4.4.7. Передачи Новикова

Кроме эвольвентного было разработано и новое удачное зубчатое зацепление, в отличие от множества других, не проявивших себя с положительной стороны, – зацепление М.Л. Новикова (1954 г.). Зубья, по М.Л. Новикову, профилируются по дугам окружностей, причем выпуклость на одном зубе сопрягается с вогнутостью на другом. Передачи Новикова изготавливают косозубыми или шевронными. Прямозубыми они быть не могут. При этом зубья выполняются винтовыми, а следовательно, рабочие поверхности зубьев можно охарактеризовать как круговинтовые.

Достоинства передач Новикова, по сравнению с эвольвентными, заключаются в том, что они прочнее по контактной прочности в 1,5 ... 1,7 раза, имеют на 25 ... 30 % меньшие габаритные размеры, более экономичны по КПД и менее чувствительны к перекосам осей.

Недостатками этих передач являются, прежде всего, сложность инструмента, некоторое снижение изломной прочности (выламываются края зубьев близ торцов) и чувствительность к изменению межосевого расстояния. Последнее, в частности, ограничивает применение зацепления Новикова в коробках передач автомобилей.

Основные геометрические и кинематические параметры

Основным отличием зацепления М.Л. Новикова от эвольвентного является то, что зубья контактируют друг с другом по начальному контакту в точке, причем выпуклая поверхность одного зуба сопрягается с вогнутой поверхностью другого.

Такой выпукло-вогнутый контакт – самый выгодный с точки зрения минимизации возникающих контактных напряжений. Как видно из рис. 4.36, разница между радиусами кривизны выпуклого зуба шестерни r₁ и вогнутого зуба колеса r₂ (так чаще всего выполняют передачи Новикова) невелика.

Именно это дает резкое снижение контактных напряжений. На рис. 4.36 профили зубьев показаны в нормальном сечении. Видно, что эти профили, очерченные дугами окружностей, не удовлетворяют основному принципу зацепления – точка контакта А будет перемещаться не по общей нормали, как в эвольвентном зацеплении, а вдоль зубьев (от одного торца к другому), которые выполнены косыми, и их боковые поверхности имеют весьма большие радиусы кривизны ρ, и ρ₂ винтовых линий (см. рис. 4.36).

Рис. 4.36. Схема передачи с зацеплением М.Л. Новикова

Скорость перемещения точки контакта превышает окружную скорость колеса в три раза, что создает хорошие условия для смазки. Таким образом, при вращении колес косые зубья перекатываются друг по другу в плоскости NN. Поэтому торцовое перекрытие и геометрическое скольжение зубьев в передаче Новикова теоретически отсутствуют. Первое требует для плавности работы обязательно осевого перекрытия больше единицы – ε_р ≥ 1,1, что обеспечивается косыми зубьями с β = 10 ... 24°. Отсутствие геометрического скольжения прежде всего повышает КПД передачи Новикова по сравнению с эвольвентными передачами, а также устойчивость к питтингу.

Различают передачи Новикова с одной и с двумя линиями зацепления. В последнем случае профиль зубьев обоих колес выпукло-вогнутый. Передачи с двумя линиями зацепления (рис. 4.37), проходящими через две точки контакта, предпочтительнее передач с одной линией зацепления. Во-первых, они прочнее как на контактную прочность, так и на изгиб, что особенно важно для данного типа передач. Во-вторых, зубья таких передач могут нарезаться одним инструментом, так как у них один исходный контур.

Следует отметить, что с зацеплением Новикова нарезают не только цилиндрические, но и конические передачи.

Исходный контур передачи Новикова с двумя линиями контакта представлен на рис. 4.37, где основные геометрические параметры выражены через модуль т с соответствующими коэффициентами: h_a = 0,9; c = 0,15; ρ_a = 1,15; ρ_f = 1,25.

Рис. 4.37. Исходный контур передачи М. Л. Новикова

с двумя линиями контакта:

1 – полюс; 2 – точки контакта

Основные геометрические размеры зубчатых колес с зацеплением Новикова (с двумя линиями зацепления) также могут быть выражены через модуль т.

Диаметр делительной окружности – d = m_t z, где z – число зубьев.

Диаметр окружности выступов – d_a = d + 2mh_a.

Диаметр окружности впадин – d_f = d – 2m (h_a + c).

Межосевое расстояние – a = 0,5 m_t (z₁ + z₂).

Соотношение модулей – . Угол зацепления обычно α = 27º.

Обозначения здесь те же, что и для эвольвентных передач.

Стандарт на расчет геометрии зацепления Новикова с двумя линиями зацепления ограничивает твердость зубьев Н ≤ 320 НВ, модуль т ≤ 16 мм, окружную скорость V ≤ 20 м/с.

Контрольные вопросы

1. В чем преимущества и недостатки зубчатых передач? Назовите области их применения.

2. Какие окружности называют начальными, какие делительными?

3. Что называется шагом, модулем и углом зацепления?

4. Какие параметры являются основными для зубчатых передач? Как они между собой связаны?

5. Какой критерий работоспособности является основным для закрытых зубчатых передач, а какой для открытых?

6. Как влияют модуль и число зубьев колес на их прочность?

7. Для чего делают смещение (корригирование)?

8. Как влияет корригирование на прочность зубчатых колес?

9. Почему для изготовления шестерни берут более твердый материал, чем для изготовления колеса? В каких случаях это обосновано?

10. Какие силы действуют в зацеплении прямозубой цилиндрической передачи? Как они определяются?

11. Как зависит несущая способность зубчатых передач от точности их изготовления?

12. По какой причине ограничивают угол наклона зубьев в косозубых передачах?

13. Почему в шевронных передачах угол наклона зубьев больше, чем в косозубых?

14. Какие силы действуют в зацеплении косозубой цилиндрической передачи? Как они определяются?

15. Почему косозубые передачи прочнее, чем прямозубые?

16. Чем объясняется плавность работы косозубых передач?

17. Какими методами производится расчет конических передач?

18. Какие силы действуют в зацеплении конической передачи? Как они определяются?

19. Особенности различных типов планетарных передач?

20. С какой целью применяется самоустановка колес планетарной передачи?

21. Какие опоры планетарных передач нагружены больше всего и почему?

22. Проверка каких условий производится при кинематическом расчете планетарных передач?

23. От чего зависит передаточное отношение волновых передач?

24. Какая деталь волновой передачи определяет ее работоспособность?

25. В чем основное преимущество зубчатых передач с зацеплением Новикова?