Что такое косозубые шестерни? — Геометрия косозубых передач
Перекрещенный косозубая передача Пара состоит из двух стандартных инволютных косозубые шестерни — каждый из них может использоваться в обычной конфигурации с параллельными валами — установленными на скошенных (непараллельных и непересекающихся) валах. Угол Σ между двумя валами является определяющим параметром крестообразной конфигурации:
Σ = β₁ + β₂ (когда обе шестерни имеют одинаковую траекторию спирали — обе правые или обе левые)
Σ = β₁ − β₂ (когда шестерни имеют противоположные направления спирали)
Для угла наклона вала 90°: β₁ + β₂ = 90°. Стандартное деление на равные углы использует β₁ = β₂ = 45°, что делает обе шестерни взаимозаменяемыми. Любая другая комбинация β₁ и β₂, сумма которых равна 90°, также допустима — например, β₁ = 30°, β₂ = 60°, что дает разные диаметры делительной окружности для двух сопряженных шестерен. косозубые шестерни.
Ключевое различие — точечный контакт против линейного контакта.
В стандартной системе с параллельными валами косозубая передача В паре зубьев контактная линия представляет собой линию, которая проходит по диагонали по поверхности зуба во время зацепления — диагональная контактная линия, которая обеспечивает косозубые шестерни их преимущества в плане шума и грузоподъемности. В перекрестном соединении косозубая передача в паре контакт вырождается в точкаБоковые поверхности соприкасающихся эвольвентных зубьев в точке контакта изогнуты в несовместимых направлениях — одна выпуклая по отношению к направлению контакта, другая также выпуклая — поэтому они соприкасаются в одной геометрической точке, а не вдоль прямой.
Скользящий контакт — почему смазка отличается
Стандартный параллельный вал косозубая передача Контакт зубьев преимущественно осуществляется методом качения с небольшим скользящим элементом. Перекрестный косозубая передача Контакт зубьев преимущественно скользящий — точка контакта перемещается по боковой поверхности зуба в направлении, наклоненном к профилю зуба, создавая винтовую траекторию скольжения, а не обычную радиальную траекторию скольжения, характерную для зубчатых передач с параллельными валами. Это скользящее движение:
- Выделяет больше тепла на единицу передаваемой силы. чем параллельный вал косозубые шестерни — потому что расстояние скольжения за один контакт значительно больше. Это ограничивает максимально допустимую скорость скольжения для перекрестных контактов. косозубая передача Скорость вращения пар достигает приблизительно 2–5 м/с без специальных смазочных материалов высокого давления, по сравнению с 50+ м/с для грунта с параллельными валами. косозубые шестерни.
- Требуется смазка, выдерживающая экстремальное давление (EP). даже при малых нагрузках. В зоне контакта преобладает режим граничной смазки, поскольку скользящее движение препятствует полному образованию эластогидродинамической пленки при любой скорости. Минимальные требования к маслу: ISO VG 220 или VG 320 с противозадирными присадками S/P; минеральное масло без противозадирных присадок вызовет быстрое задирание поперечного сечения. косозубая передача Боковые зубы в течение нескольких часов.
- Для более мягких шестерен предпочтительнее использовать бронзу или алюминиевую бронзу. (эквивалент червячного колеса в червячной передаче). Более мягкий материал снижает коэффициент трения в зоне скольжения и обеспечивает лучшую податливость, позволяя эллипсу контакта немного увеличиваться в процессе приработки, снижая начальное контактное напряжение.
Зависимость угла наклона вала — выбор углов спирали для требуемого угла наклона вала
Перекрещенный косозубая передача Пара — два вала не параллельны и не пересекаются. Угол наклона вала Σ = β₁ + β₂ (одна рука) или β₁ − β₂ (противоположная рука), что позволяет передавать движение между валами под любым углом от почти параллельного положения до 90°.
| Требуемый угол наклона вала Σ | Стандартный угол спирали | Шестерня 1 β₁ | Передача 2 β₂ | Примечание |
|---|---|---|---|---|
| 90° | Разделение поровну | 45° | 45° | Обе шестерни идентичны — наиболее компактны; одинаковые контактные напряжения. |
| 90° | Неравенство — маленький водитель | 20° | 70° | Водитель практически в стандартной комплектации. косозубая передача; привод имеет крутую спираль; более низкая скорость вращения драйвера при той же выходной мощности |
| 60° | Умеренный | 25° | 35° | Менее экстремальное скольжение, чем при угле 90°; более высокая несущая способность, чем у пары модулей с углом 90°. |
| 45° | Умеренный | 20° | 25° | Наиболее близкие к параллельному расположению валов характеристики; более высокая грузоподъемность; менее компактны, чем пара валов с углом 90°. |
Грузоподъемность — количественное сравнение с косозубыми шестернями с параллельными валами.
