Зубчатая передача

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в силовых зубчатых передачах. Целью изобретения является повышение нагрузочной способности , КПД и долговечности путем снижения трения между зубьями. В зубчатой передаче твердость активной боковой поверхности зубьев каждого колеса выполнена переменной с максимальным значением твердости на делительной окружности, превышающим на 15-20% значение твердости на остальной не активной боковой поверхности зуба колеса. 2 з. п. ф-лы, 3 ил

!

Ж«„ 1754987 А I союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК д()5 F16 Н 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 ./ (21)4654031/28:: ° ... ляется повышение нагрузочной способно: (22) 29.11.88 ..:..::.: сти, КПД и долговечности путем снижения (46) 15;08.92. Бюл. N. 30,:, .:: . Тренйя между зубьями. В зубчатой передаче (75) Х,Х. Каняфиев -. .: . .: твердость активной боковой поверхности (56) Козлов Д.Н; Зуборезные работы. М.: Ma- зубьев каждого колеса выполнена переменшиностроенйе, 1971, с, 8-12, рис. 1а..:.: . ной с максимальным значением твердости (54) ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА: - ., на делительной окружности, превышающим (57) Изобретейие относится к машийострое- на 15-20 Д значение твердости на осталь, нию "и может быть использовано в силовых — ной не активной боковой поверхности зуба зубчатых передачах. Целью изобретения яв- - .: колеса. 2 з. и. ф-лы, 3 ил. т

Изобретение относится к области ма- :. Твердость активных боковых поверхностей штиностроейия, преимущественно к зубча-: зубьев каждого колеса выполнена постоянтым прямоэубым цилиндрическим ной и равномерной по всей боковой повер- Б, . эвольвентным передачам, к зубчатым пря-,: хности, что может способствовать мозубым коническим эвольвентным переда-:, сохранению жесткости и стабильности кончам, к зубчатым винтовым цилиндрическим":струкции, а также обеспечивать им опреде.. Звольвентным передачам, к зубчатым вин- .-лейные нагруэочную способность, КПД и ..

". товцм коническим эаольвентным переда-:. .долговечность(ресурс). чам, к зубчатым цилиндрическим передачам:,.: Однако в силу принципиальной особен;, с зацеплением Йовикова и к зубчатым кони- .: " ности формы боковых поверхностей зубьев ъ . ческим передачам с зацеплением Новикова; -" : этих зубчатых передчач, а также особенности а также другим передачам с эвочльвчентнымт : принципа зацепления их сопряженных ко- у ,:..„ профилем зубьев и с профилем зубьев за- лес постоянствотвертдностчи боковых поверх-, цепленчия Новиковз, . :..: -:, .-:"...::.:-. ностей зубьев колес:может оказать

Известны зубчатые прймозубые отрицательное влияние на сам фактор зуб- . "

- цилиндричеусктие эаольвентнйе пере-:, . чатого зацепления, в результате в процессе дачи, зубчатые прямозубые конические ." -эксплуатации .этих зубчатых передач гео- -ч ввопввентные перееечй, вубчетые винтовые:: метрические параметры" и форма боковых, )ч цилиндрические этвольвентные передачи, поверхностей и зубьев в целом будут изме, эубчатые вйнтовые конические эвольвент- .: няться,темсамымбудетослабляться констные передачи, зубчатые цилиндрические rie- рукцйяч зубчатых передач. Как известно, при редачи с Зацейлением Новикова, зубчатые : зацеплении зубьев колес таких зубчатых пе. коМические.передачи с зацеплтениемч Нови- редач (как эвольвентных передач, так и.riе-. кова. содержащие сопряженные зубчатые- редач с зацеплением Новикова), зубчатые колеса. Эти передачи применяются для he- - колеса которых получаются методом обкат- редачи крутящего момента в различных ме- ки производящей рейкой, изготовленной по хайизмах и машинах и могут обеспечивать исходному контуру, в процессе эксплуатапостоянство передаточного отношения ; ции.их происходит обкатка сопряженных

