Шевронная зубчатая передача: Шевронная передача: достоинства и недостатки

Содержание

Шевронная передача: достоинства и недостатки

Такой раздел в механике, как детали машин, проходят все студенты технических специальностей. Основные моменты акцентируются на зубчатых передачах, которые бывают нескольких видов. Прямозубая, косозубая, а также шевронная передача — все они используются практически во всех отраслях промышленности.

Какие функции выполняет зубчатое зацепление

Прежде чем говорить о том, что такое цилиндрическая шевронная передача, необходимо разобраться с общими положениями. Зубчатое зацепление используется для передачи вращательного движения между валами. Так в непосредственный контакт входит пара зубьев шестерни и колеса. Передаточное число изменяется в зависимости от размера шестерни и количества зубьев на ней.

Изменение угловых скоростей и моментов — основные функции любой зубчатой передачи, в том числе и шевронной. Широкое же применение в различных отраслях промышленности требует постоянного развития и улучшения технических характеристик передачи. В результате появляются новые виды зацеплений, используются высокопрочные сплавы зубьев и т.д.

Как мы уже разобрались, данный вид зацепления относится к зубчатым. Определимся немного с конструктивными особенностями данной передачи. От классической зубчатой мы имеем существенные отличия. Во-первых, венец состоит из зубьев, направленных в разные стороны. Соответственно по одной стороне венца они имеют наклон в одну, с обратной — в другую стороны.

Можно смело говорить о том, что шевронные передачи обладают огромным количеством преимуществ. К примеру, отсутствие осевой нагрузки на подшипник, что позволяет продлить срок службы узла. Помимо этого, данный тип передачи позволяет существенно увеличить угол наклона зубьев, который приблизительно равен 25-40 градусам. В то время как в обычном косозубом колесе пределом является 18 градусов.

Конечно, есть и свои нюансы. Во-первых, высокая сложность и дороговизна изготовления шеврона. Так как используется данный вид зацепления для передачи большой мощности и скорости при отсутствии осевых нагрузок, то точность изготовления должна быть очень высокой, а следовательно и себестоимость такого колеса получается высокой. Во-вторых, необходимость использования плавающего вала в конструкции. По этой простой причине инженеры стараются применять косозубую передачу, где это возможно, и только потом использовать шевронную.

Достоинства шевронного колеса

Следует отметить, что все механические передачи имеют общие преимущества и недостатки. Это относится и к шевронному зацеплению. Рассмотрим сильные стороны. Во-первых, высокая плавность хода, что достигается благодаря большому углу наклона зубьев. Следовательно, и габариты будут гораздо меньше по сравнению с косозубым колесом. Это позволяет несколько снизить массу изделия, а также размер узла в целом.

Долговечность при соблюдении норм эксплуатации (регулярная смазка, выбраковка, отсутствие перегрева и механических повреждений) составляет порядка 40 000 часов. Соответственно надежность данного узла будет очень высокой. Это обусловлено еще и отсутствием осевых нагрузок на подшипник. Как следствие, не возникает перегрева вала и опоры.

Высокий КПД (97-98 %) — еще одна сильная сторона шевронных колес. Данный показатель нередко является определяющим фактором при выборе типа передачи в том или ином узле, так как позволяет добиться минимальных потерь во время эксплуатации. Постоянное передаточное число также немаловажный фактор, который хоть и не выдвигается на первый план, но все же имеет место. Такие достоинства шевронной передачи играют немаловажную роль при эксплуатации в тяжелонагруженных узлах машин.

Немного о недостатках

Как и любой другой тип передач, данный имеет несколько минусов. В первую очередь, как было отмечено выше, сложность изготовления. Стоимость шевронного колеса достаточно высока, хоть оно и является долговечным. Зачастую на производстве при выходе из строя какого-либо узла важно заменить его как можно скорее. В этом случае отлично подойдут косозубые и прямозубые колеса, которые просты в изготовлении. Что же касается шевронного, то тут не все так однозначно. Точность монтажа также должна быть высокой, следовательно, увеличивается количество затрачиваемого времени на установку детали.

Шум во время работы — так ли это важно?

