Конусные колеса. Чертежи конических зубчатых колес

Выполняют коваными, литыми и значительно реже бандажированными. По размерам наружного диаметра конические зубчатые колеса могут выполняться от нескольких десятков миллиметров до 2...3 м. Из-за большого диапазона значений размеров нельзя принять одну конструкцию зубчатого колеса. Технологический процесс изготовления и силовое воздействие на элементы зубчатого колеса в процессе работы конической передачи также требуют разных конструкций. Наиболее распространенные конструкции конических зубчатых колес рассмотрены ниже.

Выбор конструкций конических зубчатых колес. Конструкции конических зубчатых колес выбирают по табл. 10.

Здесь, как и в цилиндрических зубчатых колесах, вводятся понятия наименьший (d rp) и наибольший D гр граничный диаметр конического зубчатого колеса. Граничные диаметры определяют конструкцию зубчатого колеса.

Для зубчатых колес с диском при определении граничного диаметра учитывают, что в диске необходимо выполнить отверстия диаметром не менее 30 мм. Для этого между ступицей и ободом требуется расстояние в 50 мм. Наименьший граничный диаметр должен быть: d rp = 100 + d cm + 2bsinφ. Таким образом, при d д > d гp кованые конические зубчатые колеса должны иметь конструкцию, показанную на листе 9, рис. 3, при d д ≤ d гp зубчатое колесо выполняют без диска (лист 9, рис. 2).

Для крупных литых зубчатых колес вводится понятие наибольшего граничного диаметра D гp = d гp + 0,4L, которое определяет конструкцию литых конических зубчатых колес с четырьмя и шестью ребрами.

В табл. 10 указаны пределы угла φ, который определяет форму зубчатых колес различных конструкций.

Определение размеров элементов конических кованых зубчатых колес. Формулы, по которым определяют размеры элементов кованых и литых конических зубчатых колес, приведены в табл. 11.

За основную конструкцию принято зубчатое колесо с вертикальным диском без поперечных ребер. Такая конструкция обеспечивает прочность и технологичность изготовления.

Таблица 10

Выбор конструкции конических зубчатых колес

Таблица 11

Формулы для определения размеров элементов кованых и литых конических зубчатых колес

Продолжение табл. 11

Кованые зубчатые колеса малых диаметров выполняют без дисков.

Если по конструктивным требованиям или условиям прочности вала диаметр d выбран так, что имеет место неравенство

то шестерня выполняется заодно с валом (лист 9, рис. 4, 5) и называется валом-шестерней.

Если по конструктивным требованиям диск кованого конического зубчатого колеса необходимо разместить на некотором расстоянии от торцов ступицы (лист 10, рис. 1), то ступица не должна выступать за пределы конуса впадин, что определяется условием нарезания зубьев на станке.

В конических зубчатых колесах, изготовленных без отверстий в диске и с короткой выступающей частью ступицы, для удобства крепления заготовки на станке при токарной обработке со стороны торца большого конуса выполняют срез вершин зубьев по диаметру D cp при следующих соотношениях между массой заготовки и длиной выступающей цилиндрической части ступицы:

При выполнении среза вершин зубьев (лист 9, рис. 1,2) подсчитывают диаметр D cp при b ср = т. Затем полученное значение D cp округляют в меньшую сторону и ширину среза вершин зубьев b ср определяют по формуле

При выполнении среза вершин зубьев зубчатого колеса (лист 9, рис. 3) с углом φ ≥ 45° (лист 9, рис. 2) ширину среза b ср определяют по этой же формуле при D cp = d д.

Определение размеров элементов литых конических зубчатых колес. Размеры элементов литых зубчатых колес зависят не только от прочности, но и от необходимых соотношений между ними, определяемых технологическим процессом отливки. В зависимости от размеров изготовляются однодисковые зубчатые колеса с четырьмя, шестью и восьмью ребрами. Выбор четного числа ребер объясняется наиболее выгодным расположением прибылей и устранением дефектов в виде раковин и т. п. Формулы для определения размеров элементов литых конических зубчатых колес приведены в табл. 11. Для подсчета толщины обода δ 0 литых и кованых конических зубчатых колес принята формула, как и для подсчета толщины обода литых цилиндрических зубчатых колес, с учетом влияния коэффициента ширины зуба ψ ba и суммарного числа зубь- ев z ∑ . В конических зубчатых колесах при уменьшении угла φ возрастает величина радиальной нагрузки и увеличивается расстояние от точки приложения этой нагрузки до оси симметрии диска. Для уменьшения влияния моментов от радиальной и осевой нагрузок расстояние l Х от торца окружности выступов на малом конусе до диска определяют в зависимости от угла φ. В табл. 11 приведены формулы для предварительного определения отверстия в ступице колеса под вал. Учитывая технологию отливки в местах, указанных буквой N (лист 10, рис. 2, 3, 4), допускается утолщение обода до высоты ребер. При изготовлении кованых и литых конических зубчатых колес используют те же стали, что и для цилиндрических зубчатых колес.

