Коническая передача

Конические шестерни — это шестерни , в которых оси двух валов пересекаются, а опорные поверхности зубьев самих шестерен имеют коническую форму. Конические шестерни чаще всего устанавливаются на валах, расположенных под углом 90 градусов друг от друга, но могут быть рассчитаны на работу и под другими углами. ^[1] Делительная поверхность конических шестерен представляет собой конус , известный как делительный конус . Конические шестерни изменяют ось вращения, передают вращательную мощность и широко используются в механических устройствах.

Коническая коронная шестерня на заднем колесе велосипеда с приводом от вала.

Введение

Двумя важными понятиями в зубчатой передаче являются поверхность делителя и угол наклона . Делительная поверхность шестерни — это воображаемая беззубая поверхность, которую можно получить, усреднив пики и впадины отдельных зубьев. Делительная поверхность обычной шестерни имеет форму цилиндра. Угол наклона шестерни — это угол между лицевой стороной делительной поверхности и осью.

Наиболее распространенные виды конических передач имеют угол наклона менее 90 градусов и поэтому имеют конусообразную форму. Этот тип конической шестерни называется внешней , потому что зубья шестерни направлены наружу. Делительные поверхности находящихся в зацеплении внешних конических шестерен соосны валам шестерен; вершины двух поверхностей находятся в точке пересечения осей вала.

Использование оригинальной конической шестерни имеет еще большее значение для надежности оси, чем использование любой другой запасной части.Конические шестерни с углом наклона более девяноста градусов имеют зубья, направленные внутрь, и называются внутренними коническими шестернями.

Конические шестерни с углом наклона ровно 90 градусов имеют зубья, которые направлены наружу параллельно оси и напоминают заостренные части короны, отсюда и название коронной шестерни .

Угловые шестерни

Угловые шестерни — это особый случай конических шестерен, которые имеют одинаковое количество зубьев. Валы расположены под прямым углом друг к другу, а шестерни имеют совпадающие делительные поверхности и углы с делительной поверхностью конической формы. ^[2]

Угловые шестерни полезны для передачи вращательного движения под углом 90 градусов с соотношением 1:1.

Геометрия конической передачи

Профиль зуба цилиндрической шестерни соответствует эвольвенте (т.е. треугольной волне, проецируемой на окружность), тогда как профиль зуба конической шестерни представляет собой октоид. ^{[ необходимо определение ]} (т.е. треугольная волна, проецируемая на нормальный путь круга сферы).Все традиционные генераторы конических шестерен (такие как Gleason , Klingelnberg, Heidenreich & Harbeck, WMW Modul) производят конические шестерни с октоидальным профилем зубьев.ВАЖНО: Для 5-осевых фрезерованных конических зубчатых передач важно выбрать тот же расчет/схему, что и для традиционного метода изготовления.Упрощенно рассчитанные конические передачи на основе эквивалентной цилиндрической передачи нормального сечения с эвольвентной формой зуба демонстрируют отклоняющуюся форму зуба с пониженной прочностью зуба на 10-28% без вылета и на 45% со вылетом [Дисс. Хюнеке, ТУ Дрезден].Кроме того, эти «комплекты эвольвентных конических шестерен» вызывают больше шума.

Зубы

Есть две проблемы, касающиеся формы зубов. Одним из них является профиль поперечного сечения отдельного зуба. Другой — это линия или кривая, на которой зуб расположен на лицевой стороне шестерни: другими словами, линия или кривая, вдоль которой проецируется профиль поперечного сечения для формирования фактической трехмерной формы зуба. Основное влияние как профиля поперечного сечения, так и линии или кривизны зубьев на плавность работы шестерен. Некоторые приводят к более плавному действию передач, чем другие.

Линия зуба

Зубья конических шестерен могут быть прямыми, спиральными или «нулевыми».

Прямые линии зубов

В прямоконических передачах зубья прямые и параллельны образующим конуса. Это простейшая форма конической передачи. Он напоминает прямозубую шестерню, только коническую, а не цилиндрическую. Шестерни на изображении шлюза представляют собой прямоконические шестерни. В комплектах прямоконических шестерен, когда каждый зуб входит в зацепление, он воздействует на соответствующий зуб, и простое искривление зубьев шестерни может решить проблему.

