Почему угол зацепления зубчатых колес обычно составляет 20°, а шлицевых — 30°?
2025-05-19
В чем разница между эвольвентными зубчатыми колесами и эвольвентными шлицами? У вас когда-нибудь были подобные сомнения? На самом деле, у обоих зубьев эвольвентная форма, а методы изготовления зубьев также схожи, так что особой разницы нет. Однако разница в функциях между ними все же определяет различия в некоторых параметрах. Например, тема, которую мы собираемся обсудить сегодня: почему обычно используемый угол зацепления для зубчатых колес составляет 20°, а для шлицевых соединений — 30°?
Некоторые студенты могут сказать, что все это предусмотрено стандартами. Если выбраны другие углы давления, инструмент необходимо настраивать, и универсальность будет невысокой. Тем не менее, это не совсем объясняет, в чем источник разницы. Давайте сегодня пообщаемся, и каждый может оставить сообщение внизу, чтобы принять участие в обсуждении.
Все, что может выдержать испытание историей и продолжает использоваться сегодня, должно иметь свою рациональность. Прежде чем обсуждать разницу в углах давления между ними, давайте сначала рассмотрим различия в их функциях и использовании.
Зубчатые передачи в основном используются для передачи мощности и движения, осуществления преобразования скорости/крутящего момента и подчеркивают эффективность и точность трансмиссии; Шлицы используются для неподвижного соединения вала со ступицей по окружности с учетом функций передачи мощности и центрирования. Таким образом, при проектировании формы зуба зубчатого колеса основное внимание уделяется плавности передачи, распределению контактных напряжений и балансу несущей способности, в то время как при проектировании формы зуба шлицевого соединения больше внимания уделяется несущей способности и характеристикам самоцентрирования. Еще одно различие между ними заключается в том, что шлицы используют все зубья или пазы для передачи крутящего момента одновременно, тогда как шестерни используют только один или два зуба за раз для передачи крутящего момента в зависимости от степени перекрытия.
Обсудив функциональные различия, давайте рассмотрим влияние различных углов давления. Как показано на рисунке выше:
1. Увеличение угла давления приведет к увеличению толщины корня зуба, что положительно скажется на прочности на изгиб и прочности контакта корня зуба, но при этом вершина зуба станет тоньше. Обычно необходимо уменьшить высоту вершины зуба, чтобы она не была слишком тонкой.
2. Согласно расчетной формуле перекрытия, величина угла давления будет влиять на величину угла вершины зуба и угол зацепления, тем самым влияя на величину перекрытия. В общем случае перекрытие уменьшается с увеличением угла давления.
3. По мере увеличения угла давления радиальная составляющая нагрузки также будет увеличиваться.
Для эвольвентных передач, как мы уже упоминали ранее, необходимо обращать внимание на баланс устойчивости передачи, распределение контактных напряжений и несущую способность. Хотя слишком большой угол давления теоретически может увеличить прочность корня одного зуба, перекрытие станет меньше, что повлияет на плавность передачи и снизит часть прочности. При этом радиальная нагрузка, возникающая из-за угла давления при зацеплении шестерен, воспринимается непосредственно валом и подшипниками. Слишком большой угол давления также увеличит нагрузку на подшипники и валы, что потребует использования более крупных размеров, увеличения объема и стоимости. Поэтому угол давления шестерни не может быть слишком большим. 20° — средний вариант. Когда требуется низкий уровень шума и высокое перекрытие, а нагрузка не является основным фактором, можно использовать меньший угол давления.
Шлицы не похожи на зубчатые колеса, где все зубья находятся в зацеплении, а радиальные силы, создаваемые углом зацепления, могут компенсировать друг друга, поэтому эвольвентные шлицы могут быть самоцентрирующимися. Кроме того, согласно предыдущему функциональному описанию, мы также знаем, что шлицы в основном используются для передачи нагрузок и не заботятся о размере перекрытия. Поэтому основное внимание уделяется прочности корня зуба. Большой угол давления может эффективно повысить прочность зуба. Вот почему выбран угол давления 30°, что больше, чем у шестерни.
Стандартные шлицы также имеют большие углы зацепления, например, 37,5° и 45°. Чем больше угол давления, тем больше нагрузка и меньше высота. Обычно они изготавливаются методом холодной штамповки и подходят также для тонкостенных деталей. Угол зацепления 30° обычно получается резанием (долблением, протягиванием и т. д.). По сравнению со шлицами с большими углами зацепления он позволяет лучше сбалансировать эффективность и прочность трансмиссии, особенно в ситуациях, когда требуются скользящие или плавающие соединения (например, скользящие шестерни коробки передач), поэтому он имеет более широкий спектр применения.
