Преимущества и недостатки зубчатой передачи: Зубчатые передачи — достоинства, недостатки, классификация.

Содержание

Зубчатые передачи — достоинства, недостатки, классификация.

Зубчатые передачи



В зубчатой передаче движение передается с помощью зацепления пары зубчатых колес. Меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, большое – колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так к большому колесу.
При написании расчетных формул и указании параметров передачи шестерне присваивают индекс 1, колесу – индекс 2, например: d1, d2, n1, n2.
Зубчатые передачи являются самым распространенным видом механических передач, поскольку они могут надежно передавать мощности от долей до десятков тысяч киловатт при окружных скоростях до 275 м/с. По этой причине они широко применяются во всех отраслях машиностроения и приборостроения.

***

Достоинства зубчатых передач

К достоинствам этого вида механических передач относятся:

  • Высокая надежность работы в широком диапазоне нагрузок и скоростей;
  • Малые габариты;
  • Большой ресурс;
  • Высокий КПД;
  • Сравнительно малые нагрузки на валы и подшипники;
  • Постоянство передаточного числа;
  • Простота обслуживания;

***

Недостатки зубчатых передач

Как и любой другой вид механических передач, зубчатые передачи имеют ряд недостатков, к которым относятся:

  • Относительно высокие требования к точности изготовления и монтажа;
  • Шум при больших скоростях, обусловленный неточностями изготовления профиля и шага зубьев;
  • Высокая жесткость, не дающая возможность компенсировать динамические нагрузки, что часто приводит к разрушению передачи или элементов конструкции (для примера – ременная или фрикционная передача при внезапных динамических нагрузках могут пробуксовывать).

***



Классификация зубчатых передач

Зубчатые передачи классифицируются по ряду конструктивных признаков и особенностей.
В зависимости от взаимного расположения осей, на которых размещены зубчатые колеса, различают передачи цилиндрические (при параллельных осях), конические (при пересекающихся осях) и винтовые (при перекрещивающихся осях).

Винтовые зубчатые передачи применяются ограниченно, поскольку имеют низкий КПД из-за повышенного скольжения в зацеплении и низкую нагрузочную способность. Тем не менее, они имеют и некоторые достоинства – высокую плавность хода и возможность выводить концы валов за пределы передачи в обе стороны.

На рисунке 1 представлены наиболее широко применяемые виды зубчатых передач:

          1 — цилиндрическая прямозубая передача;
          2 — цилиндрическая косозубая передача;
          3 — шевронная передача;
          4 — реечная передача;
          5 — цилиндрическая передача с внутренним зацеплением;
          6 — винтовая передача;

          7 — коническая прямозубая передача;
          8 — коническая косозубая передача;
          9 — коническая передача со спиралевидными зубьями;
         10 — гипоидная передача.

В зависимости от вида передаваемого движения различают зубчатые передачи, не преобразующие передаваемый вид движения и преобразующие передаваемый вид движения. К последним относятся реечные зубчатые передачи, в которых вращательное движение преобразуется в поступательное или наоборот. В таких передачах рейку можно рассматривать, как зубчатое колесо с бесконечно большим диаметром.
Среди перечисленных видов зубчатых передач наиболее распространены цилиндрические передачи, поскольку они наиболее просты в изготовлении и эксплуатации, надежны и имеют небольшие габариты.

В зависимости от расположения зубьев на ободе колес различают передачи прямозубые, косозубые, шевронные и с круговыми (спиральными) зубьями.

Шевронные зубчатые колеса можно условно сравнивать со спаренными косозубыми колесами, имеющими противоположный угол наклона зубьев. Такая конструкция позволяет избежать осевых усилий на валы и подшипники опор, неизбежно появляющихся в обычных косозубых передачах.

В зависимости от формы профиля зубьев различают эвольвентные зубчатые передачи и передачи с зацеплением Новикова.
Эвольвентное зацепление в зубчатых передачах, предложенное еще в 1760 году российским ученым Леонардом Эйлером, имеет наиболее широкое распространение.
В 1954 году в России М. Л. Новиков предложил принципиально новый тип зацеплений в зубчатых колесах, при котором профиль зуба очерчен дугами окружностей. Такое зацепление возможно лишь для косых зубьев и носит название по имени своего изобретателя — зацепление Новикова или профиль Новикова.

В принципе, возможно изготовление зубчатых передач и с другими формами зубьев – даже квадратными, треугольными или трапецеидальными. Но такие передачи имеют ряд существенных недостатков (непостоянство передаточного отношения, низкий КПД и т. д.), поэтому распространения не получили. В приборах и часовых механизмах иногда встречаются зубчатые передачи с циклоидальным зацеплением.

В зависимости от взаимного положения зубчатых колес передачи бывают с внешним и внутренним зацеплением. Наиболее распространены передачи с внешним зацеплением.

В зависимости от конструктивного исполнения различают закрытые и открытые зубчатые передачи. В закрытых передачах колеса помещены в пыле- и влагонепроницаемые корпуса (картеры) и работают в масляных ваннах (зубчатое колесо погружают в масло до 1/3 радиуса).
В открытых передачах зубья колес работают всухую или при периодическом смазывании консистентной смазкой и не защищены от вредного воздействия внешней среды.

В зависимости от числа ступеней зубчатые передачи бывают одно- и многоступенчатые.

В зависимости от относительного характера движения осей зубчатых колес различают рядовые передачи, у которых оси неподвижны, и планетарные зубчатые передачи, у которых ось сателлита вращается относительно центральных осей.

***

Статьи по теме «Зубчатые передачи»:



Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Зубчатые передачи. Их достоинство и недостатки. область применение, классификации.

Выход зубьев из строя может вызываться: а) многократно повторяющимися переменными напряжениями σН и σF
, приводящими к усталостным разрушениям; б) чрезмерными единичными перегрузками, вызывающими пластические деформации или хрупкие поломки зубьев. 1. Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев Причина – контактные напряжения σН и трение. Это основной вид разрушения закрытых передач (редукторов). Зубья в работе разделены слоем масла, износ их мал. Передача длительное время работает до появления на поверхности микротрещин из-за микронеровностей или других дефектов. Масло под давлением запрессовывается в трещины и способствует выкрашиванию (вырову) частиц металла.
Разрушение начинается вблизи полюсной линии 1 (рис. 4.3, а), где имеют место наибольшие нагрузка Fn (зона однопарного зацепления) и сила трения Ff. Поверхность зуба покрывается «раковинами», «оспинами» 2. Глубина раковин около 0,2 мм. В мягких передачах (
Н0
< 350 НВ) в результате приработки наблюдается ограниченное(начальное) выкрашивание. В твердых передачах (Н0 > 350 НВ) – выкрашивание прогрессирующее.
Рис.4.3

2. Заедание зубьев наблюдается в высоконагруженных и высокоскоростных зубчатых, а также червячных передачах.

В местах контакта из-за трения развивается высокая температура, способствующая снижению вязкости масла, разрыву масляной пленки и образованию металлического контакта зубьев. Происходит молекулярное сцепление (микросварка) частиц металла. Растет сопротивление вращению, наросты металла на зубьях задирают рабочие поверхности сопряженных зубьев.

3. Поломка зубьев. Причина – напряжение изгиба σF. Это основной вид разрушения высокотвердых

(Н0 ≥ 56 HRC) и открытых передач.

В открытых передачах в результате плохой смазки и абразивного истирания поверхностей зубьев от грязи выкрашивание не успевает развиться, но уменьшаются размеры сечений зубьев, растут напряжения изгиба σF. Возрастают зазоры, удары, шум. Усталостная поломка в этом случае связана с развитием трещин 3 на растянутой стороне ножки зуба (рис.4.3, б). В высокотвердых передачах зубья хрупкие, поверхность их имеет хорошее сопротивление выкрашиванию, но хуже противостоит прогрессирующему трещинообразованию в основании зуба.

4. Смятие рабочих поверхностей (пластические сдвиги) или хрупкое разрушение (Н0 ≥ 56 HRC) зубьев при кратковременных значительных перегрузках или ударном приложении нагрузки.

5. Отслаивание твердого поверхностного слоя при значительных контактных напряжениях и зарождении усталостных трещин в глубине под упрочненным слоем.

Зубчатые передачи. Достоинства и недостатки. Основные виды зубчатых передач. Основные параметры зубчатых колес. Передаточное число. Материалы и обработка.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

Зубчатая передача — это механизм, который с помощью зуб­чатого зацепления передает или преобразует движение с изме­нением скоростей и моментов.

Цилиндрические зубчатые передачи между параллельны­ми валами выполняют с помощью колес с прямыми, косыми и шевронными зубьями. Конические передачи между валами с пересекающимися осями осуществляют коле­сами с прямыми и круговыми зубьями, реже ко­сыми (тангенциальными) зубьями. Преобразова­ние вращательного движения в поступательное и наоборот осу­ществляют цилиндрическим колесом и рейкой.

Зубчатые передачи — самые распространенные среди меха­нических передач. Годовой выпуск зубчатых колес составляет несколько миллионов. Диапазон их применения широк: от ча­сов и приборов до самых тяжелых машин.

Достоинства зубчатых передач: малые габариты; высокий КПД; постоянство передаточного отношения из-за отсутствия проскальзывания; возможность применения в широком диа­пазоне вращающих моментов, скоростей и передаточных отно­шений; надежность в работе и простота обслуживания.

