Модуль зубьев зубчатого колеса
Зубчатая передача впервые была освоена человеком в глубокой древности. Имя изобретателя осталось скрыто во тьме веков. Первоначально зубчатые передачи имели по шесть зубьев — отсюда и пошло название «шестерня». За многие тысячелетия технического прогресса передача многократно усовершенствовалась, и сегодня они применяются практически в любом транспортном средстве от велосипеда до космического корабля и подводной лодки. Используются они также в любом станке и механизме, больше всего шестеренок используется в механических часах.
Что такое модуль зубчатого колеса
Современные шестерни далеко ушли от своих деревянных шестизубых предков, изготавливаемых механиками с помощью воображения и мерной веревочки. Конструкция передач намного усложнилась, тысячекратно возросли скорость вращения и усилия, передаваемые через такие передачи. В связи с этим усложнились и методы их конструирования. Каждую шестеренку характеризует несколько основных параметров
Одним из самых универсальных характеристик является модуль зубчатого колеса. Существует для подвида — основной и торцевой.
В большинстве расчетов используется основной. Он рассчитывается применительно к делительной окружности и служит одним из важнейших параметров.
Для расчета этого параметра применяют следующие формулы:
Параметры зубчатых колес
Модуль зубчатого колеса можно рассчитать и следующим образом:
где h — высота зубца.
где De — диаметр окружности выступов,а z — число зубьев.
Что же такое модуль шестерни?
это универсальная характеристика зубчатого колеса, связывающая воедино такие его важнейшие параметры, как шаг, высота зуба, число зубов и диаметр окружности выступов. Эта характеристика участвует во всех расчетах, связанных с конструированием систем передач.
Формула расчета параметров прямозубой передачи
Чтобы определить параметры прямозубой шестеренки, потребуется выполнить некоторые предварительные вычисления. Длина начальной окружности равна π×D, где D — ее диаметр.
Расчет модуля зубчатого колеса
Шаг зацепления t – это расстояние между смежными зубами, измеренное по начальной окружности. Если это расстояние умножить на число зубов z, то мы должны получить ее длину:
проведя преобразование, получим:
Если разделить шаг на число пи, мы получим коэффициент, постоянный для данной детали зубчатой передачи. Он и называется модулем зацепления m.
размерность модуля шестерни — миллиметры. Если подставить его в предыдущее выражение, то получится:
выполнив преобразование, находим:
Отсюда вытекает физический смысл модуля зацепления: он представляет собой длину дуги начальной окружности, соответствующей одному зубцу колеса. Диаметр окружности выступов De получается равным
где h’- высота головки.
Высоту головки приравнивают к m:
Проведя математические преобразования с подстановкой, получим:
Диаметр окружности впадин Di соответствует De за вычетом двух высот основания зубца:
где h“- высота ножки зубца.
Для колес цилиндрического типа h“ приравнивают к значению в 1,25m:
Устройство зубчатого колеса
Выполнив подстановку в правой части равенства, имеем:
что соответствует формуле:
и если выполнить подстановку, то получим:
Иначе говоря, головка и ножка зубца относятся друг к другу по высоте как 1:1,25.
Следующий важный размер, толщину зубца s принимают приблизительно равной:
Поскольку шаг t приравнивается к суммарной толщине зубца s и впадины sв, получаем формулы для ширины впадины
Характеристики конструкции оставшейся части зубчатой детали определяются следующими факторами:
Детальные методики исчисления этих параметров приводятся в таких ВУЗовских курсах, как «Детали машин» и других. Модуль шестерни широко используется и в них как один из основных параметров.
Для отображения шестеренок методами инженерной графики используются упрощенные формулы. В инженерных справочниках и государственных стандартов можно найти значения характеристик, рассчитанные для типовых размеров зубчатых колес.
Исходные данные и замеры
На практике перед инженерами часто встает задача определения модуля реально существующей шестерни для ее ремонта или замены. При этом случается и так, что конструкторской документации на эту деталь, как и на весь механизм, в который она входит, обнаружить не удается.
Самый простой метод — метод обкатки. Берут шестерню, для которой характеристики известны. Вставляют ее в зубья тестируемой детали и пробуют обкатать вокруг. Если пара вошла в зацепление — значит их шаг совпадает. Если нет — продолжают подбор. Для косозубой выбирают подходящую по шагу фрезу.
