Зубчатое колесо

Зубчатое колесо

Зубча́тое колесо́ или шестерня́ [1] — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято ведущее зубчатое колесо называть шестернёй, а ведомое — колесом. Однако часто все зубчатые колёса называют шестерня́ми. Происхождение этого слова доподлинно неизвестно. По одной из версий ранее деление окружности на шесть секторов было наиболее удобным. Отсюда и пошло название. Но есть и другие версии.

Зубчатые колёса обычно используются па́рами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента и числа оборотов валов на входе и выходе. Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается — ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот. В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение — механическая мощность — останется неизменным. Данное соотношение справедливо лишь для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.

Содержание

  • 1 Цилиндрические зубчатые колёса
    • 1.1 Продольная линия зуба
      • 1.1.1 Прямозубые колёса
      • 1.1.2 Косозубые колёса
      • 1.1.3 Шевронные колеса
    • 1.2 Зубчатые колёса с внутренним зацеплением
    • 1.3 Секторные колёса
    • 1.4 Колёса с круговыми зубьями
  • 2 Конические зубчатые колёса
  • 3 Реечная передача (кремальера)
  • 4 Коронные колёса
  • 5 Другие
  • 6 Изготовление зубчатых колёс
    • 6.1 Метод обката
      • 6.1.1 Метод обката с применением гребёнки
      • 6.1.2 Метод обката с применением червячной фрезы
      • 6.1.3 Метод обката с применением долбяка
    • 6.2 Метод копирования (Метод деления)
    • 6.3 Горячее и холодное накатывание
    • 6.4 Изготовление конических колёс
    • 6.5 Моделирование
  • 7 Ошибки при проектировании зубчатых колёс
    • 7.1 Подрезание зуба
    • 7.2 Заострение зуба
  • 8 В природе
  • 9 В геральдике
  • 10 См. также
  • 11 Ссылки
  • 12 Примечания
  • 13 Литература

Привет студент

Для нарезания зубчатых колес пользуются двумя основными методами — методом профильного нарезания и методом огибания.

Метод профильного нарезания. Профильное нарезание зубчатых колес иногда называют копированием. Сущность профильного резания заключается в том, что очертания впадины между нарезаемыми зубьями получают резанием заготовки фасонным инструментом, профиль которого является копией впадины.

Для нарезания зубьев этим способом применяют строгальные и токарные резцы, фрезы, протяжной инструмент и шлифовальные круги.

Метод огибания. При нарезании зубчатых колес методом огибания можно использовать один из следующих способов:

1) нарезание червячной фрезой;

2) нарезание долбяком и

3) нарезание гребенкой (рейкой).

Нарезание зубчатых колес червячной фрезой

При этом способе обрабатываемая заготовка и инструмент получают равномерное вращательное движение; кроме того, фреза имеет и поступательное движение вдоль оси заготовки.

На фиг. 1 показано взаимное расположение фрезы 1 и заготовки 2 в процессе фрезерования.

На зубофрезерных станках можно нарезать зубчатые колеса и самых крупных размеров.

Надлежащее движение инструмента и детали достигается соответствующей настройкой механизмов станка (коробка скоростей, коробка подач и сменные зубчатые колеса).

Фиг. 1. Нарезание зубчатых колес.

На фиг. 2 дан общий вид зубофрезерного станка, а на фиг. 3 — его кинематическая схема.

Фиг. 2. Зубофрезерный станок.

На фиг. 2 на станине 1 установлена стойка 2, по которой перемещается супорт 6. На столе 3 на оправке 4 закреплены заготовки зубчатых колес. Рукоятка 5 закреплена на квадрате винта, по которому перемещается стол в горизонтальном направлении. Вертикальное перемещение супорта 6 может происходить автоматически от винта 7 или вручную.

Принцип осуществления движений наглядно показан на кинематической схеме фиг. 3.

Червячная фреза 1 получает вращение от электродвигателя 2 через зубчатые колеса 3 и 4, зубчатые колеса гитары 5, конические зубчатые колеса 6, 7, 8, 9, 10 и 11, а также пару цилиндрических зубчатых колес 12 и 13. Для более равномерного вращения фрезы установлен маховик 14.

Вертикальное перемещение фрезы осуществляется винтом, получающим вращение от червячной пары 15—16, зубчатых колес гитары 17, конических зубчатых колес 18, 19 и 20, муфту 21 и две червячные пары 22—23 и 24—25. Движение столу сообщается от конических зубчатых колес 7—26 через диференциал 27, зубчатые колеса а—в, гитару 28 и червячную пару 29—30. Горизонтальное движение стол получает от цепи через зубчатые колеса 18—19, червячные пары 31—32, 33—34, горизонтальный винт 35.

Фиг. 3. Кинематическая схема зубофрезерного станка.

Нарезание зубчатых колес долбяком

На фиг, 4, а показано нарезание цилиндрических зубчатых колес с прямым зубом на зубодолбежном станке. Здесь режущим инструментом является долбяк, закрепляемый на вертикальном шпинделе.

Во время работы шпиндель совершает два движения — поступательно-возвратное и вращательное. Заготовка, закрепленная на столе, имеет вращательное и поступательное движения, являющиеся движениями подачи.

Фиг. 4. Нарезание цилиндрических зубчатых колес на зубодолбежном станке.

На фиг. 4, б показано нарезание внутренних цилиндрических зубьев. Вращение долбяка и заготовки подчиняется закону, выражаемому следующей формулой:

где i — передаточное число кинематической цепи;

zдолб — число зубьев долбяка, являющихся фасонными резцами;

zшecт — число зубьев нарезаемого колеса.

Таким образом, при этом способе имеет место взаимная обкатка долбяка и детали. Самый процесс резания является процессом строгания.

На фиг. 5 представлен зубодолбежный станок, а на фиг. 6—его кинематическая схема.

На этом станке можно нарезать зубчатые колеса с наружным зацеплением диаметром до 180 мм при ширине до 50 мм и зубчатые колеса с внутренним зацеплением диаметром до 140 мм при наибольшей ширине 30 мм.

Как видно из кинематической схемы фиг. 6, долбяк 1 получает поступательно-возвратное движение от электродвигателя 2 через ременную передачу 3, червячную пару 4, кривошип 5, шатун 6 и коромысло 7, вращающееся вокруг оси О.

Фиг. 5. Зубодолбежный станок.

Фиг. 6. Кинематическая схема зубодолбежного станка.

При качании коромысла зубчатый сегмент, входящий в зацепление с круговой рейкой на шпинделе, будет опускать и поднимать долбяк 1.

Вращательное движение долбяка будет происходить от червячной пары 4, сменного зубчатого колеса 8, конический трензель 9, коническую пару 10 и червячную пару 11.

Врезание долбяка в заготовку осуществляется через сменные зубчатые колеса 12 и систему передач 13.

Вращение стола с закрепленной на нем заготовкой будет происходить через сменные зубчатые колеса 12, коническую пару 14, трензель из конических зубчатых колес 15 и червячную пару 16.

Нарезание зубчатых колес гребенкой

При этом способе инструментом служит гребенка, напоминающая собой рейку. Зубья гребенки являются фасонными резцами, вследствие чего при строгании ими и получается требуемый профиль.

Фиг. 7. Нарезание зубчатых колес гребенкой.

На фиг. 7, а дана фотография гребенки На фиг. 7, б показана последовательность процесса нарезания зубчатого колеса гребенкой. Перед началом процесса заготовку устанавливают сбоку гребенки на высоту зуба гребенки. После этого гребенка получает вертикальное поступательно-возвратное движение, заготовка—вращательное и одновременно поступательное вдоль гребенки. Заготовка остается неподвижной во время рабочего хода гребенки и совершает оба свои движения при верхнем положении гребенки. На фиг. 7, в показано нарезание прямого зуба цилиндрического колеса резцом-рейкой.

Читайте также  Как проверить диодный мост генератора ваз 2110

Нарезание конических зубчатых колес

Нарезание конических зубчатых колес производится преимущественно методом обкатки. Существует ряд конструкций зуборезных станков, работающих по этому методу.

Для ознакомления с принципом процесса нарезания конических зубчатых колес рассмотрим изготовление конического зубчатого колеса на зубострогальном и поперечно-строгальном станках.

На фиг. 8, а показана схема последовательности изготовления конического прямого зуба двумя резцами методом обкатки. Заготовка совершает вращательное движение, являющееся движением подачи, а режущий инструмент (резцы) делает возвратно-поступательные движения. На фиг. 8, б приведена схема работы зубострогального станка для нарезания конических колес. На шпинделе с осью ОМ укреплена заготовка зубчатого колеса 1, осуществляющая вращательное движение в процессе перемещения шпинделя по направляющим кругам стола станка. Инструмент, закрепленный в резцовой головке 2, совершает возвратно-поступательные движения. Поворот заготовки на требуемую часть окружности производится при помощи делительного механизма, находящегося на противоположном от заготовки конце шпинделя.

Фиг. 8. Нарезание конических зубчатых колес.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Метод копирования зубчатых колес

При применении метода копирования, все впадины между зубьями на изделии обрабатываются с помощью инструмента. Инструмент имеет форму, которая полностью идентична профилю выемки колёса. В качестве инструмента используют пальцевые или фасонные дисковые фрезы. Обработка производится на фрезерном станке с использованием делительных головок.

Процесс получения зуба точного профиля при обработке всех зубчатых колёс с необходимым количеством зубьев и модулей, подразумевает использование специальной фрезы. Этот процесс требует некоторого количества фрез, в связи с этим применяют наборы из восьми фасонных фрез дискового типа для каждого блока зубьев. Для обработки более точного класса используют набор, состоящий из 26 либо 15 фрез.

Все фрезы набора применяются для производства зубчатого колёса с определённым числом зубьев в заданных пределах. Размеры фрезы рассчитывают по минимальному количеству зубьев интервала, в связи с этим при имеющемся большем числе зубьев, фреза срежет остаточный материал. При расчёте по среднему количеству зубьев имеющегося интервала, происходит заклинивание колес, так как меньший диаметр зубьев получится более толстого диаметра.

Способ нарезания зубчатых механизмов пальцевыми, фасонными дисковыми фрезами достаточно неточен и обладает малой производительностью. Метод используют довольно редко, как правило, при черновых операциях.

Содержание

  • 1 Цилиндрические зубчатые колёса
    • 1.1 Продольная линия зуба
      • 1.1.1 Прямозубые колёса
      • 1.1.2 Косозубые колёса
      • 1.1.3 Шевронные колеса
    • 1.2 Зубчатые колёса с внутренним зацеплением
    • 1.3 Секторные колёса
    • 1.4 Колёса с круговыми зубьями
  • 2 Конические зубчатые колёса
  • 3 Реечная передача (кремальера)
  • 4 Коронные колёса
  • 5 Другие
  • 6 Изготовление зубчатых колёс
    • 6.1 Метод обката
      • 6.1.1 Метод обката с применением гребёнки
      • 6.1.2 Метод обката с применением червячной фрезы
      • 6.1.3 Метод обката с применением долбяка
    • 6.2 Метод копирования (Метод деления)
    • 6.3 Горячее и холодное накатывание
    • 6.4 Изготовление конических колёс
    • 6.5 Моделирование
  • 7 Ошибки при проектировании зубчатых колёс
    • 7.1 Подрезание зуба
    • 7.2 Заострение зуба
  • 8 В природе
  • 9 В геральдике
  • 10 См. также
  • 11 Ссылки
  • 12 Примечания
  • 13 Литература

От автора. Я нашел в интернете полезную программку в Excel 2007. Это автоматизированная табличка для расчета всех параметров прямозубого зубчатого колеса.

Скачать Скачать с зеркала

Итак, приступим к графическому построению профиля зубчатого колеса.

  1. Изобразите делительный диаметр с диаметром D, и центром шестерни O. Окружность показана красным цветом.
  2. Изобразите диаметр вершин зубьев (d1) с центром в точке O с радиусом большим на высоту головки зуба(зелёного цвета).
  3. Изобразите диаметр впадин зубьев (d2) с центром в точке O с радиусом меньшим на высоту ножки зуба (голубого цвета цвета).

  1. Проведите касательную к делительному диаметру (желтая).
  2. В точке касания под углом ? проведите линию зацепления, оранжевого цвета.
  3. Изобразите окружность касательную к линии зацепления, и центром в точке O. Эта окружность является основной и показана тёмно синего цвета.

  1. Отметьте точку A на диаметре вершин зубьев.
  2. На прямой соединяющие точки A и O отметьте точку B находящуюся на основной окружности.
  3. Разделите расстояние AB на 3 части и отметьте, точкой C, полученное значение от точки A в сторону точки B на отрезке AB.

  1. От точки C проведите касательную к основной окружности.
  2. В точке касания отметьте точку D.
  3. Разделите расстояние DC на четыре части и отметьте, точкой E, полученное значение от точки D в сторону точки C на отрезке DC.

  1. Изобразите дугу окружности с центром в точке E, что проходит через точку C. Это будет часть одной стороны зуба, показана оранжевым.
  2. Изобразите дугу окружности с центром в точке H, радиусом, равным толщине зуба (s). Место пересечения с делительным диаметром отметьте точкой F. Эта точка находится на другой стороне зуба.

  1. Изобразите ось симметрии проходящую через центр О и середину расстояния FH.
  2. Линия профиля зуба отображенная зеркально относительно этой оси и будет второй стороной зуба.

Вот и готов профиль зуба прямозубого зубчатого колеса. В этом примере использовались следующие параметры:

  1. Модуль m=5 мм
  2. Число зубьев z=20
  3. Угол профиля исходного контура ?=20 0
  1. Делительный диаметр D=100 мм
  2. Диаметр вершин зубьевd1=110 мм
  3. Диаметр впадин зубьевd2=87.5 мм
  4. Толщина зубьев по делительной окружности S=7.853975 мм

На этом первая часть урока является завершенной. Во второй части (видео) мы рассмотрим как применить полученный профиль зуба для построения модели зубчатого колеса. Для полного ознакомления с данной темой («зубчатые колеса и зубчатые зацепления», а также «динамические сопряжения в SolidWorks») необходимо вместе с изучением этого урока изучать урок №24.

Еще скажу пару слов о специальной программе, производящей расчет зубчатых колес и генерацию модели зубчатого колеса для SolidWorks. Это программа Camnetics GearTrax.

P.S.(16.03.2010) Скачать Camnetics GearTrax

А теперь переходим с следующей части урока.

Скачать 2-ю часть урока №30 Скачать с зеркала

Где и зачем применяют шевингование

Технология не отличается богатой историей. Она была изобретена в 30-х годах прошлого века в США компанией National Broach. С 1936 года шевингование зубчатых колес было опробовано на Московском автомобильном заводе имени Сталина.

Технология шевингования зубчатых колес – востребованная процедура в современном производстве. В автомобильной промышленности зубчатые передачи используют в коробках переключения передач, редукторах мостов, раздаточных коробках и других узлах. Кроме того, шевингование применяется в других отраслях, где предъявляют высокие требования к точности зубчатого зацепления.

Результатом обработки является геометрически правильная форма зубьев, поверхность которых приобретает механическую прочность и упругость. Благодаря этому повышается точность передачи и снижается уровень шума в процессе эксплуатации передач.

Технические характеристики некоторых сплавов не позволяют выполнять чистовую обработку с помощью шлифования. В этом случае заготовки подвергают шевингованию.

Обработку шевером в редких случаях используют в качестве альтернативы химической очистки металла, поскольку шевингование является менее опасной и трудоемкой процедурой.

Механическое удаление лишней стружки преследует следующие цели:

  • правку боковых граней прямозубых и косозубых колес;
  • увеличение точности изделия на 2-3 класса;
  • повышение эксплуатационных характеристик.

Помимо шестерен, шевингованию подвергают проволочную продукцию. Процесс обработки удаляет посторонние поверхностные отложения, повышая качество материала.

Читайте также  Подключить однофазный счётчик

Технологию применяют для обработки следующих металлов и сплавов:

  • различных типов стали, включая пружинистую;
  • меди;
  • латуни;
  • бронзы;
  • алюминия и сплавов на его основе;
  • цинка.

Содержание

  • 1 Цилиндрические зубчатые колёса
    • 1.1 Продольная линия зуба
      • 1.1.1 Прямозубые колёса
      • 1.1.2 Косозубые колёса
      • 1.1.3 Шевронные колеса
    • 1.2 Зубчатые колёса с внутренним зацеплением
    • 1.3 Секторные колёса
    • 1.4 Колёса с круговыми зубьями
  • 2 Конические зубчатые колёса
  • 3 Реечная передача (кремальера)
  • 4 Коронные колёса
  • 5 Другие
  • 6 Изготовление зубчатых колёс
    • 6.1 Метод обката
      • 6.1.1 Метод обката с применением гребёнки
      • 6.1.2 Метод обката с применением червячной фрезы
      • 6.1.3 Метод обката с применением долбяка
    • 6.2 Метод копирования (Метод деления)
    • 6.3 Горячее и холодное накатывание
    • 6.4 Изготовление конических колёс
    • 6.5 Моделирование
  • 7 Ошибки при проектировании зубчатых колёс
    • 7.1 Подрезание зуба
    • 7.2 Заострение зуба
  • 8 В природе
  • 9 В геральдике
  • 10 См. также
  • 11 Ссылки
  • 12 Примечания
  • 13 Литература

Конические зубчатые колеса (шестерни):

Конические зубчатые колеса и спользуются в передач ах, где ос и валов пересекаются либо перекрещиваются. Данный тип колес так же широко применяется в машиностроении. Конические зубчатые колеса позволя ю т решать многие конструкторские задачи, часто встречающиеся в разработке сложных механизмов.

Рис. 2. Конические зубчатые колеса

Различают множество видов конических зубчатых колес.

Колесо с прямыми зубьями. Данная деталь имеет зубья прямо й форм ы , теоретические линии которы х проходят через конусную вершину. Данный вид является наиболее простым по технологии изготовления . Прямозубые конические колёса используют при низких окружных скоростях. П ередач а с такими колесами обеспечивает передаточное отношение до 3.

Колесо с тангенциальными зубьями. Так ое колес о име е т прямые зубья, теоретические линии которых расположены касательно к окружности. У данного вида колеса угол спирали различен для различных точек линии зуба. Угол спирали в средней точке зубчатого венца выступает в качестве величины, которая характеризует наклон зубьев.

Колесо с криволинейными зубьями. Такой вид колес имеет ряд преимуществ, среди которых выделяются: мягкий вход, наименьший шум при работе, наибольшая нагрузка и большие окружные скорости. Данный вид передачи встречается среди видов, перечисленных ниже.

Колесо с круговыми зубьями. В данном виде шестерни зубья нарезаны в виде дуги по окружности с определенным углом наклона, который называют углом спирали . Т акие шестерни мягко входят в зацепление, вследствие чего издают минимум шума. Они отличаются большей прочностью и допустимостью больших отклонений при установке.

Колесо с нулевым углом наклона зубьев. Такое изделие представляет собой к олес о с круговыми зубьями, угол наклона зубьев которого в одной из точек делительной средней линии зуба равняется нулю. К олеса с нулевым наклоном зубьев еще называют «Зерол». Д анный вид колес в своей работе д ает миним альные осевые нагрузк и и широко применяется в передачах с большими скоростями, в том числе в авиастроении, поскольку скорость у них может достигать более 7 0 метров в секунду. Колеса с нулевым наклоном зубьев могут заменя ть передачи, в которых были установлены прямозубые шестерни.

Колесо с эвольвентной линией зубьев. В данном типе шестерни при развертке конической основы зубья будут иметь тип эвольвенты основной окружности. Передача зубьев дает непрерывный крутящий переход, который исключает возможность проскальзывания.

Колесо с прямыми зубьями кругового профиля. Данный вид колес имеет профиль зубьев приблизительно круглой формы, у которых поверхность боковин выполнена огибанием рабочей части инструмента, и совершает движение в плоскости по кругу оси инструмента, а также производит поступательное движение мимо зубьев данного типа колеса. Колеса с прямыми зубьями кругового профиля также называют колесом Ривасайкл.

Колесо с круговыми зубьями, образованными сферой. Данное колесо имеет форму зуба, образованную при помощи зацепления на станке поверхностью сферической формы. Колесо также отличается повышенной бесшумностью, плавностью хода и более высокой окружной скоростью.

Плоское колесо. У данного вида колес угол делительного конус а является 90 градусов .