Чертежи конических зубчатых колес

Конические зубчатые колеса (см. рис. 8.5, д, е ), как и цилиндрические, вычерчиваются условно (рис. 8.11). При этом общие правила выполнения чертежей цилиндрических зубчатых колес, изложенные в предыдущем параграфе, действуют и в случае вычерчивания конических прямозубых колес. Размеры элементов этих колес подсчитывают по тем же формулам, что и для цилиндрических колес. Однако диаметры, модуль, высота головки и ножки зуба конического зубчатого колеса переменны (рис. 8.11). Поэтому за диаметр делительной окружности принимают максимальное его значение. Значение модуля при подсчетах также берут наибольшее (на внешнем дополнительном конусе).

Рис. 8.11.

ГОСТ 19325–73 устанавливает, что основой для подсчета размеров конических прямозубых колес является делительный конус . По вершинам зубьев проходит конус вершин, а по впадинам зубьев – конус впадин. Кроме того, могут быть два дополнительных делительных конуса – внешний и внутренний. Образующие этих конусов расположены под прямым углом к образующей делительного конуса.

Для выполнения чертежа конического прямозубого колеса нужно знать внешний окружной модуль т е, число зубьев шестерни z. Если рассматриваются два зубчатых колеса, находящихся в зацеплении, то числа зубьев обозначаются соответственно z1 и z2.

В данном примере эти величины взяты следующие: т е = 3 мм; z1 = 20 (шестерни); z2 = 40 (колеса); диаметр вала d a = 20 мм.

Прежде чем приступить к вычерчиванию, нужно подсчитать основные параметры колеса.

Диаметр делительной окружности колеса определяем по формуле d 2 = т ez 2. В данном примере d 2 = 3 40 = 120 мм. Высота головки зуба h a берется равной модулю (внешнему): h a = т е = 3 мм.

Высота ножки зуба hr берется равной 1,2 модуля: hr = = l,2me= 1,2-3 = 3,6 мм.

Диаметр делительной окружности шестерни (составляющей пару с изображаемым колесом) d 1 = т еz1 = 3 20 = 60 мм.

После подсчета основных параметров приступают к вычерчиванию фронтального разреза колеса. Построение выполняют в такой последовательности (рис. 8.12).

Рис. 8.12.

Вычерчивают два делительных конуса с общей образующей (рис. 8.12, а ). Конус большего диаметра (d 2 =120 мм) принадлежит колесу меньшего диаметра (d 1 = 60 мм) – шестерне. К основанию делительного конуса колеса проводят две линии, расположенные под прямым углом к образующим конуса В результате получают внешний дополнительный конус колеса.

Вдоль образующей этого дополнительного конуса откладывают от точки пересечения ее с образующей делительного конуса размер высоты головки h a (в нашем примере 3 мм) и размер высоты ножки h f зуба, проводят через полученную точку прямую под углом δa (угол конуса вершин), получая конус вершин (рис. 8.12, б ). Отложив размер высоты ножки зуба (в нашем примере 3,6 мм) вдоль образующей дополнительного конуса, соединяют полученную точку с вершиной делительного конуса, получая конус впадин колеса.

По образующей делительного конуса колеса откладывают размер длины зуба b, который можно подсчитать по соотношению b = (6÷8 )т е, приведенному в табл. 8.1. В нашем примере возьмем коэффициент равным 6 (колесо стальное), получим b = 6 т е = 6 3 = 18 мм.

Определяют толщину обода венца δ0 из соотношения, приведенного в табл. 8.1: δ0 ≈ (2,5÷4)те.

Для стального колеса берем коэффициент 2,5. Получаем δ0 = 2,5т е = 2,5 3 = 7,5 мм. Откладываем этот размер вдоль образующей дополнительного конуса и проводим вертикальную линию (рис. 8.12, в).

По соотношениям, приведенным в табл. 8.1, подсчитываем диаметр d CT и длину ступицы колеса, вычерчивая ее по этим размерам (рис. 8.12, в ). Показывают в ступице отверстие для вала, диаметр которого d B = 20 мм.

Вычерчивают вид слева колеса.

В соответствии с ГОСТ 2.402–68 на нем показывают для конических колес лишь две окружности зубчатого венца: окружность вершин зубьев – сплошной основной линией и делительную окружность – штрихпунктирной тонкой линией (рис. 8.12, а ).