Такой эмпирический метод неплохо срабатывает для зубчатых колес малых размеров.
Для крупных, весящих десятки, а то и сотни килограмм, такой способ физически нереализуем.
Результаты расчетов
Для более крупных потребуются измерения и вычисления.
Как известно, модуль равен диаметру окружности выступов, отнесенному к числу зубов плюс два:
Последовательность действий следующая:
Зубец колеса и его параметры
Данный метод подходит как для прямозубых колес, так и для косозубых.
Расчет параметров колеса и шестерни косозубой передачи
Расчетные формулы для важнейших характеристик шестерни косозубой передачи совпадают с формулами для прямозубой. Существенные различия возникают лишь при прочностных расчетах.
Модуль шестерни: виды, определение, стандартные показатели
Что представляет собой шестерня
Шестерня – это небольшое колесико с зубьями, которое крепится к специальной вращающейся оси. Поверхность у шестеренки в данном случае может быть как конической, так и цилиндрической.
Шестеренчатые передачи также имеют свою классификацию:
Данные разновидности являются наиболее распространенными, однако далеко не единственными, поэтому используемый вид напрямую соотносится с тем, какую функцию он должен будет выполнять.
При этом каждая шестеренка имеет определенное количество зубьев, что определяется ее назначением. Разница между количеством используемых зубьев необходима, поскольку благодаря этому фактору появляется возможность регулировать обороты вала и крутящийся момент. Шестеренки также разделяются на ведущие и ведомые. Ведущей называется та шестерня, к которой вращательный момент подводится снаружи, а ведомой – та, с которой она снимается.
Почему шестеренку называют так?
Технически это понятно. Изначально «шестерёнка» — самое маленькое колесо в зубчатой передаче. Меньше шести зубьев там не бывает даже в теории, захват не обепечивается. … В машиностроении ведомое колесо зубчатой передачи редуктора называется колесом».
Характеристики и применение
Зубья шестеренки находятся в радиальных плоскостях. Линия контакта прямозубых цилиндрических шестерней параллельна оси вращения.
В зависимости от необходимых нагрузочных характеристик и точности передаваемого вращения, подбирается модуль (расстояние между центрами зубов) от 1 до 6.
Используется в подвижных частях механизмов соместно с зубчатой рейкой.
Цилиндрическая зубчатая передача применяется во всех типах автоматических ворот, конвейерных линиях с повышенной нагрузкой, 3D принтерах, станках ЧПУ и многом другом.
Параметры модуля шестерни
Рассматриваемая характеристика обозначается литерой m, указывает на прочность зубчатых передач. Единица измеряется в миллиметрах (чем выше нагрузка на передачу, тем больше модульное значение). В расчете параметра используются следующие показатели:
В машиностроительной отрасли расчеты ведутся по стандартным значениям для удобства изготовления и замены шестерен с числами от 1-го до 50-ти.
Что такое модуль на чертеже?
Модуль — это унифицированный элемент любых систем, состоящий из взаимозаменяемого комплекса деталей массового производства. Чертеж модуля выполняется на основании ГОСТ 2.109-73 — единая система конструкторской документации (ЕСКД).
Как найти модуль шестерни?
Как определить модуль косозубой шестерни.
Как узнать высоту зуба шестерни?
h = ha + hf, где ha – высота головки зуба, ha = m; hf – высота ножки зуба, hf = 1,25m.
Как найти делительный диаметр шестерни?
Диаметр делительной окружности d является одним из основных параметров, по которому производят расчет зубчатого колеса: d = m × z, где z – число зубьев; m – модуль.
Как обозначается делительный диаметр?
Окружность, являющаяся начальной при зацеплении с рейкой – делительная; её диаметр обозначается d (рис. 2). Для колес без смещения делительные окружности совпадают с начальными. Толщина зуба по делительной окружности S равна ширине впадины между двумя зубьями е.
Формула расчета параметров прямозубой передачи
Чтобы определить параметры прямозубой шестеренки, потребуется выполнить некоторые предварительные вычисления. Длина начальной окружности равна π×D, где D — ее диаметр.
