Размеры колес, а также всего зацепления, зависят от чисел Z1 и Z2 зубьев колес, от модуля m зацепления (определяемого из расчета зуба колеса на прочность), общего для обоих колес, а также от метода их обработки.

Предположим, что колеса изготавливаются по методу обкатки инструментом реечного типа (инструментальной рейкой, червячной фрезой), который профилируется на основе исходного контура согласно ГОСТ 13755-81 (рис. 10).

Процесс изготовления зубчатого колеса (рис. 10) инструментальной рейкой по методу обкатки заключается в том, что рейка в движении по отношению к обрабатываемому колесу перекатывается без скольжения одной из своих делительных прямых (ДП) или средней прямой (СП) по делительной окружности колеса (движение обкатки) и одновременно совершает быстрые возвратно-поступательные перемещения вдоль оси колеса, снимая при этом стружку (рабочее движение).

Расстояние между средней прямой рейки (СП) и той делительной прямой (ДП), которая в процессе обкатки перекатывается по делительной окружности колеса, называется смещением Х рейки (см. п. 2.6). Очевидно, что смещение Х равно расстоянию, на которое отодвинута средняя прямая рейки от делительной окружности колеса. Смещение считается положительным, если средняя прямая отодвинута в направлении от центра нарезаемого колеса.

Величина смещения Х определяется формулой:

где х – коэффициент смещения, который имеет положительное или отрицательное значение (см. п. 2.6).

Рисунок 10. Станочное зацепление.

Зубчатые колеса, изготовленные без смещения инструментальной рейки, называются нулевыми; изготовленные при положительном смещении рейки – положительными, при отрицательном смещении – отрицательными.

В зависимости от значений х Σ зубчатые зацепления классифицируются следующим образом:

а)если х Σ = 0, при чем х1 = х2 = 0, то зацепление называется нормальным (нулевым);

б)если х Σ = 0, при чем х1 = -х2, то зацепление называется равносмещенным;

в)если х Σ ≠ 0, то зацепление называется неравносмещенным, при чем при х Σ > 0 зацепление называется положительным неравносмещенным, а при х Σ < 0 – отрицательным неравносмещенным.

Применение нормальных зубчатых колес с постоянной высотой головки зубьев и постоянным углом зацепления, вызвано стремлением получить систему сменных зубчатых колес с постоянным расстоянием между центрами для одной и той же суммы чисел зубьев, с одной стороны, и с другой стороны – сократить число комплектов зуборезного инструмента в виде модульных фрез, которыми снабжаются инструментальные мастерские. Однако условие сменности зубчатых колес при постоянном расстоянии между центрами может быть удовлетворено и при применении косозубых колес, а также колесами, нарезанными со смещением инструмента. Наибольшее применение нормальные зубчатые колеса находят в передачах при значительных числах зубьев обоих колес (при Z 1 > 30), когда эффективность применения смещения инструмента значительно меньше.

При равносмещенном зацеплении (х Σ = х 1 + х 2 = 0) толщина зуба (S 1) по делительной окружности шестерни увеличивается за счет уменьшения толщины зуба (S 2) колеса, но сумма толщин по делительной окружности сцепляющихся зубьев остается постоянной и равной шагу. Таким образом, нет необходимости в раздвигании осей колес; начальные окружности так же, как и у нормальных колес, совпадают с делительными; угол зацепления не изменяется, но меняется соотношение высот головок и ножек зубьев. В связи с тем, что прочность зубьев колеса понижается, такое зацепление может применяться только при малых числах зубьев шестерни и значительных передаточных отношениях.

При неравносмещенном зацеплении (х Σ = х 1 + х 2 ≠ 0) сумма толщин зубьев по делительным окружностям обычно больше, чем у нулевых колес. Поэтому оси колес приходится раздвигать, начальные окружности не совпадают с делительными и угол зацепления увеличен. Неравносмещенное зацепление имеет большие возможности, чем равносмещенное, и поэтому имеет более широкое распространение.

Применяя смещение инструмента при нарезании зубчатых колес можно повысить качество зубчатого зацепления:

а) устранить подрезание зубьев шестерни при малом числе зубьев;

б) повысить прочность зубьев на изгиб (до 100 %);

в) повысить контактную прочность зубьев (до 20 %);

г) повысить износостойкость зубьев и др.

Но следует иметь в виду, что улучшение одних показателей ведет к ухудшению других.

Существуют простые системы, которые позволяют определить смещение по простейшим эмпирическим формулам. Эти системы повышают показатели работы передач по сравнению с нулевыми, однако они не используют все возможности смещения.

