ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА

ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА механизм,
состоящий из колёс с зубьями, к-рые сцепляются между собой и передают вращательное
движение, обычно преобразуя угловые скорости и крутящие моменты. 3. п.
разделяют по взаимному расположению осей на передачи (рис. 1): с параллельными
осями - цилиндрические; с пересекающимися осями - конические, а также редко
применяемые ци-линдро-конические и плоско-цилиндрические; с перекрещивающимися
осями - зубчато-винтовые (червячные, гипоидные и винтовые). Частным случаем
3. п. является зубчато-реечная передача, преобразующая вращат. движение
в поступательное или наоборот. В большинстве машин и механизмов применяют
3. п. с внешним зацеплением, т. е. с зубчатыми колёсами, имеющими зубья
на внешней поверхности, реже - с внутренним зацеплением, при к-ром на одном
колесе зубья нарезаны на внутр. поверхности.

Рис. 1. Зубчатая передача
с цилиндрическими колёсами: а - прямозубая; о - косозубая; в
- шевронная; г - коническая; д - с круговым зубом: е
- с внутренним зацеплением.

Зубчатые колёса выполняют:
с прямыми зубьями для работ при невысоких и средних скоростях в открытых
передачах и в коробках скоростей; с косыми зубьями для использования в
ответств. передачах при средних и высоких скоростях (св. 30% всех цилиндрич.
зубчатых колёс); с шевронными зубьями для передачи больших моментов и мощностей
в тяжёлых машинах; с круговыми зубьями - во всех ответств. конич. 3. п.
Как правило, в машинах и механизмах применяют 3. п. с постоянным передаточным
числом , где wzи wзубьев соответственно быстроходного и тихоходного зубчатых колёс. 3. п.
с переменным передаточным числом осуществляют некруглыми цилиндрич. колёсами,
к-рые ведомому элементу сообщают заданную плавно изменяющуюся скорость
при постоянной скорости ведущего. Такие 3. п. применяют редко. Передаточное
число одной пары колёс в редукторах обычно до 7, в коробках скоростей -
до 4, в приводах столов станков - до 20 и более. Окружные скорости для
высокоточных прямозубых 3. п.- до 15 м/сек, для косозубых - до 30
м/сек,
в
быстроходных передачах скорости достигают 100 м/сек
и более.

3. п. являются наиболее рациональным
и распространённым видом механич. передач. Их применяют для передачи мощностей
- от ничтожно малых до десятков тысяч квт, для передачи окружных
усилий от долей грамма до 10 Мн (1000 тс). Основные достоинства
3. п.: значительно меньшие габариты, чем у др. передач; высокий кпд (потери
в точных, хорошо смазываемых передачах 1-2% , в особо благоприятных условиях
0,5% ); большая долговечность и надёжность; отсутствие проскальзывания;
малые нагрузки на валы. К недостаткам 3. п. можно отнести шум при работе
и необходимость точного изготовления.

Рис. 2. Образование эвольвентных
профилен: NN - общая нормаль; Р - полюс зацепления; а - угол зацепления;
w1 и 2 - зубчатые
колёса.

Зубчатые колёса находятся
в т. н. зубчатом зацеплении, основной кинематической характеристикойк-рого
является постоянство мгновенного передаточного отношения при непрерывном
контакте зубьев. При этом общая нормаль (линия зацепления) к профилям зубчатых
колёс в любой точке их касания должна проходить через полюс зацепления
(рис. 2). В цилиндрич. передачах полюсом зацепления является точка касания
начальных окружностей зубчатых колёс, т. е. окружностей, к-рые катятся
друг по другу без скольжения. Диаметры начальных окружностей dи dможно определить из соотношений:

где А - межосевое
расстояние (расстояние между осями колёс). Указанному условию удовлетворяют
мн. кривые, в частности
эвольвенты, к-рые наиболее выгодны для профилирования зубьев с точки зрения
сочетания эксплуатац. и технология, свойств, поэтому эволъвентное зацепление
получило
преим. применение в машиностроении. Колёса с эвольвентным профилем могут
быть нарезаны одним инструментом, независимо от числа зубьев и так, чтобы
каждое эвольвентное колесо могло входить в зацепление с колёсами, имеющими
любое число зубьев. Профиль зубьев инструмента может быть прямолинейным,
удобным для изготовления и контроля. Эвольвентное зацепление мало чувствительно
к отклонениям межосевого расстояния. Контакт профилей зубьев происходит
в точках линии зацепления, проходящей через полюс зацепления касательно
к основным окружностям с диаметрами
-угол зацепления. Основной размерный параметр эвольвентных и др. зубчатых
зацеплений - модуль т, равный отношению диаметра делительной окружности
зубчатого колеса dк числу зубьев г. Для некорригированных
эвольвентных
зацеплений (см. Коррширование зубчатых колёс) начальные и делительные
окружности совпадают:

Профиль т. н. производящей рейки при образовании зубчатого колеса очерчивается
по исходному контуру основной рейки (рис. 3), к-рая получается приувеличении
числа зубьев нормального эвольвентного зубчатого колеса до бесконечности.

