Ozubené kolo. Hlavní parametry. Kreslení

Žádný dobrý mechanismus nemůže být vybudován bez detailů jako ozubené kolo (nebo jinak ozubené kolo). Správné pochopení vlivu převodových stupňů na parametry, jako je točivý moment a rychlost otáčení, je velmi důležité. Níže se dozvíte základní informace o převodech a jejich správné používání.

Mechanická výhoda: točivý moment v závislosti na rychlosti otáčení

Gears práce na principu mechanické výhody. To znamená, že pomocí převodovek různých průměrů můžete měnit otáčky výstupního hřídele a točivý moment vyvinutý hnacím motorem.

Každý elektromotor má určitou rychlost otáčení a točivý moment odpovídající jeho výkonu. Naneštěstí pro mnohé mechanismy, asynchronní motory nabízené na trhu a vhodné za cenu obvykle nemají požadovaný poměr mezi rychlostí a točivým momentem (výjimkou jsou servopohony a převodové motory s vysokým kroutícím momentem). Například opravdu chcete, aby se kola vašeho čištění robota otáčela rychlostí 3000 ot / min při nízkém kroutícím momentu? Ne, samozřejmě, takže je často lepší rychlost.

Gear rovnice

Vyměňuje vysokou vstupní rychlost pro vyšší výstupní točivý moment. Tato výměna probíhá na velmi jednoduché rovnici, která může být zapsána jako:

_Vstupní moment * _Vstupní otáčky = _Výstupní moment * _Výstupní otáčky

Vstupní otáčky lze nalézt jednoduše při pohledu na desku motorového pohonu. Vstupní moment lze snadno zjistit pomocí této rychlosti a mechanického výkonu ze stejné desky. Poté jednoduše nahraďte výstupní rychlost nebo požadovaný točivý moment v pravé části rovnice.

Předpokládejme například vaše asynchronní motor v okamžiku výstupního hřídele 0,5 Nm má rychlost 50 ot / s, ale chcete pouze 5 ot / s. Pak bude vaše rovnice vypadat takto:

0,5 N · m * 50 ot / s = moment _výstupu * 5 ot / s.

Váš výstupní točivý moment bude 5 Nm.

Nyní předpokládejme, že u stejného motoru potřebujete 5 Nm, ale je požadována minimální rychlost 10 otáček za sekundu. Jak byste věděli, jestli je váš motor schopen toho s převodovkou (tj. Vlastně převodovým motorem)? Otočte se znovu k naší rovnici

0,5 N · m * 50 ot / s = 5 N · m * _Výstupní otáčky,

_Výstupní rychlost = 5 ot / s.

Takže jste pomocí jednoduché rovnice zjistili, že s ukazatelem _výstupního momentu = 5 Nm, vaše výstupní zařízení není schopné poskytnout výstupní otáčky 10 ot / s. Právě jste si ušetřili spoustu peněz, protože jste je nevyužili na mechanismus, který byste nikdy nezasloužili.

Převodový poměr ozubená souprava

Napsali jsme rovnice, ale jak mechanicky vyměňujeme točivý moment a rychlost? K tomu potřebujeme dva převodové stupně (někdy více) různých průměrů, abychom měli specifický převodový poměr. U jakéhokoliv páru převodovek se větší ozubené kolo bude pohybovat pomaleji než menší, ale přenáší více točivého momentu na výstupní hřídel. Čím je větší rozdíl (nebo převodový poměr) mezi oběma koly, tím větší je rozdíl jejich rychlostí a přenášených točivých momentů.

Převodový poměr udává, kolikrát převodovka mění rychlost a točivý moment. Pro něj je opět velmi jednoduchá rovnice.

Předpokládejme, že převodový poměr je 3/1. To znamená, že zvýšíte točivý moment ve třech krocích a rychlostí třikrát.

Příklad:

_Vstupní moment = 1,5 Nm, _Vstupní otáčky = 100 ot / s,

Poměr = 2/3

_Výstupní moment = _Vstupní moment * 2/3 = 1 N m,

_Výstupní otáčky = _vstupní otáčky * 3/2 = 150 ot / s.

Takže na výstupu převodovky se okamžik zvýšil o jeden a půlkrát a rychlost se snížila stejným způsobem.

Dosažení určitého převodového poměru

Chcete-li dosáhnout jednoduché hodnoty, řekněme 2 až 1, musíte použít dvě rychlostní stupně, z nichž jedna je dvakrát větší než druhá. To není nic jiného než poměr jejich průměrů. Je-li průměr ozubeného kola 3krát větší než průměr druhého ozubeného kola, dostanete převodový poměr 3/1 (nebo 1/3).

Pro mnohem přesnější způsob výpočtu převodového poměru vypočítejte poměr zubů k převodům. Pokud jedna z nich má 28 zubů a druhá 13, dostanete převodový poměr 28/13 = 2,15 nebo 13/28 = 0,46. Počítání zubů vám vždy poskytne nejpřesnější hodnotu.

Účinnost převodovek

Bohužel u převodovky máte určité energetické ztráty. To je způsobeno zřejmými důvody, jako je tření, nesouosost tlakových úhlů, mazání, vůle (vzdálenost mezi spojenými zuby obou převodovek), stejně jako úhlové momenty apod. Různé druhy převodovek, různé typy ozubených kol, různé materiály a opotřebení ozubených kol, to vše ovlivní efektivitu přenosu. Jejich možné kombinace poskytnou příliš velký seznam, takže přesná hodnota účinnosti přenosu, kterou používáte, naleznete v dokumentaci k ní.

Předpokládejme, že používáte dvě čelní ozubená kola. Normální účinnost takového přenosu je přibližně ~ 90%. Toto číslo vynásobte svou výstupní rychlostí a výstupním kroutícím momentem, abyste získali skutečné výstupní hodnoty přenosu.

Pokud (z předchozího příkladu):

Poměr = 2/3

_Výstupní moment = _Vstupní moment * 2/3 = 1 N m,

_Výstupní otáčky = _Vstupní otáčky * 3/2 = 150 ot / s,

pak

Skutečný _výstupní moment = 1 N · m * 0.9 = 0.9 N · m,

Skutečná _výstupní rychlost = 150 ot / s * 0,9 = 135 ot / s.

Směr otáčení ozubených kol

Při vývoji nějakého převodového stupně musíte pochopit, jak změní směr otáčení výstupního hřídele. Dvě spojená ozubená kola se budou vždy otáčet v opačných směrech. To znamená, že pokud se jeden otáčí ve směru hodinových ručiček, druhý se bude proti němu vždy otáčet. To je zcela zřejmé. Ale co když máte, například, šest zarážkových zařízení? Pravidlem je následující: vstupní a výstupní hřídele pro převodovky s lichým počtem převodů se vždy otáčejí jedním směrem a pro sudý počet ozubených kol - v opačném směru.

Návrh konstrukce a parametry převodovky

Obsahuje korunu se zuby, disk a náboj. Existují tři nejdůležitější parametry: modul, průměr kružnice a počet zubů. Jaký je kruhový oblouk s ozubeným kolem? Výkres válcového kola s typickými evolventními zuby je znázorněn níže. Průsečík je zobrazen bodkovaně. Obvykle je určeno obvodové roztečí zubů p (rozteč převodů), to je část jeho délky na jeden zub a převodový modul m je částí průměru roztečné kružnice d na jeden zub. Pro výpočet použijte následující vzorec:

m = d / z = p / 3,14 mm.

Například ozubené kolo s 22 zuby a průměrem 44 mm má modul m = 2 mm Spojená ozubená kola musí mít jeden modul. Jejich hodnoty jsou standardizovány a právě v roztečné kružnici má modul daného kola standardní hodnotu.

Výška hlavy zubu jednoho kola je menší, než je výška nohy zubu druhé, která s ním zabírá, čímž vzniká radiální vůle c .

Aby bylo zajištěno boční odstup δ mezi dvěma vzájemně spojenými zuby, jejich součtem tloušťky menší než jejich obvodová rozteč p . Radiální a stranou jsou vytvořeny mezery pro vytvoření potřebných podmínek pro mazání, normální provoz převodovky s nevyhnutelnými nepřesnostmi při výrobě a montáži, tepelným nárůstem velikosti převodovky atd.

Výpočet převodovky

Vždy se provádí jako součást výpočtu konkrétního ozubeného soukolí. Počátečními údaji jsou obvykle výkon (nebo točivý moment), úhlové rychlosti (nebo rychlost jednoho hřídele a převodového poměru), pracovní podmínky (povaha zatížení) a životnost přenosové služby.

Další postup se týká uzavřeného čelního ozubeného kola.

1. Stanovení převodového poměru u .

2. Výběr materiálů kol v závislosti na pracovních podmínkách, účelu tepelného zpracování a hodnotách tvrdosti pracovních ploch zubů.

3. Výpočet zubů převodovky pro ohýbání.

4. Výpočet zubů přenosu na síle kontaktu (pevnost kontaktních ploch zubů).

5. Stanovení axiální vzdálenosti a _W od stavu kontaktu síly a zaokrouhlení její hodnoty na standard.

6. Nastavení modulu z vztahu m = (0,01 - 0,02) x a _W a zaokrouhlení jeho hodnoty na nejbližší standardní hodnotu. V tomto případě je žádoucí mít v přenosu energie m ≥ 1,5 - 2 mm.

7. Stanovení celkového počtu zubů ozubených kol, počtu zubů ozubených kol a kola.

8. Výběr faktorů tvaru zubů pro ozubené kolo a kolo.

9. Zkontrolujte sílu zubů pro ohybové napětí.

10. Provedení geometrického výpočtu přenosu.

11. Určení obvodové rychlosti kola a určení vhodného přesného ozubení.

Výpočet převodového stupně v kompozici otevřeného zařízení je poněkud odlišný od výše uvedeného, ​​ale v podstatě je stejná sekvence.