а) при числе зубьев шестерни Z 1 ≥ 30 применяют нормальные колеса;

б) при числе зубьев шестерни Z 1 < 30 и суммарном числе зубьев Z 1 + Z 2 > 60 применяют равносмещенное зацепление с коэффициентами смещения х 1 = 0,03 · (30 – Z 1) и х 2 = -х 1 ;

х Σ = х 1 + х 2 ≤ 0.9, если (Z 1 + Z 2) < 30,

в) при числе зубьев шестерни Z 1 < 30 и суммарном числе зубьев Z 1 + Z 2 < 60 применяют неравносмещенное зацепление с коэффициентами:

х 1 = 0,03 · (30 – Z 1);

х 2 = 0,03 · (30 – Z 2).

Суммарное смещение ограничивается величиной:

х Σ ≤ 1,8 – 0,03 · (Z 1 + Z 2), если 30 < (Z 1 + Z 2) < 60.

Для ответственных передач коэффициенты смещения следует выбирать в соответствии с основными критериями работоспособности.

В настоящем руководстве также приведены таблицы 1…3 для неравносмещенного зацепления, составленные профессором В. Н. Кудрявцевым, и табл. 4 для равносмещенного зацепления, составленная Центральным конструкторским бюро редукторостроения.Таблицы содержат значения коэффициентов х1 и х2, сумма которых х Σ является максимально возможной при выполнении следующих требований:

а) не должно быть подрезания зубьев при обработке их инструментальной рейкой;

б) предельно допустимая толщина зуба по окружности выступов принята 0,3m;

в) наименьшее значение коэффициента перекрытия ε α = 1,1;

г) обеспечение наибольшей контактной прочности;

д) обеспечение наибольшей прочности на изгиб и равнопрочности (равенства напряжений изгиба) зубьев шестерни и колеса, изготовленных из одинакового материала с учетом разного направления сил трения на зубьях;

е) наибольшей износостойкости и наибольшего сопротивления заданного (равенство удельных скольжений в крайних точках зацепления).

Данными таблицами нужно пользоваться следующим образом:

а) для неравномерного внешнего зацепления коэффициенты смещения х1 и х2 определяются в зависимости от передаточного отношения

i 1,2: при 2 ≥ i 1,2 ≥ 1 по табл. 1; при 5 ≥ i 1,2 > 2 по табл. 2, 3 по заданным Z 1 и Z 2 .

б) для равносмещенного внешнего зацепления коэффициенты смещения х 1 и х 2 = -х 1 определяют в табл. 4. При подборе этих коэффициентов нужно помнить, что должно быть выполнено условие х Σ ≥ 34.

После определения коэффициентов смещения все размеры зацепления подсчитываются по формулам, приведенным в табл. 5.

Контролируемые размеры эвольвентных зубчатых колес

В процессе нарезания зубчатого эвольвентного колеса возникает необходимость в контроле его размеров. Диаметр заготовки, как правило, известен. При нарезании зубьев необходимо контролировать 2 размера: толщину зуба и шаг зубьев. Существует 2 контролируемых размера, косвенно определяющих эти параметры:

1) толщина зуба по постоянной хорде (измеряется зубомером),

2) длина общей нормали (измеряется скобой).

Представим себе, что мы нарезали эвольвентное зубчатое колесо, а затем рейку ввели с ним в зацепление (одели на него рейку). Точки касания рейки с зубом окажутся расположенными симметрично с двух сторон зуба. Расстояние между точками касания и есть толщина зуба по постоянной хорде.

Изобразим зуб эвольвентного колеса. Для этого проведем вертикальную ось симметрии (рис.4) и с центром в точке O проведем радиус окружности выступов r a и радиус делительной окружности r. Расположим зуб колеса и впадину рейки симметрично относительно полюса станочного зацепления P c , который находится на пересечении вертикальной оси симметрии и делительной окружности. Через полюс станочного зацепления P c проходит делительная линия рейки. Угол между делительной линией и касательной к основной окружности является углом зацепления в процессе нарезания, который равен профильному углу рейки a.

Обозначим точки касания рейки с зубом колеса А и В, а точку пересечения линии, соединяющей эти точки, с вертикальной осью – D.

Отрезок AB и есть постоянная хорда. Обозначается постоянная хорда индексом . Определим величину толщины зуба колеса по постоянной хорде. Из рис.4 видно, что

Из треугольника ADP c определим

Обозначим отрезок EC на делительной линии – ширину впадины рейки по делительной линии, которая равна дуговой толщине зуба колеса по делительной окружности

Отрезок AP c перпендикулярен профилю рейки и является касательным к основной окружности колеса. Определим отрезок AP c из прямоугольного треугольника EAP c

Рисунок 4 – Толщина зуба по постоянной хорде

Подставим полученное выражение в предыдущую формулу

Но отрезок , следовательно

Таким образом толщина зуба по постоянной хорде

Как видно из полученной формулы толщина зуба по постоянной хорде не зависит от количества нарезаемых зубьев колеса z, поэтому она и называется постоянной.

