Конические зубчатые передачи. Параметры. Основные геометрические и кинематические соотношения. Усилия в зацеплении

Конические зубчатые колеса применяют в передачах между валами, оси которых расположены под углом. Основное применение имеют передачи с пересекающимися под углом 90° осями, т. е. ортогональные передачи, которые рассматриваются ниже. Передачи с межосевым углом, не равным 90°, применяют редко из-за сложности форм и технологии изготовления корпусных деталей, несущих эти передачи, хотя для изготовления самих колес межосевой угол передачи не имеет значения. Пересечение осей валов затрудняет размещение опор. Одно из конических колес, как правило, располагают консольно. При этом увеличивается неравномерность распределения нагрузки по длине зуба. В коническом зацеплении действуют осевые силы, наличие которых усложняет конструкцию опор. Все это приводит к тому, что по опытным данным нагрузочная способность конической прямозубой передачи составляет лишь около 0,85 цилиндрической. Несмотря на отмеченные недостатки, а также то, что конические колеса сложнее, чем цилиндрические в изготовлении и монтаже, конические передачи имеют, широкое применение, поскольку по условиям компоновки механизмов довольно часто необходимо располагать валы под углом. Конические колеса выполняют с прямыми, тангенциальными, круговыми и другими криволинейными зубьями.

Достоинства: 1) Конические зубчатые передачи передают механическую энер­гию между валами с пересекающимися осями. 2) Несмотря на сложность изготовления и монтажа, конические передачи получили ши­рокое распространение в редукторах общего назначения, в металлообраба­тывающих станках, вертолетах, авто­мобилях.

Недостатки: 1) необходимость регулировки передачи 2) меньшая нагрузочная способность 3) сложность изготовления и более высокие точности 4) большие осевые нагрузки.

Зацепление двух конических ко­лес можно представить как качение без скольжения конусов с углами при вершинах 2δ₁и 2δ₂. Эти конусы назы­вают начальными. Линию касания этих конусов ОЕ называют полюсной линией или мгновенной осью в отно­сительном вращении колес. Основное применение получили передачи ортогональные с суммарным углом между осями δ₁+ δ₂= 90°. Конические зубчатые переда­чи выполняют без смещения исходного контура (x₁= 0, х₂=0) или равносмещенными (х₂=-х₁). Поэтому начальные конусы совпадают с делительными.

Основные геометрические параметры.

Углы, делительных конусов связаны с их диаметрами (и числами зубьев z).

Модуль конического колеса меняется по длине зуба. За ос­новной принимают окружной модуль на внешнем торце m_te, который удобно измерять. Внешние делительные диаметры колес равны

Внешнее конусное расстояние; Конусное расстояние до середины зуба.

Диаметр вершин зубьев

При расчете на прочность конические колеса заменяют на равнопрочные им цилиндрические колеса. Диаметр эквивалентного зубчатого колеса равен .

Эквивалентное число .

Понижающие конические передачи можно выполнять с передаточным отношением u=1…10. Обычно u<6. Повышающие передачи имеют u не более 3. Большие передаточные отношения усложняют конструирование шестерни и ее опор. Число зубьев колеса .

Силы, действующие в зацеплении прямозубых конических колес.

При определении сил, действующих в зацеплении результирующую силу F_n, нормальную к поверхности зуба, раскладывают на составляющие: окружную F_t, радиальную F_r, осевую F_a. При известном вращающем моменте T₁ определяют окружную силу на среднем делительном диаметре шестерни, затем другие составляющие:

.