Расчет модуля зубчатого колеса
Шаг зацепления t – это расстояние между смежными зубами, измеренное по начальной окружности. Если это расстояние умножить на число зубов z, то мы должны получить ее длину:
проведя преобразование, получим:
Если разделить шаг на число пи, мы получим коэффициент, постоянный для данной детали зубчатой передачи. Он и называется модулем зацепления m.
размерность модуля шестерни — миллиметры. Если подставить его в предыдущее выражение, то получится:
выполнив преобразование, находим:
Отсюда вытекает физический смысл модуля зацепления: он представляет собой длину дуги начальной окружности, соответствующей одному зубцу колеса. Диаметр окружности выступов De получается равным
где h’- высота головки.
Высоту головки приравнивают к m:
Проведя математические преобразования с подстановкой, получим:
Диаметр окружности впадин Di соответствует De за вычетом двух высот основания зубца:
где h“- высота ножки зубца.
Для колес цилиндрического типа h“ приравнивают к значению в 1,25m:
Устройство зубчатого колеса
Выполнив подстановку в правой части равенства, имеем:
что соответствует формуле:
и если выполнить подстановку, то получим:
Иначе говоря, головка и ножка зубца относятся друг к другу по высоте как 1:1,25.
Следующий важный размер, толщину зубца s принимают приблизительно равной:
Поскольку шаг t приравнивается к суммарной толщине зубца s и впадины sв, получаем формулы для ширины впадины
Характеристики конструкции оставшейся части зубчатой детали определяются следующими факторами:
Детальные методики исчисления этих параметров приводятся в таких ВУЗовских курсах, как «Детали машин» и других. Модуль шестерни широко используется и в них как один из основных параметров.
Для отображения шестеренок методами инженерной графики используются упрощенные формулы. В инженерных справочниках и государственных стандартов можно найти значения характеристик, рассчитанные для типовых размеров зубчатых колес.
Что такое модуль зубчатого колеса?
m — модуль колеса. Модулем зацепления называется линейная величина в π раз меньшая окружного шага P или отношение шага по любой концентрической окружности зубчатого колеса к π, то есть модуль — число миллиметров диаметра делительной окружности приходящееся на один зуб.
Чему равен модуль нормального зубчатого колеса?
Модуль зубчатого колеса, геометрический параметр зубчатых колёс. Для прямозубых цилиндрических зубчатых колёс модуль m равен отношению диаметра делительной окружности dд к числу зубьев z или отношению шага t по делительной окружности к числу: m = dд/z = ts/p.
Какие бывают зубчатые колеса?
Виды зубчатых колес, шестерен
Прямозубые и косозубые колесики
Модуль и диаметр шестерни прямозубого типа — один из самых востребованных видов. Зубцы размещаются в радиальных плоскостях, а площадь контакта пары колес параллельна оси вращения. Аналогичным образом располагаются оси обеих шестерен.
Косозубые колесики представляют собой усовершенствованную вариацию вышеуказанной модификации. Зубцы находятся под определенным углом к вращательной оси. Зацепление осуществляется плавней и тише, что позволяет эксплуатировать элементы в малошумных приспособлениях, гарантируя передачу большего крутящего момента на высокой скорости. К минусам относят увеличенную площадь контакта зубцов, провоцирующую повышенное трение и нагрев деталей. Это чревато ослаблением мощности и повышенным расходом смазки. Кроме того, механическое воздействие вдоль оси шестерни требует использования упорных подшипников для монтажа вала.
Шевронные модификации и аналоги с внутренним зацеплением
Шевронные шестерни позволяют справиться с проблемами механической осевой силы. В отличие от прямых и косозубых версий, зубья выполнены в виде литеры V. Осевое воздействие двух половин приспособления компенсируется взаимодействием, что дает возможность избежать применения упорных подшипников на валу. Указанная модель самостоятельно устанавливается по оси, один из рабочих редукторов монтируется на цилиндрических укороченных подшипниках (плавающие опоры).
Модуль шестерни с внутренним зацеплением оснащается зубцами, имеющими нарезку внутри. Эксплуатация детали предполагает односторонние обороты ведущего и ведомого колеса. В такой конструкции меньше затрат уходит на трение, что способствует повышению КПД. Подобные приспособления применяются в механизмах, ограниченных по габаритным размерам, а также планетарных передачах, специальных насосах и танковых башенках.
