Зубч а тая перед а ча, механізм, що складається з коліс із зубами, які зчіплюються між собою і передають обертальний рух, зазвичай перетворюючи кутові швидкості і крутний момент.
З. п, поділяють по взаємному розташуванню осей на передачі (рис. 1): з паралельними осями - циліндричні; з пересічними осями - конічні, а також рідко застосовуються циліндро-конічні і плоско-циліндричні; з перехресними осями - зубчато-гвинтові (черв'ячні, гіпоїдні і гвинтові). Окремим випадком З. п. Є зубчасто-рейкова передача, що перетворює обертальний рух в поступальний або навпаки. У більшості машин і механізмів застосовують З. п. Із зовнішнім зачепленням, т. Е. З зубчастими колесами, що мають зуби на зовнішній поверхні, рідше - з внутрішнім зачепленням, при якому на одному колесі зуби нарізані на внутрішній поверхні.
Зубчасті колеса виконують: з прямими зубами для робіт при невисоких і середніх швидкостях у відкритих передачах і в коробках швидкостей; з косими зубами для використання у відповідальних передачах при середніх і високих швидкостях (понад 30% всіх циліндричних зубчастих коліс); з шевронними зубами для передачі великих моментів і потужностей у важких машинах; з круговими зубами - у всіх відповідальних конічних З. п. Як правило, в машинах і механізмах застосовують З. п. з постійним передавальним числом
де w 1, z 1 і w 2, z 2 - кутова швидкість і число зубів відповідно швидкохідного і тихохідного зубчастих коліс. З. п. Із змінним передавальним числом здійснюють некруглими циліндричними колесами, які відомому елементу повідомляють задану плавно змінюється швидкість при постійній швидкості ведучого. Такі З. п. Застосовують рідко. Передавальне число однієї пари коліс в редукторах зазвичай до 7, в коробках швидкостей - до 4, в приводах столів верстатів -до 20 і більш. Окружні швидкості для високоточних прямозубих З. п. - до 15 м / сек, для косозубих - до 30 м / сек, в швидкохідних передачах швидкості досягають 100 м / сек і більше.
З. п. Є найбільш раціональним і поширеним видом механічних передач. Їх застосовують для передачі потужностей - від нікчемно малих до десятків тисяч квт, для передачі окружних зусиль від часток грама до 10 Мн (1000 mc). Основні переваги З. п .: значно менші габарити, ніж у ін. Передач; високий ККД (втрати в точних, добре змащуваних передачах 1-2%, в особливо сприятливих умовах 0,5%); велика довговічність і надійність; відсутність прослизання; малі навантаження на вали. До недоліків З. п. Можна віднести шум при роботі і необхідність точного виготовлення.
Зубчасті колеса знаходяться в т. Н. зубчастому зачепленні, основною кінематичною характеристикою якого є сталість миттєвого передавального відношення при безперервному контакті зубів. При цьому загальна нормаль (лінія зачеплення) до профілям зубчастих коліс в будь-якій точці їх дотику повинна проходити через полюс зачеплення (рис. 2). В циліндричних передачах полюсом зачеплення є точка дотику початкових кіл зубчастих коліс, т. Е. Кіл, які котяться один по одному без ковзання. Діаметри початкових кіл d 1 і d 2 можна визначити з співвідношень:
де А - міжосьова відстань (відстань між осями коліс). Вказаною умові задовольняють багато криві, зокрема евольвенти, які найбільш вигідні для профілізації зубів з точки зору поєднання експлуатаційних і технологічних властивостей, тому евольвентного зачеплення отримало переважне застосування в машинобудуванні. Колеса з евольвентним профілем можуть бути нарізані одним інструментом, незалежно від числа зубів і так, щоб кожне Евольвентноє колесо могло входити в зачеплення з колесами, що мають будь-яке число зубів. Профіль зубів інструменту може бути прямолінійним, зручним для виготовлення і контролю. Евольвентноє зачеплення мало чутливе до відхилень міжосьової відстані. Контакт профілів зубів відбувається в точках лінії зачеплення, що проходить через полюс зачеплення дотично до основних колам з діаметрами d 01 = d 1 cos a і d 02 = d 1 cos a, де a - кут зачеплення. Основний розмірний параметр евольвентних і ін. Зубчастих зачеплень - модуль m, рівний відношенню діаметру ділильного кола зубчастого колеса Dд до числа зубів z. Для некоррігірованних евольвентних зачеплень (див. Коригування зубчастих коліс ) Початкові і ділильні кола співпадають:
d 1 = d д1 = mz 1 і d 2 = d Д2 = mz 2.
Профіль т. Н. виробляє рейки при утворенні зубчастого колеса окреслюється по вихідному контуру основної рейки (рис. 3), яка виходить при збільшенні числа зубів нормального евольвентного зубчастого колеса до безкінечності. Зуби виробляючої рейки мають збільшену висоту h = (h '+ h' ') для утворення радіального зазору в зачепленні (com), товщину по ділильної окружності s, радіус заокруглення ri, крок зачеплення t, кут зачеплення a д. У косозубих колесах вихідний контур приймають в перетині, нормальному до лінії зуба.
