Оптимизация эвольвентного профиля зуба звездочки

 

Трудно назвать отрасль народного  хозяйства, в которой решение  комплексных задач механизации  и автоматизации производственных процессов не было бы связано с  использованием цепных передач и  устройств.

Цепная передача (далее ЦП) – передача механической энергии при помощи гибкого элемента (цепи) за счет сил зацепления.

Устройство  и принцип работы:

 ЦП может иметь как постоянное, так и переменное передаточное число, состоит из ведущей и ведомой звездочек и зубчатой цепи (рис. 1).

Зубчатая цепь, в свою очередь, состоит из подвижных звеньев, имеет рабочие и направляющие пластины, соединенные между собой призмами. Рабочая пластина имеет зубообразную форму и два отверстия для сегментных призм. Направляющая пластина не имеет среднего выреза и предназначена для предохранения цепи от соскальзывания со звездочек (рис. 2).

Известны звездочки для зубчатых цепей следующих типов основных профилей: прямолинейный и эвольвентный. Звездочки с эвольвентным профилем зубьев обеспечивают повышенную бесшумность, плавность, точность работы зубчатых цепей при значительных скоростях V≥5 м/с.

При малых и средних скоростях  движения цепи  половину угла заострения зуба звездочки ß желательно выбирать ближе к значениям ß_u , при котором обеспечивается наиболее рациональное распределение передаваемой нагрузки по дуге обхвата звездочки и наибольшая износостойкость передачи (рис. 3).

Если при нарезании прямолинейного профиля зубьев методом деления  имеется возможность выбора любого значения угла ß за счет поворота заготовки относительно фрезы, то при нарезании эвольвентного профиля методом обкатки червячной фрезой угол заострения может быть изменен, если применять инструменты с различными углами α профиля ИПК.

Величины угла ß при эвольвентном профиле, нарезанном стандартным инструментом, лежат в области малых значений (особенно при небольшом износе цепи) и могут быть ниже рекомендуемых величин ß_u. Это может привести к тому, что в передаче нагрузки будет участвовать ограниченное количество зубьев дуги обхвата звездочки. Увеличения угла заострения эвольвентной звездочки можно добиться, используя при нарезании зубьев режущий инструмент с большими углами α профиля ИПК. Таким образом, задача выбора оптимального угла заострения зубьев эвольвентной звездочки сводится к определению оптимального угла  α_оп профиля ИПК инструмента.

Анализ изменения угла профиля ИПК, проведенный для  эвольвентных звездочек всех шагов  и чисел зубьев, показал, что при  увеличении угла α до некоторого предельного значения может возникнуть опасность заострения зубьев звездочки, то есть их толщина по окружности выступов S _е станет равной нулю.

Толщина зуба на окружности вершин находится по формуле:

S_e = D_e /2(S/r + 2inv α – 2invα_e ) – D_e /2 ·ε                                    (1)

где

r = mz/2 – радиус делительной окружности колеса; invα = 0,014904;

S = πm/2 + 2·x·m·tgα – толщина зуба на делительной окружности;

α = 20⁰ ; α_e = arccos[r_b/(D_e/2)] ; invα_e = tgα_e - α_e;  ε = 360⁰/z;

r_b = r·cos α – радиус основной окружности колеса.

 

Расчеты, проведенные  методом последовательных приближений по зависимостям (1) для всех типоразмеров цепей и чисел зубьев звездочек, позволили определить значения угла профиля ИПК α_оп, при которых будет обеспечено выполнение условия:

S_e > 0.                                                                     (2)                                                                           

В качестве примера в  таблице 1 приведены результаты расчета  угла α_оп для цепи ПЗ-19,05-74-45

Таблица 1

z	20	30	40	50	60
αоп	270	260	260	250	250

 

Из таблицы 1 определяем, что для изготовления эвольвентных звездочек с шагом t = 19,05 мм во всем диапазоне чисел зубьев следует применять режущий инструмент с углом профиля ИПК α_оп = 25⁰.

 

ЦП универсальны, просты и экономичны. По сравнению с зубчатыми и ременными передачами они имеют массу достоинств:

• менее чувствительны к неточностям расположения валов, ударным нагрузкам;
• допускают практически неограниченные межцентровые расстояния; обеспечивают более простую компоновку;
• отсутствие проскальзывания и постоянство среднего передаточного отношения;
• отсутствие предварительного натяжения и связанных с ним дополнительных нагрузок на валы и подшипники;
• передача большой мощности, как при высоких, так и при низких скоростях; сохранение удовлетворительной работоспособности при высоких и низких температурах;
• приспособление к любым изменениям конструкции удалением или добавлением звеньев.

Недостатками ЦП являются:

• неравномерность хода, возрастающая по мере уменьшения числа зубьев звездочек и увеличения шага звеньев;
• повышенный шум и износ цепи при неправильном выборе конструкции, небрежном монтаже и плохом уходе;
• необходимость в смазке и устранении провисания холостой ветви по мере износа цепи.

 

ЦП применяются в  сельскохозяйственных машинах, велосипедах, мотоциклах, автомобилях, строительно-дорожных машинах, в нефтяном оборудовании, в качестве конвейерной цепи в стекольной промышленности, в скоростных металлообрабатывающих станках и т.д. Преимущественное распространение имеют открытые ЦП, которые работают без смазки, или с периодической ручной смазкой, с однорядными втулочно-роликовыми цепями, непосредственно встроенные в машины.

Механическая  передача – механизм, служащий для передачи и преобразования механической энергии от энергетической машины до исполнительного механизма (органа) одного или более, как правило, с изменением характера движения (изменения направления, сил, моментов и скоростей). Как правило, используется передача вращательного движения.

Классификация

• Передачи зацепления:
• Цилиндрические зубчатые передачи отличаются надежностью и имеют высокий ресурс эксплуатации. Обычно применяются при особо сложных режимах работы, для передачи и преобразования больших мощностей. Цилиндрические передачи бывают прямозубыми, косозубыми и шевронными.

• Прямозубые цилиндрические передачи легко изготавливать, но при их работе возникает высокий шум, они создают вибрацию и из-за этого быстрее изнашиваются.

• Косозубые цилиндрические передачи обладают хорошей плавностью работы, низким шумом и хорошими эксплуатационными характеристиками. Существенный недостаток – возникают осевые силы, из-за которых приходится делать более жесткую конструкцию корпуса редуктора.
• Шевронные цилиндрические передачи обладают крайне высокой плавностью работы. Шестерни этих передач представляют собой сдвоенные косозубые шестерни, но они имеют больший угол зубьев, чем косозубые. Стоимость изготовления шевронных зубчатых колес высокая, они требуют специализированных станков и высокой квалификации рабочих.
• Конические зубчатые передачи, в отличие от цилиндрических, имеют пересекающиеся оси входных и выходных валов. Применяются при необходимости изменить направление кинетической передачи.
• Червячные представляют собой механическую передачу от винта, называемого червяком, на зубчатое колесо, называемое червячным. Отличаются высоким передаточным отношением, относительно низким КПД. Червяки бывают однозаходные и многозаходные. Передаточное отношение червячного редуктора определяется как отношение количества зубьев на червячном колесе к количеству заходов на червяке.
• Гипоидные (спироидные)
• Цепные
• Винтовые
• Зубчатыми ремнями

Волновая  передача – сравнительно новый вид, отличающийся крайне высоким передаточным отношением. Имеет относительно малый вес и высокую износостойкость. Принцип работы – генерация волн на гибком колесе, которое имеет чуть меньшее количество зубьев, чем жесткое колесо, и смещение одного колеса относительного другого на их разницу зубьев за один оборот генератора волн.

• Передачи трения:
• Фрикционные
• Ременные

 

• Способ соединения ведущего и ведомого звена:

 

• Непосредственный контакт (зубчатые, фрикционные, винтовые, червячные)
• С гибкой дополнительной связью (ременные, цепные)
• По управляемости делятся на:
• С фиксированным передаточным числом
• Со ступенчато изменяемым передаточным числом
• С плавно изменяемым передаточным числом (вариаторы)

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Кубанский государственный  технологический университет

Кафедра Технической  механики

 

 

 

 

Конференция по ТММ на тему:

Оптимизация эвольвентного  профиля зуба звездочки

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                Выполнила: студентка

                                                                                                         Руководитель:

                                                  

 

 

 

 

Краснодар,2010