В соответствии с ГОСТ 2.405–75 на рабочих чертежах конических зубчатых колес часть размеров проставляют на изображениях, а часть – в таблице параметров (рис. 8.13).

На изображениях наносят диаметр большего основания конуса вершин (внешний диаметр вершин зубьев). На рис. 8.13 этот размер равен 79,3 мм. Проставляют размер от базовой поверхности (торца ступицы) до большего основания конуса вершин (размер 21,64 мм). Указывают размеры двух углов: угол конуса вершин (угол 27°22" на рис. 8.13) и угол внешнего дополнительного конуса (угол 65°46"). Если зубчатое колесо имеет внешний дополнительный конус, то указывают ширину зубчатого венца (размер 26 мм). Всегда указывают размер базового расстояния, т.е. размер между вершиной делительного конуса и базовой плоскостью, измеренный по геометрической оси колеса (размер 100 _0,2з мм на рис. 8.13). Указывают размеры фасок или радиусы скруглений на кромках зубьев.

Рис. 8.13.

В таблицу параметров вносят помимо модуля число и тип зубьев, угол делительного конуса δ (угол 24°13"40") и угол конуса впадин δf (угол 21°66"). Сведения о типе зубьев помещают в таблице параметров, потому что кроме прямых могут быть косые и круговые зубья с эвольвентными и другими профилями.

Во второй части таблицы параметров помещают данные для контроля колеса, а в третьей – справочные данные.

На соответствующих изображениях наносят обозначения шероховатости рабочих поверхностей зубьев и поверхностей вершин и впадин. Кроме того, указывают предельные отклонения формы и расположения поверхностей.

Из рис. 8.13 видно, что вершины делительного конуса и конуса вершин не совпадают. Смещение их обеспечивает зазор постоянной величины по всей длине зубьев сопряженных колес, что делает передачу более плавной. На учебных чертежах этот зазор допускается не показывать.

• Здесь и в дальнейшем предполагается совпадение начального конуса с делительным.

Cтраница 1

Круговой зуб располагается по дуге окружности, по которой движется инструмент при нарезке зубьев. Угол наклона кругового зуба переменный.  

Круговые зубья обычно выполняются так, что касательная к линии зуба в средней течке А (фиг.  

Круговые зубья нарезаются методом обкатки на специальных высокопроизводительных станках резцовой головкой.  

Круговые зубья с точки зрения прочности отличаются от прямых и косых зубьев дуговой формой и начальным касанием в точке.  

Круговые зубья с точки зрения прочности отличаются от прямых п косых зубьев дуговой формой и начальным касанием в точке.  

Круговые зубья с точки зрения прочности отличаются от прямых зубьев дуговой формой и начальным касанием в точке. Влияние этих способностей недостаточно изучено, однако на основе опытных данных установлено что конические передачи с круговыми зубьями могут передавать нагрузку в 1 45 раза большую, чем прямозубые конические передачи тех же размеров.  

Круговые зубья могут применяться при конусном расстоянии L 6 - - - 420 мм.  

Круговой зуб располагается по дуге окружности а, по которой движется инструмент при нарезании зубьев.  

Круговые зубья нарезают немодульным инструментом, позволяющим обрабатывать зубья в некотором диапазоне модулей. Поэтому допускается применять передачи с нестандартными и дробными модулями.  

Круговые зубья с точки зрения прочности отличаются от прямых и косых зубьев дуговой формой и начальным касанием в точке. Поэтому в СССР и за рубежом широко применяют специальные расчеты конических передач с круговыми зубьями AGMA, разработанные фирмой зуборезных станков Глисон, имеющей большой опыт проектирования, изготовления и испытания конических зубчатых передач. Эти расчеты имеют ту же основу, что и изложенные, но и имеют некоторые специфические особенности.  

Круговой зуб располагается по дуге окружности а, по которой движется инструмент при нарезании зубьев. Угол наклона кругового зуба переменный. За расчетный угол принимают угол на окружности среднего диаметра колеса.  

Лекция №8

Конические колеса применяют в передачах с пересекающимися валами. Конические колеса выполняют с прямыми, косыми, круговыми и другими криволинейными зубьями. В настоящее время наибольшее распространение получили колеса конические с круговыми зубьями. Прямозубые колеса уместно применять при невысоких окружных скоростях (до 8 м/с). При высоких скоростях целесообразно применять колеса с круговыми зубьями как обеспечивающие более плавное зацепление, большую несущую способность и более технологичные.

Недостатки конических передач:

1) сложность изготовления;

2) сложность регулировки пятна контакта зубьев;

3) относительно низкий К.П.Д. (h к = 0,94…0,97).

Последнее объясняется тем, что при несовпадении вершин начальных конусов колес резко увеличивается скольжение в контакте зубьев. В связи с этим в конструкции редуктора должна быть предусмотрена возможность регулировки зацепления конических колес.

Элементы геометрического расчета

Угол между осями валов S , может быть любым, но наибольшее распространение получил угол S =90 0 . Очевидно, что S=d 1 +d 2 , где d 1 и d 2 – углы делительных конусов шестерни и колеса соответственно.

Внешнее конусное расстояние R e определяет габариты передачи (рис. 8.1).

Рабочая ширина зубчатого венца b w может быть выражена формулой

b w =y bd d m1 =y bR R e ,

где y bd – коэффициент ширины шестерни относительно её делительного диаметра, – коэффициент ширины зубчатого венца относительно внешнего конусного расстояния, d m – делительный диаметр в среднем сечении.

Вместо начальных и делительных цилиндров цилиндрических колес в конических колесах вводят понятия - начальный и делительный конуса, которые обладают теми же свойствами, что и делительные и начальные цилиндры. Все размеры зубчатого колеса определяются по наружному торцу:

h ae = m te – внешняя высота головки зуба;

h fe = 1,2m t e – внешняя высота ножки зуба;

m te – окружной модуль на внешнем торце;

d f – угол конуса впадин зубьев;

d a – угол конуса выступов зубьев;

d e =m te z – диаметр внешней делительной окружности;

d ae = d e +2h a cosd – внешний диаметр окружности выступов;

d fe = d e -2h f ·cosd – внешний диаметр окружности впадин.

Под диаметром делительной окружности конического зубчатого колеса понимают диаметр основания делительного конуса колеса d e = m te z=2R e sinδ, откуда

Размеры зуба по длине различны, поэтому вводятся понятия о диаметре и модуле в среднем сечении:

, где R m – среднее конусное расстояние.

Передаточное число , т.к. d e 1 = 2R e sind 1 и d e 2 = 2R e sind 2 , то. Для ортогональных передач, в которых S =90 0 , sind 1 = cosd 2 и U=tg d 2 = ctgd 1 .

Усилия в зацеплении

Усилия в зацеплении рассмотрим на примере конической прямозубой передачи. Условно считаем, что все силы приложены в середине зуба на диаметрах d m 1 и d m 2 (см. рис. 8.3). В сечении плоскостью “n-n ” нормальной поверхности зуба действует полное усилие F n , которое раскладывается на окружное усилие F t и усилие F r " . В свою очередь усилие F r " во фронтальной плоскости раскладывается на F a (осевое усилие) и F r (радиальное усилие). Для определения всех сил исходной является

через него определяются усилия

Для колеса направление сил противоположно, при этом

Эквивалентные колеса и определение их параметров

Размеры поперечных сечений зуба конического колеса изменяются пропорционально расстоянию этих сечений от вершины конуса. Все поперечные сечения зуба геометрически подобны. При этом удельная нагрузка q (рис. 8.4) распределяется неравномерно по длине зуба. Она изменяется в зависимости от величины деформации и жесткости зуба в различных сечениях по закону треугольника, вершина которого совпадает с вершиной делительного конуса. Контактные и изгибные напряжения одинаковы по всей длине зуба. Это позволяет вести расчет на прочность по любому из сечений. Практически удобно принять за расчетные сечения среднее сечение зуба с нагрузкой q ср .

Для расчета на прочность конические колеса заменяют эквивалентными цилиндрическими, размеры которых определяются по развертке дополнительного конуса j , в среднем сечении (рис 8.5), при этом m tv = m tm .

Диаметр эквивалентного колеса

Прямозубые конические колёса применяют при невысоких окружных скоростях (до 2...3 м/с, допустимо до 8 м/с). При более высоких скоростях целесообразно применять колёса с круговыми зубьями, как обеспечивающие более плавное зацепление, меньший шум, большую несущую способность и более технологичные. Прямозубые конические передачи обеспечивают передаточное отношение до 3.

Корригирование конических зубчатых колёс

Применяют в основном высотную коррекцию (корригирование) конических колёс. Также для конических колёс применяется тангенциальная коррекция, заключающаяся в утолщении зуба шестерни и утонении зуба колеса. Тангенциальная коррекция конических колёс не требует специального инструмента. Для цилиндрических колёс тангенциальную коррекцию не применяют, так как для она требует специального инструмента. На практике для конических колёс часто применяют высотную коррекцию в сочетании с тангенциальной.

Зубья конических колёс по признаку изменения размеров сечений по длине выполняют трех форм: