Шевронные колёса: особенности и применение

Как устроен зуб

Зубья образуют две винтовые линии с одинаковым углом наклона и противоположным направлением, которые сходятся посередине ширины венца — в канавке для выхода инструмента или в вершине. В зацеплении обе половины нагружены одновременно: осевые усилия равны и противоположны, поэтому взаимно гасятся.

Отсюда три следствия. Подшипники не несут осевую нагрузку, валопровод можно делать короче. На той же ширине венца в зацеплении больше зубьев, контактные напряжения ниже. При том же межосевом расстоянии корпус компактнее, чем у двух отдельных косозубых колёс.

1. 01

   Высокая несущая способность

   Нагрузку делят обе винтовые половины: напряжение изгиба у ножки зуба и контактное напряжение ниже, чем у косозубого колеса того же размера. При равном межосевом расстоянии передаётся больший момент.

2. 02

   Ровная работа, низкий шум

   Коэффициент перекрытия выше, чем у прямозубого колеса, зубья входят в зацепление постепенно, удары и вибрация малы — это важно для быстроходных, тяжелонагруженных приводов и для приводов с требованиями по шуму.

3. 03

   Высокий КПД

   Правильно изготовленная и собранная закрытая шевронная пара работает с КПД около 97–99 %. Потери — скольжение по профилю и перемешивание масла.

4. 04

   Сложность изготовления

   Обе половины должны быть точно выставлены: одинаковый угол наклона, зеркальная симметрия. Для нарезания нужны червячная фреза, долбяк или пальцевая фреза с выходом, а после термообработки зубья обычно шлифуют.

Где применяются

Шевронное колесо уместно там, где режим тихоходный, нагрузка тяжёлая, мощность большая, а корпус нужно держать компактным. Чаще всего это:

1. 01

   Судовые движители

   Редуктор воспринимает одновременно упор винта и крутящий момент, а шевронная пара гасит осевую силу внутри ширины венца.

2. 02

   Энергетика

   Редукторы гидроагрегатов, редукторы ветроустановок и приводы циркуляционных насосов АЭС работают непрерывно, и к ним предъявляют высокие требования по шуму и надёжности.

3. 03

   Горная промышленность и цемент

   Редукторы мельниц, дробилок и вращающихся печей работают с ударными нагрузками, и поверхность зуба должна выдерживать повторные перегрузки.

4. 04

   Металлургия и прокатка

   Главные приводы прокатных станов и агломашин сочетают большой момент с частыми пусками и остановками.

5. 05

   Химия и общее тяжёлое машиностроение

   Приводы крупных компрессоров и воздуходувок работают непрерывно, с длинными межремонтными интервалами.

Где начинаются сложности

На чертеже шевронное колесо почти не отличается от косозубого. Сложность в том, чтобы обе половины венца были одинаковыми и симметричными.

1. 01

   Профиль и выставление

   Угол наклона, толщина зуба и положение середины должны совпадать. Ширину канавки задаёт радиус инструмента: слишком узкая — линия зуба не прорезается насквозь, слишком широкая — теряется рабочая ширина венца.

2. 02

   Материал и термообработка

   Обычно 42CrMo или 20CrMnTi. После цементации и закалки твёрдость поверхности достигает HRC 58–62, но искажение приходится компенсировать прессовой закалкой, шлифованием или коррекцией зуба.

3. 03

   Контроль искажений

   Венцы большого диаметра коробятся при закалке и отпуске. Симметричная загрузка печи, ступенчатый нагрев и снятие напряжений между черновой и чистовой обработкой надёжнее, чем правка после.

4. 04

   Сборка и контроль

   Межосевое расстояние, параллельность осей и боковой зазор проверяют в собранном виде. Накопленная погрешность шага прямо превращается в шум, и годная по отдельности деталь не гарантирует годную пару.

Что меняется

В работе с шевронными колёсами заметны три сдвига:

1. 01

   Шлифование закалённого зуба стало обычным

   Профильное и червячное шлифование с ЧПУ держит 6-ю степень точности на крупномодульных шевронных колёсах, поэтому искажение после закалки больше не компенсируют припуском.

2. 02

   Конструкция и технология вместе

   Венцы, приваренные к ступице, или катаные кольца с меньшим припуском сокращают срок изготовления крупных деталей и убирают погрешность от раздельного закрепления половин.

3. 03

   Мониторинг состояния

   Датчики вибрации и температуры в редукторе используют двусторонний характер нагрузки шевронного зуба, чтобы раньше замечать износ поверхности и излом зуба.