Конструювання зубчастих коліс
При конструюванні зубчастого колеса враховують матеріал, з якого воно буде виготовлено, необхідний діаметр і спосіб отримання заготовки.
Сталеві зубчасті колеса
Зубчасті колеса діаметром до 150 мм в одиничному і дрібносерійного виробництва зазвичай виготовляють з круглого прокату; в середньо-, великосерійному і масовому виробництві краще застосовувати ковані або штамповані заготовки, що мають більш високі механічні характеристики.
Шестерні виготовляють за одне ціле з валом (вал-шестерня) (рис. 1, а, б) або роблять знімними, якщо відстань χ від западини зуба до паза (рис. 2) більше 2,5 mn для циліндричних шестерень і 1, 8 me для конічних. У разі цільної конструкції збільшується жорсткість вала і зменшується загальна вартість вала і шестерні. Рознімна конструкція дозволяє виконати шестерню і вал з різних матеріалів, а при поломці однієї деталі другу залишити без заміни. На рис. 1, а показана конструкція валу-шестерні, коли діаметр западин зубів df1 перевищує діаметр валу dб.п. (Діаметр буртика підшипника), що забезпечує вільний вихід інструменту при нарізанні зубів. при df1 Циліндричні зубчасті колеса діаметром до 400. 500 мм (в окремих випадках до 600 мм) можна виконувати кованими. штампованими, литими або зварними. Конструктивні елементи зубчастих коліс показані на рис. 3. Типові конструкції зубчастих коліс і основні співвідношення їх елементів дані на рис. 4-8. Ковані заготовки для зубчастих коліс застосовують при зовнішньому діаметрі колеса 4, df <200 мм или при нешироких колесах (ψba <0,2) диаметром da до 400 мм. Операция штамповки отличается высокой производительностью и максимально приближает форму заготовки к форме готового колеса. Для облегчения заполнения металлом и освобождения от заготовки штамп, а следовательно, и заготовка должны иметь радиусы закруглений r ≥ 5 мм и штамповочные уклоны γ ≥ 5° (рис. 4). Внутреннюю поверхность обода, наружную поверхность ступицы и поверхности диска штампованных колес обычно не обрабатывают. Конструкция литого колеса дана на рис. 5. Таблиця 1. Значення діаметра фрези dФ. мм ступінь Номінальний модуль mn. мм
міцності
передачі
a - циліндричного; б - конічного; в - черв'ячного
а -штампованное; б-коване; dст = 1,6dв; lст ≥ b при дотриманні умови
lст = (0,8. 1,5) d в; δ o = 2,5mn +2. але не менше 8. 10 мм; n = 0,5mn для обіду, n для маточини в залежності від діаметра d в; Dотв = 0,5 (Do + dст); dотв = 15. 25 мм; c = (0,2. 0,3) b для штампованих і c = (0,2. 0,3) b для кованих коліс
при дотриманні умови lст = (0,8. 1,5) d в; δ o = 2,5mn + 2 ≥ 8 мм;
n = 0,5mn для обіду n для маточини; c = H / 5. але не менше 10 мм;
S = H / 5. але не менше 10 мм; e = 0,8δ o; H = 0,8dв; H1 = 0,8H; R - вписана дуга окружності
при дотриманні умови lст = (0,8. 1,5) d в; c = 0,15b; δ o = 4mn. але не менше 15 мм; t = δ o; e = 0,8δ o; d1 = (0,05. 0,1) d в; l1 = 3d1; b ≥ 300 мм
lст = (0,8. 1,5) d в ≥ b; dст = 1,6dв; δ o = 2,5mn. але не менше 8 мм; s = 0,8c; Dотв = 0,5 (Do + dст); dотв = 15. 20 мм. Катети швів: Ka = 0,5dв; Kь = 0,1dв але не менше 4 мм. Ребра приварюють швом Kб
lст = b + a; c = (0,3. 0,35) (b + a); δ o = 4mn + 2; h = 2,5mn; a - в залежності від модуля. Решта розміри см. Рис. 4, 5
Розміри маточини вибирають за рекомендаціями, наведеними під малюнками. Довжину маточини lст по можливості приймають рівною ширині вінця колеса b. що забезпечує найменшу ширину редуктора. Відношення довжини маточини до діаметру вала повинно бути не менше 0,5. При відносно менше 0,8 на валу передбачають буртик, що виключає торцеве биття колеса, до якого буде притискатися торець маточини колеса. Якщо за умовами розрахунку (див. Розрахунок шпоночно і шлицевого з'єднань) lст gt b. то маточину бажано змістити по осі колеса до збігу одного її торця з торцем вінця (див. рис. 3, а), що дає можливість нарізати зуби відразу на двох колесах. Рідше (для одноступінчатих редукторів) колеса виготовляють з маточиною, яка виступає в обидві сторони щодо вінця (рис. 3, в), при цьому зуби можна нарізати тільки на одному колесі. При однаковій довжині маточини і ширині вінця можна одночасно нарізати зуби на декількох класах.
