Основные геометрические размеры определяют в зависимости от модуля и числа зубьев. Высота и толщина зубьев конических колёс постепенно уменьшается по мере приближения к вершине конуса. Соответственно изменяются шаг, модуль и делительные диаметры, которых может быть бесчисленное множество. Основные геометрические размеры имеют обозначения, принятые для прямозубых конических передач.
Рисунок 6
Конструкция цилиндрических колес (рис. 7) зависит от их материала, размеров и способа изготовления. Зубчатые колеса состоят из обода, несущего зубья; ступицы, насаживаемой на вал, и диска, соединяющего обод со ступицей.
Стальные зубчатые колеса диаметром до 150мм изготовляют из прутка или поковки и выполняют в виде сплошных дисков с двусторонней (рис. 7, а), односторонней (рис. 7, б) ступицей либо без нее (рис. 7, в). Стальные колеса диаметром до 500 мм чаще всего изготовляют коваными или штампованными; они имеют обод и ступицу, соединенные диском с отверстиями (рис. 7, г). Шестерни, диаметр которых меньше удвоенного диаметра вала, изготовляют как одно целое с валом и называют вал–шестерня (рис. 7, д). В коробках скоростей применяют несколько шестерен, изготовленных из одного куска металла; такие зубчатые колеса называют блоками шестерен.
Рисунок 7.
Колеса диаметром более 500мм обычно изготовляют отливкой; обод и ступицы соединяются спицами крестообразного (рис. 8,а), овального, таврового и других сечений. В единичном производстве колеса большого диаметра делают сварной конструкции (рис. 8, б). В целях экономии высококачественной стали колеса больших диаметров нередко делают бандажированными (рис. 8, в), когда стальной обод насаживается на чугунный центр; применяют также конструкции, в которых обод и центр соединяют крепежными болтами.
Рисунок 8.
Чугунные зубчатые колеса независимо от их размера изготовляют отливкой с последующей механической обработкой.
Неметаллические зубчатые колеса изготовляют цельными или составными. В качестве примера рассмотрим составное зубчатое колесо из склеенных пластин текстолита, надетых на металлическую втулку и скрепленных дисками с помощью болтов. Зубчатые колеса из капрона и нейлона изготовляют отливкой под давлением; нередко венец из этих материалов отливают вместе со стальным центром или насаживают на центр с натягом и скрепляют винтами.
При проектировочном расчете обычно определяют диаметр выходного конца вала. Промежуточный вал не имеет выходного конца, поэтому для него расчетом определяют диаметр под колесом. Остальные диаметры вала назначают при разработке конструкции с учетом технологии изготовления и сборки.
Диаметр входного вала определяют по формуле
где Мк – крутящий момент, возникающий в расчетном сечении вала и обычно численно равный передаваемому вращающему моменту Т, т.е. Мк = Т2;
[τ]к– допускаемое напряжение на кручение.
Для валов из сталей Ст 5, Ст 6, 45 принимают: при определении диаметра выходного конца [τ]к = 20…30 Н/мм²; при определении диаметра промежуточного вала под колесом [τ]к = 10…20 Н/мм².
Полученный диаметр вала округляем до ближайшего стандартного значения из ряда нормальных линейных размеров, мм: 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 53, 56, 60, 63, 67, 71, 75, 80, 85, 90, 100, 105, 110, 120, 125, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200.
Таблица 13. Размеры зубчатых колес
|
Элемент колеса |
Размер |
Способ получения заготовки |
||
|
круглый прокат, ковка |
ковка, штамповка |
литье, составные |
||
|
Обод |
Диаметр |
d0<100 мм |
d0=100…500 мм |
d0>500 мм |
|
Толщина |
S=2,2m+0,05b2 |
S=2,2m+0,05b2,h=0,1b2,S0=1,2S, t=0,8h |
||
|
Ширина |
b2 (см. п. 3.8) |
|||
|
Ступица |
Внутренний диаметр |
d=d3 |
||
|
Наружный диаметр |
dст=1,55d при соединении шпоночном и с натягом |
|||
|
Толщина |
δст=0,3·d |
|||
|
Длина |
а) lст=b2 б)lст=(1,0…1,5)d |
lст=(1,0…1,5)d |
||
|
lст=(1,0…1,2)d – оптимальное значение |
||||
|
Диск |
Толщина |
|||
|
Радиусы закруглений и уклон |
R≥1 |
R≥6, γ≥7º |
R≥10,γ≥7º |
|
|
Отверстия |
— |
— |
d0>25 мм;n0=4…6 |
|
|
Примечания: 1. При определении длины ступицы lст числовой коэффициент перед d принимают ближе к единице при посадке колеса на вал с натягом и ближе к верхнему пределу – при переходной посадке. 2. На торцах зубьев выполняют фаски размером f=(0,6…0,7)m с округлением до стандартного значения (табл. 13). 3. Угол фаски αф: на прямозубых колесах αф=45°; на косозубых колесах при твердости рабочих поверхностей НО50НВ αф=45°, а при Н>350НВ αф=15° |
Таблица 13. Стандартные размеры фасок, мм
|
Диаметр ступицы или обода |
Св. 20 до 30 |
Св. 30 до 40 |
Св. 40 до 50 |
Св. 50 до 80 |
Св. 80 до 120 |
Св. 120 до 150 |
Св. 150 до 250 |
Св. 250 до 500 |
|
f |
1,0 |
1,2 |
1,6 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
4,0 |
5,0 |
Основные геометрические размеры конических зубчатых колес определены из расчета.
Конструктивные формы конических зубчатых колес с внешним диаметром вершин зубьев dае<120мм показаны на рис. 9. При угле делительного конуса δ<30° колеса выполняют по рис. 9, а), а при угле δ>45° по рис. 9, б). Если угол делительного конуса находится между 30 и 45°, то допускают обе формы конических колес.
Рисунок 9. Конструктивные формы конических зубчатых колес с внешним диаметром вершин зубьев dае<120 мм.