Спиральные линии зубов

Зубья спирально-конических шестерен сформированы по спиральным линиям. Они в чем-то аналогичны косозубым шестерням цилиндрического типа тем, что зубья расположены под углом; однако у спиральных шестерен зубья также изогнуты.

Преимущество спиральных зубьев перед прямыми состоит в том, что они входят в зацепление более плавно. Контакт между зубьями начинается на одном конце шестерни, а затем распространяется по всему зубу. Это приводит к менее резкой передаче усилия, когда в игру вступает новая пара зубов. В прямоконических передачах резкое зацепление зубьев вызывает шум, особенно на высоких скоростях, и ударную нагрузку на зубья, из-за чего они не могут выдерживать большие нагрузки на высоких скоростях без разрушения. По этим причинам использование прямоконических передач обычно ограничено при линейных скоростях менее 1000 футов в минуту; или, для небольших передач, менее 1000 об/мин. ^[3]

Нулевые линии зубьев

Конические шестерни Zerol представляют собой промежуточный тип между прямыми и спирально-коническими шестернями. Их зубы изогнуты, но не расположены под углом. Конические шестерни Zerol разработаны с целью дублировать характеристики прямоконических шестерен, но производятся с использованием процесса спирально-конической резки.

Изготовление конических шестерен

Материалы, используемые в процессе изготовления зубчатых колес

Приложения

Коническая передача имеет множество разнообразных применений, таких как локомотивы, морское оборудование, автомобили, печатные станки, градирни, электростанции, сталелитейные заводы, машины для контроля железнодорожных путей и т. д.

Примеры можно найти в следующих статьях:

Конические шестерни используются в дифференциальных приводах , которые могут передавать мощность на две оси, вращающиеся с разной скоростью, например, на автомобиле, проходящем поворот.
используются конические шестерни В качестве основного механизма ручной дрели . При повороте рукоятки дрели в вертикальном направлении конические шестерни изменяют вращение патрона на горизонтальное. Конические шестерни в ручной дрели имеют дополнительное преимущество: они увеличивают скорость вращения патрона, что позволяет сверлить различные материалы.
Спиральные конические шестерни являются важными компонентами систем привода винтокрылых летательных аппаратов . Эти компоненты должны работать на высоких скоростях, высоких нагрузках и при большом количестве циклов нагрузки. В этом применении спирально-конические шестерни используются для перенаправления вала от горизонтального газотурбинного двигателя к вертикальному ротору. Конические шестерни также используются в качестве редукторов скорости.

Преимущества

Эта передача дает возможность изменять рабочий угол.
Различное количество зубьев (фактически диаметр) на каждом колесе позволяет механическое преимущество изменить . Увеличивая или уменьшая соотношение зубьев между ведущим и ведомым колесами, можно изменить соотношение вращений между ними, то есть вращательный привод и крутящий момент второго колеса могут быть изменены по отношению к первому, с увеличением скорости и крутящего момента. уменьшается или уменьшается скорость и увеличивается крутящий момент.

Недостатки

Одно колесо такой передачи предназначено для работы со своим дополнительным колесом и ни с каким другим.
Должен быть точно установлен.
Подшипники валов должны выдерживать значительные усилия.

См. также

Ссылки

^ Фред Герберт Колвин; Фрэнк Артур Стэнли (1914). Справочник американских машинистов и словарь цеховых терминов: справочник по математике. Данные, методы и определения цехов и гостиных . Книжная компания McGraw-Hill, Incorporated. п. 121 . Проверено 14 августа 2014 г.
^ «Каково определение угловой передачи?» . www.toolingu.com . Проверено 11 марта 2014 г.
^ Даути и Валланс, Проектирование элементов машины .

Внешние ссылки

Как работают конические шестерни на YouTube

[ColvinStanley1914-1] Фред Герберт Колвин; Фрэнк Артур Стэнли (1914). Справочник американских машинистов и словарь цеховых терминов: справочник по математике. Данные, методы и определения цехов и гостиных . Книжная компания McGraw-Hill, Incorporated. п. 121 . Проверено 14 августа 2014 г.

[toolingu-2] «Каково определение угловой передачи?» . www.toolingu.com . Проверено 11 марта 2014 г.

[3] Даути и Валланс, Проектирование элементов машины .

[1]

[2]

[3]