Для того, чтобы можно было контролировать толщину зуба по постоянной хорде зубомером, нам нужно определить еще один размер – расстояние от окружности выступов до постоянной хорды. Этот размер называется высотой зуба до постоянной хорды и обозначается индексом (pис.4).

Как видно из рис.4

Из прямоугольного треугольника определяем

Но , следовательно

Таким образом получаем высоту зуба эвольвентного колеса до постоянной хорды

Полученные размеры дают возможность контролировать размеры зуба эвольвентного колеса в процессе нарезания.

Цилиндрические зубчатые передачи.

Расчет геометрических параметров

Термины и обозначения приведены в табл. 1, определения терминов см. ГОСТ 16530-83 и 16531-83.

1. Термины и обозначения цилиндрических зубчатых передач

Делительное межосевое расстоя­ние - a

Межосевое расстояние - a w

Ширина венца цилиндрического зубчатого колеса - b

Рабочая ширина венца зубчатой передачи - b w

Радиальный зазор пары исходных контуров - c

Коэффициент радиального зазора нормального исходного контура – c*

Высота зуба цилиндрического зубчатого колеса - h

Высота делительной головки зуба цилиндрического зубчатого колеса - h a

Коэффициент высоты головки исходного контура – h a *

Высота до хорды зуба колеса -

Высота до постоянной хорды зуба -

Высота до хорды дуги окруж­ности -

Глубина захода зубьев колеса, а также глубина захода зубьев ис­ходных реек -

Высота делительной ножки зуба колеса - h f

Граничная высота зуба колеса - h l

Делительный диаметр зубчатого колеса - d

Диаметр вершин зубьев колеса - d a

Основной диаметр зубчатого ко­леса - d b

Диаметр впадин зубчатого колеса - d f

Диаметр окружности граничных точек зубчатого колеса - d l

Начальный диаметр зубчатого ко­леса - d w

Радиус зубчатого колеса - r

Расчетный модуль цилиндриче­ского зубчатого колеса - m

Нормальный модуль зубьев - m n

Окружной модуль зубьев (торцо­вый) - m t

Шаг эвольвентного зацепления - p b

Нормальный шаг зубьев рейки - p n

Торцовый шаг зубьев рейки - p t

Осевой шаг зубьев рейки - p x

Основной нормальный шаг зубьев - p bn

Основной окружной шаг зубьев - p bt

Основная нормальная толщина зуба - s bn

Постоянная хорда зуба -

Нормальная толщина зуба рейки - s n

Осевая толщина зуба рейки - s x

Торцовая толщина зуба рейки - s t

Толщина по хорде зуба -

Окружная толщина на заданном диаметре d y - s ty

Толщина по хорде -

Длина обшей нормали зубчатого колеса - W

Коэффициент смещения исход­ного контура - x

Коэффициент наименьшего сме­щения исходного контура - x min

Коэффициент суммы смещений х Σ

Коэффициент воспринимаемого смещения - у

Коэффициент уравнительного смещения - Δу

Число зубьев зубчатого колеса (число зубьев секторно -зубчатого колеса) - z

Наименьшее число зубьев, сво­бодное от подрезания - z min

Число зубьев в длине обшей нор­мали - z w

Нормальный боковой зазор эвольвентной цилиндрической зубчатой передачи - j n

Эвольвентный угол профиля зуба – inv a

Эвольвентный угол, соответст­вующий точке профиля на окруж­ности d y – inv a y

Частота вращения зубчатого колеса в минуту - n

Передаточное число зубчатой передачи (z 2 /z 1 ; d 2 /d 1 ; n 1 /n 2) - u

Угол профиля зуба исходного кон­тура в нормальном сечении - a

Угол профиля зуба в торцовом сечении - a t

Угол зацепления - a tw

Угол профиля в точке на концен­трической окружности заданного диаметра d y - a y

Угол наклона линии зуба соосной цилиндрической поверхности диа­метра d y - β y

Угол наклона линии зуба - β

Основной угол наклона линии зуба (косозубого колеса на его основ­ном цилиндре) - β b

Угол развернутости эвольвенты зуба - v

Половина угловой толщины зуба - ψ

Половина угловой толщины зуба эквивалентного зубчатого колеса, соответствующая концентрической окружности диаметра d y /cos 2 β y - ψ yv

Угловая скорость - ω

Шестерня - зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев, колесо - с боль­шим числом зубьев. При одинаковом числе зубьев зубчатых колес передачи шестерней называют ведущее зубчатое колесо, а коле­сом - ведомое. Индекс 1 - для величин, относящихся к шестерне, индекс 2 - относя­щихся к колесу.