Недостатки зубчатых передач: высокие требования к точ­ности изготовления; шум при работе со значительными ско­ростями.

Начальная окружность — ;

— передаточное отношение;

— межосевое расстояние;

— модуль, он стандартизован;

— делительный диаметр;

— коэффициент ширины зубчатого венца, где b – ширина колеса.

Для косозубых передач водят угол наклона зубьев β, для конических углы конусности δ, причем δ1+ δ2=180º.

Еще вводят параметры: стандартный угол профиля, окружности все, коэфф. торцевого перекрытия, смещение, линия зацепления и активная линия зацепления, высота и толщина зуба, ну может, что еще придумаете.

При выборе материалов для зубчатых колес необходимо обес­печить сопротивление контактной усталости поверхностных слоев зубьев, прочность зубьев на изгиб, сопротивление заеда­нию и износу. Основными материалами являются термически обрабатываемые стали. Допускаемые контактные напряжения примерно пропорциональны твердости материа­лов. Это указывает на целесообразность широкого применения для зубчатых колес сталей, закаливаемых до значительной твердости.

Твердость Н материала измеряют по Бриннелю, когда Н < 350 НВ или по Роквеллу НRС

Э при Н > 350 НВ. Прибли­женно 10 НВ ~ 1 НRСЭ. При твердости Н < 350 НВ шестерню выполняют с несколько большей твердостью, чем колесо, на (20…30) НВ. Термическую обработку заготовки (нормализа­цию, улучшение) выполняют до нарезания зубьев. После наре­зания зубьев не требуется дополнительных финишных опера­ций. Такие передачи хорошо прирабатываются.

При твердости Н > 350 НВ химико-термическую обработку ведут после зубонарезания, при этом зубья коробятся и в ре­зультате ухудшаются их точностные показатели. В массовом и крупносерийном производстве применяют исключительно зубчатые колеса высокой твердости, которые подвергают отде­лочным операциям после термической обработки.

Объемная закалка вызывает увеличение твердости не толь­ко поверхности зуба, но и его сердцевины. В результате зуб становится хрупким и легко разрушается при ударах. По­этому объемная закалка уступила место поверхностным тер­мическим и химико-термическим методам упрочнений. Такой обработкой можно достигнуть высокой твердости поверхно­стных слоев материала зубьев при сохранении вязкой сердце­вины.

Для зубчатых колес применяют следующие основные виды поверхностных термических и химико-термических упрочне­ний: поверхностная закалка, цементация и нитроцементация с закалкой, азотирование.

Поверхностную закалку в основном обеспечивают за счет нагрева токами высокой частоты (ТВЧ). В связи с тем, что на­греваются поверхностные слои в течение 20…50 с, толщина закаливаемого слоя мала и деформации при закалке невели­ки. Поэтому можно обойтись без последующего шлифования зубьев (однако это понижает точность на одну-полторы степе­ни). Материалы в этом случае — среднеуглеродистые легиро­ванные стали 40Х, 40ХН, 35ХМ и др. Обычно твердость на по­верхности зубьев (50…55) НRСЭ.

Поверхностная закалка зубьев без охвата переходной по­верхности (с обрывом твердого слоя у впадины зубьев) повы­шает износостойкость и сопротивление выкрашиванию, но по­нижает прочность при изгибе, так как создает концентратор напряжений у корня зуба. Желательно, чтобы закаленный слой повторял очертание впадин.

Цементация — поверхностное насыщение углеродом сталей, содержащих углерода менее 0,3%, с последующей закалкой. Цементация обеспечивает большую твердость (56…63) НRСЭ, несущую способность поверхностных слоев зубьев и высокую прочность на изгиб. Целесообразно при­менять газовую цементацию как более производительную. Применяют цементируемые стали: 20Х, а для ответственных зубчатых колес, работающих с ударными нагрузками, хро-моникелевые стали 12ХНЗА, 20ХНМ, безникелевые стали 18ХГТ, 25ХГТ и др. Толщина цементированного слоя при­мерно 0,3 модуля. Время цементации на глубину 1 мм при­мерно 3 часа — процесс длительный. При цементации рабо­чие поверхности зубьев искажаются и требуется их шлифо­вание.

Азотирование — насыщение поверхностных слоев азотом, обеспечивает высокую твердость (58…65) НRСЭ и износостой­кость поверхностных слоев. Азотируют готовые детали без по­следующей закалки. Для азотируемых колес применяют мо­либденовую сталь 38Х2МЮА, безалюминиевые стали типа 40ХФА, 40ХНА, 40Х. Зубья после азотирования в связи с ма­лой толщиной слоя насыщения и малым короблением не шли­фуют. Поэтому азотирование применяют для колес с внутрен­ними зубьями и других, шлифование которых трудно осу­ществимо. Недостатком азотированных колес является малая толщина упрочненного слоя (0,2…0,5 мм), не позволяющая применять их при ударных нагрузках из-за опасности растрес­кивания упрочненного слоя и при работе с интенсивным изна­шиванием (при загрязненной смазке).

Нитроцементация — насыщение поверхностных слоев уг­леродом и азотом с последующей закалкой — обеспечивает им высокую прочность, износостойкость и сопротивление заеда­нию. Нитроцементация идет с достаточно высокой скоростью и в связи с малыми толщиной упрочняемого слоя и его дефор­мациями позволяет обойтись без последующего шлифования.

Улучшаемые стали применяют для зубчатых колес, преимущественно изготовляемых в условиях мелкосерийного и единичного производства при отсутствии жестких требова­ний к габаритам. Чистовое нарезание зубьев улучшаемых ко­лес производят после термической обработки заготовки, что исключает необходимость шлифования и позволяет обеспе­чить высокую точность. Применяют качественные углеродис­тые стали 40, 45 и легированные 35ХГС, 40Х и др.

Стали в нормализованном состоянии для обоих сопряженных зубчатых колес применяют только во вспомогательных механизмах, например в механизмах с руч­ным приводом. Основные материалы — среднеуглеродистые стали 40, 45, 50. Для повышения стойкости против заедания шестерни и колеса изготовляют из разных материалов.

Стальное литье применяют для колес больших диа­метров. Основные материалы — литейные среднеуглеродис­тые стали 35Л, 50Л и др. Литые колеса подвергают преимуще­ственно нормализации.

Ч у г у н ы используют для изготовления тихоходных, крупногабаритных и открытых передач. Кроме того, из чугуна изготовляют сменные колеса (поочередно работающие). При­меняют чугуны СЧ20…СЧ35, а также высокопрочные магние­вые чугуны с шаровидным графитом.

Пластмассовые зубчатые колеса в паре с ме­таллическими применяют в слабонагруженных передачах для обеспечения бесшумности, самосмазываемости или химиче­ской стойкости. Используют текстолит (рекомендуемые марки ПТ и ПТК) и древесно-слоистые пластики. Наиболее перспек­тивными следует считать капролон, полиформальдегид и фенилон.

 



Читайте также:

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗУБЧАТЫХ МЕХАНИЗМОВ

Стр 1 из 5Следующая ⇒

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗУБЧАТЫХ МЕХАНИЗМОВ

Зубчатые механизмы – это самый распространенный и, пожалуй, самый важный вид механизмов. Трудно найти такую машину, в которой нет зубчатого механизма. Они применяются в станках, в грузоподъемных машинах, автомобилях, разнообразных технологических машинах и т.д. Основные достоинства зубчатых механизмов, определившие их широкое применение, — строго постоянное передаточное отношение, большая передаваемая мощность на единицу массы, компактность, долговечность, высокий к.п.д. Недостаток – сложность изготовления и высокая стоимость.

Зубчатые механизмы предназначены для передачи вращательного движения и преобразования его параметров. Обычно двигатели обладают скоростью и моментом, как правило, не подходящим для использования в технологическом процессе. Преобразование параметров вращательного движения возможно посредством прижатых друг к другу гладких дисков (рис. 5.1), образующих фрикционные передачи. Ее недостаток – ограниченная мощность из-за большой нагрузки на подшипники, неизбежное проскальзывание, износ поверхностей, потери мощности. Практически передаваемая мощность в таких механизмах не превышает 10 – 20 квт.

Чтобы устранить отмеченные недостатки, диски снабжаются чередующимися выступами и впадинами, располагающимися с определенным интервалом. Такие выступы называются зубьями.

Зубчатым колесом называется звено с замкнутой системой зубьев, обеспечивающей непрерывность движения. Различают еще зубчатый сектор, зубчатую рейку.

Зубчатая передача – трехзвенный механизм, состоящий из двух колес и стойки.

Важнейшей характеристикой зубчатой передачи является передаточное отношение – отношение угловых скоростей колес. Две или более зубчатые передачи образуют зубчатый механизм.

Зубчатые колеса, зубчатые передачи и зубчатые механизмы чрезвычайно разнообразны. Поэтому целесообразно ознакомиться с их простейшей классификацией.

Зубчатые колеса бывают:

а) цилиндрические и конические,

б) прямозубые, винтовые, шевронные,

в) эвольвентные, циклоидальные, цевочные, трохоидальные, круговинтовые,

г) с внешним и с внутренним зацеплением.

