Разновидность зубчатой передачи, состоящей из двух шестерен конической формы с расположенными под углом (чаще 90о) относительно друг друга осями, называется конической парой.
Традиционная область использования конической пары – трансмиссии транспортных средств от автомобилей до спецтехники, а также различного оборудования. Этот вид передачи позволяет менять направление вектора крутящего момента: к примеру, в автомобилях с задним приводом, где крутящий момент от карданного вала направлен перпендикулярно оси моста, и без разворота на 90о его невозможно передать на колеса. А у тракторов марки МТЗ колесные оси лежат ниже, чем ось балки переднего ведущего моста – соответственно, направление потока крутящего момента требуется разворачивать под прямым углом целых три раза. В промышленном оборудовании, специализированных агрегатах встречаются и более сложные задачи, когда разворот надо выполнить не просто несколько раз, но еще и под разными углами.
Коническая пара имеет два основных назначения:
- За счет того, что оси зубчатых колес расположены под углом друг к другу – изменяет вектор крутящего момента на заданный угол, в большинстве случаев 90о.
- За счет разного количества зубьев на шестернях (разного передаточного числа) – изменяет величину крутящего момента.
Как и другие ключевые детали механизмов, конические пары со временем изнашиваются; не исключены и поломки, причем при выходе из строя одной шестерни менять следует сразу обе. А перед этим требуется уяснить, какие существуют типы конических пар, принять к сведению их конструктивные и эксплуатационные особенности.
Типы и классификации конических пар
Всякая коническая пара – это две зубчатые шестерни, начальные поверхности которых представляют собой конусы, а оси валов – пересекаются; другими словами, колеса располагаются относительно друг друга под углом 90о или иной величины.
Среди признаков, по которым различаются конические пары, в первую очередь следует назвать взаимное позиционирование шестерен и конфигурацию зубьев. Уточним, что в профессиональных терминах ведущее колесо именуется «зубчатым колесом», а ведомое – «шестерней».
Зубья колес в конической передаче могут быть разной формы:
- Прямые. Нарезаются параллельно колесной оси, это самая простая конструкция.
- Косые (тангенциальные). Имеют сходство с прямым аналогом, но нарезка выполнена с отклонением от оси.
- Круговые. Нарезаются по окружности заданного диаметра.
- Криволинейные. Отличаются сложной конфигурацией, рассчитанной по специальным формулам.
Передачи с разными зубьями рассчитаны на разные нагрузки и работают с разным уровнем шума. Минимальные нагрузочные способности и максимальную шумность имеют конические пары с прямыми зубьями; механизмы с косыми зубьями более тихие и плавно работающие; с круговыми и тангенциальными зубьями – самые надежные и мало шумящие.
Если отталкиваться от взаиморасположения шестерен, существуют две большие категории конических пар:
- Вершины начальных поверхностей зубчатых колес сходятся в общей точке (совпадают) – обычная пара.
- Вершины начальных поверхностей зубчатых колес смещены относительно друг друга – гипоидная пара.
Соответственно, оси колес обычных конических передач проходят в одной плоскости, гипоидных – со сдвигом. Для формирования гипоидных конических пар подходят только рассчитанные на высокие нагрузки, почти не издающие шума шестерни с косыми либо криволинейными зубьями.
В производстве зубчатых колес используется сталь специальных марок. Допустимы разные способы изготовления, от точения и фрезеровки до штамповки с дальнейшей накаткой, для придания дополнительной прочности зубьям часто применяется закалка, цементация и т.п. Шестерни небольших диаметров часто выполняются вместе с валом, а крупные снабжаются центральным отверстием для установки на корпус передаточного механизма. В процессе эксплуатации конические пары необходимо постоянно смазывать; для гипоидных пар требуются смазочные материалы специальных марок с пластичной текстурой.
Параметры и стандарты
Для правильной работы, а также срочного или текущего ремонта механизмов важны следующие характеристики конической передачи:
- Геометрические размеры шестерен.
- Передаточное число (для расчета следует разделить число зубьев шестерни на число зубьев колеса; результат чаще всего лежит в диапазоне 1,0-6,3, но может быть и >6,3).
- Средний окружной модуль (внешний и нормальный).
В РФ изготовление конических зубчатых пар регламентирует ГОСТ 19325-73. Есть и государственные стандарты для отдельных типов передач: ГОСТ 19326-73, ГОСТ 19624, ГОСТ 1758-81 и т.д.
Где используются передачи с коническими шестернями
- Автомобили с задним или полным приводом, редукторы ведущих мостов (основная передача). Коническая пара включает зубчатые колеса разного размера, ведомая шестерня монтируется прямо на корпус дифференциала. В одинарной передаче ведущее колесо выполняется совместно с валом, в двойном аналоге – с валом и дополнительной шестерней конического либо цилиндрического типа.
- Колесные тракторы, редукторы переднего ведущего моста. Шестерни в парах для верхних редукторов изготавливаются вместе с валом, могут совпадать по размерам и количеству зубьев, для нижних используются конические передачи, где ведомая шестерня больше по диаметру и соединяется с колесом благодаря особой конструкции.
- Механизмы трансмиссии и других узлов в различных машинах и оборудовании. При всем разнообразии конических пар сохраняются общие принципы, изложенные выше.
Количество передач определяется видом транспортного средства: для автомобиля с передним ведущим мостом достаточно одной конической пары, для полноприводного ТС с тремя осями понадобится три передачи. На тракторе с передним ведущим мостом будут установлены четыре пары плюс, возможно, еще одна, отвечающая за разворот вектора крутящего момента для передачи на вал отбора мощности.
Правила выбора и замены конической пары
Если механизм с конической зубчатой передачей начинает сбоить, слишком шумит при работе – первым делом необходимо проверить состояние шестерен. Передавая на ведущий мост крутящий момент от двигателя, они испытывают высокие нагрузки; кроме того, на пару воздействует вибрация, колеса соприкасаются с другими деталями механизма. Рано или поздно зубья истираются, на них появляются сколы; некоторые могут просто полностью выкрошиться.
- Важно: даже если из строя вышла только одна шестерня, менять следует пару целиком, иначе в самом скором времени проблемы возникнут вновь.
- Коническая пара, предназначенная для замены, должна по всем основным параметрам – габаритам, конструкции и т.п. – быть идентичной предыдущему механизму.
- В некоторых ситуациях есть смысл выбрать механизм с иным передаточным числом, чтобы улучшить характеристики ТС, но подходить к вопросу нужно очень внимательно, опираясь на рекомендации производителя и консультации специалистов.
Процесс снятия старой и установки новой конической передачи довольно сложен, а потому выполняется строго по инструкции. Чаще всего необходим почти полный и детальный демонтаж двигателя, иногда – замена уплотнителей и подшипников. Расходники лучше купить заранее, как и смазочный материал, рекомендованный производителем. По завершению ремонтных работ редуктор будет нуждаться в короткой обкатке.
Правильный подбор и установка конической пары – гарантия, что функционирование механизма трансмиссии после ремонта будет стабильным и надежным.