Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Цилиндрические зубчатые колеса

..pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
20.11.2023
Размер:
15.21 Mб
Скачать

ретиков в области зубчатых зацеплений Э.Б. Булгакова, которыми он предваряет свою книгу «Теория эвольвентных зубчатых передач» [4]:

«...Всмотритесь в развертку окружности — эвольвенту, в тот завиток, который образуется точкой на конце натянутой нити, разматывающейся с окружности. Этот завиток очень красив и изящен, как, впрочем, и мно­ гие другие кривые, созданные самой природой. А все, что создает приро­ да, не только красиво, совершенно по форме, но и прочно, т.е. обладает достаточным запасом, чтобы не разрушиться даже от случайных и неожи­ данных нагрузок, если, конечно, они не превышают некоторый предел.

...Если в эвсльвентном зацеплении рассмотреть красивую в сво­ ей простоте форму зубцов, то при своем взаимодействии друг с дру­ гом, т.е. в передаче движения, они, кроме того, обладают высокими кинематическими свойствами и работоспособностью. Эти качества определили долгожительство и конкурентоспособность эвольвент­ ных передач в машиностроении.»

Итак, боковые профили зубьев зубчатых колес, применяемых в машиностроении, образуются двумя симметричными эвольвентными кривыми. Эвольвентой (от латинского evolvo — развертываю) на­ зывается кривая, описываемая точкой А, лежащей на касательной КК к окружности, если эту касательную обкатывать без скольжения по окружности в ту или иную сторону (рис.23а).

Касательная, с помощью которой строится эвольвента, называет­ ся производящей прямой.

Окружность, по которой обкатывается касательная и развертка которой образует эвольвентную кривую, называется основной окруж­ ностью. Точки А,, А2, А3 и т.д . являются последовательными положе-

Рис.23. Образование эвольвенты (а, б) и расположение зубьев разной вели­ чины на одной эвольвенте (в).

Рис.24. Семейство эвольвент одной основной окружности.

ниями точки А производящей прямой по мере ее обката по ос­ новной окружности (рис.236).

На основной окружности оп­ ределенного диаметра можно построить множество эвольвен- эво/ тных кривых. Форма этих эволь­ вент зависит только от диаметра основной окружности. Одна и та же эвольвента может одновременно являться боковой поверх-

ностью как для зуба большого, так и для зуба малого модуля (рис.23в).

На рис.24 показано семейство эвольвент, построенных на одной основной окружности радиуса гь.

Если на образующей прямой АС отложить на равных расстояни­ ях рь точки А,, А^, А3 и т.д., то описываемые ими эвольвенты будут эквидистантными кривыми и расстояние между начальными точка­ ми В,, В2, В3 и т.д. по дуге окружности также будут равны рь. Если эвольвентами очерчены одноименные профили, то эта величина рь называется основным шагом.

Из сказанного следует, что образующая прямая АС, так же как и любая другая касательная к окружности гь, пересекая любую эволь­ венту, является нормалью к каждой из данных эвольвент в точках А,, А^, А3 и т.д. их пересечения.

Отрезок образующей прямой, заключенный между точкой ее ка­ сания с окружностью и точкой пересечения с эвольвентой (отрезок СА), является радиусом кривизны р эвольвенты в этой точке. Радиус кривизны эвольвенты в данной точке с радиусом окружности, про­ веденной через эту точку, и углом а связаны зависимостью:

р =r sina

Точка В называется точкой возврата эвольвенты. Угол ср называет­ ся углом развернутости эвольвенты в точке А. Из построений на рис.24 следует:

0 = Ф - а

и, следовательно:

0 = tga - а

Тангенс угла давления а равен углу развернутости эвольвенты, выраженному в радианах (1 рад.=57° 1745мили Г=0,017453рад.). Ве­ личину tga —а принято обозначать inva (читается «инволюта альфа» — от английского involute — эвольвента), что означает «эвольвентный угол, соответствующий углу профиля a»; inva широко используется в расчетах зубчатых передач. Для определения inva в зависимости от угла а имеется специальная таблица (см. Приложение 6). Можно оп­ ределить inva и без помощи таблиц по формуле:

‘" m - ,S a - 5 Ш <РаЯ')

Рассмотрим далее зацепление двух зубьев с эвольвентными про­ филями, построенными на основных окружностях с радиусами гЬ/ и rb2(рис.25).

