Общие принципы проектирования высокоскоростных зубчатых передач 

Высокоскоростные зубчатые передачи широко используются в авиации, судостроении, химической промышленности, газотурбинной энергетике и других областях. Согласно соответствующим стандартам, высокоскоростными зубчатыми передачами считаются передачи с рабочей скоростью более 4500 об/мин или линейной скоростью более 35 м/с. Высокоскоростные зубчатые передачи, как правило, отличаются высокой надежностью, низким уровнем шума и длительным сроком службы. Итак, каковы основные принципы и соображения при проектировании высокоскоростных зубчатых передач?

1) Распространенные методы передачи крутящего момента для высокоскоростных передач

Косозубые шестерни с параллельными валами, шестерни с шевронным механизмом с параллельными валами, трансмиссии с раздельным распределением мощности (трансмиссии типа WW с 2 или 3 раздельными валами) и планетарные редукторы (для особо высоких скоростей обычно используются планетарные водила).

2) Общие принципы проектирования параметров геометрии высокоскоростных зубчатых передач

Модуль mn

В высокоскоростных зубчатых передачах, по возможности, следует использовать небольшой модуль, при условии, что это позволяет прочность на изгиб. Это увеличивает количество зубьев, улучшает плавность передачи и помогает снизить уровень шума. В то же время, небольшой модуль уменьшает коэффициент проскальзывания, что способствует снижению износа и предотвращению заедания.

Количество зубов Z

Для высокоскоростных передач требуется плавная передача, и количество зубьев на шестерне не должно быть слишком малым. Как правило, рекомендуется, чтобы минимальное количество зубьев на высокоскоростной шестерне составляло ≥23, а минимальное количество зубьев на шестерне морской турбины — ≥30.

Угол давления αn

Угол зацепления высокоскоростных зубчатых передач обычно составляет от 14,5° до 25°. Меньший угол зацепления способствует улучшению коэффициента зацепления и плавности передачи; больший угол зацепления способствует снижению коэффициента проскальзывания и повышению прочности. Для маломощных применений можно использовать малый угол зацепления, например, 14,5°, 15° или 16°, для достижения большего коэффициента зацепления торцов. Для морских или турбинных зубчатых передач, где требуется высокая надежность и прочность на изгиб является слабым местом, можно использовать конструкцию с большим углом зацепления, например, от 22,5° до 25°. Угол зацепления 20° является стандартным углом зацепления, обеспечивающим баланс между прочностью и шумом, и он является наиболее распространенным.

Угол спирали β

В высокоскоростных зубчатых передачах, из-за высоких скоростей вращения, часто используются косозубые или шевронные зубья для увеличения осевого коэффициента зацепления и обеспечения более плавной передачи. Для одиночных косозубых зубьев больший угол наклона спирали приводит к большему осевому коэффициенту зацепления, но также увеличивает осевую силу. Угол наклона спирали для одиночных косозубых зубьев обычно составляет от 10° до 25°, обеспечивая осевой коэффициент зацепления ≥1,1, в идеале — выше 2,0, и близко к целому числу. Для шевронных передач осевые силы могут компенсировать друг друга; угол наклона спирали обычно составляет от 25° до 35°, обеспечивая осевой коэффициент зацепления ≥3,0 на одной стороне шевронного зуба и близко к целому числу.

Коэффициент отношения ширины к диаметру малого колеса ψb=b/d1

Для снижения динамической нагрузки на высокоскоростные зубчатые передачи линейная скорость вращения шестерен должна быть максимально уменьшена на этапе проектирования (за счет уменьшения межосевого расстояния). Этого можно достичь путем увеличения ширины зубьев для обеспечения передачи мощности, что требует большего отношения ширины зубьев к диаметру, чем у обычных шестерен. Однако большее отношение ширины зубьев к диаметру приводит к более неравномерному распределению нагрузки по ширине зуба. В соответствии с соответствующим стандартом AMGA6011 рекомендуются следующие предельные значения отношения ширины зубьев к диаметру: