Zupčanik. Glavni parametri. crtanje

Nema dobrog mehanizma bez takvih detalja kao što je zupčanik (ili, u suprotnom, zupčanik). Vrlo je važno pravilno razumijevanje načina na koji zupčanici utječu na parametre kao što su zakretni moment i brzina vrtnje. Ispod ćete saznati o osnovama zupčanika i kako ih pravilno koristiti.

Mehanička prednost: okretni moment u odnosu na brzinu vrtnje

zupčanici rad na principu mehaničke prednosti. To znači da pomoću zupčanika različitih promjera možete mijenjati brzinu vrtnje izlaznog vratila i zakretni moment koji razvija pogonski motor.

Svaki elektromotor ima određenu brzinu vrtnje i moment koji odgovara njegovoj snazi. Ali, nažalost, za mnoge mehanizme asinkroni motori koji se nude na tržištu i koji su pogodni po cijeni obično nemaju željeni omjer između brzine i zakretnog momenta (iznimke su servo pogoni i motori s velikim zakretnim momentom). Na primjer, da li stvarno želite da se kotači vašeg robota za čišćenje okreću brzinom od 3000 o / min pri malom zakretnom momentu? Ne, naravno, tako da je potonji često poželjniji od brzine.

Jednadžba zupčanika

Zamjenjuje visoku ulaznu brzinu za više izlaznog momenta. Ta se razmjena odvija na vrlo jednostavnoj jednadžbi, koja se može napisati kao:

_Ulazni trenutak * _Ulazna brzina = _izlazni trenutak * _Izlazna brzina

Ulaznu brzinu možete pronaći jednostavno gledajući ploču pogonskog motora. Ulazni moment se može lako identificirati ovom brzinom i mehaničkom snagom iz iste ploče. Zatim jednostavno zamijenite izlaznu brzinu ili potreban okretni moment na desnoj strani jednadžbe.

Na primjer, pretpostavimo da je vaš asinkroni motor u trenutku na izlaznom vratilu 0,5 N has m ima brzinu od 50 o / s, ali želite samo 5 okretaja u sekundi. Tada će vaša jednadžba izgledati ovako:

0,5 N * m * 50 o / s = trenutak _izlaza * 5 o / s.

Vaš izlazni moment će biti 5 Nm.

Pretpostavimo sada da s istim motorom trebate 5 Nm, ali je potrebna minimalna brzina od 10 okretaja u sekundi. Kako biste znali da li je vaš motor sposoban za to pomoću zupčanika (tj. Zapravo motora s prijenosnikom)? Ponovno se okrenite našoj jednadžbi

0,5 N * m * 50 o / s = 5 N * m * _Izlazna brzina,

_Izlazna brzina = 5 o / s.

Tako ste, pomoću jednostavne jednadžbe, odredili da s indikatorom _izlaznog momenta = 5 Nm, vaš izlazni stupanj prijenosa ne može osigurati izlaznu brzinu od 10 o / s. Upravo si uštedio mnogo novca, jer ga nisi potrošio na mehanizam koji nikad ne bi zaradio.

Omjer prijenosa zupčanik

Zapisali smo jednadžbe, ali kako mehanički zamijeniti moment i brzinu? Za to su nam potrebna dva zupčanika (ponekad i više) različitih promjera kako bi imali određeni omjer prijenosa. U svakom paru zupčanika veći će se zupčanik pomicati sporije od manjeg, ali će prenijeti više okretnog momenta na izlaznu osovinu. Dakle, što je veća razlika (ili omjer prijenosa) između dva kotača, to je veća razlika u brzinama i prijenosnim momentima.

Omjer prijenosa pokazuje koliko puta brzina mijenja brzinu i zakretni moment. Za njega, opet, postoji vrlo jednostavna jednadžba.

Pretpostavimo da je prijenosni omjer 3/1. To znači da ćete trostruko povećati okretni moment, a trostruki.

primjer:

_Ulazni moment = 1,5 N ∙ m, _Ulazna brzina = 100 okr / s,

Omjer = 2/3

_Izlazni momenat = _ulazni momenat * 2/3 = 1 N m,

_Izlazna brzina = _Ulazna brzina * 3/2 = 150 okr / s.

Dakle, na izlazu prijenosa, trenutak se povećao jedan i pol puta, a brzina se smanjila na isti način.

Postizanje određenog omjera prijenosa

Ako želite postići jednostavnu vrijednost, recimo 2 do 1, morate koristiti dva zupčanika, od kojih je jedan dvostruko veći od drugog. To nije ništa drugo nego omjer njihovih promjera. Ako je promjer zupčanika 3 puta veći od promjera drugog zupčanika s njim, tada ćete dobiti prijenosni omjer 3/1 (ili 1/3).

Za mnogo točniji način izračunavanja omjera prijenosa, izračunajte omjer zuba na zupčanicima. Ako jedan od njih ima 28 zuba, a drugi 13, dobit ćete omjer prijenosa od 28/13 = 2,15 ili 13/28 = 0,46. Brojanje zuba uvijek će vam dati najtočniju vrijednost.

Učinkovitost prijenosnika

Nažalost, kod prijenosa zupčanika imate određene gubitke energije. To je zbog očiglednih razloga, kao što su trenje, neusklađenost kutova pritiska, podmazivanje, razmaci (razmak između spojenih zuba dvaju zupčanika), kao i kutni momenti, itd. Različiti tipovi zupčanika, različiti tipovi zupčanika, različiti materijali i trošenje zupčanika, - sve to će utjecati na učinkovitost prijenosa. Njihove moguće kombinacije daju preveliki popis, tako da se točna vrijednost učinkovitosti prijenosa koju koristite može pronaći u dokumentaciji za to.

Pretpostavimo da koristite dva zupčanika. Normalna učinkovitost takvog prijenosa je oko 90%. Pomnožite ovaj broj s izlaznom brzinom i izlaznim momentom kako biste dobili istinite izlazne vrijednosti prijenosa.

Ako (iz prethodnog primjera):

Omjer = 2/3

_Izlazni momenat = _ulazni momenat * 2/3 = 1 N m,

_Izlazna brzina = _Ulazna brzina * 3/2 = 150 okr / s,

tada je:

Istinski _izlazni momenat = 1 N * m * 0.9 = 0.9 N, m,

Istinska _izlazna brzina = 150 okr / s * 0.9 = 135 okr / s.

Smjer vrtnje zupčanika

Razvijanje bilo koje opreme, morate razumjeti kako se mijenja smjer vrtnje izlaznog vratila. Dva spojena zupčanika uvijek će se okretati u suprotnim smjerovima. To znači da ako se okreće u smjeru kazaljke na satu, drugi će se uvijek okretati protiv njega. To je očito. Ali što ako imate opremu, recimo, od šest međusobno spojenih zupčanika? Pravilo je sljedeće: ulazna i izlazna osovina za zupčanike s neparnim brojem zupčanika uvijek se okreću u jednom smjeru, a za paran broj zupčanika - u suprotnom smjeru.

Konstrukcija i parametri zupčanika

Sadrži krunu sa zubima, disk i čvorište. Tri su njena najvažnija parametra: modul, promjer kružnog kruga i broj zuba. Što je to krug ima zupčanik? Crtež cilindričnog kotača s tipičnim evolventnim zubima prikazan je u nastavku. Točkasti krug prikazan je točkastim crtama. Uobičajeno je odrediti obodni korak zubaca p (zupčanik nagib), tj. Dio njegove duljine po jednom zubu, a modul m je dio promjera kruga nagiba d po jednom zubu. Da biste je izračunali, jednostavno upotrijebite donju formulu:

m = d / z = p / 3,14, mm.

Primjerice, zupčanik s 22 zuba i promjera 44 mm ima modul od m = 2 mm. Spojeni zupčanici moraju imati jedan modul. Njihove su vrijednosti standardizirane, a samo u krugu visine modul zadanog kotača dobiva svoju standardnu ​​vrijednost.

Visina glave zuba jednog kotača manja je od visine nožice zuba druge koja se zahvaća s njim, čime se formira radijalni zazor c .

Da bi se osigurao bočni razmak δ između dva međusobno povezana zuba, zbroj tih zuba debljine koje se uzimaju manje od njihovog obodnog kuta str . radijalan i sa strane predviđene su praznine kako bi se stvorili potrebni uvjeti za podmazivanje, normalan rad prijenosa s neizbježnim netočnostima proizvodnje i montaže, toplinsko povećanje veličine prijenosa itd.

Izračun prijenosnika

Uvijek se provodi kao dio izračuna pojedinog zupčanika. Početni podaci za to su obično snaga (ili zakretni moment), kutne brzine (ili brzina jednog vratila i prijenosnog omjera), radni uvjeti (priroda opterećenja) i radni vijek prijenosa.

Daljnji postupak odnosi se na zatvoreni zupčanik.

1. Određivanje prijenosnog omjera u .

2. Izbor materijala kotača ovisno o uvjetima rada, svrsi toplinske obrade i vrijednostima tvrdoće radnih površina zuba.

3. Proračun zuba prijenosa za savijanje.

4. Proračun zuba prijenosa na kontaktnu čvrstoću (čvrstoća kontaktnih površina zuba).

5. Određivanje aksijalnog razmaka a _W iz stanja kontaktne čvrstoće i zaokruživanja njegove vrijednosti na standard.

6. Postavljanje modula iz odnosa m = (0,01 - 0,02) x a _W i zaokruživanje njegove vrijednosti na najbliži standardni. U ovom slučaju, kod prijenosa snage, poželjno je da ima m> 1,5 - 2 mm.

7. Određivanje ukupnog broja zubaca zupčanika, broja zubaca zupčanika i kotača.

8. Izbor faktora oblika zuba za zupčanik i kotač.

9. Provjerite čvrstoću zuba za naprezanja pri savijanju.

10. Provođenje geometrijskog izračuna prijenosa.

11. Određivanje obodne brzine kotača i određivanje odgovarajućeg preciznog zupčanika.

Izračun zupčanika u sastavu otvorenog zupčanika je malo drugačiji od gore navedenog, ali u osnovi slijed je isti.

