Спиральные шестерни для угловых правосторонних приводов

Спиральные зубчатые передачи используются в механических системах для передачи крутящего момента. Коническая зубчатая передача — это особый тип спиральной зубчатой ​​передачи. Она состоит из двух шестерен, которые зацепляются друг с другом. Обе шестерни соединены подшипником. Две шестерни должны быть зацеплены таким образом, чтобы отрицательная осевая нагрузка прижимала их друг к другу. Если в подшипнике возникает осевой люфт, зацепление будет без зазора. Кроме того, конструкция спиральной зубчатой ​​передачи основана на геометрической форме зубьев.

Уравнения для спиральной передачи

Теория дивергенции требует, чтобы радиусы делительной окружности шестерни и зубчатого колеса были смещены в разных направлениях. Это достигается за счет увеличения наклона выпуклой поверхности зуба зубчатого колеса и уменьшения наклона вогнутой поверхности зуба шестерни. Шестерня представляет собой кольцеобразное колесо с центральным отверстием и множеством поперечных осей, смещенных относительно оси спиральных зубьев.
Спирально-конические зубчатые передачи имеют винтовую боковую поверхность зуба. Спираль соответствует кривой резца. Угол спирали b равен элементу генатрицы делительного конуса. Средний угол спирали bm — это угол между элементом генатрицы и боковой поверхностью зуба. Уравнения в таблице 2 относятся к зубчатым передачам с разнесенными лезвиями и односторонним расположением зубьев от компании Gleason.
Уравнение зацепления боковых поверхностей зубьев логарифмической спиральной конической зубчатой ​​передачи выведено с использованием механизма формирования боковых поверхностей зубьев. Было установлено, что тангенциальная контактная сила и угол нормального зацепления логарифмической спиральной конической зубчатой ​​передачи составляют приблизительно 20 и 35 градусов соответственно. Эти два типа уравнений движения были использованы для решения задач, возникающих при определении неподвижности передачи. Хотя теория зацепления логарифмической спиральной конической зубчатой ​​передачи все еще находится на начальной стадии развития, она обеспечивает хорошую отправную точку для понимания принципа ее работы.
Данная геометрия имеет множество различных решений. Однако два основных определяются углом наклона зубчатого колеса и шестерни, а также диаметром спиральной шестерни. Последний параметр сложно задать. В качестве эталона используется трехмерный эскиз зуба конической шестерни. Радиусы профиля зубчатого зазора определяются ограничениями на конечные точки, расположенные в нижних углах зубчатого зазора. Затем радиусы зуба шестерни определяются углом.
Расстояние между конусами Am спиральной зубчатой ​​передачи также известно как геометрия зуба. Расстояние между конусами должно соответствовать различным участкам траектории движения резца. Диапазон расстояния между конусами Am должен коррелировать с углом зацепления боковых поверхностей. Базовые радиусы конической зубчатой ​​передачи могут не определяться, но эту геометрию следует учитывать, если коническая зубчатая передача не имеет гипоидного смещения. При разработке геометрии зуба спиральной конической зубчатой ​​передачи первым шагом является перевод терминологии с «зубчатая передача» на «шестерня».
Обычная система более удобна для изготовления косозубых шестерен. Кроме того, косозубые шестерни должны иметь одинаковый угол наклона спирали. Косозубые шестерни противоположных сторон должны зацепляться друг с другом. Аналогично, винтовые шестерни со смещенным профилем требуют более сложного зацепления. Эта пара шестерен может быть изготовлена ​​аналогично прямозубой шестерне. Далее, расчеты зацепления косозубых шестерен представлены в таблице 7-1.