Винтовые, круговые, секторные версии
Модуль шестерни винтового типа представляет собой цилиндр с зубцами, которые размещены по винтовому направлению. Подобные элементы устанавливаются на непересекающиеся валы, расположенные перпендикулярно по отношению друг к другу. Угол совмещения составляет 90 градусов.
Секторное зубчатое колесо — часть любой шестерни, применяемая в передачах, где не нужно вращение основного элемента на полный оборот. Такая деталь дает возможность сэкономить ценное пространство в размерах полноценного аналога.
Шестерни по модулю и количеству зубьев с круговым расположением отличаются контактным соприкосновением в одной точке зацепления, расположенной параллельно основным осям. Второе название механизма — передача Новикова. Она обеспечивает хорошие ходовые характеристики, плавную и бесшумную работу, повышенную зацепляющую способность. При этом коэффициент полезного действия таких деталей немного ниже аналогов, а процесс изготовления существенно сложнее. Указанные детали имеют значительно ограниченную отрасль эксплуатации ввиду своих особенностей.
Конические шестерни
Конические шестерни имеют различные виды, отличаются они по форме линий зубьев, с прямыми, с криволинейными, с тангенциальными, с круговыми зубьями. Применяются конические зубчатые передачи в машинах для движения механизма, где требуется передать вращение с одного вала на другой, оси которых пересекаются. Например, в автомобильных дифференциалах, для передачи момента от двигателя к колесам.
Зубчатая рейка
Зубчатая рейка является частью зубчатого колеса с бесконечным радиусом делительной окружности. Вследствие этого ее окружности представляют собой прямые параллельные линии. Эвольвентный профиль зубчатой рейки тоже имеет прямолинейное очертание. Это свойство эвольвенты является наиболее важным при изготовлении зубчатых колёс. Передачу с применением зубчатой планки (рейки) называют — реечная передача (кремальера), она используется для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот. Состоит передача из зубчатой рейки и прямозубого зубчатого колеса (шестеренки). Применяется такая передача в зубчатой железной дороге.
Звездочка
Шестерня-звезда — это основная деталь цепной передачи, которая используется совместно с гибким элементом — цепью для передачи механической энергии.
Коронная шестерня
Коронная шестерня – это особый тип шестерен, их зубья находятся на боковой поверхности. Такая шестерня работает, как правило, в паре с прямозубой или с барабаном (цевочное колесо), состоящим из стержней. Такая передача используется в башенных часах.
В чем заключаются сходства между шестерней и зубчатым колесом
Между шестерней и зубчатым колесом можно отметить несколько схожих моментов:
Внешние сходства между шестеренкой и зубчатым колесом обоснованы также еще тем, что зачастую эти два элемента могут выполнять схожие функции и быть взаимозаменяемыми в определенных системах и механизмах.
Когда применяют цилиндрические зубчатые передачи?
Цилиндрической зубчатой передачей называется передача с параллельными осями. Косозубые передачи применяют при окружных скоростях м/с; шевронные передачи – преимущественно в тяжело нагруженных передачах. … Кинематика и геометрия цилиндрические зубчатых колес.
Подытожим
Расчетные чертежи и схемы для шестеренок различных конфигураций преимущественно совпадают для косых и прямозубчатых версий. Основные различия возникают при расчетах на прочность. В графических отображениях применяются характеристики, ориентированные на типовые габаритные размеры шестеренок. Среди представленного ассортимента на рынке вполне реально подобрать зубчатое колесо с необходимыми характеристиками и прочностными показателями.
Выбор параметров зубчатого колеса, допусков размеров, формы, взаимного расположения и шероховатости поверхностей
Что такое модуль зубчатого колеса
Современные шестерни далеко ушли от своих деревянных шестизубых предков, изготавливаемых механиками с помощью воображения и мерной веревочки. Конструкция передач намного усложнилась, тысячекратно возросли скорость вращения и усилия, передаваемые через такие передачи. В связи с этим усложнились и методы их конструирования. Каждую шестеренку характеризует несколько основных параметров
Одним из самых универсальных характеристик является модуль зубчатого колеса. Существует для подвида — основной и торцевой.
В большинстве расчетов используется основной. Он рассчитывается применительно к делительной окружности и служит одним из важнейших параметров.