Грузоподъемность крестообразного косозубая передача Пару сложно представить в той же системе координат, что и параллельные валы. косозубые шестерни (ISO 6336), поскольку механика контакта принципиально отличается. Эмпирические данные проектирования для скрещенных стальных и бронзовых конструкций. косозубая передача Соединения пар, расположенные под углом 90° к валу, обеспечивают максимальную тангенциальную силу на единицу ширины поверхности приблизительно:
F_t_max / b ≈ 0,6 × Mn × d₁^0,5 [Н/мм, где d₁ измеряется в мм]
Для типичного скрещенного косозубая передача При M5, d₁ = 60 мм: F_t_max / b ≈ 0,6 × 5 × 7,75 ≈ 23 Н/мм. При b = 30 мм: F_t_max ≈ 690 Н. Эквивалентный параллельный вал косозубая передача (Тот же модуль, та же ширина торца, цементированный 20CrMnTi) выдерживает нагрузку F_t ≈ 5000–8000 Н — в 7–12 раз выше. Это соотношение объясняет, почему перекрестное соединение косозубые шестерни Они ограничены применением в приборах и системах передачи движения малой мощности.
Области применения, где косозубые шестерни являются оптимальным выбором.
Приводы тросов спидометра, входы энкодеров угла поворота, индикаторы положения клапанов и кулачковые механизмы, где требуется компактное изменение направления вала на 90° при очень малом крутящем моменте (ниже 0,5–2 Н·м). Плавное зацепление и самоблокировка пары перекрестных шестерен при определенных углах вала и условиях трения делают ее подходящей для применения в небольших механизмах.
Механизмы регулировки угла наклона лопастей (шага) центробежных вентиляторов и оборудования систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха используют перекрестное расположение лопастей. косозубая передача Эти пары соединяют вал осевой регулировки с радиально ориентированными шарнирными штифтами лопастей. Преимуществом конструкции является изменение угла наклона вала на 90° в компактной, автономной капсуле — нагрузка очень мала (только инерция лопастей).
В промышленных швейных машинах для привода главного вала к игловодителю традиционно используется перекрестный вал. косозубая передача Для изменения направления на 90° используется пара или эквивалентный косоосевой привод. Компактные размеры и малая нагрузка (менее 20 Вт на игловодителе) находятся в пределах допустимого диапазона для данного типа зубчатых передач.
В маломощных механизмах регулировки сидений и зеркал с электроприводом используются пары перекрестных зубчатых передач (иногда называемые винтовыми шестернями в автомобильной промышленности) благодаря возможности изменения направления вращения на 90°, компактной компоновке и низкому уровню шума в конструкции из комбинированных материалов: стали и полимера.
Косозубые шестерни против червячных передач — когда использовать каждую из них.
Оба пересекли косозубые шестерни и червячные передачи Они передают движение между непараллельными валами, но значительно различаются по грузоподъемности, диапазону передаточных чисел и эффективности:
| Параметр | Перекрещенная винтовая шестерня | Червячная передача |
|---|---|---|
| Диапазон передаточных чисел (одноступенчатый) | практическое соотношение от 1:1 до примерно 5:1 | Легко достигается соотношение от 5:1 до 100:1 и выше. |
| Тип контакта | Контактное лицо | Линейный контакт (соответствующая поверхность) |
| Грузоподъемность | Очень низкий уровень — только приводы приборов. | Умеренный до высокого уровня — технологический и промышленный секторы. |
| Эффективность | 70–85% (значительные потери при скольжении) | 50–90% в зависимости от угла отведения |
| Гибкость угла наклона вала | Любой угол от 0° до 90° — высокая гибкость | Обычно только 90° — фиксированный |
| Производство | Стандартная зубофрезерная обработка — простая | Специальная варочная панель с червячным механизмом — более сложная конструкция. |
| Выберите, когда | Произвольный угол наклона вала; очень малая нагрузка; требуется стандартный инструмент. | Высокое передаточное число; умеренная нагрузка; угол наклона вала 90°; требуется самоблокировка. |
Korea Ever-Power — Cross Helical Gear Supply
Корейская компания EverPower, производитель электромобилей, преодолела отметку в 1000 долларов. косозубые шестерни в соответствии со спецификацией заказчика в стандартном исполнении. косозубая передача Компоненты с любым заданным углом наклона спирали — заказчик указывает требуемый угол вала Σ и распределение углов наклона спирали между шестернями 1 и 2, а компания Korea Ever-Power производит подобранную пару с подтвержденными углами наклона спирали и проверкой с помощью анализатора шестерен. В качестве прямой поставки производитель косозубых передачСтандартный набор инструментов компании Korea Ever-Power включает в себя детали M1–M20, β = 5°–45°, из стали, бронзы и алюминиевой бронзы — полный спектр, необходимый для изготовления приборов и механизмов. Ознакомьтесь с ассортиментом. Ассортимент продукции с косозубыми шестернями для стандартных размеров.