Рис. 1. Исходный контур зубчатых цилиндрических колес эвольвентного зацепления по ГОСТ 13755-81 и конических колес с прямыми зубьями по ГОСТ 13754-81

Индекс n - для величин, относящихся к нормальному сечению, t - к окружному (торцовому) сечению. В тех случаях, когда не может быть разночтения и неясности, индексы n и t можно исключить.

Термины параметров нормального ис­ходного контура и нормального исходного производящего контура, выраженных в до­лях модуля нормального исходного контура, образуют добавлением слова «коэффициент» перед термином соответствующего парамет­ра.

Обозначения коэффициентов соответст­вуют обозначениям параметров с добавлением знака «*», например коэффициент радиального зазора пары исходных контуров с *.

Модули (по ГОСТ9563-60). Стандарт распространяется на эвольвентные цилинд­рические зубчатые колеса и конические зубчатые колеса с прямыми зубьями и устанав­ливает:

для цилиндрических колес - значения нормальных модулей;

для конических колес - значения внеш­них окружных делительных модулей.

Числовые значения модулей:

Ряд 1	Ряд 2	Ряд 1	Ряд 2	Ряд 1	Ряд 2	Ряд 1	Ряд 2
	1,125
1,25	1,375		2,75
	1..75
	2,25

Примечания:

1. При выборе модулей ряд 1 следует предпочитать ряду 2.

2. Для цилиндрических зубчатых колес допускается:

а) в тракторной промышленности при­менение модулей 3,75; 4,25 и 6,5мм;

б) в автомобильной промышленности применение модулей, отличающихся от ус­тановленных в настоящем стандарте;

в) в редукторостроении применение мо­дулей 1,6; 3,15; 6,3; 12,5м.

3. Для конических зубчатых колес до­пускается:

а) определять модуль на среднем конус­ном расстоянии;

б) в технически обоснованных случаях применение модулей, отличающихся от ука­занных в таблице.

4. Стандарт предусматривает применение модулей в диапазоне значений от 0,05 до 100мм.

Исходный контур цилиндрических зубча­тых колес. Под исходным контуром колес (рис. 1) подразумевают контур зубьев рейки в нормальном к направлению зубьев сечении. Радиальный зазор с = 0,25m, радиус кривизны переходной кривой зуба p f = 0.4m. Допускается увеличение радиуса р f если это не нарушает правильности зацепления, и увеличение с до 0,35m при обработке колес долбяками и шеверами и до 0,4m при шлифовании зубьев.

Для цилиндрических колес внешнего зацепления при окружной скорости более указанной в табл. 2 применяют исходный контур с модификацией профиля головки зуба (рис. 2). При этом линия модификации - прямая, коэффициент модификации h g * должен быть не более 0,45, а коэффициент глубины модификации Δ* - не более 0,02.

Основные элементы зубчатого зацепле­ния указаны на рис. 3 и 4 в соответствии с обозначением по табл. 1.

Смещение колес зубчатых передач с внешним зацеплением. Чтобы повысить прочность зубьев на изгиб, снизить кон­тактные напряжения на их поверхности и уменьшить износ за счет относительного скольжения профилей, рекомендуется про­изводить смешение инструмента для цилин­дрических (и конических) зубчатых передач, у которых z 1 ≠ z 2 . Наибольший результат достигается в следующих случаях:

Рис. 2. Исходный контур с профильной модификацией

2. Окружная скорость колес в зависимости от их точности

Тип колес	Окружная скорость в м/с при степени точности колеса по ГОСТ 1643-81
Прямозубые
Косозубые

3. Коэффициент глубины модификации Δ* в зависимости от модуля и степени точности

Модуль m, мм	Степень точности по нормам плавности работы по ГОСТ 1643-81
До 2	0,010	0,015	0,020
Св. 2 до 3,5	0,009	0,012	0,018
» 3,5 » 6,3	0,008	0,010	0,035
» 6,3 » 10	0,006	0,008	0,012
» 10 » 16	0,005	0,007	0,010
» 16 » 25		0,006	0,009
» 25 » 40			0,008

1) при смещении передач, у которых шестерня имеет малое число зубьев (z 1 < 17), так как при этом устраняется под­рез у корня зуба;

2) при больших передаточных числах, так как в этом случае значительно снижается относительное скольжение профилей.

Рис. 3

Рис. 4

Положение исходного производящего контура относительно нарезаемого колеса, при котором делительная прямая рейка ка­сается делительной окружности колеса, на­зывают номинальным положением (рис. 5, а). Колесо, зубья которого образованы при номинальном положении исходной произ­водящей рейки, называют колесом, наре­занным без смешения исходного контура (по старой терминологии - некорригированное колесо).