Общая нормаль к профилям в точке их касания К будет одновре­ менно и касательной а,а2 к основным окружностям г^ и Точка пересечения этой нормали с линией центров (полюс зацепления Р) занимает неизменное положение и, следовательно, центроидами в относительном движении будут окружности d, и d2, проведенные через полюс Р. Линией зацепления является прямая и поэтому угол

зацепления а ш— величина по­ стоянная.

Из подобия треугольников а,РО, и а2Р 02 следует:

Рис. 25. Зацепление эвольвентных профилей.

02Р а 2 _ Ч _ _ const

— =

со. О.Р d, г,

В теории зубчатых зацепле­ ний это равенство известно как теорема Виллиса. Оно выражает основной закон зацепления:

Точка пересечения контактной нормали с межосевой линией делит межосевое расстояние обратно про­ порционально угловым скоростям звеньев.

Отсюда характерный при­ знак эвольвенты окружности —

постоянство расстояний до ее нормалей от центра основной окруж­ ности:

Охах=ОхР cosa =rh] = const

Этим свойством кроме эвольвенты окружности не обладает ника­ кая другая кривая.

Эвольвентное зацепление по сравнению с другими видами зацеп­ лений имеет следующие преимущества:

1.Зубья эвольвентного зацепления сравнительно просты в изго­ товлении методом обката, поскольку весь профиль зуба очер­ чивается одной кривой.

2.Незначительная чувствительность эвольвентных зубчатых ко­ лес к изменению межосевого расстояния при сохранении пе­ редаточного отношения.

3.При эвольвентном профиле зуба зацепление пары зубчатых колес не зависит от диаметров их основных окружностей, что облегчает решение многих вопросов конструирования и взаи­ мозаменяемости.

4.Эвольвентный профиль зуба может быть образован рейкой с прямолинейным профилем зуба. Это свойство эвольвенты имеет громадное практическое значение в конструировании и изготовлении зуборезных инструментов.

5.Возможность корригирования эвольвентных зубчатых колес с использованием стандартного зуборезного инструмента за счет

смещения исходного контура.

Сегодня основная масса зубчатых колес, выпускаемых мировым машиностроением, — это колеса с эвольвентным зацеплением.

На рис.26 представлено внешнее зацепление некорригированных зубчатых колес с указанием основных его элементов.

1.6. Типы эвольвентных зубчатых передач.

Выше мы говорили о передачах наружного и внутреннего зацеп­ ления, профиль зуба которых может быть очерчен различными кри­ выми. Однако, в большинстве агрегатов имеют место передачи, в ко­ торых используются зубчатые колеса только с эвольвентным профи­ лем зуба. Рассмотрим некоторые из них.

1.6.1. Винтовая зубчатая передача.

Эта передача служит для передачи вращения между перекрещи­ вающимися осями. Она относится к группе гиперболоидных передач (рис.27а), т.е. ее аксоидные поверхности представляют собой два об­ катывающихся и одновременно скользящих один по другому одно­ полостных гиперболоида (рис.276).

По внешнему виду винтовые цилиндрические колеса аналогичны косозубым и изготавливаются на том же оборудовании. Угол скре­ щивания между осями может составлять от 0° до 90° Углы наклона

Рис.27. Винтовая эвольвентная передача: а) общий вид; б) аксоиды передачи.

у сопряженных колес винтовой передачи различны, а выбор направ­ ления наклона зубьев при заданном взаимном расположении осей производится в зависимости от требуемого направления вращения колес. Направление винтовой линии может быть одноименным и разноименным.

Винтовая передача в отличие от косозубой цилиндрической пе­ редачи имеет точечный контакт, а нелинейный. При передаче нагру­ зок точечный контакт на профилях зубьев вызывает повышенный износ, поэтому винтовые колеса применяют для передачи небольших нагрузок.

Исключение составляют винтовые реечные передачи, у которых одно из колес превращено в рейку. Винтовые речные передачи ха­ рактеризуются линейным контактом зубьев, но отличаются от плос­ ких реечных передач тем, что вектор скорости движения рейки не перпендикулярен к оси реечной шестерни и составляет с ней угол, не равный 90° Между зубьями реечной винтовой передачи имеет место продольное скольжение. Варианты винтовых реечных передач представлены на рис.28.

Рис.28. Варианты винтовых реечных передач.

Используются винтовые передачи в кинематических цепях стан­ ков, в приводе спидометра мотоциклов, в приборах, в киносъемоч­ ной и кинопроекционной аппаратуре.

1.6.2. Волновая зубчатая передача.

Волновая передача основана на принципе передачи и преобразо­ вания движения путем волнового деформирования одного из звеньев.

Она состоит из трех основных элементов: жесткого зубчатого ко­ леса, гибкого зубчатого колеса, генератора волн (рис.29).

