8.16. Особенности зацепления в гиперболоидных передачах

Как известно из теоретической механики, мгновенное относительное движение твёрдых тел при скрещивающихся осях их вращений является мгновенным винтовым, состоящим из вращения вокруг мгновенной винтовой оси V-V и поступательного движения вдоль этой оси (рис. 8.36, а). Этот вид движения и дал название данной оси. В системе каждого из твёрдых тел мгновенная винтовая ось описывает гиперболоид вращения, являющийся линейчатой поверхностью второго порядка (рис. 8.36, б). В связи с этим зубчатые передачи, образованные колёсами с осями, совпадающими с осями гиперболоидов, называются гиперболоидными. Гиперболоиды вращения являются аксоидами в зацеплении колёс.

Для зубчатых передач со скрещивающимися осями колёс применяются два участка гиперболоидов вращения. Если используется участок, расположенный в средней части (в горловинах) гиперболоидов, то образуется передача винтовыми колёсами (рис. 8.36, б). При использовании участка, удалённого от горловин, получается гипоидная передача (рис. 8.36, б). Так как винтовое движение включает поступательную составляющую вдоль мгновенной винтовой оси V-V, то в гиперболоидных колёсах обязательно присутствует скольжение, направленное вдоль линии зуба. Если линии зубьев направляются вдоль мгновенной винтовой оси, то скольжение происходит с минимальной скоростью.

Важно отметить, что если в качестве начальных поверхностей использовать гиперболоиды вращения (аксоиды), то контакт зубьев будет линейным. На практике вместо аксоид используют цилиндры (в передаче винтовыми колёсами) или конусы (в гипоидной передаче). В этом случае контакт получается точечным.

Винтовые колёса в гиперболоидной передаче получаются как обычные, косозубые, однако с неравными углами наклона зубьев, а гипоидные – как конические с непересекающимися осями и несовпадением вершин конусов в отличие от передачи коническими колёсами. На рис. 8.37 показаны винтовые колёса (а) и гипоидные (б).

Геометрический расчёт винтовых и гипоидных колёс не отличается от расчёта соответственно косозубых и конических колёс. В винтовых колёсах стандартный модуль – в нормальном сечении зубьев.

Ч е р в я ч н а я п е р е д а ч а с ц и л и н д р и ч е с к и м ч е р в я к о м. Червячная передача является частным случаем зубчатой передачи винтовыми колёсами, в которой одно из колёс имеет всего от одного до трёх-четырёх зубьев. В этом случае оно превращается в так называемый червяк, зубья которого называются заходами, а сам червяк называется одно-, двух-, трёх- и так далее заходным. Колесо, с которым в паре работает червяк, называется червячным колесом. Количество зубьев колеса может быть любым. В этих условиях могут быть достигнуты очень большие передаточные отношения, до 1000 и более.

Особенностью червячной передачи является чаще всего ортогональное расположение осей червяка и колеса (угол скрещивания составляет 90º) и частичный охват червяка колесом (рис. 8.38). Основные достоинства передачи заключаются в возможности получения больших передаточных отношений, в большой плавности работы передачи и в высокой нагрузочной способности в результате линейного контакта витков червяка и зубьев колеса. Последнее обстоятельство связано с тем, что при изготовлении передачи делаются два червяка. Один из них затем превращается в режущий инструмент путём придания ему соответствующей геометрии. Другой используется в качестве червяка в передаче.

П оследовательное положение линий контакта на зубе колеса показано на рис. 8.39. Эти линии имеют такую форму, что по отношению к скорости скольжения касательная к ним образует малый угол γ. Иногда этот угол равен нулю. Это обстоятельство ухудшает условия смазки контакта и снижает долговечность работы передачи. Кроме названного недостатка следует указать также низкий КПД передачи и необходимость использования дорогих антифрикционных материалов.

Ч е р в я ч н а я п е р е д а ч а с г л о б о и д н ы м ч е р в я к о м (г л о - б о и д н а я ч е р в я ч н а я п е р е д а ч а). Более благоприятные условия для смазки контакта и повышенная нагрузочная способность имеют место в червячной передаче с так называемым глобоидным червяком, в которой и червяк 1, и червячное колесо 2 охватывают друг друга (рис. 8.40).

Способ образования глобоидной передачи и её конструкция обеспечивают контакт витка червяка в пределах всей длины последнего одновременно с рядом зубьев колеса, что и обеспечивает повышенную нагрузочную способность передачи.

Ч ервяк нарезается резцом с прямолинейной режущей кромкой, которая вращается вокруг оси предполагаемого колеса в осевой плоскости червяка. Затем с помощью такого же червяка с геометрией режущего инструмента нарезается червячное колесо. В результате получается зацепление с линейным контактом. Причём во входной половине червяка (до его горлового сечения) на каждом зубе колеса с витком червяка имеют место одновременно две линии контакта (рис. 8.41). Одна из них, обозначенная на рисунке цифрой 1, распола-гается в осевой плоскости червяка, перпен-дикулярной оси колеса. Другая, под цифрой 2, смещена навстречу окружной скорости червяка (на рис. 8.41 дуговой стрелкой а обозначено направление движения витка червяка относительно зуба колеса). Это обстоятельство также увеличивает нагрузочную способность передачи. Следовательно, при одинаковой нагрузке глобоидная передача имеет существенно меньшие размеры по сравнению с обыкновенной червячной передачей.

Как видно из рисунка, положение линий контакта таково, что оно действительно благоприятствует смазке рабочих поверхностей и, тем самым, увеличивает срок службы передачи и её КПД.