Рис. 5. Положение производящего реечного контура относительно заготовки:

а - номинальное ; б - с отрицательным смещением; в - с положительным смещением

Рис. 6. График для определения нижнего предельного значения z 1 в зависимости от z 2 при которых ε а = 1,2 (x 1 = х 2 = 0,5)

Рис. 7. График для определения х min в зависимости от z и β или z min - х и β

(округляется до ближайшего большего целого числа)

Примеры.

1. Дано: z = 15; β = 0. По графику определяем х min = 0,12 (см. штриховую линию).

2. Дано: х = 0; β = 30°. По графику определяем наименьшее число зубьев (c м. штриховую линию)

Рис. 8. Влияние смещения исходного контура на геометрию зубьев

Если исходная производящая рейка в станочном зацеплении смещена из номи­нального положения и установлена так, что ее делительная прямая не касается дели­тельной окружности нарезаемого колеса, то в результате обработки получится колесо, нарезанное со смещением исходного конту­ра (по старой терминологии - корригиро­ванное колесо).

Рис. 9. Зацепление (в сечении, параллельном торцовому ) зубчатого колеса со смещением с исходной производящей рейкой

4. Коэффициенты смещения у зубчатых колес прямозубой передачи

Коэффициент смещения		Область применения
у шестер­ни х 1	у колеса х 2
		0,5(z 1 + z 2)m или не задано	Кинематические передачи	z 1 ≥ 17
				12 ≤ z 1 < 16 и z 2 ≥ 22
		Межосевое расстояние a w задано равным 0,5(z 1 + z 2)m	Силовые передачи	z 1 ≥ 21
				14 ≤ z 1 ≤ 20 и u ≥ 3,5
		Межосевое расстояние a w не задано		z 1 > 30
				10 ≤ z 1 ≤ 30. В пределах 10 ≤ z 1 ≤ 16 нижнее предельное значе­ние z 1 определяется по графику (рис.6)

5. Коэффициент смещения у зубчатых колес косозубой и шевронной передач

Коэффициент смещения		Область применения
у шестер­ни х 1	у колеса х 2
		Межосевое расстояние a w задано равным (z 1 +z 2)m/(2cosβ) или не задано	Кинематические пе­редачи
			Силовые передачи

Рис. 10. Толщина зуба по постоянной хорде и высота до постоянной хорды в нормальном сечении

Расстояние от делительной прямой исходной производящей рейки (или исходного контура) до делительной окружности колеса является величиной смещения.

Отношение смещения исходного контура к расчетному модулю называют коэффици­ентом смещения (х).

Если делительная прямая исходного контура пересекает делительную окружность зубчатого колеса (рис. 5, б), смещение назы­вают отрицательным (х<0), если не пере­секает и не соприкасается (рис. 5, в) - по­ложительным (х > 0). При номинальном положении исходного контура смещение равно нулю (х = 0).

Коэффициент смещения х обеспечивает­ся установкой инструмента относительно заготовки зубчатого колеса в станочном за­цеплении.

Коэффициенты смещения у зубчатых колес рекомендуется выбирать по табл. 4 для прямозубой передачи и по табл. 5 - для косозубой и шевронной передач.

Основные элементы зубчатого зацепле­ния со смещением указаны на рис. 8, 9, 10.

6. Разбивка коэффициента суммы смещения x Σ у прямозубой передачи на составляющие х 1 и х 2

Коэффициент суммы смещения х Σ	Коэффициент смещения		Область применения
	у шестер­ни х 1	у колеса x 2
0 < x Σ ≤ 0,5	x Σ		Кинематические пе­редачи

Рисунок 3. Параметры эвольвентного зубчатого колеса.

К основным геометрическим параметрам эвольвентного зубчатого колеса относятся: модуль m, шаг p, угол профиля α, число зубьев z и коэффициент относительного смещения x.

Виды модулей : делительный, основной, начальный.

Для косозубых колес дополнительно различают: нормальный, торцевой и осевой.

Для ограничения числа модулей ГОСТом установлен стандартный ряд его значений, которые определяются по делительной окружности.

Модуль − это число миллиметров диаметра делительной окружности зубчатого колеса, приходящееся на один зуб.

Делительная окружность − это теоретическая окружность зубчатого колеса, на которой модуль и шаг принимают стандартные значения

Делительная окружность делит зуб на головку и ножку.

– это теоретическая окружность зубчатого колеса, принадлежащая его начальной поверхности.

Головка зуба – это часть зуба, расположенная между делительной ок-ружностью зубчатого колеса и его окружностью вершин.