Еще один недостаток — шумность на высоких скоростях. Хотя отнести его исключительно к шевронной передаче было бы глупо, ведь это касается всего раздела. Пара металлических зубьев, входящих в зацепление на высокой скорости, — это всегда звонкий шум, который хоть и глушится с помощью специальной смазки и кожухов, но не полностью. Также было сказано и о плавающем валу, который необходим для корректной работы узла, а это увеличивает сложность конструкции. Изготовление шевронной передачи тщательно контролируется на всех этапах, поэтому бракованных изделий мало, хотя еще несколько лет назад ситуация была более печальной.

О профиле зуба

Как и во всех зубчатых зацеплениях, в шевроне может быть использован тот или иной тип зуба. Предварительно проводится расчет шевронной передачи. Используются следующие типы зубьев:

винтовые одного направления;
винтовые разных направлений;
эвольвентные;
неэвольвентные.

Применяемость того или иного типа зависит непосредственно от того, чего необходимо добиться во время работы узла. К примеру, если узел спроектирован с возможностью смещения центра профиля, используют эвольвентный зуб. Кроме того, есть три варианта расположения шестерни к колесу: сближенное, раздвинутое и нормальное. Изменяя расстояние до центра профиля, можно добиться того или иного положения, которое необходимо для повышения плавности, увеличения скорости хода и т.д.

Стоит также заострить особое внимание и на том факте, что неверно подобранный тип зуба в том или ином случае приведет к таким последствиям, как: снижение ресурса узла, повышенная шумность, перегрев подшипника и т.п. Следовательно, наиболее ответственным этапом является именно теоретический расчет передачи.

Распространение шевронных колес

Как уже было отмечено выше, механические передачи используются во многих отраслях промышленности. Рассмотрев шевронные передачи, достоинства и недостатки которых наглядно показывают их целесообразность, можно сказать об уникальности. Тем не менее ввод в эксплуатацию шевронов повсеместно нельзя назвать целесообразным, что обусловлено высокой стоимостью и сложностью конструкции.

Но несмотря на это, без них нельзя обойтись на металлургических предприятиях. Там шевронная передача используется на прокатных станах, режущих станках и другом оборудовании. Обусловлено это тем, что шевронное колесо может быть:

тихоходным;
среднескоростным;
скоростным;
быстроходным.

Тип работы зависит от окружной скорости. Наиболее часто шевронная передача применяется при высоких окружных скоростях (более 30 м/с). Автомобильная промышленность — еще одна отрасль, где без использования данной механической передачи обойтись довольно сложно. Это же касается и химической, а также пищевой промышленности.

Материал изготовления

Практически все зубчатые передачи подвергаются интенсивному износу. По этой причине необходимо использовать высокопрочные сплавы, которые бы справлялись с работой в тяжелых условиях. Непосредственно колесо шеврона или шестерня изготавливаются из стали, а вот зубья предпочтительно должны быть бронзовыми. Но если использовать бронзу в чистом виде, то это слишком дорого. По этой простой причине зубья выплавляются из высоколегированной стали с бронзовым напылением.

Нередко бывает так, что узел подвергается преждевременному износу. Случается это по разным причинам:

биение в передаче;
перегрев колеса и шестерни;
недостаточное количество смазки.

В большинстве таких случаев его не меняют на новый, а ремонтируют путем наплавления зубьев. Данный метод используется практически во всех механических передачах, если это возможно и целесообразно.

Подведем итоги

Основное достоинство шевронной передачи заключается в возможности её использования на высоких скоростях. Немаловажную роль играет и то, что нет осевой нагрузки на подшипник. Соответственно, исключается перегрев узла, что является наиболее распространенной причиной выхода последнего из строя.

В это же время высокие расходы на изготовление шевронного колеса и шестерни не позволяют использовать данный узел повсеместно. Это же касается и времени на установку шевронной передачи, а также высокой квалификации специалистов, занимающихся монтажом и вводом в эксплуатацию узла.

Косозубые и шевронные цилиндрические передачи.

