Лекция 8.

Сопряженные поверхности – поверхности, которые постоянно или с определенной периодичностью входят в зацепление друг с другом.

По отношению к начальным окружностям сопряженные поверхности могут занимать различные положения. Правильным положением является то, которое удовлетворяет основной теореме зацепления, теореме о мгновенном передаточном отношении, которое формулируется следующим образом:

Общая нормаль, проведенная в точке контакта сопряженных поверхностей, проходит через линию центров О₁О₂ и делит эту линию на части, обратно пропорциональные отношению угловых скоростей.

Передаточное отношение

"-" если зацепление внешнее; "+" если зацепление внутреннее;

(см рис. 4.4.1)

Сопряженные профили должны удовлетворять следующим требованиям:

1. быть простыми в изготовлении (технологичными);

2. иметь высокий КПД.

Таким требованиям удовлетворят эвольвентные профили.

4.3 Эвольвента и ее свойства.

Эвольвента образуется путем перекатывания производящей прямой K_yN_y без скольжения по основной окружности радиуса r_b.

Радиус произвольной окружности – r_y. ON_y || t t

Из треугольника ON_yK_y следует, что

(1)

Т.к. K_yN_y перекатывается без скольжения по основной окружности, то

r_b(q _y + a _y) = r_b^.tg _{a y}

q _y = tg _{a y} - a _y (2)

q _y = inv a _y

q _y – инволюта;

Уравнения (1) И (2) являются уравнениями эвольвенты в параметрической форме.

a _у – угол профиля эвольвенты для точки К_у, лежащей на произвольной окружности.

a – угол профиля эвольвенты для точки К, лежащей на делительной окружности радиуса r.

Угол профиля эвольвенты для точки К_b, лежащей на основной окружности, равен нулю: a _b=0.

Свойства эвольвенты.

1. Форма эвольвенты зависит от радиуса основной окружности. При стремлении r_b,эвольвента превращается в прямую линию (пример рейка).

2. Производящая прямая K_yN_y является нормалью к эвольвенте в данной тоске.

3. Эвольвента начинается от основной окружности. Внутри основной окружности точек эвольвенты нет.

4.4 Элементы эвольвентного зубчатого колеса (рис.8-86).

Делительной окружностью называется окружность стандартных шага р, модуля m и угла профиля a .

Шаг – расстояние между одноименными точками двух соседних профилей зубьев, измеренные по дуге соответствующей окружности.

Модулем называется часть диаметра делительной окружности, приходящаяся на один зуб.

Модуль m,[мм] – стандартная величина и определяется по справочникам, исходя из трех рядов:

1 ряд – наиболее предпочтительный;

2 ряд – средней предпочтительности;

3 ряд – наименее предпочтительный.

Модуль является масштабным фактором высоты зуба. Чем больше модуль, тем выше высота зуба, тем больше плечо силы P, вызывающей изгибные напряжения у основания зуба.

Угол профиля – угол между касательной к эвольвенте в данной точке и радиус-вектором этой точки (см. чертеж эвольвенты).

Угол профиля для точки, лежащей на делительной окружности, является величиной стандартной и равной 20^о (хотя лучше 25^о).

1. Основные расчетные зависимости для определения параметров эвольвентного зубчатого колеса.

1. Число зубьев z; 2. Модуль m; 3. Ширина венца b; 4.Высота зуба h; 5. Диаметры зубчатого колеса: делительный d=mz; вершин зубьев d_a; впадин d_f ; сновной d_b; произвольный d_y; 6. Окружной шаг: делительный p=πm; по произвольной окружности P_y; Окружная толщина зуба S, S_a; окружная толщина впадины e; 7. Угловой шаг τ=360˚/z; угловая толщина зуба 2ψ; 8. Угол профиля зуба на делительной окружности α; 9. Эвольветные углы: inv α_y ; inv α_a;10. Радиус кривизны перехода профиля ρ_f.

Рис.8-86. Элементы и основные параметры эвольвентного прямозубого колеса.

Из (1) следует, что радиус делительной окружности

; (3)

модуль по ГОСТу определяется

2p ^.r = p^.z  à

m = p / p à

p = p ^.m  (4)

(5)

2p ^.r_y = p_y^.z

à

(6)

по основной окружности

a _y = 0  à   p_b = p cos 20^o (7)

2. Виды зубчатых колес.

p = s + e (8)

s = + Δ^.m (9)

где Δ – коэффициент изменения толщины зуба.

В зависимости от знака коэффициента Δ различают виды зубчатых колес:

1. Δ = 0 s = e = p/2 нулевое зубчатое колесо;

2. Δ > 0 s > e положительное зубчатое колесо;

3. Δ < 0 s < e отрицательное зубчатое колесо.

4. Эвольвентная зубчатая передача и ее свойства (рис. 11-86).

a_w - межосевое расстояние; α_w - угол зацепления;

ym - воспринимаемое смещение; C - радиальный зазор;

g -длина линии зацепления N₁N₂ ; g_α - длина активной линии зацепления;

Р - полюс зацепления; r_w1, r_w2- радиусы начальных окружностей;

φ_α1 - угол торцевого перекрытия зубчатого колеса.

Рис.11-86. Элементы и основные параметры эвольвентной зубчатой передачи

Эвольвентную зубчатую передачу составляют, как минимум, из 2-х зубчатых колес, при этом в рассмотрение вводится две начальные окружности радиусами r_w1 и r_w2.

Меньшее зубчатое колесо в обычной понижающей зубчатой передаче называется шестерня.

Вместо производящей прямой здесь вводится в рассмотрение линия зацепления N₁N₂, которая одновременно касается 2-х основных окружностей r_b1 и r_b2.

Линия зацепления является геометрическим местом точек контакта сопряженных эвольвентных профилей. В точке В₁ пара эвольвент, которые в данный момент времени контактируют в точке К, вошли в зацепление. В точке В₂ эта же пара эвольвент из зацепления выходят.

На линии зацепления N₁N₂ все взаимодействующие эвольвенты при зацеплении касаются друг друга. Вне участка N₁N₂ эвольвенты пересекаются, и если такое случится, то произойдет заклинивание зубчатого колеса (9-86).

Рис.9-86. Интерференция эвольвет при внешнем зацеплении

а) интерференция эвольвет

б) подрез зуба

Угол N₁O₁P = N₂J₂P = a _w – угол зацепления.

Для передачи, составленной из нулевых зубчатых колес a _w=20^o

Для передачи, составленной из положительных з. к. a _w>20^o

Для передачи, составленной из отрицательных з. к. a _w<20^o

c=c*^.m - радиальный зазор, величина стандартная, необходим для нормального обеспечения смазки.

c* - коэффициент радиального зазора, по ГОСТ c*=0.25 (c*=0.35).

Расстояние между делительными окружностями у^.m – это воспринимаемое смещение.

у – коэффициент воспринимаемого смещения, он имеет знак, и в зависимости от знака различают:

1. у=0 у^.m=0 – нулевая зубчатая передача;

2. у>0 у^.m>0 – положительная зубчатая передача;

3. у<0 у^.m<0 – отрицательная зубчатая передача;

Свойства эвольвентного зацепления.

1. Эвольвентное зацепление молочувствительно к погрешностям изготовления, т.е. при отклонении межосевого расстояния от номинала передаточное отношение зубчатой передачи не изменится.

2. Линия зацепления N₁N₂ является общей нормалью к сопряженным эвольвентным профилям.

3. Контакт эвольвент осуществляется только на линии зацепления.