Ножка зуба – это часть зуба, расположенная между делительной окружностью зубчатого колеса и его окружностью впадин.

Сумма высот головки ha и ножки hf соответствует высоте зубьев h:

Окружность вершин – это теоретическая окружность зубчатого колеса, соединяющая вершины его зубьев.

d a =d+2(h * a + x - Δy)m

Окружность впадин – это теоретическая окружность зубчатого колеса, соединяющая все его впадины.

d f = d - 2(h * a - C * - x) · m

Согласно ГОСТ 13755-81 α = 20°, С* = 0,25.

Коэффициент уравнительного смещения Δу:

Окружной шаг , или шаг p − это расстояние по дуге делительной окружности между одноименными точками профилей соседних зубьев.

− это центральный угол, охватывающий дугу делительной окружности, соответствующий окружному шагу

Шаг по основной окружности − это расстояние по дуге основной ок-ружности между одноименными точками профилей соседних зубьев

p b = p · cos α

Толщина зуба s по делительной окружности − это расстояние по дуге делительной окружности между разноименными точками профилей одного зуба

S = 0,5 · ρ + 2 · х · m · tg α

Ширина впадины e по делительной окружности − это расстояние по дуге делительной окружности между разноименными точками профилей со-седних зубьев

Толщина зуба Sb по основной окружности − это расстояние по дуге основной окружности между разноименными точками профилей одного зуба.

Толщина зуба Sa по окружности вершин − это расстояние по дуге ок-ружности вершин между разноименными точками профилей одного зуба.

− это острый угол между касательной t – t к профилю зуба в точке, лежащей на делительной окружности зубчатого колеса и радиус-вектором, проведенным в данную точку из его геометрического центра

Глава 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧАХ

Зубчатая передача состоит из пары находящихся в зацеплении зубчатых колес или зубчатого колеса и рейки. В первом случае она служит для передачи вращательного движения от одного вала к другому, во втором - для превращения вращательного движения в поступательное.

В машиностроении применяют следующие виды зубчатых передач: цилиндрические (рис. 1) при параллельном расположении валов; конические (рис. 2, а) при пересекающихся и перекрещивающихся валах; винтовые и червячные (рис. 2, б и в) при перекрещивающихся валах.

Зубчатое колесо, передающее вращение, называют ведущим, приводимое во вращение - ведомым. Колесо зубчатой пары с меньшим числом зубьев называют шестерней, сопряженное с ним парное колесо с большим числом зубьев - колесом.

Отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни называют передаточным числом:

Кинематической характеристикой зубчатой передачи является передаточное отношение i , представляющее собой отношение угловых скоростей колес, а при постоянном i - и отношение углов поворота колес

Если при i не стоят индексы, то под передаточным отношением следует понимать отношение угловой скорости ведущего колеса к угловой скорости ведомого.

Зубчатое зацепление называют внешним, если оба зубчатых колеса имеют внешние зубья (см. рис. 1, а, б), и внутренним, если одно из колес имеет внешние, а второе - внутренние зубья (см. рис. 1, в).

В зависимости от профиля зубьев колес различают зацепления трех основных видов: эвольвентные, когда профиль зуба образован двумя симметричными эвольвентами; циклоидальные, когда профиль зубьев образован циклоидальными кривыми; зацепления Новикова, когда профиль зуба образован дугами окружности.

Эвольвентой, или разверткой окружности, называется кривая, которую описывает точка, лежащая на прямой (так называемой производящей прямой) линии, касательной к окружности и перекатываемой по окружности без скольжения. Окружность, разверткой которой является эвольвента, называют основной окружностью. С увеличением радиуса основной окружности кривизна эвольвенты уменьшается. При радиусе основной окружности, равном бесконечности, эвольвента превращается в прямую, что соответствует профилю зуба рейки, очерченному по прямой.

Наиболее широкое применение находят зубчатые передачи с эвольвентным зацеплением, которое имеет следующие преимущества перед другими видами зацепления: 1) допускается небольшое изменение межосевого расстояния при неизменном передаточном отношении и нормальной работе сопряженной пары зубчатых колес; 2) облегчается изготовление, так как одним и тем же инструментом можно нарезать колеса

Рис. 1.

Рис. 2.

с различным числом зубьев, но одинакового модуля и угла зацепления; 3) колеса одного и того же модуля сопрягаются между собой независимо от числа зубьев.

Приведенные ниже сведения относятся к эвольвентному зацеплению.