Винтовые колеса могут быть с левым и с правым наклоном зуба. Винтовые колеса с винтовой линией постоянного шага называют косозубыми.

Зубчатые передачи бывают:

а) с постоянным и переменным передаточным отношением некруглые колеса),

б) плоские и пространственные,

в) с параллельными, пересекающимися и скрещивающимися осями колес.

По этому признаку различают цилиндрические, конические, гиперболоидные передачи.

В гиперболоидных передачах звенья выполняются в форме гиперболоида вращения. Гиперболоид – линейчатая поверхность, образуемая при вращении произвольно расположенной в пространстве прямой линии относительно некоторой оси. Таким образом, образующей поверхности гиперболоида является прямая линия. Два сопряженных гиперболоида перекатываются друг по другу без скольжения и касаются по прямой линии. Если их снабдить зубьями, образуется точная гиперболоидная передача (рис. 5.2). На практике используется приближенная гиперболоидная передача, образованная из цилиндрических и конических колес. В таком случае касание их происходит не по линии, а в точке. Различают винтовые, червячные и гипоидные передачи (рис. 5.2). Различают также понижающие и повышающие частоту вращения передачи (редукторы и мультипликаторы), передачи внешнего, внутреннего зацепления, реечные передачи. Зубчатые механизмы бывают: а) с неподвижными осями колес (рядовые) и с подвижными осями (планетарные), б) предназначенные для передачи большой мощности (силовые) и для преобразования параметров движения (кинематические), в) с одной степенью подвижности и зубчатые дифференциалы.

ОСНОВНОЙ ЗАКОН ЗАЦЕПЛЕНИЯ

Простейшие зубчатые механизмы применялись еще в древнейшие времена, например, для передачи движения с водяного колеса на жернов. Профиль зубьев мог быть любым, выдерживался только постоянный шаг. Увеличение быстроходности передачи потребовало соответствующего профилирования зубьев. При случайном выборе профиля зубьев мгновенное передаточное отношение переменно, что недопустимо, т. к. колебания скорости выходного звена вызывают инерционные нагрузки, удары в передаче. Профиль зубьев должен быть таким, чтобы угловая скорость выходного звена была строго постоянной. Чтобы ответить на вопрос, каким должен быть профиль, вначале познакомимся с основным законом зацепления.

Нормаль, проведенная через точку касания двух профилей, делит межосевое расстояние на части, обратно пропорциональные угловым скоростям этих профилей.

Требуется доказать, что O1P / O2 P =ω2 / ω1 (рис.5.4)

 
 

Через точку А проведем нормаль NN и касательную ТТ и разложим скорости точек А1 и А2 на эти направления. Заметим, что v1 = ω1 r1, v2 = ω2 r2. Кроме того, v1n = v2n — из условия отсутствия вдавливания профилей или их размыкания. Тангенциальные составляющие v1τ ≠ v2τ, что обусловливает скольжение профилей. Из подобия треугольников AV1V1n и O1B1A следует:

V1n/V1 = rb1 / r1 откуда V1n = ω1 rb1. Из подобия треугольников AV2V2n и O2B2A следует: V2n / V2 = rb2 / r2 откуда V2n = ω2 rb2. Учитывая, что V1n = V2n, получим ω1 rb1 = ω2 rb2.

Из подобия треугольников O1B1P и O2B2P следует rb1 / rb2 = O1P / O2P. С учетом записанных выше соотношений получим ω1 / ω2 = O2P / O1P, что и требовалось доказать.

Следствие основного закона зацепления: для постоянства передаточного отношения необходимо, чтобы нормаль, проведенная через точку касания двух профилей, пересекала межосевую линию в постоянной точке (полюсе зацепления). Иными словами требуется неизменность положения полюса.

В качестве профилей зубьев могут использоваться кривые, для которых выполняется указанное требование, Такие кривые называются сопряженными. К ним, в частности, относится эвольвента окружности.

ЭВОЛЬВЕНТНОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ

На рис. 5.7 представлено зацепление эвольвентных профилей. Общая нормаль N – N. Проведенная через точку касания двух профилей, обязана согласно 1-му свойству эвольвенты, коснуться основных окружностей. Поскольку таких окружностей две, положение нормали единственно и неизменно. Тем самым подтверждается выполнение следствия основного закона зацепления. В процессе зацепления точка касания профилей не может сойти с общей нормали N – N, т.к. в противном случае нарушилось бы 1-ое свойство. Установлено, что при эвольвентном зацеплении профилей точка касания движется по общей нормали с постоянной скоростью.

Введем две окружности, проходящие через полюс зацепления. Такие окружности называются начальными. Они перекатываются друг по другу без скольжения и служат центроидами зубчатых колес.

Эвольвентное зацепление получило широкое распространение благодаря ряду достоинств:

1. Эвольвентное зацепление нечувствительно к небольшому изменению межосевого расстояния, что удешевляет изготовление корпусных деталей.

2. Для нарезания эвольвентных зубчатых колес можно применять простой инструмент с прямолинейной режущей кромкой.

3. При изготовлении колес путем простого смещения инструмента можно добиваться новых положительных свойств.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Существуют два способа изготовления зубчатых колес: способ копирования и способ обкатки. Способом копирования дисковой или пальцевой фрезой на обычном фрезерном станке вырезается впадина между зубьями (рис.5.7) Поскольку в зависимости от числа зубьев размеры впадины при одном и том же модуле изменяются, нужно иметь очень много фрез. На практике одной фрезой нарезаются колеса в некотором диапазоне чисел зубьев, указанном на фрезе, что не очень точно. Неточность может быть исправлена последующей шлифовкой.

Способ копирования недостаточно производителен, т.к. в работе находится один зуб, много времени тратится на перестановку заготовки. Поэтому способ применяется в единичном и мелкосерийном производстве, при нарезании неответственных, тихоходных колес.

При способе обкатки инструмент и заготовка совершают относительное движение обкатывания, инструмент своими режущими кромками постепенно внедряется в заготовку, прокладывая себе путь. Таким образом, возникает станочное зацепление, аналогичное обычному зацеплению с той разницей, что одно из звеньев является инструментом. Инструмент выполняется в виде гребенки, червячной фрезы или долбяка. Этот способ требует применения специальных зубофрезерных станков. В одних конструкциях станков инструмент обкатывается вокруг неподвижной заготовки, в других – инструмент движется поступательно, заготовка поворачивается, в третьих – заготовка и инструмент (долбяк) вращаются (рис.5.8).

Способ обкатки получил наибольшее распространение. Он производителен, т.к. обрабатывается несколько зубьев сразу, процесс зубонарезания идет непрерывно. Профиль зуба формируется с учетом числа зубьев колеса, поэтому нарезание точное. По такому же принципу производится чистовая обработка, шлифование зубьев.

ИСХОДНЫЙ КОНТУР

Из описания способов изготовления зубчатых колес ясно, что размеры зуба полностью зависят от профиля инструмента. По ГОСТ профиль инструмента стандартизован путем задания так называемого «исходного контура». На рис.5.9 представлен теоретический исходный контур. Он выполнен в виде рейки с трапециевидными зубьями.

Размеры рейки выражаются через один основной параметр, называемый модулем. Модуль m имеет размерность мм и выбирается из ряда рациональных чисел от 0.05 до 100.

Шаг рейки p — расстояние между одноименными точками двух соседних зубьев. Шаг складывается из толщины зуба s и ширины впадины e. Та единственная прямая, на которой толщина зуба равна ширине впадины, называется делительной прямой рейки., остальные прямые называются начальными. Шаг зубьев рейки p = π m s = e = π m / 2.

Делительная прямая делит зуб на головку и ножку. Высота головки – ha = 1.25 m, высота ножки – hf = m, высота всего зуба – h = 2.25 m. Головка закруглена радиусом ρ = 0.38 m.

Инструмент изготавливается по производящему исходному контуру, отличающемуся от теоретического исходного контура тем, что впадина сделана глубже на 0.25 m и закруглена так же как головка. Это сделано для того, чтобы впадина инструмента не касалась заготовки. Следовательно, впадина не участвует в нарезании зуба. Зуб нарезают прямолинейные боковые кромки и скругленная вершина зуба. Рейку можно рассматривать как зубчатое колесо бесконечно большого радиуса. В этом случае эвольвента превращается в прямую линию.

КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕКРЫТИЯ

Одной из важнейших качественных характеристик зацепления является коэффициент перекрытия. Он характеризует плавность зацепления колес. Коэффициент перекрытия равен отношению угла перекрытия φα к угловому шагу τ:

εα= φα / τ (5.3)

Угол перекрытия есть угол поворота зубчатого колеса от положения входа зуба в зацепление до положения выхода из зацепления. Его можно определить, рассмотрев два положения зуба – в момент входа и в момент выхода из зацепления (рис. 5.16).

Угол перекрытия должен быть больше углового шага. Благодаря этому первая пара зубьев еще не успевает разомкнуться (придти в точку в) как вторая пара зубьев входит в зацепление. Таким образом, существуют периоды двухпарного зацепления. Это обеспечивает непрерывность зацепления. Чем больше εα, тем плавнее работает передача.

