Передачи с круговым профилем рабочей поверхности зуба – зацепление М.Л. Новикова.

Передача с круговым профилем зуба предложена инженер-полковником академии им. Н.Е. Жуковского М.Л. Новиковым в 1954 году. В основу разработки этого зацепления Новиковым положены следующие соображения. Согласно формуле Герца максимальные контактные напряжения между поверхностями взаимодействующих зубьев

; (4.10)

где q – удельное усилие по линии контакта зубьев, Н/м; E_пр – приведенный модуль упругости материалов, из которых изготовлены зубчатые венцы взаимодействующих колес, Н/м²; r_пр – приведенный радиус кривизны контактирующих поверхностей зубьев, вычисляемый по соотношению

. (4.11)

Из соотношения (4.10) следует, что снизить напряжения в области контакта рабочих поверхностей зубьев возможно только за счет увеличения приведенного радиуса кривизны контактирующих поверхностей r_пр. В свою очередь, соотношение (4.11) показывает, что максимальное увеличение r_пр достигается в том случае, когда в контакте находятся поверхности противоположной кривизны, выпуклой и вогнутой, с близкими по абсолютной величине радиусами кривизны. Но в этом случае сохранение постоянства передаточного отношения при радиальном смещении точки контакта по поверхности зуба становится невозможным (нарушается основная теорема зацепления). Следовательно, остается единственная возможность – сохранить постоянство положения точки контакта в радиальном направлении и обеспечить её перемещение при вращении сцепляющихся колес параллельно их осям вращения.

В зацеплении Новикова профиль контактирующих зубьев шестерни и колеса в торцевом сечении очерчен дугами окружности (рис. 4.5, б). Практически принимают , где r₁ – радиус окружности вогнутого профиля зуба, а r₂ – радиус окружности выпуклого профиля зуба, m – модуль зацепления. В этом случае контакт зубьев происходит в точке и только в момент прохождения профилей через эту точку. Для обеспечения перемещения точки контакта зубьев параллельно оси вращения шестерен зубья делают косыми с углом наклона обычно не более 25°. При этом ширину зацепления выбирают такой, чтобы обеспечи­вался осевой коэффициент перекрытия зубьев e_b не менее 1,1, поскольку окружное перекрытие зубьев в таком зацеплении невозможно.

Рис. 4.5. Схема контактного взаимодействия и движения контактной площадки в зубчатом зацеплении: а) эвольвентном; б) круговинтовом (Новикова).

При выполнении зуба ведущего колеса с вогнутым профилем (вращение левого колеса на рис. 4.5 против часовой стрелки) точка контакта зубьев всегда будет расположена перед полюсом зацепления, поэтому такое зацепление называют дополюсным. Если же профиль зуба ведущего колеса сделать выпуклым, а ведомого вогнутым (это соответствует вращению левого колеса на рис. 4.5 по часовой стрелке), то зуб ведущего колеса будет входить в контакт уже после прохождения полюса зацепления, такое зацепление называют заполюсным.

Рис. 4.6. Исходный контур дозаполюсной круговинтовой передачи (Новикова)

Зубья сопряженных колес, выполненные как показано на рис. 4.5, требуют для изготовления различного инструмента, что неудобно в производственных условиях. Поэтому было предложено зубья обоих взаимодействующих колес выполнять одинаковыми – головку зуба делать с выпуклым профилем, а ножку – с вогнутым (рис. 4.6). В этом случае зубья имеют две точки контакта, одна из которых расположена на головке зуба, а вторая на его ножке, которые к тому же расположены по разные стороны полюса зацепления. Поэтому такое зацепление принято называть дозаполюсным. В российской промышленности профиль дозаполюсного зацепления стандартизован (ГОСТ 17744-72). Для этого профиляh_a = 0,9; c = 0,15; a_n = 27°; r_a = 1,14…1,15; r_f = 1,25…1,3.

В следствие более высокой контактной прочности несущая способность круговинтовой передачи может до двух раз превышать несущую способность эвольвентной передачи тех же размеров. Передача Новикова работает более плавно, а её КПД из-за отсутствия взаимного скольжения зубьев несколько выше.

К недостаткам передачи Новикова можно отнести повышенную чувствительность к колебаниям межосевого расстояния и некоторое снижение изломной прочности зубьев вблизи торцов зубчатого венца.

Круговинтовое зацепление можно использовать как в цилиндрических так и в конических зубчатых передачах.

В лекции представлены: основная терминология, относящаяся к зубчатым передачам, классификация зубчатых передач, их основные достоинства и недостатки, представлены наиболее общие параметры зубчатых передач и рассмотрены основные свойства различных зубчатых зацеплений, используемых в силовых зубчатых передачах.

Поскольку эвольвентное зацепление занимает превалирующее место в современной технике, включая военную, его свойства, критерии проектирования и прочностного расчета будут рассмотрены в последующих лекциях. Однако, информация, полученная уже в этой лекции позволяет решать основной вопрос о выборе того или иного зацепления при проектировании передачи. Представленная информация достаточно важна и при назначении условий эксплуатации передач, если известно зацепление, примененное в данной конкретной передаче.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какой механизм называют зубчатой передачей?

2. Назовите основные классификационные признаки зубчатых передач.

3. Назовите примеры применения зубчатых передач.

4. Назовите достоинства и недостатки зубчатых передач.

5. Назовите основные конструктивные параметры зубчатых передач, как они меж собой соотносятся?

6. Назовите основные кинематические параметры зубчатых передач, как они меж собой соотносятся?

7. В чем заключается главная особенность эвольвентных передач?

8. Назовите основные конструктивные параметры эвольвентных зубчатых передач, как они меж собой соотносятся?

9. Назовите основные кинематические параметры эвольвентных зубчатых передач, как они меж собой соотносятся?

10. Что называют конической зубчатой передачей?

11. Как различается несущая способность конической и цилиндрической передач?

12. Какае дополнительные параметры характерны для конических зубчатых передач?

13. Что означают термины «эквивалентное зубчатое колесо» и «эквивалентное число зубьев» по отношению к конической передаче?

14. Какое зацепление называют циклоидальным?

15. Каковы достоинства и недостатки циклоидального зацепления?

16. Какое зацепление называют цевочным, в чем его преимущества?

17. Где применяется цевочное зацепление?

18. Какова главная особенность зубчатого зацепления М.Л. Новикова?

19. Какое зацепление называют дополюсным, заполюсным, дозаполюсным?

20. Сравните несущую способность эвольвентного и круговинтового зацеплений, что является причиной различия в их несущей способности?

é