Схема звольвентного зацепления (рис. 3, а). Два колеса с эвольвентными профилями зубьев соприкасаются в точке А, находящейся на линии центров О 1 О2 и называемой полюсом зацепления. Расстояние aw между осями колес передачи по межосевой линии называют межосевым расстоянием. Через полюс зацепления проходят начальные окружности зубчатого колеса, описанные вокруг центров О1 и О2 и при работе зубчатой пары перекатывающиеся одна по другой без скольжения. Понятие о начальной окружности не имеет смысла для одного отдельно взятого колеса, и в этом случае применяют понятие о делительной окружности, на которой шаг и угол зацепления колеса соответственно равны теоретическому шагу и углу зацепления зуборезного инструмента. При нарезании зубьев методом обкатки делительная окружность представляет собой как бы производственную начальную окружность, возникающую в процессе изготовления колеса. В случае передачи без смещения делительные окружности совпадают в начальными.

Рис. 3. :

а - основные параметры; б - инволюта; 1 - линия зацепления; 2 - основная окружность; 3 - начальная и делительная окружности

При работе цилиндрических зубчатых колес точка касания зубьев перемещается по прямой MN, касательной к основным окружностям, проходящей через полюс зацепления и называемой линией зацепления, являющейся общей нормалью (перпендикуляром) к сопряженным эвольвентам.

Угол atw между линией зацепления MN и перпендикуляром к межосевой линии O1O2 (или между межосевой линией и перпендикуляром к линии зацепления) называется углом зацепления.

Элементы прямозубого цилиндрического колеса (рис. 4): da- диаметр вершин зубьев; d - диаметр делительный; df - диаметр впадин; h - высота зуба - расстояние между окружностями вершин и впадин; ha - высота делительной головки зуба - расстояние между окружностями делительной и вершин зубьев; hf - высота делительной ножки зуба - расстояние между окружностями делительной и впадин; pt - окружной шаг зубьев - расстояние между одноименными профилями соседних зубьев по дуге концентрической окружности зубчатого колеса;

st - окружная толщина зуба - расстояние между разноименными профилями вуба по дуге окружности (например, по делительной, начальной); ра - шаг эвольвентного зацепления - расстояние между двумя точками одноименных поверхностей соседних зубьев, расположенных на нормали MN к ним (см. рис. 3).

Окружной модуль mt-линейная величина, в п (3,1416) раз меньше окружного шага. Введение модуля упрощает расчет и изготовление зубчатых передач, так как позволяет выражать различные параметры колеса (например, диаметры колеса) целыми числами, а не бесконечными дробями, связанными с числом п . ГОСТ 9563-60* установил следующие значения модуля, мм: 0,5; (0,55); 0,6; (0,7); 0,8; (0,9); 1; (1,125); 1,25; (1,375); 1,5; (1,75); 2; (2,25); 2,5; (2,75); 3; (3,5); 4; (4,5); 5; (5,5); 6; (7); 8; (9); 10; (11); 12; (14); 16; (18); 20; (22); 25; (28); 32; (36); 40; (45); 50; (55); 60; (70); 80; (90); 100.

Рис. 4.

Значения делительного окружного шага pt и шага зацепления ра для различных модулей представлены в табл. 1.

1. Значения делительного окружного шага и шага зацепления для различных модулей (мм)

В ряде стран, где еще применяют дюймовую систему (1" = 25,4 мм), принята питчевая система, по которой параметры зубчатых колес выражены через питч (pitch - шаг). Наиболее распространена система диаметрального питча, применяемая для колес с питчем от единицы и выше:

где г - число зубьев; d - диаметр делительной окружности, дюймы; р - диаметральный питч.

При расчете эвольвентного зацепления пользуются понятием эвольвентного угла профиля зуба (инволюты), обозначаемого inv aх. Он представляет собою центральный угол 0х (см. рис. 3, б), охватывающий часть эвольвенты от ее начала до какой-то точки хi и определяется по формуле:

где ах - угол профиля, рад. По этой формуле рассчитаны таблицы инволюты, которые приведены в справочниках .

Радиан равен 180°/п = 57° 17" 45" или 1° = 0,017453 рад. На эту величину нужно умножить угол, выраженный в градусах, чтобы перевести его в радианы. Например, ах = 22° = 22 X 0,017453 = 0,38397 рад .

Исходный контур. При стандартизации зубчатых колес и зуборезного инструмента для упрощения определения формы и размеров нарезаемых зубьев и инструмента введено понятие исходного контура. Это контур зубьев номинальной исходной зубчатой рейки в сечении плоскостью, перпендикулярной к ее делительной плоскости. На рис. 5 показан исходный контур по ГОСТ 13755-81 (СТ СЭВ 308-76) - прямобочный реечный контур со следующими значениями параметров и коэффициентов: угол главного профиля а = 20° ; коэффициент высоты головки h*a = 1 ; коэффициент высоты ножки h*f = 1,25 ; коэффициент радиуса кривизны переходной кривой р*f = 0,38 ; коэффициент глубины захода зубьев в паре исходных контуров h*w = 2 ; коэффициент радиального зазора в паре исходных контуров С* = 0,25 .