Установим зависимость εα от параметров зацепляющихся колес. Умножим числитель и знаменатель формулы (5.3) на rb — радиус основной окружности. С учетом 4 – го свойства эвольвенты φα rb1 = ab, кроме того, τ1 rb1 = pb — шаг зубьев по основной окружности, следовательно, получим формулу:

εα = ав / pb (5.4)

Формулу (5.4) можно использовать, если построена картина зацепления, на которой можно замерить длину активной линии зацепления ав.

Для получения аналитической зависимости следует представить длину активной линии зацепления в функции от параметров колес.

Из построения на рис.5.15 следует:

Ав = Рв = аР,

Рв = Ав – рА,

АР = Ва – РВ.

Из треугольников О1Ав и О1АР следует:

ав = rb1 tg αa1 РА = rb1 tg αW

Из треугольников О2Ва и О2ВР следует

Ba = rb2 tg αa2 PB = rb2 tg αW

Произведя подстановку полученных выражений в формулу (5.4) и выполнив необходимые преобразования, получим:

εα = (z1 (tg αa1 — tg αW) + z2 (tg αa2 – tg αW)) / 2π

Здесь

аa1 = arccos (db1 / da1) αa2 = arccos (db2/ da2)

Как вычисляется αW будет показано в дальнейшем.

Коэффициент перекрытия для прямозубых колес должен находиться в пределах 1.2 < εα < 1.98.

БЛОКИРУЮЩИЕ КОНТУРЫ

Как уже было показано, коэффициенты смещения существенно влияют на качественные показатели зубчатой передачи и ее геометрию. Использование колес со смещением позволяет вписаться в заданное межосевое расстояние. При увеличении x растет контактная и изгибная прочность. Смещение влияет на скорость скольжения профилей, а значит на их износ. Помимо благоприятного влияния увеличение смещения ведет к заострению, интерференции, к снижению коэффициента перекрытия. Невозможно назначить смещение, оптимальное со всех точек зрения. Для каждой отдельной передачи следует рассмотреть всю совокупность эффектов, вызываемых смещением, что представляет весьма трудоемкую задачу.

С целью облегчения практического использования колес со смещением разработан метод блокирующих контуров. Результаты расчетов представлены в виде диаграмм, так называемых блокирующих контуров. Они позволяют обоснованно назначать коэффициенты смещения, не прибегая к трудоемким расчетам.

Блокирующий контур строится для каждой пары чисел зубьев z1иz2. На координатных осях откладываются значения x1 и x2 так, что точка А соответствует передаче, составленной из колес с положительным смещением, точка В – с отрицательным смещением, точка 0 — для нулевых колес (рис. 5.17). Таким образом, каждой точке координатного поля соответствует вариант передачи. Однако не все точки этого поля можно использовать. Некоторые неприемлемы по условию существования передачи: интерференции, подрезания, заострения, малого коэффициента перекрытия. Предельно допустимому значению каждого этого параметра соответствуют безусловные границы, эти границы в виде линий в совокупности образуют блокирующий контур. Для каждой пары чисел зубьев формы контура будут разными. Внутри контура могут быть нанесены условные границы, например, εα = 1.2, sa = 0.25 m, x = xmin и т. д. Блокирующие контуры для различных сочетаний чисел зубьев колес содержаться в соответствующих справочниках.

КОСОЗУБЫЕ КОЛЕСА

Винтовые колеса с постоянным шагом винтовой линии называются косозубыми. Боковая поверхность зуба образуется чертящей прямой АВ, лежащей в производящей плоскости Р при обкатывании ее вокруг основного цилиндра Q. Если чертящая прямая параллельна образующей основного цилиндра, получается прямозубое колесо, если она составляет с образующей угол βb – косозубое. Каждая точка прямой описывает эвольвенту. Косозубое колесо можно рассматривать как множество прямозубых колес бесконечно малой толщины, сдвинутых друг относительно друга. Боковая поверхность зуба пересекает основной цилиндр по винтовой линии с углом подъема 90˚ — βb Угол подъема винтовой линии, измеренный на поверхности делительного цилиндра, находится на основании зависимости tg β = (r/rb) tg βb.

Рассмотрим развертку делительного цилиндра на плоскости + рис.(5.18).На ней можно указать три шага зубьев: нормальный pn, торцевой pt, осевой pa. Соответственно этому имеется три модуля: нормальный mn, торцевой mt, осевой ma. Из построения на рис. следует, что

Pt = pn cos β, следовательно mt = mn cos β.

Косозубые колеса изготавливаются тем же инструментом, что и прямозубые. Заготовка разворачивается относительно инструмента на угол β. В нормальном сечении зуб получается таким же, как у соответствующего прямозубого колеса. Размеры зубьев в торцевом сечении рассчитываются по приведенным выше формулам, но модуль принимается торцевой, выраженный через стандартный модуль инструмента.

Основная особенность косозубых колес состоит в том, что зубья входят в зацепление не по всей длине зуба, как это происходит в прямозубых колесах, а по контактной линии, параллельной образующей основного цилиндра, длина которой непрерывно изменяется. Благодаря этому увеличивается продолжительность контакта пары зубьев, что находит выражение в увеличении коэффициента перекрытия. Для косозубых колес коэффициент перекрытия

εγ = εα+ εβ

где εα – коэффициент перекрытия соответствующего прямозубого колеса,

εβ— добавочный коэффициент перекрытия из-за наклона линии зуба:

εβ = φβ / τ, где τ — угловой шаг.

Из построения на рис. 5.19 следует:

φβ = b tg β / r

Достоинство косозубых колес – плавность работы, бесшумность, недостаток наличие осевого усилия на подшипники. Для устранения этого усилия применяют шевронные колеса.

ДРУГИЕ ВИДЫ ЗАЦЕПЛЕНИЯ

Помимо эвольвентного ограниченное распространение получили другие виды зацепления. В прошлом было широко распространено циклоидальное (циклоидное) зацепление. Если чертящую точку взять не на прямой, а на производящей окружности, и перекатывать ее по основной окружности, чертящая точка будет описывать кривую, называемую циклоидой. Причем, если производящая окружность катится снаружи основной, будет эпициклоида, если внутри – гипоциклоида. В циклоидальном зубчатом колесе профиль головки зуба выполняется по эпициклоиде, а профиль ножки зуба – по гипоциклоиде. Преимущество циклоидального зацепления – контакт выпукло- вогнутых поверхностей и, как следствие, уменьшение контактных напряжений. Недостаток – нельзя изменять межцентровое расстояние и вообще менять колеса в парах.

Разновидностью циклоидального является часовое зацепление, в этом зацеплении эпициклоида головки зуба заменена дугой окружности, а гипоциклоида – прямой (циклоида превращается в прямую, если rn = 0.5 rb (рис. 5.20)). Достоинства зацепления, большие передаточные отношения и уменьшенный износ по сравнению с эвольвентным зацеплением.

Другой разновидностью циклоидального зацепления является цевочное зацепление. Боковой профиль зуба шестерни выполняется по эпициклоиде, зуб другого колеса — в виде цилиндрического ролика, называемого цевкой (рис. 5.20 б). При соответствующем выборе параметров профили будут сопряженными. Такое зацепление применяется там, где большое колесо по технологическим соображениям выполнить невозможно, его собирают из дисков, снабженных цевками. Такие колеса применяются, например, для привода поворотных платформ больших экскаваторов.

Сравнительно недавно было предложено круговинтовое зацепление (зацепление Новикова). Если в обычном эвольвентном зацеплении зубья касаются по контактной линии, которая перемещается по высоте зуба, то в круговинтовом зацеплении контакт происходит в точке, которая перемещается вдоль зуба. В качестве профилей зубьев здесь используются дуги окружностей (рис. 5.20 в). Так как разница радиусов кривизны невелика, контактные напряжения малы. Поскольку точка контакта перемещается вдоль зуба, высоту зуба можно делать небольшой, тем самым, увеличивая прочность зубьев. Зубчатые колеса с круговинтовыми зубьями, несмотря на их достоинства, нашли ограниченное применение в связи со сложностью изготовления инструмента для их нарезки.

ПЛАНЕТАРНЫЕ ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Планетарным называется зубчатый механизм, содержащий колеса с подвижными осями. Планетарные зубчатые механизмы широко распространены в технике, особенно транспортной, так как, обладая большим передаточным отношением, имеют малые габариты и вес. Иногда эти механизмы называют эпициклическими, так как траектории точек колес с подвижными осями при внешнем зацеплении представляют эпициклоиды. Простейший планетарный механизм представлен на рис. 5.25. Колесо 2 с подвижной осью называется сателлитом, центральное колесо 1 – солнечным, звено, несущее ось сателлита, называется водилом, его принято обозначать буквой Н.

 
 

 
 

Если колесо 1 подвижно, степень подвижности механизма, рассчитанная по формуле Чебышева, равна 2, Если остановить колесо 1, получим механизм с W = 1 (рис. 5.25б) Механизмы, у которых W>1, называются дифференциальными (зубчатыми дифференциальными). Если у планетарного механизма остановить водило, оставив колеса свободными, получим рядовую передачу.

Схема планетарных механизмов могут быть очень разнообразными. Практическое применение нашло, в основном, только несколько схем. Наиболее распространенные схемы представлены на рис. 5.26.