Для расчета этого параметра применяют следующие формулы:
Параметры зубчатых колес
Модуль зубчатого колеса можно рассчитать и следующим образом:
где h — высота зубца.
где De — диаметр окружности выступов,а z — число зубьев.
Что же такое модуль шестерни?
это универсальная характеристика зубчатого колеса, связывающая воедино такие его важнейшие параметры, как шаг, высота зуба, число зубов и диаметр окружности выступов. Эта характеристика участвует во всех расчетах, связанных с конструированием систем передач.
Not Found
Глава IV ЗУБЧАТЫЕ И ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ
РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
Цилиндрические зубчатые передачи
Термины и обозначения приведены в табл. 1, определения терминов см. ГОСТ 16530—83 и 16531-83.
1. Термины и обозначения цилиндрических зубчатых передач
Рис. 1. Исходный контур зубчатых цилиндрических колес эвольвентного зацепления то ГОСТ 13755—81 и конических колес с прямыми зубьями то ГОСТ 13754— 81
Шестерня — зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев, колесо — с большим числом зубьев. При одинаковом числе зубьев зубчатых колес передачи шестерней называют ведущее зубчатое колесо, а колесом — ведомое. Индекс 1 — для величин, относящихся к шестерне, индекс 2 — относящихся к колесу. Индекс n
— для величин, относящихся к нормальному сечению,
t
— к окружному (торцовому) сечению. В тех случаях, когда не может быть разночтения и неясности, индексы
n
и
t
можно исключить. Термины параметров нормального исходного контура и нормального исходного производящего контура, выраженных в долях модуля нормального исходного контура, образуют добавлением слова «коэффициент» перед термином соответствующего параметра. Обозначения коэффициентов соответствуют обозначениям параметров с добавлением знака «*», например коэффициент радиального зазора пары исходных контуров
с*.Модули (по ГОСТ 9563—60).
Стандарт распространяется на эвольвентные цилиндрические зубчатые колеса и конические зубчатые колеса с прямыми зубьями и устанавливает: для цилиндрических колес — значения нормальных модулей; ддя конических колес — значения внешних окружных делительных модулей. Числовые значения модулей:
| Ряд1 | РЯД 2 | Ряд1 | Ряд 2 | Ряд1 | Ряд 2 | Ряд1 | Ряд 2 |
| 1 | 1,125 | — | — | 5 | 5,5 | 12 | 14 |
| 1,25 | 1,375 | 2,5 | 2,75 | 6 | 7 | 16 | 18 |
| 1,5 | 1,75 | 3 | 3,5 | 8 | 9 | 20 | 22 |
| 2 | 2,25 | 4 | 4,5 | 10 | 11 | 25 | 28 |
| 32 | 36 |
Под исходным контуром колес (рис. 1) подразумевают контур зубьев рейки в нормальном к направлению зубьев сечении. Радиальный зазор
с
= 0,25
m
, радиус кривизны переходной кривой зуба
рf
= 0,4
m.
Допускается увеличение радиуса р
f
, если это не нарушает правильности зацепления, и увеличение
с
до 0,35
m
при обработке колес долбяками и шеверами и до 0,4
m
при шлифовании зубьев. Для цилиндрических колес внешнего зацепления при окружной скорости более указанной в табл. 2 применяют исходный контур с модификацией профиля головки зуба (рис. 2). При этом линия модификации — прямая, коэффициент модификации
h
*g должен быть не более 0,45, а коэффициент глубины модификации ∆* — не более 0,02. Рекомендуемые значения коэффициента ∆* приведены в табл. 3.
Основные элементы
зубчатого зацепления указаны на рис. 3 и 4 в соответствии с обозначением по табл. 1.
Смещение колес зубчатых передач с внешним зацеплением.