Часто задаваемые вопросы
Да — любые две стандартные инволюты косозубые шестерни Одинаковые нормальный модуль и нормальный угол давления могут быть размещены на косых валах для образования перекрестной конструкции. косозубая передача пара, независимо от того, были ли они изначально разработаны для этой цели. Угол наклона вала определяется суммой или разностью углов их винтовых линий. Такая «случайная» конфигурация с перекрещенными винтовыми линиями иногда возникает, когда редуктор собирается с неправильной ориентацией вала — шестерни все еще зацепляются (обеспечивая точечный контакт), но с существенно сниженной несущей способностью и гораздо большими потерями на скольжение, чем предполагалось.
Перекрещенный косозубые шестерни Самоблокировка может происходить (ведомая шестерня не может вызывать обратное вращение ведущей шестерни), когда угол наклона мало и трение высокое. Для конфигурации с углом наклона вала 90° и β₁ = β₂ = 45° обе шестерни имеют одинаковые углы наклона спирали, и привод не является самоблокирующимся ни в одном направлении — обратное вращение происходит легко. Для очень неравных углов наклона спирали (например, β₁ = 5°, β₂ = 85°) шестерня с пологим углом наклона имеет малый угол наклона, и конфигурация приближается к самоблокировке, когда коэффициент трения в точке контакта превышает тангенс угла наклона. На практике перекрестная самоблокировка в перекрестных конфигурациях ненадежна для обеспечения безопасности, поскольку она зависит от трения, которое изменяется в зависимости от температуры, смазки и состояния износа.
Передаточное число перекрестного механизма косозубая передача Пара зубьев — это просто отношение количества зубьев i = z₂/z₁, точно так же, как и для стандартной пары параллельных валов. Геометрического ограничения для этого отношения нет — пара с z₁ = 10 и z₂ = 100 дает i = 10:1 при угле наклона вала 90°. Однако, по мере увеличения отношения, две шестерни становятся очень разными по размеру (d₁ мало, d₂ много), и малая ведущая шестерня при большом угле наклона спирали (около 45°) развивает очень малый диаметр делительной окружности, что ограничивает ее крутящий момент. На практике отношения выше приблизительно 5:1 лучше достигаются с помощью червячной передачи, которая имеет непрерывную винтовую резьбу на червяке (эквивалентную винтовой шестерне с z = 1) и гораздо больший крутящий момент при том же внешнем диаметре.
Конические зубчатые передачи передают крутящий момент между пересекающимися валами — осевые линии двух валов сходятся в одной точке, а контакт конической зубчатой передачи происходит между коническими поверхностями. косозубые шестерни Передача крутящего момента между непересекающимися (косыми) валами — их осевые линии смещены в пространстве и не пересекаются. Для угла наклона вала в 90°, где осевые линии валов пересекаются (в одной плоскости), правильным выбором являются конические зубчатые передачи — их линейный контакт обеспечивает гораздо большую несущую способность. косозубые шестерни Они предпочтительны только в тех случаях, когда необходимо сместить (не пересекать) осевые линии валов, что является распространенным требованием в проектировании компактных механизмов, где положение валов ограничено компоновкой машины.
Уточните информацию о парах косозубых шестерен.
Укажите требуемый угол наклона вала, передаваемый крутящий момент, модуль и смещение по центральной оси вала. Компания Korea Ever-Power рассчитывает распределение углов наклона винтовой линии, подтверждает грузоподъемность для конфигурации с перекрещенными винтовыми зубьями и изготавливает подобранные пары шестерен с проверкой на анализаторе зубчатых передач.
Ассортимент продукции с косозубыми шестернями
Любой угол наклона вала 0–90° · M1–M20 · Сталь, бронза, алюминиевая бронза · Подбор парных деталей · Минимальный заказ: 1 пара
Редактор: Cxm