Жесткое зубчатое колесо — это толстостенное кольцо с нарезан­ ными внутри зубьями. Таким образом, гибкое и жесткое колеса пред­ ставляют собой внутреннее зацепление, в котором число зубьев же­ сткого колеса на 2 больше, чем гибкого (zc =Zf +2).

Волновая зубчатая передача характеризуется тем, что в зацепле­ нии одновременно находится большое количество зубьев (до 10% общего числа зубьев гибкого колеса), причем зацепление происхо­ дит на обоих концах большой оси эллипса .

Это приводит к устранению влияния как погрешности шага, так и накопленной погрешности на точность вращения. Кроме того, зна­ чительно снижается нагрузка на зуб, что позволяет передавать боль­ шой крутящий момент. Волновая передача имеет очень низкий уро­ вень шума за счет плавного входа в зацепление зубьев гибкого и же­ сткого колес, их низкой окружной скорости и более равномерного распределения усилий между элементами передачи.

Волновая зубчатая передача используется в редукторах, которые получили название волновых зубчатых редукторов.

Одной из особенностей волновых зубчатых редукторов является тот факт, что каждый из его элементов — генератор волн, гибкое ко­ лесо, жесткое колесо — может быть использован как в качестве вход­ ного, так и выходного звена.

Второй немаловажной особенностью является то, что в зависимо­ сти от фиксации того или иного элемента редуктора он может слу­ жить для получения как понижающей, так и повышающей передач с вращением валов в одну или разные стороны.

Третья особенность волнового редуктора — высокие значения передаточных отношений. Даже для одноступенчатых механизмов значение передаточных отношений может быть 1/80— 1/320. Пере­ даточное отношение определяется числом зубьев гибкого и жестко­ го зубчатых колес и зависит от фиксации того или иного элемента ре­ дуктора. Например, если обозначить число зубьев гибкого колеса zp а жесткого zc(T.e. zf+ 2) и использовать в качестве входного элемен­ та генератор волн, будем иметь:

— при условии фиксации гибкого колеса

. _ Z f - Z c _

2

Zf

"

V

(знак «минус» указывает, что вращение входного и выходного эле­ ментов идет в разные стороны).

— при условии фиксации жесткого колеса

. _ ZC - Z f _ 2

Zc V

(входной и выходной элементы имеют вращение в одну сторону). Волновые редукторы применяются в промышленных роботах,

4 Заказ 4583

транспортных системах, медицинской аппаратуре, космической тех­ нике, оборудовании для использовании солнечной энергии.

1.6.3. Передача с некруглыми колесами

Механизмы, в которых используются цилиндрические зубчатые колеса, имеют постоянное передаточное отношение ведущего и ве­ домого звеньев. Однако, в некоторых отраслях промышленности не­ обходимо использование механизмов, в которых осуществляется пе­ редача вращательного движения звеньев с переменным отношением скоростей. Для этой цели используются некруглые зубчатые колеса.

Исходя из особенностей назначения некруглых колес, можно ука­ зать следующие типовые случаи их применения:

1.Для приведения в движение с переменной скоростью рабочих и управляющих органов машин;

2.В целях согласования циклового времени параллельно работа­ ющих механизмов;

3.Для изменения нужным образом кинематических характери­ стик шарнирных механизмов.

Впрактике нашли применение некруглые колеса с двукратными овалами (рис.31а). Такие колеса применяются в счетчиках расхода жидкостей. Схема работы колес представлена на рис.31б, где сверху вниз показаны последовательные положения одной и той же пары овальных колес в камере счетчика.

Колеса приводятся во вращение самой жидкостью вследствие раз­ ности давлений со стороны напора и со стороны расхода. При вра­ щении овального колеса им периодически отсекается и опорожня­ ется некоторый объем, заключенный между внутренним круговым цилиндром корпуса и внешним овальным цилиндром.

Вполиграфическом машиностроении для передачи вращательно­ го движения используется механизм, представляющий сочетание некруглых колес с незамкнутыми центроидами и кулачкового меха­ низма с коромыслом (рис.32а). Некруглые колеса с незамкнутыми центроидами применяются в приборостроении для воспроизведения функций одного независимого переменного (рис.326).

Одним из примеров применения некруглых колес в электротех­ нической промышленности может служить привод для вращения токосъемной щетки функционального потенциометра. Применение некруглых колес позволяет здесь упростить форму каркаса, который представляет собой свернутую в кольцо прямоугольную полосу вме­ сто специального профиля, затрудняющего намотку сопротивления.