Чтобы повысить прочность зубьев на изгиб, снизить контактные напряжения на их поверхности и уменьшить износ за счет относительного скольжения профилей, рекомендуется производить смещение инструмента для цилиндрических (и конических) зубчатых передач, у которых
Z1
≠
Z2
. Наибольший результат достигается в следующих случаях:
Рис. 2. Исходный контур с профильной модификацией
2. Окружная скорость колес в зависимости от их точности
| Тип колес | Окружная скорость в м/с при степени точности колеса по ГОСТ 1643-81 | ||
| 6 | 7 | 8 | |
| Прямозубые | 10 | 6 | 4 |
| Косозубые | 16 | 10 | 6 |
3. Коэффициент глубины модификации
∆
* в зависимости от модуля и степени точности
| Модуль m , мм | Степень точности по нормам плавности работы по ГОСТ 1643-81 | ||
| 6 | 7 | 8 | |
| До 2 | 0,010 | 0,015 | 0,020 |
| Св. 2 до 3,5 | 0,009 | 0,012 | 0,018 |
| » 3,5 » 6,3 | 0,008 | 0,010 | 0,015 |
| » 6,3 » 10 | 0,006 | 0,008 | 0,012 |
| » 10 » 16 | 0,005 | 0,007 | 0,010 |
| » 16 » 25 | — | 0,006 | 0,009 |
| »25 » 40 | — | — | 0,008 |
1) при смещении передач, у которых шестерня имеет малое число зубьев ( Z1
Читайте также: Развальцовка труб: тонкости технологии и основные инструменты
Рис. 5. Положение производящего реечного контура относительно заготовки:
номинальное;
б —
с отрицательным смещением;
в —
с положительным смещением
Рис. 6. График для определения нижнего предельного значения
Z1в зависимости отZ2, при которых εa
=1,2 (x1=х2=0,5)
Рис. 7. График для определения Хmin
(округляется до ближайшего большего целого числа)
Примеры. 1. Дано: z = 15; ß
= 0. По графику определяем
xmin
= 0,12 (см. штриховую линию). 2. Дано:
х = 0,ß
= 30 °. По графику определяем наименьшее число зубьев
Zmin
= 12 (см. штриховую линию)
Рис. 8. Влияние смещения исходного контура на геометрию зубьев
Рис. 9. Зацепление (в сечении, параллельном торцовому) зубчатого колеса со смещением с исходной производящей рейкой
Если исходная производящая рейка в станочном зацеплении смещена из номинального положения и установлена так, что ее делительная прямая не касается делительной окружности нарезаемого колеса, то в результате обработки получится колесо, нарезанное со смещением исходного контура (по старой терминологии — корригированное колесо).
4. Коэффициенты смещения у зубчатых колес прямозубой передачи
| Коэффициент смещения | Область применения | |||
| у шестерни x1 | у колеса x2 | |||
| 0 | 0 | Межосевое расстояние aw задано равным 0,5(z1 + z2) | Кинематические передачи | z1≥17 |
| 0,3 | -0,3 | 12 ≤ z1 30 | ||
| 0,5 | 0,5 | 10 ≤ z1 ≤ 30. В пределах 10 ≤ z1 ≤ 16 нижнее предельное значение z1 определяется по графику (рис.6) | ||
5. Коэффициент смещения у зубчатых колес косозубой и шевронной передач
| Коэффициент смещения | Область применения | |||||||||||||||||
| у шестерни x1 | у колеса x2 | |||||||||||||||||
| 0 | 0 | Межосевое расстояние aw задано равным (z1 + z2) m / 2 cosß или не задано | Кинематические передачи | z1≥ zmin; zmin определяется по табл.8 | ||||||||||||||
| 0,3 | -0,3 | z1≥ z1 min, но не менее 10 и zD ≥ z2 min; z1 min и z2 min определяется по графику на рис.7 соответственно при х=х1=0,3 | ||||||||||||||||
| 0 | 0 | Силовые передачи | z1≥ zmin+2; zmin определяется по табл.8 | |||||||||||||||
| 0,3 | -0,3 | z1≥ z min + 2, но не менее 10 и u ≥ 3,5; z1 minопределяется по графику на рис.7 соответственно при Рис. 10. Толщина зуба по постоянной хорде и высота до постоянной хорды в нормальном сечении Расстояние от делительной прямой исходной производящей рейки (или исходного контура) до делительной окружности колеса является величиной смещения. Отношение смещения исходного контура к расчетному модулю называют коэффициентом смещения (х). Если делительная прямая исходного контура пересекает делительную окружность зубчатого колеса (рис. 5, 6. Разбивка коэффициента суммы смещения хΣ
| ||||||||||||||||