В машиностроении широкое распространение получили цилиндрические зубчатые передачи, которые могут выполняться с прямыми, косыми и шевронными зубьями. При этом наиболее простыми и дешевыми в изготовлении являются прямозубые цилиндрические колеса. Тем не менее, косозубые и шевронные передачи обладают рядом существенных достоинств, благодаря которым их используют в машинах и механизмах, несмотря на относительно высокую стоимость изготовления.

Косозубые цилиндрические передачи

Очевидно, что способность зубчатого колеса передавать нагрузку во многом зависит от длины зуба – чем он длиннее, тем больше его нагрузочная способность. Увеличить длину зуба зубчатого колеса можно двумя способами – сделав колесо шире, т. е. увеличить его габарит, либо нарезав зубья под наклоном к оси колеса. Во втором случае длина зуба увеличивается без изменения габаритов колеса.

Эта идея и была использована в конструкции цилиндрических зубчатых колес – косозубое колесо при одинаковых параметрах изготовления способно передавать большую нагрузку, чем прямозубое.

Следует отметить, что характер косозубого цилиндрического зацепления отличается от прямозубого тем, что зубья косозубого колеса входят в контакт с зубьями сопрягаемого колеса не по всей длине, а плавно и последовательно, что придает такой передаче еще одно достоинство – плавность и относительная бесшумность работы. При этом, чем больше угол наклона зубьев β, тем выше плавность зацепления.

Еще одно преимущество косого расположения зубьев на колесах – в зацеплении участвуют сразу несколько зубьев, плавно передавая нагрузку от одного к другому. По этой причине несущая способность косозубой цилиндрической передачи дополнительно повышается.

Итак, основные преимущества косозубых цилиндрических зубчатых передач перед прямозубыми – бόльшая несущая способность при одинаковых габаритах, плавность и бесшумность работы.

Но у косозубых цилиндрических зубчатых передач имеется один существенный недостаток – расположение зубьев под углом к оси приводит к появлению осевой силы, пытающейся сдвинуть сопрягаемые колеса вдоль осей, при этом направление осевых сил шестерни и колеса противоположно, т. е. колеса пытаются «сбежать» друг от друга в разные стороны (рис. 2). Чтобы избежать взаимного смещения колес приходится применять различные фиксирующие и упорные устройства, которые усложняют конструкцию и отнимают часть передаваемой энергии, т. е. снижая КПД передачи.

Осевые силы достигают значительной величины (по отношению к окружной силе), если угол наклона зубьев β превышает 20˚, поэтому в косозубых зубчатых цилиндрических передачах зубья нарезают под углом к оси в пределах 8…20˚.

Вторым недостатком косозубых цилиндрических зубчатых передач, как указывалось выше, является некоторое увеличение стоимости изготовления.

Косозубые колеса нарезают тем же инструментом, что и прямозубые. Наклон зуба получают поворотом инструмента на угол β. Косозубые передачи в большинстве случаев выполняют без смещения, поскольку меняя угол β можно изменить угол α_w.

Расчет косозубых колес ведут с использованием параметров так называемого эквивалентного колеса. Если рассечь косозубое колесо по нормали к направлению зубьев (т. е. перпендикулярно линии зуба), то в сечении образуется эллипс (рис. 1), радиус кривизны которого в полюсезацепления может быть определен по формуле:

d_v = d/cos²β = mz/cos³β,

где d – делительный диаметр колеса по нормальному сечению;

m – модуль зацепления;

z – действительное количество зубьев косозубого колеса.

Из полученной формулы принимают эквивалентное число зубьев:

z_v = z/cos³β,

которое используется в прочностных расчетах.

Анализ этой формулы позволяет сделать вывод, что с увеличением угла наклона зубьев β возрастает эквивалентное число зубьев колеса z_v.

Расчет на прочность косозубых передач ведут аналогично расчету прямозубых цилиндрических зубчатых передач с введением поправочных коэффициентов, учитывающих особенности работы.

По условиям прочности габариты косозубых передач получаются меньше, чем у прямозубых примерно на 20%.

***

Шевронные цилиндрические передачи

Одного из неприятных свойств косозубой передачи – наличие осевых сил, стремящихся сдвинуть колеса вдоль вала или оси, можно избежать, если применить шевронную передачу, состоящую из шевронных зубчатых колес.

