результате введения зубчатой рейки, которая устанавливается вместо ведомого колеса, при этом зубчатая рейка представляет собой своеобразное зубчатое колесо, имеющее бесконечно большой диаметр.

Конические зубчатые колеса характеризуются прямым углом, образуемым осями зубчатых колес, при этом зубья нарезаются относительно радиусов.

Зубчатые колеса с круговыми зубьями разработаны для участия во всех ответственных конических зубчатых передачах.

Тангенциальные зубья конических колес прямые, однако направлены они не по радиусам.

Спиральнозубые колеса практически идентичны цилиндрическим, главным отличием является нарез зубьев, который способен передавать вращательное движение между взаимно перпендикулярными валами.

Зубчатое соединение

Зубчатое соединение – соединение вала и втулки, создаваемое при помощи зубьев, называемых шлицами, и впадин, или пазов, которые изготавливаются на валу, а также в отверстиях втулки.

Самыми распространенными зубчатыми соединениями считаются соединения, подразделенные относительно формы профиля: прямобочные, эвольвентные, треугольные.

Также зубчатые соединения распределяются относительно степени передаваемой нагрузки на тяжелую серию, среднюю и легкую.

При рассмотрении метода для создания центрирования сопрягаемых деталей соединения делятся на центрированные по внутреннему диаметру зубьев, по внешнему диаметру зубьев, по боковым поверхностям зубьев.

Степень подвижности зубьев может быть неподвижная, подвижная и нормальная.

Зубчатый механизм

Сложный зубчатый механизм представляет собой приспособление с зубчатыми передачами, в которых участвует свыше двух зубчатых колес. Устройства могут разрабатываться как своеобразной структурной технологией, так и при помощи последовательного, параллельного сочетания самых незатейливых типовых зубчатых приспособлений.

Многопоточные зубчатые механизмы являются приспособлениями, образующими при помощи кинематических цепей один или некоторое число замкнутых контуров, при этом входной поток механической мощности при создании передачи и трансформации подвергается расчленению на несколько потоков, которые суммируются на выходном звене.

Для снижения массы устройств его размера используется разложение передаваемых усилий относительно некоторого количества кинематических пар, что существенно снижает нагрузку на составляющие пар.

Жесткость устройства повышается в результате многозонного контакта звеньев устройства. Мертвый ход, а также кинематическую погрешность можно снизить в результате осреднения погрешностей и зазоров.

Для борьбы с избыточными или пассивными связями, полученными в результате создания в строении устройства внутренних контуров, используется увеличенная точность производства деталей, также для этого применяется повышение зазоров в кинематических парах.

Планетарный механизм – сложный зубчатый механизм, оснащенный хотя бы одним колесом, имеющим подвижную ось.

Виды стандартных планетарных устройств:

  1) однорядное;

  2) двухрядное, снабженное одним внешним и одним внутренним зацеплением;

  3) двухрядное, оборудованное двумя внешними зацеплениями;

  4) двухрядное, обеспеченное двумя внутренними зацеплениями.

Зубчатое колесо планетарного механизма, имеющее внешние зубья, установленное в центре, получило название солнечное зубчатое колесо. Зубчатые колеса, имеющие внутренние зубья, определяются как корона или эпицикл. Колеса с подвижными осями называются сателлитами, если они устанавливаются на подвижное звено, то звено называется водилом, обозначается звено водила при помощи латинской буквы h.

Рядный зубчатый механизм является сложным зубчатым механизмом, оснащенным колесами с неподвижными осями. Создается такое устройство в результате последовательного сочетания некоторого количества простых зубчатых механизмов. Передаточное отношение рядного зубчатого механизма, представляющего собой некоторое число объединенных последовательно зубчатых устройств, соответствует произведению передаточных отношений данных механизмов.