Коническая передача это: конструкция, виды, схема, принцип работы

В данной статье мы рассмотрим, что такое коническая зубчатая передача редуктора, ее конструкцию и схему, а также виды конических передач.

25.07.2024

Частота вращения вала большинства двигателей переменного тока составляет от 3000 до 500 об/мин, в то время как для привода оборудования требуется гораздо меньшая угловая скорость. Вращающий момент на валу электрических машин так же часто не соответствует требованиям привода.

Для согласования параметров двигателя и оборудования применяют специальные механизмы – редукторы. Главная их часть – зубчатые передачи, которые состоят из 2 зацепленных колес с зубьями и общей опоры. Одна из шестеренок соединена с валом двигателя, ее называют ведущей. Вторая находится на валу, соединенном с оборудованием и называется ведомой. При запуске двигателя ведущее зубчатое колесо передает вращение ведомому через зацепленные зубья. Преобразование угловой частоты и момента осуществляется за счет различного диметра и разного количества зубцов на колесах.

Одна из самых распространенных зубчатых передач – коническая. Рассмотрим конструкцию, принцип работы, виды, достоинства и недостатки механизмов.

Конструкция конических зубчатых передач

Передача состоит из 2 шестеренок конической формы, их диаметр уменьшается от основания к вершине. Зубья выполнены на боковых поверхностях, таким образом, ведущая и ведомая шестерни сопрягаются боковыми поверхностями. При этом их оси пересекаются под углом 10°- 170° (чаще всего 90°).

Механизм работает следующим образом. При вращении ведущего зубчатого колеса движение передается ведомому звену посредством зацепленных зубьев. Последнее сообщает вращение выходному валу, который соединен с механизмом оборудования.

Преобразование момента и скорости вращения определяется передаточным отношением и числом.

Первое определяется как:

I=W1/W2

где I – передаточное отношение,

W1 – угловая скорость ведущей шестерни,

W2 – частота вращения ведомого зубчатого колеса.

Второе рассчитывают из выражения:

u = zБ/zМ

где u – передаточное число,

zБ – количество зубьев большего колеса,

zМ– число зубьев меньшего колеса.

Конический редуктор состоит из следующих основных деталей и узлов:

• Корпуса с основанием и крышкой.
• Быстроходного звена (ведущего зубчатого колеса и вала)
• Тихоходного звена (ведомой шестерни и вала).
• Подшипников.
• Крепежных элементов.
• Уплотнений валов.
• Системы регулировки положения быстроходного вала.
• Прокладок для регулирования положения тихоходного вала.

Шестеренки конической передачи изготавливают из легированной или углеродистой стали. Ведущее звено подвергается более высоким нагрузкам, для увеличения прочности шестерню подвергают поверхностной закалке, цианированию или азотированию. Основание и крышку корпуса отливают из серого чугуна или конструкционной стали. Встречаются также корпуса из легких сплавов. Для крупных габаритов разъем корпуса расположен по плоскости входного и выгодного вала для удобства разборки при проведении технического облуживания и ремонта.

Виды конических передач

Выделяют несколько видов конических передач. Их различают по типу, форме зубьев, угловой частоте вращения, количеству и типу ступеней, положению валов, другим параметрам.

По форме зубьев выделяют следующие виды конических передач:

• Прямозубые.
• Кососзубые (тангенциальные).
• Круговые.

Оси колеса и зубьев прямозубых шестеренок составляют угол 90°. Передачи такого типа используются в диапазоне окружных скоростей от 2 до 8 м/с при передаточных отношениях не более 3. Прямозубые конические колеса просты в монтаже и производстве, однако передачи на их основе более шумны при работе и не приспособлены для передачи большой мощности.

Зубья тангенциальных (косозубых) шестеренок имеют некоторые отклонения от оси колеса. Передачи применяют в редукторах с окружной скоростью до 12 м/с. За счет наклона зубцов до 30° зацепление осуществляется более плавно, что снижает уровень шума и увеличивает передаваемую полезную мощность. Однако косозубые или тангенциальные шестеренки очень требовательны к точности выдерживания размеров, при производстве необходима тщательная подгонка. Это ограничивает применение таких передач.

Коническими шестеренками с круговым или криволинейными зубцами называют колеса с воображаемыми линиями зубьев на развертке в форме дуги окружностей. За счет формы и расположения, угла наклона зубцов до 35° обеспечивается большая площадь одновременно сцепленных зубьев и плавная работа передачи. Это уменьшает шум, повышает возможные нагрузки. Конические передачи с круговыми зубьями наиболее часто применяют в редукторах с окружной скоростью 35-40 м/с.

По угловой частоте вращения различают следующие виды конических передач:

• Тихоходные до 2-3 м/c.
• Среднескоростные до 15м/с.
• Высокоскоростные выше 15 м/c.

По степени точности, регламентируемой ГОСТ, выделяют следующие группы конических зубчатых колес:

• 6 степени. Механизмы с такими шестеренками применяют в станках для металлообработки, исполнительных механизмах, высокоточных редукторах. Скорость передаваемого вращения для кинематических пар этой группы – до 20 м/с.
• 7 степени. Пары шестеренок этой группы используют в редукторах общего назначения. Угловая частота вращения составляет 7-10 м/с.
• 8 степени. Механизмы способны передавать скорость до 3 до 7 м/с, область их применения – крановое и грузоподъемное оборудование.
• 9 степени. Кинематические пары применяются в транспортном оборудовании, передаваемая ими угловая частота – до 3 м/с.

Для зубчатых колес каждой степени точности установлены свои нормы значений кинематической точности, площади контакта зубьев, бокового зазора и плавности хода. Также регламентируются технологии производства кинематических пар каждой группы.

По осевой форме зуба конических колес различают:

• Шестеренки с пропорционально понижающимися зубьями. Такую форму зубцов имеют прямозубые и тангенциальные колеса, реже – шестеренки с круговыми зубьями.
• Зубчатые колеса с понижающими зубцами. Наиболее распространенная форма для шестеренок с круговым зубом.
• Колеса с равновысокими зубьями. Используется для кинематических передаточных пар с круговыми зубьями и межосевым углом меньше 40°.

По количеству ступеней различают одноступенчатые конические редукторы, двух- и трехступенчатые коническо-цилиндрические механизмы. Главная часть первых – кинематическая пара конических шестеренок. В двух- или трехступенчатых механизмах есть дополнительные одна или две цилиндрические ступени. Они необходимы для увеличения преобразования скорости или момента.

По конструкции выделяют следующие виды конических передач:

• Узкие. Ширина шестеренок составляет четверть наружного конусного расстояния. Число зубьев – от 20 до 23, передаточное число от 3 до 5.
• Широкие. Ширина зубчатого колеса – 2/5 наружного конусного расстояния. Количество зубьев – до 28, передаточное число 1-2,5.

По положению валов различают передачи с горизонтальным расположением валов и механизмы, где один из валов, входной или выходной расположен в вертикальной плоскости. Наибольшее распространение получили конические редукторы с горизонтальными валами. Передачи также различают по другим параметрам. Рассмотрим их подробнее.

Основные параметры

Различают механические и геометрические характеристики передач. К последним относят количество, высоту, ширину, форму зубьев, шаг между ними, внешний, внутренний диаметр колес, угол пересечения осей вращения шестеренок, конфигурацию зацепления.

К основным механическим параметрам относят следующие характеристики:

• Передаточное число. Отношение количества зубьев большей шестерни к той же характеристике меньшей. Для конических передач оно обычно составляет 1-5.
• Скорость вращения входного и выходного вала. Угловая частота быстроходного звена должна отвечать аналогичному параметру двигателя, тихоходного – характеристикам оборудования.
• Входной и выходной момент. Конические передачи обычно повышают момент, его величина на выходном валу выше, чем на входном. Значение преобразования определяют передаточное число и передаточное отношение. Применяются также механизмы, момент и скорость которых на входном и выходном валу одинаковые, такие устройства используют для изменения угла передачи механической мощности.
• Нагрузочная способность. Характеристика определяет наибольший передаваемый момент на выходной вал с учетом прочности всех элементов кинематической цепи.
• Коэффициент полезного действия. Определяется как отношение механической мощности на входном валу к аналогичной характеристике на выходном. В некоторых случаях указывается в %.
• Радиальная и осевая нагрузка. Параметр характеризует возникающие нагрузки при эксплуатации передачи.
• Угол поворота движения. Для конических пар он обычно составляет 90°, однако встречаются механизмы с пересечением валов под другим углом.
• Количество ступеней. Выпускают одноступенчатые редукторы с одной конической парой или двух-, трехступенчатые механизмы, с одной или двумя добавочными цилиндрическими ступенями для увеличения передаточных отношений.

К основным параметрам конических редукторов относятся также способ монтажа (лапы, фланец, моментный рычаг), исполнение и другие характеристики.

Достоинства и недостатки конических зубчатых передач

Конические передачи широко применяют в трансмиссионных механизмах, на их базе производят редукторы и мотор-редукторы для привода промышленного оборудования и техники. Конструкция кинематических пар обеспечивает:

• Передачу механической мощности под углом. При помощи механизмов можно создавать различную компоновку привода.
• Высокую передаваемую мощность. Конические пары применяют для передачи механической мощности до 5000 кВт.
• Стойкость к динамическим нагрузкам. Механизмы применяют в редукторах, работающих с переменной и ударной нагрузкой.
• Высокий КПД. Коэффициент полезного действия конических механизмов составляет 0,9;0,95 или 90-95%.

К недостаткам устройств относятся небольшие передаточные числа, относительно высокая вероятность заедания, необходимость усиления подшипникового узла из-за высоких осевых нагрузок. Кроме того, конические колеса сложны в производстве и требуют тщательной подгонки при сборке.

Область применения

Механизмы широко применяют в приводе станков, грузоподъемного и промышленного оборудования.

Передачи используют:

• В промышленных машинах и оборудовании с равномерной нагрузкой. Для привода характерна работа без вибраций, резкого изменения нагрузки и ударов. К этой группе относятся ленточные транспортеры, манипуляторы, конвейеры.
• В механизмах со средне-динамической нагрузкой. Оборудование работает с ощутимым моментом инерции, ударами, вибрациями, меняющейся нагрузкой. К такой технике относятся токарные и фрезерные станки, тяжелые поворотные системы, станки для намотки.
• В оборудовании с высокой динамической нагрузкой. Сюда входят дробилки, мельницы для руды, прессы, поршневые насосы, станки для раскроя металла значительной толщины и другая техника и машины. Приводы такого оборудования работают с тяжелой изменяющейся нагрузкой, высокой инерцией, вибрациями.

Кроме промышленного оборудования, конические передачи используются в автомобильном, водном, авиационном транспорте, колесной и гусеничной спецтехники.

Заключение

Конические передаточные пары позволяют передавать движение под углом от 10° до 170° (чаще всего 90°). Механизмы отличает стойкость к ударным и высокодинамическим нагрузкам, высокая передаваемая мощность и КПД. Передачи широко используют в производственном, грузоподъемном, транспортном оборудовании самого различного назначения.