Jak je uvedeno přesné ozubení?

Při výrobě některého z jejich typů mají řadu chyb, mezi které patří čtyři hlavní:

• kinematická chyba spojená hlavně s radiálním bitem ozubených věnců;
• chyba plynulosti práce způsobená odchylkami kroku a profilu zubů;
• kontaktní chyba zubů v převodovce, která charakterizuje úplnost přizpůsobení jejich povrchů v záběru;
• boční vůle mezi nepracujícími zuby.

K ovládání prvních tří chyb se standardy nastavují speciální indikátory - stupně přesnosti od 1 do 12 a přesnost s výrobní přesností se zvyšuje s klesajícím indexem. K řízení čtvrté výrobní chyby existují dva ukazatele:

• typ spojovacích zařízení - označené písmeny A, B, C, D, E, H;
• Tolerance boční vůle - označeno x, y, z, a, b, c, d, e, h.

U obou indikátorů boční vůle jsou symboly uvedeny v sestupném pořadí podle velikosti a tolerance.

Obvykle je přesnost ozubení označena dvěma způsoby. Pokud je stupeň přesnosti u prvních tří chyb stejný, uvede se jeden společný číselný indikátor stupně přesnosti, následované písmeny označujícími typ rozhraní a toleranci pro boční vůli. Například:

8-Ac GOST 1643 - 81.

Pokud je přesnost v prvních třech chybách odlišná, pak se do označení vkládají tři číselné indikátory. Například:

5-4-3-Sa GOST 1643 - 81.

Typy ozubených kol

Jakýkoli výstroj, bez ohledu na jeho typ, je vyroben a pracuje podle stejných principů popsaných výše. Jejich různé typy však umožňují provádět různé úkoly. Některé typy převodovek mají buď vysokou účinnost nebo vysoký převodový poměr, nebo pracují s neparalelními osami otáčení převodů, například. Následující jsou hlavní běžné typy. Toto není úplný seznam. Kombinace níže uvedených typů je také možná.

Poznámka: Uvádí se pouze typická účinnost převodového stupně. Vzhledem k mnoha dalším možným faktorům by měly být hodnoty účinnosti uvedeny pouze jako referenční hodnoty. Často výrobci dávají očekávanou účinnost v pasech pro své programy. Nezapomeňte, že opotřebení a mazání významně ovlivní i účinnost převodových stupňů.

Válcová čelní kola (účinnost ~ 90%)

Válcový převod má zuby umístěné na válcovitém povrchu. Přenosy s nimi jsou nejčastěji používané typy kvůli jejich jednoduchosti a maximální účinnosti u všech ostatních. Převodový poměr pro jednu dvojici u ≤ 12,5. Nedoporučuje se při velmi vysokém zatížení, jelikož přímé zuby ozubeného kola se snadno rozlomí.

Válcový spirálový převod (účinnost ~ 80%)

Pracují stejným způsobem jako válcová vřetena, která přenáší moment mezi paralelní hřídele, avšak takový převod se pohybuje hladceji. Výsledkem je nižší provozní hluk a menší rozměry. Mají velkou nosnost. Bohužel kvůli složitému tvaru zubů jsou obvykle dražší.

Válcové kolečka

Jsou to variace předchozího druhu. Jaký je rozdíl ozubeného kola. Výkres je znázorněn níže. Je zřejmé, že zuby s pravým a levým sklonem jsou uspořádány podél šířky své koruny, takže takové kompozitní zuby ozubeného kola se podobají tvaru "šavronů". Tato kola mají všechny výhody spirálového vzhledu a absenci axiálního zatížení. Jsou schopné se středem a nepotřebují drahé ložiska s kosoúhlým stykem pro vnímání axiálního zatížení.

Kuželové ozubené kola (účinnost ~ 70%)

Zuby těchto koleček, které jsou umístěny na kuželových plochách, mají přímý, šikmý, kruhový (obloukový). Tyto převodové stupně se používají k přenosu momentu mezi hřídelemi protínajícími se v různých úhlech. Bohužel jejich účinnost je poměrně nízká, takže je třeba se vyhnout jejich použití, pokud je to možné.

Šnekové převodovky (Účinnost ~ 70%)

Jedná se o převod s šnekovým šnekem na jednom hřídeli a druhým šnekovým kolem, kolmým na první hřídel. Mají velmi vysoký převodový poměr. Výpočty berou v úvahu skutečnost, že červ (jednosměrný) má pouze jeden zub (otočení). Další výhodou šnekové převodovky je to, že má pouze jeden směr otáčení. To znamená, že pouze hnací motor může otáčet takovou převodovkou gravitace nebo jiné síly třetích stran nezpůsobí žádné otočení. To je užitečné například při uzamknutí nákladu ve výšce.