Введение

Конические или усечённо-конические шестерни для валов, оси которых пересекаются.

Конические шестерни – это шестерни, у которых оси вращения двух валов пересекаются, а поверхности зубов самих шестерен имеют коническую форму. Конические шестерни чаще всего устанавливаются на валы, расположенные под углом 90 градусов друг к другу, но могут быть спроектированы для работы и под другими углами. Поверхность зацепления конических шестерен представляет собой конус, известный как конус зацепления. Конические шестерни изменяют ось вращения передаваемой мощности и широко используются в механизмах.

Введение

Два важных понятия в зубчатых передачах – поверхность зацепления и угол зацепления. Поверхность зацепления зубчатого колеса – это воображаемая беззубая поверхность, которую можно получить, усреднив вершины и впадины отдельных зубьев. Поверхность зацепления обычного зубчатого колеса имеет форму цилиндра. Угол зацепления – это угол между поверхностью зацепления и осью вращения. Наиболее распространенные типы конических зубчатых колес имеют углы зацепления менее 90 градусов и, следовательно, коническую форму. Этот тип конического колеса называется наружным, поскольку зубья направлены наружу. Поверхности зацепления сопряженных наружных конических зубчатых колес коаксиальны с осями вращения; вершины этих поверхностей находятся в точке пересечения осей. Использование качественного конического зубчатого колеса имеет даже большее значение для надежности моста, чем любая другая запасная часть. Конические зубчатые колеса с углами зацепления более 90 градусов имеют зубья, направленные внутрь, и называются внутренними коническими зубчатыми колесами. Конические зубчатые колеса с углами зацепления ровно 90 градусов имеют зубья, направленные наружу параллельно оси и напоминающие зубцы короны, отсюда и название – коронная шестерня.

Металлические шестерни

Митровые шестерни – это частный случай конических шестерен с равным числом зубьев. Валы расположены под прямым углом друг к другу, а шестерни имеют соответствующие шагу поверхности и углы, с конической поверхностью шага. Митровые передачи полезны для передачи вращательного движения под углом 90 градусов с передаточным отношением 1:1.

Геометрия косого механизма

Профиль зуба цилиндрической шестерни соответствует инволюте (то есть треугольной волне, спроецированной на окружность круга), в то время как профиль зуба конической шестерни – октоиде (то есть треугольной волне, спроецированной на нормальный путь окружности сферы). Все традиционные генераторы конических шестерен (такие как Gleason, Klingelnberg, Heidenreich & Harbeck, WMW Modul) производят конические шестерни с октоидальным профилем зуба. ВАЖНО: Для конических передач, изготовленных на 5-осевых обрабатывающих центрах, важно выбирать тот же расчет и компоновку, что и при традиционном методе изготовления. Упрощенные расчеты конических шестерен на основе эквивалентной цилиндрической шестерни в нормальном сечении с инволютным профилем зуба приводят к отклонению формы зуба и снижению прочности зуба на 10–28% без смещения и на 45% со смещением [Diss. Hünecke, TU Dresden]. Кроме того, такие "инволютные конические передачи" создают больше шума.

Зубы

Есть два вопроса, касающихся формы зуба. Один – это профиль поперечного сечения отдельного зуба. Другой – линия или кривая, по которой располагается зуб на боковой поверхности шестерни, то есть линия или кривая, вдоль которой профиль поперечного сечения проецируется для формирования реальной трехмерной формы зуба. Основное влияние как профиля поперечного сечения, так и линии или кривой зуба оказывает на плавность работы шестерен. Некоторые формы обеспечивают более плавный ход, чем другие.

Зубная линия

Зубы конических зубчатых передач могут быть прямыми, спиральными или "зерол".

Прямые линии зубов

В прямозубых конических шестернях зубы прямые и параллельны образующим конуса. Это самая простая форма конической передачи. Она напоминает цилиндрическую шестерню, только конической, а не цилиндрической формы. Шестерни на изображении с шлюзом – прямозубые конические шестерни. В прямозубых конических передачах, при зацеплении каждого зуба, происходит удар о соответствующий зуб, и проблему можно решить, слегка изогнув зубья шестерни.

Спиральные зубные линии

У спиральных косозубых зубчатых передач зубы сформированы по спиральным линиям. Они в некоторой степени аналогичны цилиндрическим косозубым передачам, поскольку зубы расположены под углом, однако у спиральных передач зубы также изогнуты. Преимущество спирального зуба перед прямым заключается в более плавном вхождении в зацепление. Контакт между зубами начинается с одного конца зуба и постепенно распространяется по всей его поверхности. Это обеспечивает менее резкую передачу усилия при вхождении в работу новой пары зубов. У прямых косозубых передач резкое зацепление зубов вызывает шум, особенно на высоких скоростях, и ударные нагрузки на зубы, что не позволяет им выдерживать большие нагрузки на высоких скоростях без разрушения. По этим причинам применение прямых косозубых передач обычно ограничивается линейными скоростями менее 1000 футов в минуту или, для небольших передач, менее 1000 об/мин.

Зубные линии

Зерольные конические шестерни являются промежуточным типом между прямозубыми и спиральными коническими шестернями. Их зубья изогнуты, но не имеют угла наклона. Зерольные конические шестерни разрабатываются с целью воспроизведения характеристик прямозубой конической шестерни, но производятся с использованием процесса резки спиральных конических шестерен.

Преимущества

Эта передача позволяет изменять рабочий угол. Различие в количестве зубьев (фактически, в диаметре) на каждом колесе позволяет изменять передаточное число. Увеличивая или уменьшая соотношение зубьев между ведущим и ведомым колесами, можно изменить соотношение скоростей вращения между ними, что означает, что скорость вращения и крутящий момент второго колеса могут быть изменены относительно первого: увеличение скорости приводит к уменьшению крутящего момента, а уменьшение скорости – к увеличению крутящего момента.

Недостатки

Одно колесо такой передачи предназначено для работы только со своим соответствующим колесом и ни с каким другим. Оно должно быть установлено с высокой точностью. Подшипники валов должны выдерживать значительные нагрузки.