1754987 боковых поверхностей относительно друг друга, которая сопровождается также относительным сколъженйем участков активных боковых поверхностей, расположенных эа делительной окружностью (делительной поверхностью) колес. B результате этого между сопряженными боковыми поверхностями зубьев колес возникает тре. ние качения и трение скольжения, которые приводят к износу сопряженных боковых поверхностей, снижают нагрузочную способность КПД. сокращают срок службы зубчатых передач. Для уменьшения трения между сопряженными боковыми поверхностями зубьев, повышения нагрузочкой способности, КПД и долговечности зубчатой передачи сопрягаемые боковые поверхности зубьев колес подвергают различным видам упрочнения, при которых боковые поверхности зубьев получаются постоянной и равномерной йрочностью по всей поверхности. Однако упрочйенные поверхностй с постоянной и равномерной прочйостью также подвергаются разрушению аналогично описанному в зависимости от различных факторов нагрузки и усталост- . ного процесса, в некоторых случаях даже подвергаются более интенсивному разрушенйю, например при больших контактных напряжениях происходит явление усталост ного выкрашивания. Таким образом, в указанных зубчатых перед ачах (зубчатые колеса которых получаются по принципу обматки производящей рейкой, изготовленной по исходному контуру) боковые поверхности сопрягаемых зубьев имеют такую форму, что зацепление зубьев колес (в процессе эксплуатации зубчатой передачи) сопровождается качением и скольжением относительно друг друга сопряженных боковых поверхнсстей, при этом между сопряженными боковыми поверхностями возникают трение качения и трение скольжения, кото- рые способствуют снижению КПД, разруше-. нию этих боковых поверхностей за счет йзноса, снижению нагрузочной способности и сокращению срока службы зубчатой передачи; этому способствует также наличие постоянства и равномерности твердости боковых поверхностей зубьев колес, что в сочетании с формой профиля боковых поверхностей зубьев колес передач служит причиной возникновения других различных аидов разрушения боковых поверхностей зубьев и ускорению выхода иэ строя зубчатой перед ачи.

Целью изобретения является повышеwe нагрузочной способности, КПД и долговечности зубчатой передачи

Указанная цель достигается тем, что в известной зубчатой передаче. содержащей зубчатые колеса, твердость активной боковой поверхности зубьев каждого колеса выполнена переменной с максимальным значением твердости на участке активной боковой поверхности, расположенном между кромкой зуба у основания зуба со стороны одного торца и кромкой зуба у вершины зуба со стороны противоположного торца, в том числе на делительной окружности коле10 са, превышающим на 15-20Я, значение твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса, причем с плавным умень15 шением твердости укаэанного участка в направлении к основанию и вершине зуба до значения твердости на неактивной бокоем твердости, при этом зубчатая передача может быть выполнена с эвольвентным зацеплением; а также с зацеплением Новикова, Все это позволяет перераспределить

25 прилагаемую зубчатую передачу нагрузку и сосредоточивать основную нагрузку на указанном участке активной боковой поверхности с максимальным значением твердости, 30 а затем рассеивать эту нагрузку по всей активной боковой поверхности зуба и даже за ее пределы, Благодаря этому в процессе эксплуатации зубчатой передачи укаэанные участки с максимальным значением твердости будут подвергаться меньшей деформации (но тем не менее деформация на этом участке будет), По мере удаления от участка активной боковой поверхности зуба с максимальным значением твердости в направлении к основанию и вершине зуба будут

40 увеличиваться размеры площади участков активной боковой поверхности зуба с плаано уменьшающимся значением. твердости, . на которые будут передаваться нагрузка и

45 деформацию от укаэанного участка" с максимальным значением твердости и в результате удельная нагрузка йа участок с максимальнйм значением твердости будет плавно уменьшаться к гранйцам активной

50 боковой поверхности. Так как твердость актинной боковой поверхности зубьев переменна и ее максимальное значение имеется на участке активной боковой поверхности зуба. расположенном между кромкой зуба у основания зуба со стороны одного торца и кромкой зуба у вершины зуба со стороны противоположного торца, в том числе на делительной окружности колеса, то благодаря этому износ зубьев будет на участке . активной боковой поверхности зуба с маквой поверхности зуба колеса, а зубчатые колеса установлены с воэможностью эацеп20 ления по участкам с максимальным значени5

1754987 симальным значением твердости наименьшим, или по крайней мере иметь примерно близкое значение по всей активной боковой поверхности зубьев. Выполнение на актив- 5 ной боковой поверхности зуба каждого кол еса участка с максимал ьн ым значением твердостй на 15-20% превышающим значение твердости на неактивной боковой по- 10 верхности зуба колеса позволит существенно повлиять на эффект зацепления, при котором линейчатый контакт зубьев будет максимально приближаться к точечному контакту, причем такое увеличение твердости в пределах возможности современной технологии и технических средств. Выполнение с возможностью зацепления зубчатых колес по участкам с мак20 симальным значением твердости активных боковых поверхностей зубьев позволит передавать приложенную на зубчатую передачу основную нагрузку по участкам активных боковых поверхностей с максимальным

25 значением твердости и плавно распределить эту нагрузку по остальным участкам

- зубьев с плавно уменьшающейся твердостью к границам активной боковой поверхности зубьев. Применение указанного технического решения в зубчатой передаче

36 в виде, эвольвентной зубчатой передачи, э также в зубчатых передачах, зубчатые колеса которых получаются по принципу обкатки производящей рейкой. изготовленной по исходному контуру позволит максимально приблизить в этих передачах принцип линейчатого контакта при зацеплении сопряженных зубьев колес к принципу точечного контакта, т. е, обеспечит производить зацепление зубьев в основном по контактным

40 линиям и максимально уменьшить тем самым трение скольжения между сопряженными активными поверхностями зубьев и значительно уменьшить их износ за счет наличия на активных боковых поверхностях зубьев указанных участков с максимальным значением твердости и за счет плавного .уменьшения этой твердости к границам активных боковых поверхностей зубьев, по- . зволит также повысить нагрузочную 50 .способность, КПД и долговечность зубчатой передачи. Выполнение зубчатой передачи с зацеплением Новикова (истинной передачи . с зацеплением Новикова) позволит сохранить стабильность точечного контакта со- 55 пряженных зубьев при их зацеплении, э

: также позволит повысить нагрузочную способность, КПД и долговечность за счет наличия на указанных участках активных боковых поверхностях зубьев максимальной твердости, расположеи ных нэ дели- тельной окружности зубчатых колес (преимущественно) и ее плавного уменьшения этой твердости к границам активных боковых поверхностей зубьев. Если в известных аналогичных зубчатых передачах активная боковая поверхность зубьев каждого колеса выполнена с постоянной твердостью, и эта твердость дает только определенный эффект, ограничивающийся самим принципом зацепления (наличием относительного качения и скольжения сопряженных поверхностей как эвольвентного, так и зацепления Новикова), то в предлагаемой зубчатой передаче положительный эффект этого принципа значительно будет расширяться за счет выполнения активной боковой поверхности зубьев каждого колеса с переменной твердостью с максимальным значением твердости на определенном только участке (для винтовых зубчатых передач — на участке активной боковой поверхности, расположенном на делительной окружности rолесэ, преимущественно, а . для прямозубых зубчатых передач на участке активной боковой поверхности зубьев каждого колеса, расположенном между кромкой зуба у основания зуба со стороны одного торца и кромкой зуба у вершины зуба со стороны противоположного торца, в том числе на делительной окружности колеса, превышающим на 15 — 20% значение твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса, причем с плавным уменьшением твердости указанного участка в направлении к основанию и вершине зуба до значения твердости на неактивной боковой йоверхности зуба колеса.

I-(а фиг. 1 изображена предлагаемая зубчатая передача, содержащая зубчатые кблеса 1, 2; на фиг. 2 — зуб одного зубчатого колеса, например 2; на фиг. 3 — зуб другого колеса; например 1.

На фиг. 1-3 показаны следующйе обозначейия: d>, б2 — делительные окружности зубчатых колес 1, 2 соответственно, A>, Az— точки, расположенные на кромке зуба у основания зубьев со стороны одного торца (граничные точки активных боковых поверхности зубьев); В1, Bg — точки, расположенные на кромке зуба у вершины зуба со стороны противоположного торца (граничная точка активной боковой поверхности зуба,; Ао, Cz, Во — точки, расположенные на делительной окружности колеса (например, колеса 2 на делительной окружности с(21, Ао, С1, Во — точки, расположенные на делительной окружности колеса (rlBcl ример, колеса 1) нэ делительной окружности d<; A>, C>. В(— участок активной боковой поверхности зуба одного зубчатого колеса (например, колеса

1), имеющий максимальную твердость (пре1754987 имущественно прямозубой зубчатой пере- Зубчатая передача содержит сопряжендачи); Ар, Ср,  — участок активной боковой ные зубчатые колеса 1, 2, Твердость активповерхности зуба другого колеса (напри- ной боковой поверхности 81Е1А101(а также мер, колеса 2), имеющий максимальную А ЭрВ Ер) зубьев 3, 4 каждого колеса (1, 2) твердость; Ао, Cg,  — участок активной 5 выполнена переменной с максимальным боковой поверхности зуба колеса, располо- значением твердости на участке А1С1В акженный на делительной окружности, напри- .тивнай боковой поверхности 81Е1А10 зуба мер зубчатого колеса 2 (преймущестоенно 3 колеса 1, а также на участке АгС Вг активАр С1ВΠ— участок активной боковой повер- ной боковой поверхности AiDzBzF2, распохности зуба колеса, раСположенный на де- 10 ложенном между кромкой 5 зуба 3 у лительной окружности, например зубчатого основания зуба 3 со стороны одного торца колеса 1; 81Е IA1D1, A20282E2 — активные (между кромкой 6 зуба 4 у основания зуба 4) боковые поверхности зубьев 3, 4 соответст- . — со стороны Одного торца и кромкой 7 зуба 3 венно, у вершины зуба 3 (кромкой 8 зуба 4 у вершиУсловнО принято (для упрощения рас- 15 ны зуба 4) со стороны противоположного суждения) считать, что изображенная на торца, втомчисленаделительнойокружно-. фиг. 1 зубчатая передача представляет со- сти колеса 1(а также Hà dz колеса 2), т. е, на бой приведенную зубчатую передачу, кото- участке Ао C18> . (а также на участке рая включает в себя понятия: зубчатая АоС2ВО), превышающим на 15-20 значепрямозубая цилиндрическая эвольоентная 20 ние твердости на неактивной бокооой попередача,.зубчатая прямоэубая коническая . верхности зуба 3 (а также зуба 4) колеса 1(а звольвентная передача, зубчатая винтовая также колеса 2), причем с плавным уменьше. " Цилиндрическая эвольвентная передача, нием твердости указанного участка А181(а зубчатая винтовая коническая.эвольвент- также участков А2С2В2, Ао С1ВО, AOC2 ) в ная передача, зубчатая цилийдрическая пе- 25 направлении к основанию и вершине зуба редача с зацеплением Новикова (истинная до значения твердости на неактивной бокои псевдопередача Новикова), зубчатая ко- вой поверхности зуба 3(4) колеса 1 (колеса ническая передача с зацеплением Новикова 2). В этой зубчатой передаче зубчатые коле(истинная и псевдопередача Новикова). са установлены с возможностью зацеплеИэображенная на фиг. 1 зубчатая передача 30 ния по участкам A1C18i, А2С В2, Ао С18р имеет сопряженные зубчатые колеса с бес- ApCzBp с максимальным значением твердоконечно большим числом зубьев. Для зубча- сти, Предлагаемая зубчатая передача может тых конических передач (для эвольвентных . быть и эвольоентной, или же с зацеплением зубчатых передач, для истинных и псевдо- Новикова (истинной и псевдопередачей). передач Новикова) угол делительного кону- 35 Максимальную твердость указанных са имеет бесконечное малое значение. Для . участков, а также плавное уменьшение этой зубчатых винтовых передач (для эвольоент- твердости к границам активной боковой поных зубчатых передач, для истинных и псео- верхности зубьев можно обеспечить различ-: допередач Новикова) угол наклона линии . ными способамй, известными в настоящее зуба имеет бесконечное малое значение; 40 время; в том чйсле упрочнением лазерным лучом, который является наиболее прогресПоэтому изображенные на фйг. 2, 3 сивнымиперспективнымспособомипозоозубья колес представлены s виде геометри- ляет обеспечить твердость поверхности на ческихфигурспрямолинейнымиконтурами, 15-20% больше, чем традиционные спосо.т, е. фактические криволинейные контуры 45 бы упрочнения, поэтомудля достижения позубьев (как эвольоентные, так и зацепления ставленной цели предложено использовать

Новикова) изображены прямыми линиями. метод упрочнения указанных участков ак-Таким образом, на фиг. 1 изображена при- тинных боковых поверхностей зубьевлаэер. веденная зубчатая передача; на фиг. 2, 3- ным лучом. Применение упрочнения приведенные зубья сопрягаемых колес при- 50 указанных участков лазерным лучом позвоведенной зубчатой передачи. Кроме того, лит обеспечить более прочной связью заканеобходимоотметить,чтоистиннымизубча- ленной поверхности с основой, за счет тыми передачами с зацеплением Новикова образования "шиповидной" структуры о упявляются только те зубчатые передачи, ко- рочненном слое материала. При этом полторые соответствуют теоретическим профи- 55 уч а е тс я взаимно прочно с в я э а н н ы е лям зубьев, а не те, зубчатые колеса которых микроучастки, которые о свою очередь имеполучены по принципу обкатки производя- . ют прочные связи с основой материала. Эти щей рейкой, изготовленной по исходному микроучастки имеют повышенную прочноконтуру, последние называются псевдопе- сть(на15-20 бальшуютоердость, чемуча- редачами Новикова. стки, не обработанные лучом лаз 3pB) и

1754987

10 получаются они в виде шипов, плотно свя- значение в, зоне делительной окружности, занных между собой и прочно врезанных расположенной на указанных участках с своими остриями в тело, вглубь основы ма- максимальным значением твердости. то изтериала обработанной поверхности, в дан- нос зубьев будет минимальным на указанномслучае — боковых поверхностей зубьев. 5 ном участке с максимальным значением

Таким образом предлагаемое технические твердости, или будет иметь примерно близрешение усовершенствования зубчатой пе- кое значение по всей поверхности зубьев. редачи, позволяет повысить нагрузочную В результате в зоне максимальных способность, КПДидолговечность зубчатых удельных нагрузок будет максимальная передач с эвольвентным профилем зубьев. 10 твердость, которая плавно уменьшается к с профилем зубьев зацепления Новикова. границам активных боковых поверхностей цилиндрических, конических, прямозубых, зубьев согласно уменьшающимся удельным винтовых, а также любых других их модифи- нагрузкам. каций за счет выполнения с максимальным Предлагаемое техническое решение мозначением твердости конкретных участков 15 жет найти широкое применение во всех осдля винтовых передач — участков. располо- . новных видах зубча six передач, как вновь женных, преимущественно на делительной изготавливаемых, так и находящихся в эксокружности колеса, для прямозубых — участ- плуатацйи. ков, расположенных между кромкой зуба у Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я основания зуба со стороны одного торца и 20 1. Зубчатая передача, содержащая эубкромкой зуба у вершины зуба со стороны чатые колеса, отличающаяся тем, что. противоположного торца и с плавно умень- с целью повышения нагрузочной способношающейся твердостью остальных участков, сти, КПД и долговечности, твердость активактивных боковых поверхностей зубьев от - ной боковой поверхности зубьев каждого указанных участков к границам активных 25 колеса выполнена переменной с максибоковых поверхностей зубьев, атакжеобес- мальным значением твердости на участке печения зацепления сопрягаемых зубьев по активной боковой поверхности. располоуказанным участкам с максимальной твер- женйом между кромкой зуба у основания достык. зуба со стороны одного торца и кромкой

При работе зуб" этой передачи колеса 1, 30 зуба у вершины зуба со стороны противопо2 вращаются и передают нагрузку на зубья ° ложного торца, в том числе на делительной

3, 4, причем максимальные удельные на- окружности колеса, превышающим на 15грузки возникают поделительнымокружно- . 20% значение твердости i1a неактивной бостям, расположенным на участках с.: ковой поверхности зуба. колеса, "причем.с мбксимальйым значением твердости, т. е, 35 плавным уменьшением твердости указаннодля прямозубых колес (для прямозубых . ro участка в направлении к основанию и эвольвентных зубчатых передач) зацепле- вершине зуба до значения твердости на не. ние зубьев 3, 4 происходит по. участкам активной боковой поверхностизуба колеса.

ABACI Bi и А2С2В2 (при зацеплении по этим а зубчатые колеса установлены с воэможноучасткам делительные окружности колес бу- 40 стью зацепления по участкам с максимальдут иметь переменныэ значения), а для вин- ным значейием твердости. товых колес (для винтовых зубчатых 2. Зубчатая передача пои. 1, отличапередач, в том числе для зубчатых передач ю щ а я с я тем, что она выполнена с эвольс профилем зубьев колес с зацеплением Но- вентным зацеплением, викова) зацепление зубьев 3, 4 происходит 45 3. Зубчатая передача по и. 2, о т л и ч а I поучасткамАОС1ВО и АоС2ВО.Так кактвер- . а ща я с я тем, что она выполнена с зацепДость зубьев переменна и ее максимальное лением Новикова.

1754987

t тавитель Х.Каняфиев

Техред M.Моргентау. Редактор О.Спесивых

Корректор С Пекарь

ПроизводСтвенно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 16!

3аказ 2879 ..:,. :. :.:: Тираж -:- :,- ::::;-. . - Подписное

ВНИИПИ Государстаенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Мо каэ, Ж-35, Рауаская наб., 4/5