Механизм по схеме а получил название механизма Джеймса, а механизм по схеме в – механизм Давида. Наибольшее распространение получила схема а. Она характеризуется высоким к.п.д., практический диапазон передаточных отношений U = 3 – 8. Механизмы по схемам в и г могут иметь очень большие передаточные отношения, но у них низкий к.п.д. По схеме е выполняются мотор – редукторы, представляющие в одном агрегате двигатель и редуктор. Особенно перспективна схема д, здесь всего два колеса, высокий к.п.д., большое передаточное отношение.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРЕДАТОЧНОГО ОТНОШЕНИЯ И УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ ПЛАНЕТАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Кинематический расчет планетарных механизмов значительно более сложен, чем рядовых механизмов. Он основан на методе обращения движения. Рассмотрим его на примере механизма на рис. 5.27. Считаем, что заданы числа зубьев колес Z1, Z2, Z3, Z4, угловая скорость входного колеса ω1. Требуется определить передаточное отношение U, угловую скорость выходного звена Н и угловую скорость колеса 2.

Сущность метода обращения движения состоит в следующем: придадим стойке механизма скорость вращения водила ωн, но в противоположном направлении. Тогда водило окажется неподвижным в абсолютной системе отсчета, а остальные звенья приобретут дополнительную скорость – ωн. Изобразим обращенный механизм рядом на схеме. Механизм с неподвижным водилом является зубчатым рядом, для него справедливы полученные ранее соотношения:

U14H = (ω1 — ωH) / (ω4 – ωH) (5.12)

Здесь верхний индекс Н указывает, что параметры относятся к обращенному механизму. Согласно формуле (5.11) имеем:

U14H = — Z2 Z4 / Z1 Z3

Из формулы (5.12) после некоторых преобразований следует:

U1H = ω1 / ωH = 1 — U14H

Полученная формула справедлива для любой схемы планетарного механизма. Она носит название формулы Виллиса.

Если требуется определить передаточное отношение от водила к колесу 1, то, имея в виду, что UH1 = 1 / U1H, получим

Uh2 = 1 / (1 — U14H)

Зная U1H, можно найти ωН: ωН = ω1 / U1H. Для определения скорости ω2 следует рассмотреть одну ступень планетарного механизма и изобразить соответствующий ей обращенный механизм (рис.5.28). Для обращенного механизма

U12 = (ω1 – ωH) / (ω2 — ωH)

Отсюда уже не представляет сложности определить ω2.

5.25 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ АВТОМОБИЛЬНОГО ДИФФЕРЕНЦИАЛА

 
 

Рассмотренный метод кинематического исследования применим также к анализу дифференциальных зубчатых механизмов. Одним из наиболее известных является автомобильный дифференциал (рис.5.29). Его назначение – передача движения от карданного вала к колесам автомобиля. Механизм, представленный на рис.5.29, включает главную передачу, образованную коническими колесами Z1и Z2, корпус дифференциала, являющийся в то же время водилом дифференциального механизма, нескольких сателлитов Z4 и двух центральных колес Z3 и Z5, жестко посаженных на полуоси колес.

Применим к этому механизму принцип обращения движения, сообщив ему скорость – ωН. На рис. представлен обращенный механизм. Для него можно записать

U35H = (ω3 – ωH) / (ω5 – ωH) = Z5 / Z3

Поскольку Z5 = Z3, U35H = -1. Знак минус указывает, что колеса Z3 и Z5 в обращенном механизме вращаются в противоположном направлении. Произведя подстановку, получим уравнение автомобильного дифференциала:

Ω3 + ω5 = 2 ωН (5.13)

Произведем анализ формулы (5.13). При движении по прямому участку дороги ω3 = ω5 = ωН, следовательно, дифференциал как бы жестко связывает полуоси, происходит кинематическая блокировка дифференциала. Совершенно по другому ведет себя дифференциал при движении по закруглению. Внешнее колесо движется с большой угловой скоростью, чем внутренне, но так, что их средняя скорость равна скорости водила. Если бы колеса были связаны жесткой осью, происходило бы пробуксовка одного или обоих колес, ухудшая эксплуатацию автомобиля. В том случае, когда одно колесо свободно пробуксовывает, второе колесе неподвижно. Скорость буксующего колеса равно Н. В таких случаях применят механическую блокировку дифференциала.

ГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА ПЛАНЕТАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ

В ряде случаев полезно произвести кинематическое исследование планетарного механизма графическим методом. В основе этого метода лежат два положения кинематики:

1. Скорость точки звена, совершающего вращательное движение, является линейной функцией радиуса вращения. В таком случае график зависимости скорости от радиуса есть прямая линия.

2. Любое плоское движение можно рассматривать как мгновенное вращательное движение вокруг МЦС (мгновенного центра скоростей).

 
 

В качестве примера рассмотрим механизм, представленный на рис. 5.32. Он включает планетарную и рядовую ступень, составленную колесами Z5 и Z6. Схема механизма должна быть построена в масштабе kl = lOA / OA. Справа от схемы построена линия полюсов р – р. От этой линии откладываются скорости точек звеньев в масштабе kV = VA / pa. Условимся положительные скорости направлять вправо, отрицательные – влево. Точки на линии полюсов находятся в проекционной связи с точками на механизме. Построение плана скоростей начинается с точки А. Скорость точки С равна нулю, эта точка является МЦС для блока сателлитов. Линия са на плане скоростей называется картиной распределения скоростей. Она обладает тем свойством, что на ней находятся концы векторов скоростей точек, лежащих на блоке сателлитов. Это свойство обосновано выше. Тогда, проведя линию проекционной связи, найдем скорость точки В. Соединив точки В и О, получим картину скоростей водила. Дальнейшее построение ясно из рисунка.

Покажем, что угловая скорость звена пропорциональна тангенсу угла наклона соответствующей картины скоростей. Это следует из соотношения:

Ω1 = VA / LOA = tg α kω (5.14)

Аналогичные выражения можно записать для угловых скоростей остальных звеньев.

Формула (5.14) позволяет по углу наклона найти угловые скорости. Однако можно избегнуть необходимости этого расчета, если произвести дополнительное построение плана угловых скоростей. Выбирается произвольный вертикальный отрезок sk, из точки к строятся под углами α лучи до пересечения с горизонталью, проведенной через точку s. Из построений следует, что, например, tg α = sa / sk. Следовательно отрезки sa, sc, sb, se выражают в масштабе угловые скорости ω1, ω2, ωН, ω6.

Графическое исследование дифференциального механизма производится аналогично, с той лишь разницей, что скорость точки С принимается равной нулю.

УСЛОВИЯ СООСНОСТИ, СОСЕДСТВА, СБОРКИ ПЛАНЕТАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ

В отличие от рядовых механизмов планетарный механизм может существовать только при выполнении определенных соотношений между числами зубьев колес. Прежде всего должно быть выполнено условие соосности. Оно состоит в том, что оси центральных, солнечного и опорного, колес, а также водила должны совпадать. В противном случае механизм заклинит. Из рассмотрения схем на рис.5.33. следует:

а + b = c + d

Поскольку колеса изображены их делительными окружностями, то нетрудно через диаметры делительных окружностей записанное выше равенство представить в виде:

Z1 + Z2 = Z3 + Z4

Аналогичным образом для механизма по схеме б получено условие:

Z1 + Z2 = Z4 – Z3

Условие соседства сателлитов выражается в том, что соседние сателлиты не должны касаться друг друга окружностями вершин (рис.5.34) Из геометрических построений соотношение:

2 r2a < 2 RH sin π / k

где r2a — радиус окружности вершин сателлита,

RH – радиус водила,

k – число сателлитов в механизме.

Выразив радиусы через модули и числа зубьев, и произведя преобразования, получим:

Sin π / k > (Z2 + 2) / (Z1 + Z2) (5.15)

Формула (5.15) позволяет подсчитать максимальное число сателлитов. Впрочем, эту задачу можно решить и чисто графически.

При сборке трехколесного планетарного механизма может оказаться, что после установки первого сателлита остальные сателлиты установить нельзя. Это происходит потому, что поставленный первым сателлит полностью определяет взаимное положение центральных колес. Установим условия, налагаемые на числа зубьев, при которых будет происходить собираемость механизма (рис. 5.35)

Будем считать, что сателлит имеет четное число зубьев, тогда впадины на центральных колесах можно расположить друг против друга. Повернем колесо 1 на целое число Е угловых шагов φ1Е = Е φ1, где φ1 = 2π/Z1.Тогда впадины между зубьями расположатся друг против друга и можно поставить следующий сателлит. Подсчитаем угол поворота водила:

Φ1Е / φHE = U1H,

Отсюда

ΦHE = 2π E / Z1 U1H

Воспользовавшись формулой Виллиса, выразим U1H через U13H и преобразуем вышезаписанную формулу:

ΦHE = 2π E / (Z1 + Z3)

Таким путем можно установить к сателлитов, если расположить их равномерно:

к = 2π/ φHE = (Z1 + Z3) / E

Поскольку к – целое число, Z1 + Z3 должно быть кратно числу сателлитов. Аналогичные результаты получены и при нечетном числе зубьев сателлитов. Для передач с двойными сателлитами условие сборки можно получить аналогичным образом.

ПРИМЕР СИНТЕЗА ПЛАНЕТАРНОГО МЕХАНИЗМА

Рассмотрим методику синтеза планетарного механизма, ограничиваясь соблюдением условия заданного передаточного отношения и условия соосности. Пусть выбрана схема механизма (рис.5.36), для которой надо подобрать числа зубьев, обеспечивающие передаточное отношение, например, равное 12.