Шевронное зубчатое колесо (от французского «chevron» — «стропило») представляет собой спаренные косозубые колеса, у которых зубья образуют «елочку» (латинскую букву «V»), т. е. каждое шевронное колесо можно представить, как два косозубых колеса с противоположным углом наклона зубьев, выполненных заодно.

Вследствие противоположного направления зубьев осевые силы у каждого из колес косозубой пары тоже противоположны и компенсируют друг друга, т. е. суммарное осевое (сдвигающее) усилие практически исчезает.

Это обстоятельство позволяет применять у шевронных колес угол наклона зубьев β значительно больше, чем у обычных косозубых колес, и составляет 25…45˚ (у обычных косозубых колес угол β не превышает 20˚).

Благодаря таким особенностям шевронная передача позволяет еще больше удлинить зубья при неизменных габаритах колес. Кроме того, увеличение угла наклона зубьев приводит к повышению плавности работы передачи и уменьшению шума.

Поскольку осевая сила в шевронном зацеплении практически отсутствует, нет необходимости жестко крепить колеса на валах (или осях), предохраняя их от осевого перемещения.

Можно сделать вывод, что шевронная передача не только вобрала в себя все достоинства косозубой передачи, но и существенно их повысила, при этом позволила избавиться от основного недостатка – появления осевой силы, нагружающей опоры, снижающей КПД передачи и нередко приводящей к сильному нагреву подшипников и вала.

Изобретателем шевронного зацепления является механик-самоучка из Польши, имя которого не сохранилось. Известно только, что патент на шевронную передачу и оригинальную технологию нарезания шевронных зубьев выкупил у этого талантливого механика известный французский промышленник Андре Ситроен (основатель автомобильного концерна «Ситроен»), которого иногда ошибочно считают изобретателем шеврона. Примечательно, что V-образные зубья шевронной передачи в виде двух горизонтальных «галочек» легли в основу фирменного знака концерна «Ситроен».

Но, как говорится, добра без худа не бывает. По сложности изготовления шевронные цилиндрические зубчатые колеса превосходят и косозубые, и уж тем более – прямозубые колеса. Нарезать зубья «елочкой» на поверхности цилиндрической заготовки достаточно сложно, ведь приходится менять направление резки в центре ширины колеса, но и здесь конструкторы и технологи нашли решение, облегчающее выполнение задачи. Обычно шевронные колеса изготавливают с дорожкой в середине колеса для выхода режущего инструмента (червячной фрезы). Ширина такой дорожки обычно составляет 10…15% модуля зацепления, а глубина равна высоте зуба.

Но иногда шевронные колеса изготавливают и без дорожки, чтобы полнее использовать ширину колеса для длины зубьев. Нарезание зубьев таким способом малопроизводительно, и требует дорогостоящего оборудования, поэтому применяется реже, чем нарезание зубьев с дорожкой.

Сопрягаемые шевронные колеса требуют строго определенного положения друг относительно друга во время работы передачи, поскольку малейший осевой относительный сдвиг колес приведет к заклиниванию или даже поломке зубьев. По этой причине вал одного из колес (обычно шестерни) выполняют плавающим, т. е. его монтируют в подшипниках, допускающих некоторое осевое смещение.

Шевронные передачи дороже в изготовлении, их применяют в мощных быстроходных закрытых передачах, поскольку при минимальных габаритах они способны передавать значительно бόльшие мощности по сравнению с другими цилиндрическими зубчатыми передачами, и меньше шумят на большой скорости. Шевронное зацепление нуждается в хорошей смазке, поэтому такие передачи чаще всего выполняют закрытыми.

Геометрический и прочностной расчеты шевронной передачи аналогичны расчетам косозубой передачи. Для шевронной передачи коэффициент ширины венца колеса принимают равным ψ_ba = 0,4…1,0.

