6.2. Нагрузки в главных передачах

Рабочий процесс цилиндрической главной передачи аналогичен рабочему про­цессу двухвальной коробки передач при включенной передаче.

В отличие от цилиндрических зуб­чатых колес осевое смещение зубчатых колес конической главной передачи нару­шает зацепление. Это обстоятельство, а также значительно более высокие нагрузки, при малых габаритных размерах требу­ют применять, кроме повышения жесткости картера, специаль­ные меры, повышающие жесткость конструкции:

1. конические радиально-упорные подшипники с предваритель­ным натягом, что уменьшает осевую деформа­цию и результирующую нагрузку на подшипники;

2. упор, закрепленный на картере, для ведомой конической ше­стерни, что уменьшает ее деформацию при больших нагрузках на низших передачах;

3. у вершины конуса ведущей шестерни иногда располагают тре­тий подшипник, исключая консольную установку этой шестерни.

Из конических главных передач наиболее распространена пе­редача со спиральным, в большинстве случаев с круговым зубом, выполненным по дуге окружности, диаметр которой соответству­ет диаметру резцовой головки станка.

Применение круговых зубь­ев обеспечивает уменьшение размеров главной передачи из-за уменьшения ведущей конической шестерни. Число ее зубьев мо­жет быть уменьшено – = 5 ÷ 6, а увеличенный угол спирали ( = 30 ÷ 40°) позволяет повысить число зубьев, одновременно нахо­дящихся в зацеплении. Это обеспечивает снижение нагрузок на зубья и повышает их износостойкость.

Передаточное число конической пары:

, (6.1)

где ,– начальные диаметры шестерни и колеса соответственно.

Поскольку у конической передачи =, то

. (6.2)

В отличие от конической, у гипоидной передачи оси зубчатых колес не пересекаются, а перекрещиваются (ось шестерни смещена относительно оси колеса на величину гипоидного смещения Е, как правило, вниз).

Передаточное число гипоидной передачи также можно определить по формуле (6.1), но угол спирали для шестерни больше, чем для колеса (>); и тем больше, чем большеЕ. Отношение = 1,2 ÷ 1,5.

Таким образом, по сравнению с конической, гипоидная передача может иметь большую прочность из-за увеличения диаметра шестерни. Это увеличение создает благоприятные условия для повышения жесткости ведущего вала и его подшипникового узла.

Характерным для гипоидного зацепления является наличие, наряду со скольжением в поперечном направлении, продольного скольжения:

, (6.3)

где – окружная скорость.

Продольное скольжение улучшает процесс приработки зубчатых колес, способствует устранению изменения направления скольжения по начальной окружности, что является одной из основных причин бесшумной работы гипоидной передачи. Однако наличие продольного скольжения способствует увеличению потерь в передаче и снижению ее КПД, что вызывает ограничение в величине Е.

Источником нагрузок на зубья зубчатых колес, вал и подшипники являются силы, действующие в зацеплении.

Окружная сила, действующая на шестерню, определяется по формуле:

, (6.4)

где – средний радиус начального конуса.

Осевая сила, действующая на шестерню, рассчитывается по формуле:

, (6.5)

где «+» – при разноименных направлениях вращения и спирали; «-» – при одноименных.

Радиальная сила, действующая на шестерню, определяется по формуле:

, (6.6)

где «+» – принимается при действии осевой силы к основанию конуса шестерни, а радиальной силы – к оси вала шестерни.

У конической передачи углы спирали равны (=), поэтому=,=,=.

Для колеса гипоидной передачи:

; (6.7)

; (6.8)

. (6.9)

Для всех конических (в т.ч. и гипоидных) зубчатых колес со спиральными зубьями во избежание заклинивания необходимо, чтобы направление их вращения было противоположно направлению спирали зуба.

За правое направление вращения зубчатого колеса принимается его вращение по часовой стрелке, если смотреть со стороны большого основания конуса.

Спираль называют правой, если со стороны малого основания точка движется по спирали к большему основанию, а в проекции движение этой точки будет движением по часовой стрелке.

На передачах переднего хода в гипоидной передаче при нижнем смещении, зубья шестерни должны иметь левое направление спирали (при правом вращении), а зубья колеса – правое. При этом осевые усилия на шестерне и колесе имеют положительное направление (от меньшего основания конуса – к большему), и во время работы зубчатые колеса отталкиваются одно от другого, увеличивая тем самым зазор между зубьями.

Тем не менее, заклинивание шестерен может произойти при заднем ходе, когда подшипники валов недостаточно затянуты. При правильной регулировке подшипников и сравнительно небольшом крутящем моменте заклинивания не происходит.