1. Определяем передаточное отношение соответствующего обращенного механизма:

U14H 1 – U1H = — 11

2.Разложим полученное передаточное отношение на множители. Здесь возможны разнообразные варианты, например:

U14H = Z2 Z4 / Z1 Z3 = 220 / 20 =4 ▪ 55 / 4 ▪ 5

3.Запишем условие соосности и проверим его выполнение для принятых чисел зубьев:

Z1 + Z2 = 4 + 4 = 8

Z4 – Z3 = 55 – 5 = 50

4.Условие соосности, как правило, не выполняется. Для его выполнения нужно умножить верхнюю формулу на 50, а нижнюю – на 8. Тогда

Z1 = 200 Z2 = 200 Z4 = 440 Z3 = 40

Полученные числа зубьев можно сократить так, чтобы получились реально выполнимые колеса с числом зубьев в пределах 10 – 100.

ВОЛНОВАЯ ПЕРЕДАЧА



Читайте также:

 

1

34. Зубчатые передачи. Достоинства и недостатки. Основные виды зубчатых передач. Основные параметры зубчатых колес. Передаточное число. Материалы и обработка.

Зубчатая передача — это механизм, который с помощью зуб­чатого зацепления передает или преобразует движение с изме­нением скоростей и моментов.

Цилиндрические зубчатые передачи между параллельны­ми валами выполняют с помощью колес с прямыми, косыми и шевронными зубьями. Конические передачи между валами с пересекающимися осями осуществляют коле­сами с прямыми и круговыми зубьями, реже ко­сыми (тангенциальными) зубьями. Преобразова­ние вращательного движения в поступательное и наоборот осу­ществляют цилиндрическим колесом и рейкой.

Зубчатые передачи — самые распространенные среди меха­нических передач. Годовой выпуск зубчатых колес составляет несколько миллионов. Диапазон их применения широк: от ча­сов и приборов до самых тяжелых машин.

Достоинства зубчатых передач: малые габариты; высокий КПД; постоянство передаточного отношения из-за отсутствия проскальзывания; возможность применения в широком диа­пазоне вращающих моментов, скоростей и передаточных отно­шений; надежность в работе и простота обслуживания.

Недостатки зубчатых передач: высокие требования к точ­ности изготовления; шум при работе со значительными ско­ростями.

Начальная окружность — ;

 — передаточное отношение;

 — межосевое расстояние;

 — модуль, он стандартизован;

 — делительный диаметр;

 — коэффициент ширины зубчатого венца, где b – ширина колеса.

Для косозубых передач водят угол наклона зубьев β, для конических углы конусности δ, причем δ1+ δ2=180º.

Еще вводят параметры: стандартный угол профиля, окружности все, коэфф. торцевого перекрытия, смещение, линия зацепления и активная линия зацепления, высота и толщина зуба, ну может, что еще придумаете.

При выборе материалов для зубчатых колес необходимо обес­печить сопротивление контактной усталости поверхностных слоев зубьев, прочность зубьев на изгиб, сопротивление заеда­нию и износу. Основными материалами являются термически обрабатываемые стали. Допускаемые контактные напряжения примерно пропорциональны твердости материа­лов. Это указывает на целесообразность широкого применения для зубчатых колес сталей, закаливаемых до значительной твердости.

Твердость  Н  материала  измеряют  по  Бриннелю,   когда Н < 350 НВ или по Роквеллу НRСЭ при Н > 350 НВ. Прибли­женно 10 НВ ~ 1 НRСЭ. При твердости Н < 350 НВ шестерню выполняют с несколько большей твердостью, чем колесо, на (20…30) НВ. Термическую обработку заготовки (нормализа­цию, улучшение) выполняют до нарезания зубьев. После наре­зания зубьев не требуется дополнительных финишных опера­ций. Такие передачи хорошо прирабатываются.

При твердости Н > 350 НВ химико-термическую обработку ведут после зубонарезания, при этом зубья коробятся и в ре­зультате ухудшаются их точностные показатели. В массовом и крупносерийном производстве применяют исключительно зубчатые колеса высокой твердости, которые подвергают отде­лочным операциям после термической обработки.

Объемная закалка вызывает увеличение твердости не толь­ко поверхности зуба, но и его сердцевины. В результате зуб становится хрупким и легко разрушается при ударах. По­этому объемная закалка уступила место поверхностным тер­мическим и химико-термическим методам упрочнений. Такой обработкой можно достигнуть высокой твердости поверхно­стных слоев материала зубьев при сохранении вязкой сердце­вины.

Для зубчатых колес применяют следующие основные виды поверхностных термических и химико-термических упрочне­ний: поверхностная закалка, цементация и нитроцементация с закалкой, азотирование.

Поверхностную закалку в основном обеспечивают за счет нагрева токами высокой частоты (ТВЧ). В связи с тем, что на­греваются поверхностные слои в течение 20…50 с, толщина закаливаемого слоя мала и деформации при закалке невели­ки. Поэтому можно обойтись без последующего шлифования зубьев (однако это понижает точность на одну-полторы степе­ни). Материалы в этом случае — среднеуглеродистые легиро­ванные стали 40Х, 40ХН, 35ХМ и др. Обычно твердость на по­верхности зубьев (50…55) НRСЭ.

Поверхностная закалка зубьев без охвата переходной по­верхности (с обрывом твердого слоя у впадины зубьев) повы­шает износостойкость и сопротивление выкрашиванию, но по­нижает прочность при изгибе, так как создает концентратор напряжений у корня зуба. Желательно, чтобы закаленный слой повторял очертание впадин.

Цементация — поверхностное насыщение углеродом сталей, содержащих углерода менее 0,3%, с последующей закалкой. Цементация обеспечивает большую твердость (56…63) НRСЭ, несущую способность поверхностных слоев зубьев и высокую прочность на изгиб. Целесообразно при­менять газовую цементацию как более производительную. Применяют цементируемые стали: 20Х, а для ответственных зубчатых колес, работающих с ударными нагрузками, хро-моникелевые стали 12ХНЗА, 20ХНМ, безникелевые стали 18ХГТ, 25ХГТ и др. Толщина цементированного слоя при­мерно 0,3 модуля. Время цементации на глубину 1 мм при­мерно 3 часа — процесс длительный. При цементации рабо­чие поверхности зубьев искажаются и требуется их шлифо­вание.

Азотирование — насыщение поверхностных слоев азотом, обеспечивает высокую твердость (58…65) НRСЭ и износостой­кость поверхностных слоев. Азотируют готовые детали без по­следующей закалки. Для азотируемых колес применяют мо­либденовую сталь 38Х2МЮА, безалюминиевые стали типа 40ХФА, 40ХНА, 40Х. Зубья после азотирования в связи с ма­лой толщиной слоя насыщения и малым короблением не шли­фуют. Поэтому азотирование применяют для колес с внутрен­ними зубьями и других, шлифование которых трудно осу­ществимо. Недостатком азотированных колес является малая толщина упрочненного слоя (0,2…0,5 мм), не позволяющая применять их при ударных нагрузках из-за опасности растрес­кивания упрочненного слоя и при работе с интенсивным изна­шиванием (при загрязненной смазке).

Нитроцементация — насыщение поверхностных слоев уг­леродом и азотом с последующей закалкой — обеспечивает им высокую прочность, износостойкость и сопротивление заеда­нию. Нитроцементация идет с достаточно высокой скоростью и в связи с малыми толщиной упрочняемого слоя и его дефор­мациями позволяет обойтись без последующего шлифования.

Улучшаемые стали применяют для зубчатых колес, преимущественно изготовляемых в условиях мелкосерийного и единичного производства при отсутствии жестких требова­ний к габаритам. Чистовое нарезание зубьев улучшаемых ко­лес производят после термической обработки заготовки, что исключает необходимость шлифования и позволяет обеспе­чить высокую точность. Применяют качественные углеродис­тые стали 40, 45 и легированные 35ХГС, 40Х и др.

Стали в нормализованном состоянии для обоих сопряженных зубчатых колес применяют только во вспомогательных механизмах, например в механизмах с руч­ным приводом. Основные материалы — среднеуглеродистые стали 40, 45, 50. Для повышения стойкости против заедания шестерни и колеса изготовляют из разных материалов.

Стальное литье применяют для колес больших диа­метров. Основные материалы — литейные среднеуглеродис­тые стали 35Л, 50Л и др. Литые колеса подвергают преимуще­ственно нормализации.

Ч у г у н ы используют для изготовления тихоходных, крупногабаритных и открытых передач. Кроме того, из чугуна изготовляют сменные колеса (поочередно работающие). При­меняют чугуны СЧ20…СЧ35, а также высокопрочные магние­вые чугуны с шаровидным графитом.

Пластмассовые зубчатые колеса в паре с ме­таллическими применяют в слабонагруженных передачах для обеспечения бесшумности, самосмазываемости или химиче­ской стойкости. Используют текстолит (рекомендуемые марки ПТ и ПТК) и древесно-слоистые пластики. Наиболее перспек­тивными следует считать капролон, полиформальдегид и фенилон.