З метою економії матеріалу, при великих діаметрах коліс, для з'єднання маточини з вінцем колеса замість суцільного диска застосовують спиці. Зубчасті колеса великого діаметра (при зовнішньому діаметрі da ≥ 600 мм) іноді роблять бандажірованного (рис. 6): вінець - сталевий кований (бандаж), а колісний центр - із сталевого або чавунного лиття. Вінець сполучається з колісним центром посадкою з гарантованим натягом. Для більшої надійності в площині з'єднання вінця з центром ставлять гвинти; з'єднання перевіряють на зминання за матеріалом колісного центру: при сталевому колісному центрі [σ] см ≥ 0,3σ т. при чавунному [σ] см ≥ 0,4σ В.І. де σ т - межа плинності; σ В.І - межа міцності чавуну на вигин.
При індивідуальному виготовленні колеса іноді роблять звареними (рис. 7). При діаметрі da ≥ 1500 мм для зручності складання зубчасті колеса роблять роз'ємними - з двох половин.
На торцях зубів і обода виконують фаски n = 0,5mn. розмір яких округлюють до стандартного значення 1; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5.
Гострі кромки на торцях маточини притупляють фасками n x 45. розмір яких приймають залежно від діаметра вала d:
Решта конструктивні елементи шевронних коліс приймають по співвідношенням, зазначеним під рис. 8.
Конічні зубчасті колеса виготовляють кованими, штампованими, литими або з круглого прокату (рис. 9-11).
Конічні колеса з зовнішнім діаметром вершин зубів dae <120 мм конструируют, как показано на рис. 9. В том случае, когда угол делительного конуса σ <30 °. колесо выполняют по рис. 9, а, при σ <45 ° — по рис. 9, б. Если 30° ≤ σ ≤ 45°. можно использовать обе формы. Штампованные колеса (рис. 10, а) применяют в серийном производстве. При внешнем диаметре вершин dae ≥ 300 мм используют также литые конические колеса с ребрами жесткости.
Маточину в зубчастих конічних колесах необхідно розташовувати так, щоб при закріпленні колеса на оправці для нарізування зубів забезпечувався зазор а> 0,5 mte для вільного виходу інструменту, де т, е зовнішній окружний модуль (рис. 11).
a - при δ <30° ; б — при 5>45 °; діаметр маточини dст = 1,6dв; lст = (0,9. 1,2) d в;
δ o = 2,5mn + 2. але не менше 10 мм; n = 0,5mn
Мал. 11. Кріплення конічного колеса при нарізанні зубів
У дисках циліндричних і конічних зубчастих коліс передбачають отвори діаметром dотв. використовувані для закріплення при обробці на верстатах і при транспортуванні. При великих розмірах отворів вони служать для зменшення маси коліс, а в литих колесах також для виходу ливарних газів при литві.
Неметалеві зубчасті колеса.
Неметалеві зубчасті колеса. Зубчасті колеса з пластмас (текстоліт, древопластікі, поліаміди і т. П.) Працюють більш безшумно, ніж металеві, що має особливе значення при великих швидкостях. Щоб знизити коефіцієнт тертя між зубами, одне зубчасте колесо роблять з пластмаси, а друге виконують металевим. Пластмаси мають порівняно невеликі опори зрізу і зминання, тому в більшості випадків для передачі моменту застосовують сталеву втулку-маточину, міцно з'єднується з тілом колеса. У невеликі колеса маточину встановлюють при формуванні. Для кращого зчеплення зовнішню поверхню маточини роблять рифленою (накатаній) (рис. 12). Щоб запобігти викришування і відколювання окремих шарів пластмаси, краю зубів захищають сталевими дисками (рис. 13). Товщину диска рекомендується приймати на рівні половині модуля, але не більше 8 мм і не менше 2 мм. Матеріал дисків -сталь Ст.2, Ст.З.
Зубчасті колеса великих розмірів зазвичай роблять збірними з окремих секцій.
Ширину зубчастого колеса із пластмас приймають рівною ширині зачіпляються з ним металевого колеса або трохи менше, щоб уникнути місцевого зносу і вироблення зубів