Kako se označava proizvodnja preciznih zupčanika?

U proizvodnji bilo kojeg od njihovih tipova postoje brojne pogreške, među kojima postoje četiri glavne:

• kinematička pogreška koja je uglavnom povezana s radijalnim udarcem zupčanika zupčanika;
• pogreška glatkoće rada uzrokovana odstupanjima stupnja i profila zuba;
• kontaktna pogreška zuba u prijenosu, koja karakterizira potpunost prianjanja njihovih površina u zahvat;
• bočni razmak između neradnih zubnih površina.

Da bi se kontrolirale prve tri pogreške, standardi postavljaju posebne pokazatelje - stupnjeve točnosti od 1 do 12, a preciznost proizvodnje raste s padom indeksa. Za kontrolu četvrte pogreške u proizvodnji postoje dva pokazatelja:

• vrsta spojki za spajanje - označene slovima A, B, C, D, E, H;
• Tolerancija bočne zazore - označena s x, y, z, a, b, c, d, e, h.

Za oba pokazatelja bočnog razmaka, simboli su prikazani silaznim redoslijedom veličine i tolerancije.

Konvencionalno, točnost zupčanika označava se na dva načina. Ako je stupanj točnosti u prve tri pogreške isti, stavlja se jedan zajednički numerički pokazatelj stupnja točnosti, nakon čega slijede slova koja označavaju vrstu sučelja i toleranciju za bočni razmak. Na primjer:

8-Ac GOST 1643 - 81.

Ako je točnost u prve tri pogreške različita, tri numerička pokazatelja se stavljaju u oznaku uzastopno. Na primjer:

5-4-3-Sa GOST 1643 - 81.

Vrste zupčanika

Bilo koja oprema, neovisno o vrsti, izrađuje se i djeluje u skladu s gore navedenim načelima. Međutim, njihove različite vrste omogućuju obavljanje različitih zadataka. Neki tipovi zupčanika imaju ili visoki stupanj prijenosa ili veliki prijenosni omjer, ili rade s neparalelnim osovinama rotacije zupčanika, na primjer. Sljedeće su glavne uobičajene vrste. Ovo nije potpuni popis. Moguća je i kombinacija navedenih vrsta.

Napomena: Navedeni su samo uobičajeni stupanj prijenosa. Zbog mnogih drugih mogućih čimbenika, navedene vrijednosti učinkovitosti trebaju se koristiti samo kao referentne vrijednosti. Proizvođači često daju očekivanu učinkovitost u putovnicama za svoje programe. Ne zaboravite da će trošenje i podmazivanje također značajno utjecati na učinkovitost zupčanika.

Cilindrični cilindrični kotači (učinkovitost ~ 90%)

Cilindrični zupčanik ima zube smještene na cilindričnoj površini. Transferi s njima najčešće se koriste zbog svoje jednostavnosti i maksimalne učinkovitosti među svima ostalima. Omjer prijenosa za jedan par u ≤ 12,5. Ne preporučuje se za vrlo velika opterećenja, jer se ravni zubi zupčanika vrlo lako prekidaju.

Cilindrični spiralni zupčanici (učinkovitost ~ 80%)

Oni rade na isti način kao cilindrični prsten za prijenos trenutka između paralelnih osovina, ali takav prijenos djeluje glatko. Kao rezultat toga, stvaraju manje buke tijekom rada i imaju manje dimenzije. Imaju veliku nosivost. Nažalost, zbog složenog oblika zuba, oni su obično skuplji.

Cilindrični cilindrični kotači

Oni su varijacija prethodnih vrsta. Što je razlika zupčanik. Crtež je prikazan ispod. Može se vidjeti da su zubi s desnim i lijevim nagibom raspoređeni po širini krune, tako da takvi složeni zupčanici zupčanika nalikuju oblikom "ševrona". Ovi kotači imaju sve prednosti spiralnog izgleda, kao i odsutnost aksijalnih opterećenja. Mogu se centrirati i ne trebaju skupe kutne kontaktne ležajeve za percepciju aksijalnih opterećenja.

Konusni zupčanici (učinkovitost ~ 70%)

Zubi tih kotača, koji se nalaze na stožastim površinama, izvode ravni, kosi, kružni (lučni). Ovi se zupčanici koriste za prijenos trenutka između osovina koje se sijeku pod različitim kutovima. Nažalost, njihova je djelotvornost prilično niska, pa se njihovo korištenje treba izbjegavati ako je moguće.

Crvni zupčanici (Učinkovitost ~ 70%)

To je prijenos s vijčanim pužem na jednom osovinu i pužnim kotačem na drugom, okomitom na prvu osovinu. Imaju vrlo visok prijenosni omjer. Proračuni uzimaju u obzir činjenicu da crv (jednosmjerni) ima samo jedan zub (skretanje). Još jedna prednost pužnog zupčanika je u tome što ima samo jedan smjer vrtnje. To znači da samo pogonski motor može rotirati takav stupanj prijenosa, dok gravitacija ili druge snage treće strane neće uzrokovati nikakve okretaje. To je korisno, na primjer, za zaključavanje tereta na visini.