Рис. 3. Исходныйконтур основной
рейки

.

Зубья производящей рейки
имеют увеличенную высоту h = (h' + h") для образования радиального
зазора в зацеплении (ст), толщину по делительной окружности
s,
радиус
закругления rшаг зацепления t,
угол зацепления
В косозубых колёсах исходный контур принимают в сечении, нормальном
к линии зуба.

В конической 3. п. (рис.
4) начальные цилиндры заменяются начальными конусами 1 и 2. Профили
зубьев приближённо рассматриваются как линии пересечения боковых поверхностей
зубьев с дополнит. конусами 3 и 4, соосными начальным, но с образующими,
перпендикулярными образующим начальных конусов.

Рис.4. Образование конического
зацепления.

Модуль, начальные и делительные
окружности измеряют на внешнем дополнит. конусе. Для удобства профилирования
зубьев дополнит.
конусы развёртывают на плоскость 5 и 6. Эвольвентное зацепление
может быть улучшено корригированием. Кроме эвольвентного зацепления, в
часовых механизмах и нек-рых др. приборах применяют циклоидальное зацепление,
работающее с меньшими потерями на трение и позволяющее применять зубчатые
колёса с малым числом зубьев, но не обладающее указанными достоинствами
эвольвентного зацепления. В тяжёлых машинах наряду с эвольвентными передачами
применяют круговинтовые передачи (рис. 5), предложенные в 50-х гг.
20 в. М. Л. Новиковым. Профили зубьев колёс в зацеплении Новикова очерчиваются
дугами окружностей.

Рис. 5. Передача Новикова.

Выпуклые зубья одного зубчатого
колеса (обычно малого) контактируют с вогнутыми зубьями другого. Начальное
касание (без нагрузки) происходит в точке. В передаче Новикова зубчатые
колёса косозубые. Точки контакта зубьев перемещаются не по высоте зубьев,
а только в осевом направлении, т. о. линия зацепления параллельна осям
колёс. К достоинствам таких 3. п. относятся: пониженные контактные напряжения,
благоприятные условия для образования масляного клина, возможность применения
колёс с малым числом зубьев и, следовательно, большие передаточные числа.
Несущая способность передач Новикова по критерию контактной прочности существенно
выше, чем эвольвентных.

Для удовлетворительной работы
3. п. необходима достаточная их точность. Для 3. п. предусмотрено 12 степеней
точности, выбираемых в зависимости от назначения и условий работы передачи.

Основные причины выхода из
строя 3. п.- поломки зубьев, усталостное выкрашивание поверхностных слоев
зубьев, абразивный износ, заедание зубьев (наблюдаемое при разрушении масляной
плёнки от больших давлений или высоких темп-р).

Осн. материалами для зубчатых
колёс являются легированные стали, подвергаемые термич. или химико-термич.
обработке: поверхностной закалке, преимущественно токами высокой частоты,
объёмной закалке, цементации, нитроцементации, азотированию, цианированию.
3. п. из сталей, улучшаемых термообработкой до нарезания зубьев, изготовляют
при отсутствии жёстких требований к их габаритам, чаще всего в условиях
мелкосерийного и индивидуального произ-ва. При особых требованиях к бесшумности
и малых нагрузках одно из зубчатых колёс делают из пластмассы (текстолита,
капролона, древеснослоистых пластиков, полиформальдегида), а сопряжённое
- из стали. 3. п. рассчитывают на прочность по напряжениям изгиба в опасном
сечении у основания зубьев и по контактным напряжениям в полюсе зацепления.

3. п. применяют в виде простых
одноступенчатых передач и в виде различных сочетаний неск. передач, встроенных
в машины или выполненных в виде отд. агрегатов.
Широко используют 3. п. для понижения угловых скоростей и повышения крутящих
моментов в редукторах. Редукторы выполняют обычно в самостоятельных
корпусах одно-, двух- в трёхступенчатыми с передаточными числами соответственно
1,6-6,3: 8-40; 45-200. Наиболее распространены двухступенчатые редукторы
(ок. 95%). пли получения различных частот вращения выходного вала
при постоянной скорости приводного двигателя применяют коробки скоростей.
Возможности
зубчатых механизмов расширяются с применением планетарных передач, к-рые
используются в качестве редукторов и дифференциальных механизмов. Небольшие
габариты и масса планетарных 3. п. обусловливаются распределением нагрузки
между неск. совершающими планетарное движение зубчатыми колёсами (сателлитами)
и применением внутр. зацепления, обладающего повышенной несущей способностью.
При переходе от простых передач к планетарным достигается уменьшение массы
в 1,5-5 раз. Наименьшие относит. габариты имеют волновые передачи, обеспечивающие
передачу больших нагрузок при высокой кинематической точности и жёсткости.

Лит.: Кудрявцев В.
Н., Зубчатые передачи, М.-Л., 1957; Решетов Д. Н., Детали машин, М., 1963;
Часовников Л. Д., Передачи зацеплением, М., 1969; Детали машин. Справочник.
под ред. Н. С. Ачеркана, т. 3, М., 1969.

Д. Н. Решетов.