Допускается увеличение радиуса переходной кривой рf = р*m , если это не нарушает правильности зацепления в передаче, а также увеличение радиального зазора С = С*m до 0,35m при обработке долбяками или шеверами и до 0,4m при обработке под зубошлифование. Могут быть передачи с укороченным зубом, где h*a = 0,8 . Часть зуба между делительной поверхностью и поверхностью вершин зубьев называют делительной головкой зуба, высота которой ha = hф*m; часть зуба между делительной поверхностью и поверхностью впадин - делительной ножкой зуба. При введении зубьев одной рейки во впадины другой до совпадения их профилей (пара исходных контуров) между вершинами и впадинами образуется радиальный зазор с . Высота захода или высота прямолинейного участка составляет 2m, а высота зуба m + m + 0,25m = 2,25m . Расстояние между одноименными профилями соседних зубьев называют шагом р исходного контура, его значение р = пm , а толщина зуба рейки в делительной плоскости составляет половину шага.

Для улучшения плавности работы цилиндрических колес (преимущественно при увеличении окружной скорости их вращения) применяют профильную модификацию зуба, в результате которой поверхность зуба выполняется с преднамеренным отклонением от теоретической эвольвентной формулы у вершины или у основания зуба. Например, срезают профиль зуба у его вершины на высоте hc = 0,45m от окружности вершин на глубину модификации А = (0,005%0,02) m (рис. 5, б)

Для улучшения работы зубчатых колес (повышения прочности зубьев, плавности зацепления и тп.), получения заданного межосевого расстояния, во избежание подрезания *1 зубьев и для других целей производят смещение исходного контура.

Смещение исходного контура (рис. 6) - расстояние по нормали между делительной поверхностью зубчатого колеса и делительной плоскостью исходной зубчатой рейки при ее номинальном положении.

При нарезании зубчатых колес без смещения инструментом реечного типа (червячные фрезы, гребенки) делительная окружность колеса обкатывается без скольжения по средней линии рейки. В этом случае толщина зуба колеса равна половине шага (если не учитывать нормального бокового зазора *2, значение которого мало.

Рис. 7. Боковой с и радиальный in зазоры зубчатого зацепления

При нарезании зубчатых колес со смещением, исходную рейку смещают в радиальном направлении. Делительная окружность колеса обкатывается не по средней линии рейки, а по какой-то другой прямой, параллельной средней линии. Отношение смешения исходного контура к расчетному модулю - коэффициент смещения исходного контура х. У колес со смещением толщина зуба по делительной окружности не равна теоретической, т. е. половине шага. При положительном смещении исходного контура (от оси колеса) толщина зуба на делительной окруж¬ности больше, при отрицательном (в направлении оси колеса) - меньше

половины шага.

Для обеспечения бокового зазора в зацеплении (рис. 7) толщину зуба колес делают несколько меньше теоретической. Однако ввиду ма¬лой величины этого смещения такие колеса практически считают коле¬сами без смещения.

При обработке зубьев методом обкатки зубчатые колеса со смеще¬нием исходного контура нарезают тем же инструментом и при той же настройке станка, что и колеса без смещения. Воспринимаемое смеще¬ние - разность межосевого расстояния передачи со смещением и ее делительного межосевого расстояния.

Определения и формулы для геометрического расчета основных параметров зубчатых колес приведены в табл. 2.

2. Определения и формулы расчета некоторых параметров эвольвентных цилиндрических зубчатых колес

Параметр	Обо­зна­чение	Определение	Расчетные формулы и указания	Рисунок
Исходные данные
Модуль: расчетный эвольвентного зацепления		Делительный нормальный модуль зубьев. Линейная величина, в п раз меньшая делительного окружного шага	По ГОСТ 9563 - 60*
Угол профиля исходного контура		Острый угол между касательной к профилю зуба рейки и прямой, перпендикулярной к делительной плоскости рейки	По ГОСТ 13755-81 а = 20°
Число зубьев: шестерни колеса
Угол наклона линии зуба
Коэффициент высоты головки		Отношение расстояния ha между окружностями вершин зубьев и делительной к расчетному модулю
Коэффициент радиального зазора		Отношение расстояния C между поверхностью вершин одного колеса передачи и поверхностью впадин другого к расчетному модулю		7
Коэффициент смещения: у шестерни, у колеса		Отношение расстояния между делительной поверхностью колеса и делительной плоскостью производящей рейки к расчетному модулю
Расчет параметров
Диаметры зубчатого колеса: Делительный		Диаметры концентрических окружностей