 

Достоинства и недостатки прямозубой цилиндрической передачи. — Студопедия

Зубчатые передачи составляют наиболее распространенную и важную

группу механических передач, поскольку обладают рядом существенных

достоинств:

1) малые габариты;

2) высокий КПД;

3) высокая надежность и долговечность;

4) постоянство передаточного отношения;

5) возможность изменения закона движения;

6) возможность использования в широком диапазоне скоростей и мощно-

стей.

К недостаткам зубчатых передач можно отнести:

1) производство зубчатых колес требует высокой культуры производства,

а это дорого;

2) отсутствие функции самопредохранения от перегрузки;

3) повышенный шум в работе;

4) невозможность безступенчатого регулирования передаточного отношения.

Примеры использования различных типов зубчатых передач в транспортных средствах приведены в приложении . Различные типы зубчатых передач, например прямозубые и косозубые цилиндрические используются в механических и гидромеханических коробках передач. В главных передачах применяют конические и гипоидные передачи.

В ДВС зубчатые передачи установлены в приводах распределительного вала.

Достоинства и недостатки косозубой цилиндрической передачи


Достоинства косозубых цилиндрических передач:

1) Зуб входит в зацепление не сразу по всей длине, как в прямозубых ко-

лесах, а постепенно, следовательно, меньше шумность передачи, а так же ди-

намические нагрузки в зацеплении.

2) В отличие от прямозубых колес в зацепление всегда находится несколь-

ко зубьев, следовательно, выше прочность.

Косозубые колеса могут работать без нарушения зацепления даже при

коэффициенте торцевого перекрытия εβ < 1.

шипники, валы; и, как следствие, возникает возможность смещения колес).

Чем больше угол β, тем больше осевая сила Fa

Обычно на практике в косозубых колесах используется углы наклона зу-

ба β = 8° … 20°, редко до 25°.

Углы наклона зуба β < 8° – нет смысла использовать, так как исчезают

практически все преимущества передачи, а при β > 20° – существенно воз-

растает осевая сила.

Этот недостаток, возможно устранить, используя шевронное колесо или

разнесенный шеврон (рис. 2.8), который подобен сдвоенной косозубой пере-

дачи с противоположным наклоном зубьев.

Преимущества и недостатки механической коробки передач

Механическая трансмиссия — это тип системы трансмиссии, в которой используется муфта для регулирования передачи крутящего момента от двигателя к трансмиссии и рычаг переключения передач для ручного переключения передач. Также известная как механическая коробка передач, стандартная трансмиссия или рычаг переключения передач, механическая коробка передач по-прежнему предлагается большинством автопроизводителей, несмотря на наличие других технологий трансмиссии, в частности, автоматической коробки передач или АКПП и бесступенчатой ​​коробки передач или вариатора.Конечно, такая система передачи, как и ее аналоги, имеет свою долю достоинств и недостатков.

Преимущества: Преимущества МКПП

1. Лучшее управление двигателем: Одно из преимуществ механической коробки передач по сравнению с автоматической коробкой передач и бесступенчатой ​​трансмиссией состоит в том, что она дает приводу немного больше контроля над тем, насколько сильно работает двигатель и какая мощность передается на колеса. для прямого выбора передачи и регулирования передачи крутящего момента.

Большинство спортивных автомобилей поставляются с механической коробкой передач из-за лучшего контроля над двигателем, что означает непосредственное участие водителя. Кроме того, внедорожники и грузовики часто оснащаются механическими коробками передач из-за прямого переключения передач и большей прочности в тяжелых условиях движения.

2. Долговечность и низкие эксплуатационные расходы: Еще одним преимуществом механической трансмиссии является долговечность за счет долговечности и низких затрат на обслуживание. По сравнению с автоматической коробкой передач и бесступенчатой ​​коробкой передач, механическая коробка передач имеет более простые механические характеристики и меньшее количество механических деталей.

Кроме того, механическая коробка передач меньше и компактнее, чем АКПП, хотя вариатор имеет аналогичную компактную ориентацию. Тем не менее, неотъемлемые физические и механические характеристики механической трансмиссии выражаются в отказоустойчивости от износа, меньших требованиях к техническому обслуживанию и более простой ремонтопригодности.

3. Более рентабельно: Цена на автомобили, оснащенные механической коробкой передач, обычно ниже, чем на аналогичные модели транспортных средств с автоматической или бесступенчатой ​​трансмиссией.Конкретно разница в цене составляет от 1000 до 3000 долларов.

Кроме того, долговечность, меньшая частота обслуживания и более легкий ремонт коробок передач с механической коробкой передач позволяют снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт. Также стоит упомянуть, что в механической коробке передач двигатель замедляет автомобиль более эффективно всякий раз, когда водитель отпускает регулятор скорости двигателя. В автоматической коробке передач остановка двигателя менее эффективна, что приводит к увеличению количества остановок и сокращению срока их службы.

4. Пуск с толчком: Пуск с толчком — еще одно преимущество механической коробки передач. Также известный как запуск со сцеплением или аварийный запуск, запуск с толчком — это метод запуска транспортного средства, когда другие методы запуска недоступны из-за низкого заряда батареи или других аппаратных сбоев.

Обратите внимание, что наиболее распространенный способ запуска автомобилей с механической коробкой передач — это выбор второй передачи перед включением зажигания, нажатие на сцепление, толкание автомобиля и быстрое отпускание сцепления.Однако автомобили с автоматической коробкой передач, за исключением автомобилей с передним и задним гидравлическими насосами, трудно запускать нажатием кнопки, потому что выбор передачи возможен только тогда, когда фактическая коробка передач работает.

Недостатки: Недостатки МКПП

1. Сложность использования: Водители, которые привыкли только к автоматической или бесступенчатой ​​трансмиссии, могут найти ручную трансмиссию сложной и пугающей. Вождение транспортных средств с механической коробкой передач требует относительного обучения, поскольку они включают использование дополнительной педали сцепления при постоянном сохранении правильного выбора передачи.По сути, механическая коробка передач требует большей координации и концентрации, чем варианты AT и CVT.

Есть и другие недостатки, более специфичные из-за сложности эксплуатации МКПП. Например, при интенсивном движении или длительных поездках водителю необходимо чаще нажимать на педаль сцепления, периодически снимая одну руку с рулевого колеса, пока автомобиль находится в движении, чтобы постоянно выбирать правильную передачу. В автомобилях с механической коробкой передач движение вверх или вниз по склону и остановка на холме значительно затруднены.Тем не менее, эти недостатки также означают, что механическая коробка передач может вызывать большую усталость и может быть более сложной в использовании для людей с травмами или инвалидностью.

2. Относительно более низкая скорость переключения: Еще одним недостатком механической коробки передач, аналогичной сложности эксплуатации, является относительно более низкая скорость переключения, чем у автоматической или бесступенчатой ​​коробки передач. Этот недостаток связан с тем, что водителю требуется время, чтобы задействовать педаль сцепления и повернуть рычаг переключения передач для выбора соответствующей передачи.

Помните, что варианты АКПП и вариатора автоматически или плавно переключают передачи без необходимости дополнительного вмешательства или вмешательства со стороны водителя. Проще говоря, в механизме АКПП или вариатора выбор передачи делает автомобиль. Конечно, у опытных водителей МТ, включая гонщиков, время отклика на переключение выше, чем у среднестатистических водителей АКПП и CVT.

3. Механический износ из-за неправильного использования: Несмотря на долговечность, меньшую частоту технического обслуживания и более низкие затраты на техническое обслуживание, обусловленные простотой механической части, механическая коробка передач все еще уязвима для технического обслуживания из-за неправильного использования.Например, неправильный выбор передачи может привести к механическим повреждениям.

Сцепление также подвержено износу при различных обстоятельствах. Например, движение на первой передаче или перемещение автомобиля с места вызывает значительное механическое напряжение из-за трения. Это трение усиливается при движении вверх по холму с места из-за необходимости преодолеть силу тяжести. Тем не менее, при ускорении с уклона некоторые водители используют неэлектрический стояночный тормоз, чтобы продлить срок службы сцепления.

Преимущества и недостатки использования автомобиля, Образец эссе

1 страница, 432 слова

Идея о том, что автомобили не только стали неотъемлемой частью нашей жизни, но также сделали нашу жизнь проще и удобнее, кажется практичной. Тем не менее, он предполагает, что люди слишком зависимы от них. Как я буду утверждать, это не вся картина, и есть некоторые негативные эффекты, которые приносят нам автомобили. В этом эссе будут обсуждаться как плюсы, так и минусы использования автомобилей.Прежде всего, я твердо верю, что автомобили угрожают окружающей среде и здоровью людей.

Например, увеличение числа автомобилей является причиной повышенного спроса на нефть, в то время как использование этих видов ископаемого топлива ограничено. Чем больше людей используют ископаемое топливо для запуска автомобилей, тем быстрее исчерпываются природные ресурсы. Кроме того, шум и токсичные газы, выделяемые автомобилями, загрязняют воздух, которым мы дышим, и это кажется неудобным для нашей повседневной жизни.Во-вторых, я убежден, что автомобили ухудшают качество жизни в наших городах.

Например, загруженность дорог в крупных городах часто доставляет массу неудобств. Мы ходим часами по многолюдным улицам, иногда можем опаздывать на работу. Более того, в наши дни люди в значительной степени полагаются на автомобили для путешествий. Они редко ездят на велосипедах и ходят на работу пешком, поэтому им не хватает физических упражнений. Это делает людей ленивыми и пассивными. В-третьих, я определенно считаю, что вождение становится более опасным из-за увеличения количества машин.

