Математика лекции задачи Лекции по электротехнике Теория машин и механизмов Машиностроительное черчение Современные интерьеры архитектура дизайн История искусства Информатика Физика решение задач >

Классификация зубчатых передач Эвольвентное зацепление Качественные показатели зубчатой передачи Цилиндрические косозубные передачи Передачи Новикова Виброизоляция и виброзащита Силой трения покоя Показатели ремонтопригодности


Теория машин и механизмов

Виды трения. Общее сопротивление, возникающее в местах соприкоснове- ния двух тел, которые перемещаются друг относительно друга, называется силой трения. Сопротивление движению возникает из-за упругих вязких и пластических деформаций шерохова­тых поверхностей соприкасающихся тел. Трение в одних случаях является полезным фактором, на- пример: при сцеплении винта и гайки с закрепляемой деталью колес автомобиля или трамвая с дорогой, дисков тормозов различных машин.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Передачи Новикова

М.Л. Новикову удалось открыть принципиально новый класс пространственных зацеплений с точечным контактом для передач с параллельными, пересекающимися и перекрещивающимися осями. Переход к таким системам зацепления позволяет использовать для образования зубьев огромное число новых форм профилей, не взаимоогибаемых и не имеющих общей огибаемой поверхности. Известными методами огибания создать новые системы зацепления не представлялось возможным, поэтому М.Л. Новикову пришлось отказаться от классической теории зацепления Оливье –– Гохмана и разработать свою, базирующуюся на предложенном им новом принципе образования рабочих поверхностей зубьев, названном «методом контактных линий». Если методы огибания исходят из профиля инструмента и отмечены «технологическим подходом» к задаче создания новых видов зубчатых передач, то «метод контактных линий» М.Л. Новикова выражает собой «конструкторский подход» к проблеме. Этот метод исходит от готовой, заданной конструктором формы профилей и поверхностей зубьев, обеспечивающих в первую очередь необходимые прочностные, эксплуатационные и другие достоинства передачи. На базе этой теории самим М.Л. Новиковым были предложены новые виды цилиндрических, конических и червячных передач –– передачи Новикова, обладающие значительно более высокой нагрузочной способностью, чем все известные до этого аналогичные типы передач.

Передачи Новикова имеют одну линию зацепления LL (рис. 40, а). Обычно она направлена от одного торца зубчатого колеса к другому. Линии зацепления в торцовой плоскости здесь нет, в процессе зацепления происходит перекатывание одного зуба по другому по их длине, как показано стрелкой, со скоростью намного большей, чем окружная скорость, что благоприятствует созданию толстой масляной прослойки, снижению потерь на трение и уменьшение износа. Такое перекатывание зубьев по их длине (пространственное зацепление) и является принципиальным отличием передач Новикова от всех видов передач с другими системами зацепления. Соприкосновение профилей взаимодействующих зубьев происходит только в момент пересечения обоими профилями линии зацепления, обозначенной в торцовой плоскости точкой LO (см. рис. 40, а). До этого момента и после него профили зубьев шестерни и колеса не касаются друг друга (рис. 41). Для того чтобы обеспечить непрерывность зацепления на протяжении всего окружного шага, передачи Новикова выполняются косозубыми.

Поскольку вогнутый профиль зуба в таких передачах всегда должен выполняться радиусом R, несколько большим радиуса r, то первоначальный контакт всегда будет точечным, а форма кривой профиля не имеет существенной роли. В настоящее время широкое промышленное применение получили передачи Новикова с формой профилей, очерченной отрезками дуг окружностей в нормальном сечении зуба. Такие исходные контуры зацепления стандартизированы для передач с НВ 320. Имеются передачи Новикова с циклоидальными профилями зубьев (циклоидальные передачи Новикова), с профилями зубьев, очерченными: один удлиненной, а другой укороченной эвольвентой (эвольвентные передачи Новикова), передачи Новикова с эллиптическими профилями зубьев и другие, а также с профилями, скомбинированными из различных кривых. Более подробно остановимся на цилиндрических передачах Новикова.

 

а)

  

б)

Рис. 40. Точечные пространственные системы зацепления: а) заполюсное Новикова; б) дозаполюсное Новикова

Рис. 41. Касание профилей в зацеплении Новикова

Цилиндрическая передача Новикова состоит из зубчатых колес, у которых выпуклые поверхности зубьев одного колеса имеют контакт, близкий к линейчатому, с вогнутыми поверхностями зубьев другого колеса. Контактная линия на зубьях колес приработанных передач Новикова располагается от головки к ножке примерно перпендикулярно направлению зубьев.

Как уже было сказано, в передачах с зацеплением Новикова зубья расположены также как в косозубых передачах, под постоянным углом к образующей нормальной поверхности. Пара сопряженных колес входит в зацепление постепенно в направлении осей сопряженных колес. Плавность зацепления обеспечивается благодаря перекрытию зубьев только в осевом направлении. В торцовой плоскости колес перекрытие профилей зубьев отсутствует. Радиус кривизны зубьев в плоскости, перпендикулярной к линии контакта, очень невелик, поэтому контактные напряжения невелики и колеса могут передавать большую нагрузку в течение продолжительного времени до появления выкрашивания металла по причине его усталости. Работа с меньшими напряжениями обеспечивается передачей Новикова с двумя линиями зацепления (ДЛЗ). На основе теории Новикова были разработаны новые виды передач: дозаполюсные зубчатые передачи, показавшие большую нагрузочную способность и уже названные передачи со многими линиями зацепления (ДЛЗ).