У конічної З. п. (Рис. 4) початкові циліндри замінюються початковими конусами 1 і 2. Профілі зубів приблизно розглядаються як лінії перетину бічних поверхонь зубів з додатковими конусами 3 і 4, співісними початковим, але з що утворюють, перпендикулярними утворюючим початкових конусів. Модуль, початкові і ділильні окружності вимірюють на зовнішньому додатковому конусі. Для зручності профілювання зубів додаткові конуси розгортають на площину 5 і 6. Евольвентноє зачеплення може бути покращено коригуванням. Крім евольвентного зачеплення, в годинникових механізмах і деяких ін. Приладах застосовують циклоїдальних зачеплення, що працює з меншими втратами на тертя і що дозволяє застосовувати зубчасті колеса з малим числом зубів, але не має зазначеними достоїнствами евольвентного зачеплення. У важких машинах поряд з евольвентними передачами застосовують круговінтовие передачі (рис. 5), запропоновані в 50-х рр. 20 в. М. Л. Новіковим. Профілі зубів коліс в зачепленні Новікова окреслюються дугами кіл. Опуклі зуби одного зубчастого колеса (зазвичай малого) контактують з увігнутими зубцями іншого. Початкове торкання (без навантаження) відбувається в точці. У передачі Новікова зубчасті колеса косозубиє. Точки контакту зубів переміщаються не по висоті зубів, а тільки в осьовому напрямку, т. О. лінія зачеплення паралельна осях коліс. До переваг таких З. п. Відносяться: знижені контактні напруги, сприятливі умови для утворення масляного клину, можливість застосування коліс з малим числом зубів і, отже, великі передавальні числа. Несуча спроможність передач Новікова за критерієм контактної міцності істотно вище, ніж евольвентних.
Для задовільної роботи З. п. Необхідна достатня їх точність. Для З. п. Передбачено 12 ступенів точності, які обирають залежно від призначення і умов роботи передачі.
Основні причини виходу з ладу З. п. - поломки зубів, утомлююча викришування поверхневих шарів зубів, абразивний знос, заїдання зубів (спостережуване при руйнуванні масляної плівки від високого тиску або високих температур).
Основними матеріалами для зубчастих коліс є леговані стали, що піддаються термічній або хіміко-термічній обробці: поверхневому загартуванню, переважно струмами високої частоти, об'ємної загартуванню, цементації, нітроцементації, азотуванню, ціанування. З. п. Із сталей, що поліпшуються термообробкою до нарізування зубів, виготовляють за відсутності жорстких вимог до їх габаритів, найчастіше в умовах дрібносерійного та індивідуального виробництва. При особливих вимогах до безшумності і малих навантаженнях одне з зубчастих коліс роблять з пластмаси (текстоліту, капролона, древеснослоїстих пластиків, полиформальдегида), а поєднане - зі сталі. З. п. Розраховують на міцність по напруженням вигину в небезпечному перерізі біля основи зубів і по контактній напрузі в полюсі зачеплення.
З. п. Застосовують у вигляді простих одноступінчатих передач і у вигляді різних поєднань декількох передач, вбудованих в машини або виконаних у вигляді окремих агрегатів. Широко використовують З. п. Для зниження кутових швидкостей і підвищення моментів, що крутять в редукторах . Редуктори виконують зазвичай в самостійних корпусах одно-, дво- і триступеневий з передавальними числами відповідно 1,6-6,3; 8-40; 45-200. Найбільш поширені двоступеневі редуктори (близько 95%). Для отримання різних частот обертання вихідного валу при постійній швидкості приводного двигуна застосовують коробки швидкостей . Можливості зубчастих механізмів розширюються із застосуванням планетарних передач , Які використовуються в якості редукторів і диференціальних механізмів . Невеликі габарити і маса планетарних З. п. Обумовлюються розподілом навантаження між декількома що здійснюють планетарний рух зубчастими колесами (сателітами) і застосуванням внутрішнього зачеплення, що володіє підвищеною несучою здатністю. При переході від простих передач до планетарних досягається зменшення маси в 1,5-5 разів. Найменші відносні габарити мають хвильові передачі , Що забезпечують передачу великих навантажень при високій кінематичної точності і жорсткості.
Літ .: Кудрявцев В. Н., Зубчасті передачі, М. - Л., 1957; Решетов Д. М., Деталі машин, М., 1963; Часословів Л. Д., Передачі зачепленням, М., 1969; Деталі машин. Довідник, під ред. Н. С. Ачеркана, т. 3, М., 1969.
Д. Н. Решетов.
Мал. 5. Передача Новікова.
Мал. 1. Зубчаста передача з циліндричними колесами: а - прямозубая; б - косозубая; в - шевронна; г - конічна; д - з круговим зубом; е - з внутрішнім зачепленням.
Мал. 4. Освіта конічного зачеплення.
Мал. 2. Освіта евольвентних профілів: NN - загальна нормаль; Р - полюс зачеплення; a - кут зачеплення; w 1 і w 2 - кутові швидкості; 1 і 2 - зубчасті колеса.
Мал. 3. Вихідний контур основної рейки.