Проектирование конических зубчатых передач со спиральной осью

Предлагаемая конструкция конических зубчатых передач со спиральными зубьями использует метод сопоставления функции и формы для определения геометрии поверхности зубьев. Затем эта твердотельная модель проверяется методом отклонения поверхности для определения ее точности. По сравнению с другими типами прямоугольных зубчатых передач, конические зубчатые передачи со спиральными зубьями более эффективны и компактны. Зубчатые передачи компании CZPT Gear Company соответствуют стандартам AGMA. Комплект конических зубчатых передач со спиральными зубьями более высокого качества достигает эффективности 99%.
Предложена и проанализирована геометрическая пара зацеплений на основе геометрических элементов для конических зубчатых передач со спиральными зубьями. Такой подход обеспечивает высокую прочность контакта и нечувствителен к несоосности углов валов. Смоделированы и рассмотрены геометрические элементы конических зубчатых передач со спиральными зубьями. Исследованы схемы контакта, а также влияние несоосности на несущую способность. Кроме того, изготовлен прототип конструкции, и проведены испытания на прокатку для проверки его точности.
Три основных элемента конической зубчатой ​​передачи со спиральным зубом — это пара шестерня-шестерня, входной и выходной валы, а также вспомогательная боковая поверхность. Входной и выходной валы находятся в состоянии кручения, пара шестерня-шестерня — в состоянии кручения, а упругость системы невелика. Эти факторы делают конические зубчатые передачи со спиральным зубом идеальными для эффективного зацепления. Для улучшения эффективности зацепления разработана математическая модель с использованием параметров инструмента и начальных настроек станка.
В последние годы был достигнут ряд успехов в технологиях производства высокоэффективных конических зубчатых передач со спиральной кромкой. Такие исследователи, как Дин и др., оптимизировали настройки станка и профили режущих кромок для устранения контакта кромок зубьев, и в результате получилась точная и крупная коническая зубчатая передача со спиральной кромкой. Фактически, этот процесс до сих пор используется для производства таких передач. Если вас заинтересовала эта технология, читайте дальше!
Конструкция конических зубчатых передач со спиральными зубьями сложна и замысловата, требуя навыков опытных механиков. Конические зубчатые передачи со спиральными зубьями — это передовой способ передачи мощности от одной системы к другой. Хотя раньше их изготовление было сложным, сейчас они широко распространены и используются во многих областях. Фактически, конические зубчатые передачи со спиральными зубьями являются золотым стандартом для передачи мощности под прямым углом. Хотя для изготовления конических зубчатых передач со спиральными зубьями можно использовать обычное оборудование для производства конических зубчатых передач, изготовление двойных конических зубчатых передач — очень сложная задача. Двойной комплект конических зубчатых передач со спиральными зубьями не поддается обработке на традиционном оборудовании для производства конических зубчатых передач. Следовательно, были разработаны новые методы производства. Для создания прототипа двойного комплекта конических зубчатых передач со спиральными зубьями был использован метод аддитивного производства, а изготовление многоосевого обрабатывающего центра с ЧПУ последует позже.
Спирально-конические зубчатые передачи являются важнейшими компонентами силовых установок вертолетов и аэрокосмической техники. Их долговечность, износостойкость и качество зацепления имеют решающее значение для безопасности. Многие исследователи обратились к спирально-коническим зубчатым передачам для решения этих проблем. Одна из задач — снижение шума, повышение эффективности передачи и увеличение их износостойкости. По этой причине спирально-конические зубчатые передачи могут иметь меньший диаметр, чем прямые конические зубчатые передачи. Если вас интересуют спирально-конические зубчатые передачи, ознакомьтесь с этой статьей.

Ограничения, связанные с геометрически полученными формами зубов.

Геометрически полученные формы зубьев спиральной шестерни можно рассчитать из задачи нелинейного программирования. Сближение зубьев Z — это линейная ошибка смещения вдоль нормали к контакту. Ее можно рассчитать по формуле, приведенной в уравнении (23), с несколькими дополнительными параметрами. Однако результат не является точным для малых нагрузок, поскольку отношение сигнал/шум сигнала деформации мало.
Геометрически полученные формы зубьев могут приводить к формам зубьев с линейным и точечным контактом. Однако у них есть свои ограничения, когда тела зубьев вторгаются в геометрически полученную форму зуба. Это называется интерференцией профилей зубьев. Хотя это ограничение можно преодолеть несколькими другими методами, геометрически полученные формы зубьев ограничены зацеплением и прочностью зубьев. Их можно использовать только тогда, когда зацепление шестерни достаточное и относительное перемещение достаточное.
В процессе измерения профиля зубьев относительное положение шестерни и датчика положения зубьев (LTS) будет постоянно меняться. Поверхность крепления датчика должна быть параллельна оси вращения. Фактическая ориентация датчика может отличаться от этого идеального значения. Это может быть связано с геометрическими допусками опоры вала шестерни и платформы. Однако этот эффект минимален и не представляет серьезной проблемы. Таким образом, можно получить геометрически правильную форму зубьев спиральной шестерни без проведения дорогостоящих экспериментальных процедур.
Процесс измерения геометрически полученных форм зубьев спиральной шестерни основан на идеальном эвольвентном профиле, полученном в результате оптических измерений одного конца шестерни. Этот профиль считается практически идеальным, исходя из общей ориентации LTS и оси вращения. Имеются небольшие отклонения в углах тангажа и рыскания. Нижняя и верхняя границы определены как –10 и –10 градусов соответственно.
Форма зубьев спиральной шестерни определяется замещающими прямозубыми зубьями. Однако форма зубьев спиральной шестерни по-прежнему подвержена различным ограничениям. Помимо формы зубьев, на угловой люфт также влияет диаметр делительной окружности. Значения этих двух параметров различаются для каждой шестерни в зацеплении. Они связаны передаточным отношением. Поняв это, можно создать шестерню с соответствующей формой зубьев.
Поскольку длина и поперечный шаг зубчатого колеса одинаковой длины и поперечного направления, угол наклона каждой зубчатой ​​передачи также одинаков. Это имеет решающее значение для зацепления. Несовершенный шаг зубчатого колеса приводит к неравномерному распределению нагрузки между зубьями, что вызывает превышение номинальных нагрузок на некоторые зубья. Это приводит к амплитудно-модулированным вибрациям и шуму. Кроме того, точка соприкосновения корневого скругления и эвольвенты может быть уменьшена или полностью исключена до диаметра вершины зуба.

Редактор: CX, 13.11.2023