***

Редукторы

Главная страница

Страничка абитуриента

Дистанционное образование

Группа ТО-81

Группа М-81

Группа ТО-71

Специальности

Ветеринария

Механизация сельского хозяйства

Коммерция

Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта

Учебные дисциплины

Инженерная графика

МДК.01.01. «Устройство автомобилей»

Карта раздела

Общее устройство автомобиля

Автомобильный двигатель

Трансмиссия автомобиля

Рулевое управление

Тормозная система

Подвеска

Колеса

Кузов

Электрооборудование автомобиля

Основы теории автомобиля

Основы технической диагностики

Основы гидравлики и теплотехники

Метрология и стандартизация

Сельскохозяйственные машины

Основы агрономии

Перевозка опасных грузов

Материаловедение

Менеджмент

Техническая механика

Советы дипломнику

Олимпиады и тесты

«Инженерная графика»

«Техническая механика»

«Двигатель и его системы»

«Шасси автомобиля»

«Электрооборудование автомобиля»

Механическая передача : Шестерня-елочка

Шестерни-елочки, также называемые двойными косозубыми шестернями, представляют собой наборы зубчатых колес, предназначенные для передачи мощности через параллельные или, реже, перпендикулярные оси. Уникальная структура зубьев зубчатого колеса состоит из двух смежных противоположных спиралей, которые имеют форму буквы «V».

Рис. 1 Шестерня-елочка

Шестерня-елочка , особый тип двойной косозубой шестерни , представляет собой особый тип шестерни, представляющей собой комбинацию двух косозубых шестерен, расположенных друг против друга (не лицом к лицу). Косозубые канавки этой шестерни сверху имеют вид буквы V. В отличие от косозубых шестерен они не создают дополнительной осевой нагрузки.

Шестерни типа «елочка» соединяются друг с другом за счет использования гладких, точно изготовленных V-образных зубьев. Как и в косозубых шестернях, во время вращения зацепляются несколько зубьев, распределяя рабочую нагрузку и обеспечивая бесшумную работу. Однако из-за своей конструкции зубьев шевронные передачи сводят на нет осевое усилие, типичное для косозубых передач.

Зубья набора шестерен могут быть изготовлены таким образом, чтобы вершина зуба совпадала с вершиной противоположного зуба или чтобы вершина зуба совпадала с впадиной зуба противоположной шестерни.

Подобно косозубым зубчатым колесам, они имеют преимущество плавной передачи мощности, поскольку в любой момент времени в зацеплении находится более двух зубьев. Их преимущество перед косозубыми зубчатыми колесами состоит в том, что боковая тяга одной половины уравновешивается тягой другой половины. Это означает, что зубчатые колеса типа «елочка» могут использоваться в редукторах с крутящим моментом, не требуя значительного упорного подшипника. Из-за этого зубчатые передачи в елочку стали важным шагом на пути внедрения паровой турбины в морские силовые установки.

Прецизионные шевронные зубчатые колеса сложнее в изготовлении, чем эквивалентные цилиндрические или косозубые зубчатые колеса, и, следовательно, они дороже. Они используются в тяжелой технике.

Рис. 2 Шестерня типа «елочка»

Если зубья, расположенные под противоположным углом, встречаются в середине шестерни типа «елочка», выравнивание может быть таким, что вершина зуба встречается с вершиной зуба, или выравнивание может быть в шахматном порядке, так что вершина зуба встречается с впадиной зуба. Последнее выравнивание является уникальной определяющей характеристикой зубчатого колеса типа Wuest, названного в честь его изобретателя.

Применение зубчатых передач типа «елочка»

Требования к применению следует рассматривать с учетом рабочей нагрузки и условий эксплуатации зубчатого колеса.

Мощность, скорость и крутящий момент постоянство и пиковые значения мощности зубчатого привода, чтобы зубчатое колесо соответствовало механическим требованиям.
Эксплуатация Сопротивление разрушению . Для некоторых комплектов шестерен может потребоваться функционирование, несмотря на отсутствие зубьев или несоосность.
Требования к монтажу . Применение может ограничивать положение вала редуктора.
Точность требование шестерни, включая шаг шестерни, диаметр вала, угол давления и расположение зубьев. Точные зубья зубчатых колес могут сделать их дорогими.
Смазка редуктора Требования. Некоторые шестерни требуют смазки для плавной работы в умеренных условиях.
Вибростойкость и ударопрочность . Большие нагрузки на машину или люфт, преднамеренное избыточное пространство в круглом шаге могут толкнуть зубчатое зацепление.
Инерция редуктора за счет ускорения и торможения. Более тяжелые передачи могут быть труднее остановить или повернуть назад.
Коррозионная стойкость . Шестерни, подвергающиеся воздействию агрессивных сред или химикатов, должны быть особенно закалены или защищены.
Температура Воздействие. Некоторые шестерни могут деформироваться или стать хрупкими при экстремальных температурах.
Ограничение шума . Коммерческие приложения могут ценить плавное и бесшумное зацепление шестерни. Зубчатые передачи обеспечивают бесшумную работу.

Механизм «елочка» Определение и значение

Основные определения
Викторина
Примеры
Британский

Показывает уровень сложности слова.

Сохрани это слово!

Показывает уровень сложности слова.

сущ.

косозубая шестерня, имеющая зубья, расположенные на делительном цилиндре V-образной формы, так что одна половина каждого зуба находится на правосторонней спирали, а другая половина — на левосторонней спирали.

ВИКТОРИНА

ТЫ ПРОШЕШЬ ИЛИ НАТЯНУСЬ НА ЭТИ ВОПРОСЫ ПО ГРАММАТИКЕ?

Плавно переходите к этим распространенным грамматическим ошибкам, которые ставят многих людей в тупик. Удачи!

Вопрос 1 из 7

Заполните пропуск: Я не могу понять, что _____ подарил мне этот подарок.

Также называется зубчатым колесом с двойной косозубостью.

Слова рядом с елочкой

Херрин, сельдь, елочка, елочка, елочка, мост елочка, елочка, елочка, елочка, серебристая чайка, эрриот, геррманн

Как использовать елочку в предложении

Итак, он говорит, что вышел из тюрьмы без надлежащего удостоверения личности, только его документы об освобождении и «платье- вне снаряжения », ему дали государство.
Его первый день на свободе после 40 лет: приспособление к жизни на улице|Джастин Рорлих|3 января 2015 г.|DAILY BEAST любые возможные непредвиденные обстоятельства, которые могут возникнуть.
После того, как убийце Эрику Гарнеру не было предъявлено обвинение, Нью-Йорк станет следующим Фергюсоном?|Джейкоб Сигел|3 декабря 2014|DAILY BEAST
Самое лучшее в зиме – это видеть всех милых детей, закутанных в одежду для холодной погоды .
Путеводитель по праздничным подаркам 2014 года от The Daily Beast: Для голубого плюща в вашей жизни|Эллисон МакНирни|29 ноября 2014 г.|DAILY BEAST
аварии), с мужчинами в спорте.
The Moms of Monster Jam Drive Trucks, Buck Macho Culture|Элиза Кригман|22 ноября 2014|DAILY BEAST тяжелого вооружения.
Демонстрируя лица своих убийц, ИГИЛ демонстрирует свой глобальный охват|Трейси Макниколл|18 ноября 2014 г.|DAILY BEAST
Контролирующие лидеры вышли из строя, машина не работала гладко: не было ничего, кроме трения и напряжения .
Маршалы Наполеона|Р. P. Dunn-Pattison
Кусок железа, торчащий из траверсы, нес вилку для работы с рукоятками передач.
Жизнь Ричарда Тревитика, Том II (из 2)|Фрэнсис Тревитик
Клапаны, редуктор и форсунки, возможно, были улучшены в деталях; но основа осталась неизменной.
Жизнь Ричарда Тревитика, Том II (из 2)|Фрэнсис Тревитик
Два клапана включали и выключали пар из-под поршня, с обычным механизмом и ручками.
Жизнь Ричарда Тревитика, Том II (из 2)|Фрэнсис Тревитик
Первый выстрел снес верхнее шасси одного из кораблей, сбив людей; а другие корабли держались на безопасном расстоянии.
Король Роберт Брюс|А. F. Murison

Определения в Британском словаре для шевронной шестерни

шевронной шестерни