Авторским свидетельством М.Л. Новикова охватываются практически все пространственные передачи с точечной системой зацепления, работающие на принципе продольного перекатывания зубьев, с любой формой профилей зубьев и любым расположением центров кривизны взаимодействующих профилей зубчатой пары, а также с любой формой линии зацепления и любым законом движения точки зацепления вдоль линии зацепления.

При изменении межосевого расстояния мгновенное передаточное отношение в передачах Новикова остается постоянным. Их нагрузочная способность при изменении межосевого расстояния в пределах существующих допусков на точность изготовления и монтажа также практически остается неизменной. Исследования свидетельствуют, что увеличение межосевого расстояния дозаполюсной передачи Новикова в процессе эксплуатации до 1,6 мм (при нормальном модуле зацепления 10 мм) не вызвало снижения ее нагрузочной способности. Уменьшение межосевого расстояния на 2,5% от модуля приводит к снижению допускаемой нагрузки до 12%.

Заполюсные передачи Новикова с имеющимися на сегодня исходными контурами обеспечивают увеличение контактной прочности в 2–2,1 раза, изломной прочности –– в 1,3–1,5 раза. Другим их преимуществом являются в 2–2,5 раза меньшие потери на трение в зацеплении и в 3–4 раза меньший износ.

Дозаполюсные передачи (рис. 40, б) были разработаны в 1954 году. Как видно из рисунка, дозаполюсная передача имеет две линии зацепления LL и L¢L¢ (передача с ДЛЗ). Если посмотреть на торцовое сечение зубчатых колес, то одна из линий зацепления (точка LO) находится перед полюсной линией Р (до полюса), другая (точка LO) –– за полюсной линией, в направлении вращения ведущего зубчатого колеса.

Дозаполюсные передачи обеспечивают дальнейшее существенное увеличение нагрузочной способности. При этом конфигурация исходного контура, зависящая от многих параметров, оказывает решающее влияние на несущую способность таких передач. Испытания дозаполюсных передач с одним из перспективных исходных контуров показали в сравнении с аналогичными по размерам, материалам и термообработке эвольвентными передачами увеличение нагрузочной способности по излому зубьев в 1,8 раза, по контактной прочности –– в 2,3 раза.

Зубчатые передачи Новикова как с одной, так и с двумя линиями зацепления изготовляются на существующем зуборезном и зубоотделочном оборудовании. Отличие имеет лишь зуборезный инструмент, который профилируется в соответствии с принятым исходным контуром зацепления Новикова.

В настоящее время передачи с заполюсным и дозаполюсным зацеплениями находят все более широкое промышленное применение. Ряд заводов изготовляет их серийно. В настоящее время более 70% всех редукторов общего назначения, выпускаемых специализированными редукторными заводами, изготовляются с дозаполюсным зацеплением. Вес редукторов снижен в среднем в 1,3–1,9 раза.

Червячная зубчатая передача Эта передача является частным случаем гиперболоидной зубчатой передачи. Угол скрещивания осей в большинстве случаев равен 90°. Передача состоит из червяка и червячного колеса. Червяком называется косозубое зубчатое колесо, линия зубьев которого делает один или более оборотов вокруг его оси.

Волновая зубчатая передача применяется в приборах и силовых устройствах. При ее использовании обеспечивается кинематическая точность и передача движения в герметично закрытое пространство. Несомненными ее преимуществами по сравнению с другими типами передач являются малые габаритные размеры и масса, простота конструкции, а в отдельных  случаях –– более высокий КПД, меньшая стоимость, более высокие эксплуатационные качества. Именно эти свойства обусловливают целесообразность использования волновой зубчатой передачи в высокомоментных приводах машин

Первая особенность заключается в том, что в зацеплении и передаче нагрузки может одновременно участвовать большое число пар зубьев. Чем больше крутящий момент М на гибком звене 1, тем сильнее оно искривляется (рис. 43, а), тем больше пар зубьев находится в зацеплении и тем большую нагрузку может выдержать передача.

Спироидные передачи по внешнему виду похожи на гипоидные, имеющие большой угол наклона и малое число зубьев ведущего колеса. Ведущим звеном спироидной передачи является спироидный конический червяк с постоянным шагом и углом наклона боковой поверхности витка (винтовые зубья). Е –– смещение конического червяка относительно оси ведомого колеса

В других случаях трение вызывает непроизводительный расход энергии, быстрый износ трущихся деталей. Например, короткий ресурс различных двигателей, редукторов, ряда машин, объясняется быстрым износом контактирующих поверх­ностей звеньев, т. е. кинематических пар. Уменьшая трение в кинематических парах, можно обеспечить уменьшение расхода энергии и увеличить их долговечность, а следовательно повысить ресурс различных машин.
Основные теоремы динамики Теорема сложения скоростей