Зубчатая передача с зацеплением Новикова

В современных устройствах, включая редуктор, применяют два типа зубчатых передач:

• эвольвентную, открытую Л. Эйлером более 200 лет назад;
• зацепление Новикова, зарегистрированное в 1954 г., названное по имени изобретателя, Михаила Леонтьевича Новикова – ученого, конструктора, доктора технических наук и лауреата Ленинской премии.

Последняя проигрывает первой по сроку использования, но изначально была разработана и просчитана с целью повышения эффективности работы эвольвентной сборки. Потому у передачи Новикова плюсов больше. Ее ключевое отличие состоит в изменении конструкции зубьев шестерен и рабочих колес. В новиковской «сборке» линия контакта заменена точкой, а торцевые профили изменили форму с взаимоогибаемых кривых на вогнутую и выпуклую кривые. Все это дало возможность принимать повышенные нагрузки при высоком передаваемом моменте.

Особенности

Открытие зубчатой передачи с зацеплением Новикова в 50х годах прошлого столетия стало прорывом в машиностроительной индустрии. До нее эвольвентному зацеплению де-факто не было аналогов, а его нагрузочная способность во многом уступала требованиям технического прогресса. И хотя сегодня эвольвентная сборка по-прежнему является самой распространенной, в практике изготовления особо ответственных систем и редукторов, которым объективно нужен большой ресурс производительности, зубчатая передача Новикова пользуется более высоким спросом.

Суть идеи Михаила Леонтьевича – замена линии контакта зубчатых профилей точкой соприкосновения, что позволило:

• изменить форму профилей в торцевом сечении (вместо взаимоогибаемых кривых – зубья с окружностями радиусов, разность кривизны которых минимальна);
• уменьшить высоту зуба, повысив его изгибочную прочность.

Зацепление по Эйлеру и его особенности

• возможность применения в сменных колесах;
• стабильное передаточное отношение вне зависимости от изменения расстояния между осями валов (то же касается правильности зацепления, оно константно при изменении межосевого отрезка);
• технологичность изготовления;
• эксплуатационная надежность (впрочем, по данному качеству передача Новикова эвольвентой системе не уступает).

К минусам же зацепления по Эйлеру относятся чувствительность к перекосам, потери на трение при вращении элементов, напряжения в шестернях и рабочем колесе из-за большей площади контакта. Все это делает эвольвентное зацепление малоэффективным в системах и редукторах, где требуется большой момент силы при вращении.

Преимущества передачи Новикова

Передача Новикова разрабатывалась как альтернатива эвольвентной, способная принимать более высокие нагрузки. Именно эта ее способность и сейчас является главным ее преимуществом. Новая форма профилей позволила использовать более высокие передаточные отношения. Трение при вращении валов снижено примерно вдвое за счет смазочной пленки, которая отлично удерживается между элементами контакта, что определяет более высокую производительность (коэффициент полезного действия) редукторов с передачей Новикова.

Плюсы зацепления Новикова по сравнению с эвольвентным:

• увеличенная нагрузочная способность (в сравнительных тестах с применением косозубой передачи по Эйлеру тех же размеров, что и новиковская, последняя показала способность к нагрузкам в 1,5–2 раза выше);
• контактная прочность элементов благодаря применению выпуклых и вогнутых торцевых профилей;
• 5-подвижная кинематическая пара с точечным соприкосновением обеспечивает сниженную уязвимость к погрешностям установки зубчатой передачи в редукторе.

В передаче Новикова перекрытие достигается только за счет параллельности расположения осей валов. Это позволяет использовать зубья меньшей высоты, что снижает вероятность их изгиба под нагрузкой.

Недостатки передачи Новикова

Минусы у передачи с зацеплением Новикова тоже есть. К ним относят:

• зависимость от параллельности осей и межосевого расстояния (из-за нарушения контакта высокие нагрузки сосредотачиваются на одном участке/зубе, быстро его разрушая, что приводит к остановке работы редуктора);
• требовательность к расположению валов, шестерни;
• ограничения скорости вращения шестерен (до 1,8 тыс. оборотов в минуту);
• осевые напряжения в подшипниковой системе при повышении передаточного числа (решается использованием более сложных технически конических узлов);
• сложная конструкция, которая требует привлечения различного инструмента для изготовления элементов зубчатой передачи (выпуклых зубьев шестерни и вогнутых колеса, или наоборот).

Хотя список недостатков выглядит объемным, все они незначительны в свете главных достоинств зацепления Новикова. Поэтому последнее стандартизовано в РФ, странах СНГ (ГОСТ 15023–76) и нашло большое распространение в крупном машиностроении и производстве мощных редукторов, где требуется работы в большом диапазоне передаточных чисел.

Применение в редукторах

Зубчатая передача Новикова сегодня применяется в редукторах для буровых установок, кранов, подъемников, оборудования для шахт и других ответственных системах. Для демонстрации ее преимуществ в цифрах предлагаем провести сравнение редукторов каталога ПТЦ «Привод», которые пользуются среди наших заказчиков большим спросом. Вводные данные для сравнительного анализа:

• серию РМ на эвольвентном зацеплении (РМ-250, РМ-350 и РМ-400) и редукторы с передачей Новикова типа РЦД (РЦД-250, РЦД-350 и РЦД-400);
• режим работы – длительный с постоянными нагрузками;
• передаточное число – 31,5;
• скорость вращения быстроходного вала – 1500 оборотов в минуту.

Из таблицы видно, что при идентичных прочих характеристиках редукторы с зацеплением Новикова передают момент силы на 37,8–44,2% выше. Из практики производства редукторов в обоих вариантах добавим, что устройство на зацеплении по новиковской схеме 1,4–2 раза меньше в размерах.

Редукторы с передачей Новикова

В списке ниже приведены редукторы в которых используется передача Новикова:

• Редукторы Ц2У-Н
• Редукторы Ц2Н
• Редукторы ЦДНД
• Редукторы ЦДН
• Редукторы 2Ц2-Н
• Редукторы Ц3У-Н
• Редукторы ЦТНД