На дорогах много аварий, особенно в часы пик. Следовательно, люди почти испытывают больший стресс, когда едут по улице и каждый раз чувствуют себя рискованными. С другой стороны, у автомобилей много преимуществ. Первое преимущество в том, что автомобили предлагают комфорт и уединение. Мы можем быстро перемещаться с одного места на другое, не дожидаясь остановок общественного транспорта, что позволяет сэкономить много времени. Еще одно преимущество автомобилей — это свобода выбора, когда и куда ехать.

4 страницы, 1864 слова

Курсовая работа Генри Форда Car People Model

Когда Генри Форд родился 30 июня 1863 года, ни он, ни кто-либо другой не знали, какую важную роль он будет играть в будущем человечества. Форд увидел свою первую машину, когда ему было 12 лет. Он и его отец в то время ехали в Детройт. В тот момент он знал, чем хочет заниматься в своей жизни: он хотел изменить ситуацию в автомобильной промышленности. Всю свою жизнь он…

Например, мы можем отправиться в любое место, где захотим, независимо от того, в какое время суток и есть ли там общественный транспорт или нет. В заключение, автомобили имеют много преимуществ, но порабощают нас еще больше. Автомобили отнимают у нас большую доступность, угрожают нашей жизни и беспокоят нас по поводу безопасности. С моей точки зрения, я считаю, что мы должны что-то делать, чтобы справиться с этими проблемами, чтобы мы могли постепенно освободить нас от машин и определенно пользоваться преимуществами, которые автомобили принесли нам.

Преимущества и недостатки солнечной энергии (2020)

Каковы преимущества и недостатки?

Знаете ли вы, что энергия, которую Солнце обеспечивает Земле в течение одного часа, может удовлетворить глобальные потребности в энергии в течение одного года? Несомненно, солнце является мощным источником энергии , и хотя мы не можем не собирать часть этой энергии, тем не менее, использование этой энергии путем установки солнечных батарей может существенно повлиять на нашу планету.

Несмотря на то, что его широко критиковали за то, что он дорогой или неэффективный, солнечная энергия теперь оказался чрезвычайно полезным — не только для окружающей среды, но и для частной экономики.

Благодаря доступным грантам на солнечные панели, а также все более конкурентным ценам на рынке, солнечная энергия стала основным источником энергии для все большего числа семей. В последние годы технология была значительно усовершенствована и была дополнена системами хранения солнечных батарей , превратив солнечную энергию в значительно более эффективный источник чистой энергии.

Однако всегда есть недостатки, независимо от того, какой источник энергии вы выберете для анализа. GreenMatch обозначил ключевые преимущества и недостатки солнечной энергии в следующих пунктах:

Преимущества солнечной энергии

1. Возобновляемые источники энергии

Среди всех преимуществ солнечных панелей наиболее важным является то, что солнечная энергия является действительно возобновляемым источником энергии . Его можно использовать в любой точке мира, и он доступен каждый день.У нас не может закончиться солнечная энергия , в отличие от некоторых других источников энергии.

Солнечная энергия будет доступна, пока у нас есть солнце, поэтому солнечный свет будет доступен нам как минимум 5 миллиардов лет, когда, по мнению ученых, Солнце умрет.

2. Снижает счета за электричество

Поскольку вы будете удовлетворять часть своих потребностей в энергии за счет электроэнергии, произведенной вашей солнечной системой, ваши счета за энергию в размере уменьшатся на . Сколько вы сэкономите на счете, будет зависеть от размера солнечной системы и вашего потребления электроэнергии или тепла.

Кроме того, вы не только сэкономите на счетах за электроэнергию, но также сможете получать платежи за излишки энергии , которые вы экспортируете обратно в сеть через Smart Export Guarantee (SEG). Если вы производите больше электроэнергии, чем используете (учитывая, что ваша система солнечных батарей подключена к сети).

3. Разнообразные приложения

Солнечная энергия может использоваться для различных целей. Вы можете произвести электричества (фотоэлектрическая) или тепла (солнечная энергия).Солнечная энергия может быть использована для производства электроэнергии в районах, не имеющих доступа к энергосистеме, для дистилляции воды в регионах с ограниченными запасами чистой воды и для питания спутников в космосе.

Солнечная энергия также может быть интегрирована в материалы, используемые для строительства . Не так давно Sharp представила прозрачные окна для солнечной энергии.

4. Низкие затраты на обслуживание

Системы солнечной энергии обычно не требуют значительного обслуживания .Вам нужно только содержать их в относительной чистоте, поэтому вы можете чистить их пару раз в год. Если вы сомневаетесь, вы всегда можете положиться на специализированные клининговые компании, которые предлагают эту услугу от £ 25-35 .

Самые надежные производители солнечных панелей предлагают 20-25 лет гарантии .

Также, поскольку нет движущихся частей, нет никакого износа. Инвертор обычно является единственной деталью, которую необходимо заменить через 5-10 лет , потому что он постоянно работает для преобразования солнечной энергии в электричество и тепло (солнечные фотоэлектрические системы противгелиотермический). Помимо инвертора, кабели также нуждаются в обслуживании, чтобы ваша солнечная энергетическая система работала с максимальной эффективностью.

Итак, после покрытия первоначальной стоимости солнечной системы, вы можете ожидать очень небольших затрат на техническое обслуживание и ремонтные работы.

5. Развитие технологий

Технологии в солнечной энергетике постоянно развиваются, и улучшений будут усиливаться в будущем. Инновации в квантовой физике и нанотехнологиях потенциально могут повысить эффективность солнечных панелей и удвоить или даже утроить электрическую мощность солнечных энергетических систем.

Недостатки солнечной энергии

1. Стоимость

Первоначальная стоимость покупки солнечной системы довольно высока. Это включает в себя оплату солнечных панелей, инвертора, аккумуляторов, проводки и установки. Тем не менее, солнечные технологии постоянно развиваются, , поэтому можно с уверенностью предположить, что цены будут снижаться в будущем.

2. В зависимости от погоды

Хотя солнечная энергия все еще может собираться в пасмурные и дождливые дни, эффективность солнечной системы падает.Солнечные батареи зависят от солнечного света для эффективного сбора солнечной энергии. Поэтому несколько пасмурных дождливых дней могут заметно повлиять на энергетическую систему. Также следует учитывать, что солнечная энергия не может быть собрана в ночное время.

С другой стороны, если вам также требуется, чтобы водонагреватель работал ночью или зимой, можно рассмотреть термодинамические панели.

3. Накопление солнечной энергии — дорогое удовольствие

Солнечная энергия должна быть использована сразу , или ее можно хранить в больших батареях .Эти батареи, используемые в солнечных системах, не подключенных к электросети, можно заряжать в течение дня, чтобы энергия использовалась ночью. Это хорошее решение для использования солнечной энергии в течение всего дня, но оно также довольно дорогое.

В большинстве случаев разумнее всего использовать солнечную энергию в течение дня и брать энергию из сети в ночное время (вы можете сделать это, только если ваша система подключена к сети). К счастью, ваши потребности в энергии обычно выше в течение дня, поэтому вы можете удовлетворить большую их часть за счет солнечной энергии.

4. Занимает много места

Чем больше электроэнергии вы хотите производить, тем больше солнечных панелей вам потребуется, поскольку вы хотите собирать как можно больше солнечного света. Панели солнечных батарей требуют много места, и некоторые крыши недостаточно велики , чтобы вместить количество солнечных панелей, которое вы хотели бы иметь.

Альтернативой является установка некоторых панелей в вашем дворе, но они должны иметь доступ к солнечному свету. Если у вас нет места для всех панелей, которые вы хотели, вы можете выбрать установку меньшего количества, чтобы удовлетворить некоторые из ваших потребностей в энергии.

5. Связано с загрязнением

Хотя загрязнение, связанное с системами солнечной энергии, намного меньше по сравнению с другими источниками энергии, солнечная энергия может быть связана с загрязнением. Транспортировка и установка солнечных систем были связаны с выбросами парниковых газов.

Есть также около токсичных материалов и опасных продуктов, используемых в процессе производства солнечных фотоэлектрических систем, которые могут косвенно влиять на окружающую среду.

Тем не менее, солнечная энергия загрязняет гораздо меньше , чем другие альтернативные источники энергии.

Сделайте переход на солнечную энергию сегодня!

Вызвало ли это ваш интерес к солнечной энергии? Мы поможем вам найти лучшее предложение! Просто заполните контактную форму вверху этой страницы, и мы свяжемся с вами с предложениями до 4 от наших профессиональных установщиков. Найдите минутку, чтобы заполнить форму, и сэкономьте часы исследований! Наш сервис абсолютно бесплатный и ни к чему не обязывает!

Написано Арис Вурвулиас Начальник отдела содержания Арис Вурвулиас — руководитель отдела контента в GreenMatch.Арис — увлеченный писатель и маркетолог с образованием в области журналистики. Он постоянно пишет, анализирует и получает образование в области бизнеса, финансов и возобновляемых источников энергии. Он имеет управленческий опыт на многих европейских рынках, включая Великобританию, Данию, Швецию и Финляндию.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *