Кінематика зубчастих передач. Сили в зачепленні. Критерії працездатності. Розрахунок циліндричних зубчастих передач на міцність. Вибір модуля і числа зубів.
Кінематика зубчастих передач
Основний кінематичної характеристикою зубчастої передачі є передавальне відношення
виражає відношення кутових швидкостей і коліс при передачі руху від колеса 1 до колеса 2.
Співвідношення передавального числа і передавального відносини. .
За геометричним і конструктивних міркувань бажано, щоб колесо мало не менш 10-13 зубів і не більше 100-130 зубів. При цьому передавальне відношення зубчастої пари в середньому буде лежати в межах від 10 до 0,1. Якщо в конструкції необхідно реалізувати передавальне відношення, що виходить за ці межі, застосовують кілька послідовно розташованих зубчастих пар - ряд зубчатих коліс.
Приклад 3.1. Визначити передавальне число багатоступінчастої зубчастої передачі (рис.3.1). Число зубів зубчастих коліс: z1 = 15, z2 = 30, = 12, z3 = 24, = 14, z4 = 28,. z5 = 36.
Знак «-» враховує, що зубчасті колеса в парі з зовнішнім зачепленням обертаються в протилежну сторону.
У зубчастому зачепленні рух передається за допомогою сили нормального тиску в точці контакту зубів. У прямозубой циліндричної передачі сила спрямована по лінії зачеплення (рис.3.2).
Силу прикладають в полюсі зачеплення і розкладають на дві складові:
· Окружну силу. спрямовану дотично до ділильної окружності
· Радіальну силу. спрямовану по радіусу до центру колеса
Сила нормального тиску
де - кут зачеплення;
- крутний момент на колесі (шестерні).
Критерії працездатності і розрахунку зубчастих передач
Для зубчастих передач основним критерієм працездатності є міцність зубів. Під дією нормальної сили і сили тертя зуб знаходиться в умовах складного напруженого стану. На працездатність зубчастого колеса основний вплив роблять два напруги (рис. 3.3): контактні напруги. діючі в місці контакту зубів, і напруги вигину, найбільші з яких діють на підставі зуба. Напруги і змінюються по переривчастим пульсуючим циклам.
Циклічну зміну напруг може бути причиною поломки зубів і втомного викришування їх поверхонь. Крім того, наявні в зачепленні відносні ковзання профілів викликає абразівнийізнос і заїдання зубів.
Види руйнувань зубів
1.Поломка зубів - пов'язана з дією напруг вигину.
· Позитивний зсув при нарізанні зубів,
· Термообробка, наклеп, зменшення концентрації навантаження по краях зубів.
2.Усталостное викришування - основний вид руйнування поверхні зубів при хорошому мастилі (в закритих передачах) Викликається циклічним дією змінних контактних напружень
· Розрахунок на витривалість по контактним напруженням;
· Підвищення твердості матеріалу шляхом термообробки;
· Підвищення ступеня точності виготовлення зубчастих коліс
3.Абразівний знос - основний вид пошкодження зубів при поганій мастилі (відкриті передачі). Відбувається внаслідок попадання в зачеплення пилу, продуктів зношування і т.д.
- підвищення твердості і чистоти поверхні зубів;
- захист від абразивних частинок;
застосування масел з хімічно активними добавками.
4.Заеданіе - спостерігається в високонавантажених швидкісних передачах. У місці зіткнення зубів значно підвищується температура, що сприяє розривів масляної плівки. Відбувається мікросваріваніе частинок металу з подальшим їх відривом від основного металу. Утворилися нарости задирають поверхню зубів в напрямку ковзання.
· Інтенсивне охолодження мастила;
· Застосування спеціальних протизадирних масел.
Розрахунок циліндричних прямозубих передач на міцність
Розрахунок циліндричних зубчастих передач на міцність стандартизований ГОСТ 21354-75.
ГОСТом передбачено розрахунок міцності зубів по контактним напруженням і розрахунок міцності по напруженням вигину.