Устройство с автоматической компенсацией непараллельности осей

 

Изобретение относится к устройствам с автоматической компенсацией параллельности осей. Технический результат: улучшение компенсации, уравновешенности, конструктивное и технологическое упрощение. Сущность: зубчатый венец 4 с бочкообразной формой зубьев 9 и сферической поверхностью их вершин 10 на одном из колес 3 устройства и сопряженный с ним другой зубчатый венец 6, вращающийся синхронно с валом другого колеса 5. Вал 1 колеса 3 устройства установлен в сферических подшипниках 2, венец 6 - непосредственно на колесе 5, зубья колеса 3 в основаниях впадин ограничены сферическими поверхностями, а с боковых сторон - поверхностями, уравнения которых указаны в ф-ле. Если зубья венцов 4 и 6 при работе контактируют не в средней плоскости передачи, а в радиальной возникает поворачивающий момент, возвращающий зубья 9 и 13 в позицию до их контакта в средней плоскости. Положительный эффект: повышение эффективности эксплуатации и изготовления, расширение области применения. 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению.

Известно устройство для автоматической компенсации несоосности во внешнем зубчатом зацеплении, включающее два зубчатых венца с бочкообразными зубьями и сферической поверхностью их вершин, втулку с фланцем и самоустанавливающийся подшипник. Один из венцов установлен непосредственно на ведущем валу и находится в зацеплении с зубчатым венцом внутреннего зацепления на ведущем колесе, другой венец размещен на наружной поверхности фланца этой втулки, установленной в полости ведущего колеса, и также находится в зацеплении с соответствующим ему зубчатым венцом внутреннего зацепления этого же ведущего колеса. В полости средней части ведущего колеса размещен самоустанавливающийся подшипник. Указанные зубчатые венцы, втулки и подшипник, встроенные в полости ведущего колеса, в совокупности с ним осуществляют автоматическую компенсацию несоосности во внешнем зубчатом зацеплении [1].

Однако известное устройство конструктивно громоздко, металлоемко, имеет повышенную неуравновешенность, обусловленную несимметричным размещением зубчатых венцов и втулки относительно средней плоскости ведущего колеса.

Известно устройство для автоматической компенсации непараллельности осей колес зубчатой передачи, содержащее зубчатый венец внешнего зацепления с бочкообразной формой зубьев сферической поверхностью их веpшин, выполненный или размещенный на несущем валу колеса. Он сопряжен с зубчатым венцом внутреннего зацепления, встроенным в полости этого же колеса и вращающимся синхронно с валом другого колеса. Сферические поверхности вершин бочкообразных зубьев венца внешнего зацепления первого колеса установлены с натягом на сопрягаемой поверхности впадин зубьев его венца внутреннего зацепления. В средней части полости данного колеса этими сопрягаемыми поверхностями образован сферический подшипник скольжения, который обеспечивает одновременно передачу крутящего момента и компенсацию непараллельности осей колес [2] .

Недостатками известного устройства являются повышенное в зацеплении сопротивление поворачивающему моменту, устраняющему непараллельность осей колес передачи, обусловленное наличием в устройстве подшипника скольжения, и повышенная неуравновешенность.

Задача изобретения - улучшение автоматических компенсирующих свойств устройства для устранения непараллельности осей, конструктивное его упрощение технологичности изготовления, снижение шумности и повышение уравновешенности, а также расширение области его применения.

Это достигается тем, что в известном устройстве для автоматической компенсации непараллельности осей колес, содержащем находящиеся в зацеплении зубчатые колеса, первое изготовлено на валу, а его зубчатый венец выполнен с бочкообразными в сечении поверхностью его делительного цилиндра зубьями и со сферической поверхностью вершин выступов, упомянутый вал установлен на сферических подшипниках, поверхность оснований впадин зубьев первого колеса выполнена сферической, а боковая поверхность его зубьев определена в цилиндрических координатах следующим уравнением: Z = cos[Θ+(tgα-α)]; r = sin[Θ+(tgα-α)]; = γ_i; X = sin[Θ+(tgα-α)]sinγ_i где Z_i" ,r_i" , γ_i'' ,X_i" , γ_i- текущие координаты боковой поверхности бочкообразного зуба: r_b - радиус основной сферы колес, Θ- угловой параметр, фиксирующий в полуплоскости РОZ_i ", начало эвольвенты на основной сфере зубчатого колеса, определяющийся по соотношению: Θ=90° - . где S_о - толщина зуба по дуге основной сферы в полуплоскости POZ_i "; α - угловой параметр в полуплоскости POZ_i ", назначаемый в пределах изменения модуля полярного радиуса-вектора от величины, равной радиусу основной сферы r_b, до величины, равной радиусу сферы головок зубьев r_a; tg α - α = v - угол, определяющий направление радиуса-вектора .

При этом сферическая поверхность, ограничивающая зубья в основаниях их впадин, в указанных координатах записывается так
Z_i" = r_fcos Θ;
r_i" = r_f sin Θ;
γ_i''=γ_i
x_i = r_f sin Θ sin γ_i ; где r_f - радиус сферы основания впадины;
Θ - текущий угловой параметр, изменяющийся в пределах ширины впадины в основании зубьев.

Аналогично в указанных координатах записываются уравнения сферической поверхности, ограничивающей зубья, и в их вершинах.

Ограничение бочкообразных зубьев поверхностями указанной геометрии и профилирование выпуклого их профиля в средней плоскости заявляемого устройства (где процесс зацепления зубьев колес начинается и полностью заканчивается) посредством дуги эвольвенты окружности, цилиндрические координаты Z_i" и r_i" которой в системе координат первого колеса определены соотношениями:
Z = cos(Θ+V);
r = sin(Θ+V), где v = tgα -α - эвольвентная функция, определяющая угловым параметром α в пределах изменения модуля радиуса-вектора от r_b до r_a.

Улучшают автоматические компенсирующие свойства заявляемого устройства, позволяют упростить его конструкцию, снизить шумность при работе, повысить уравновешенность и технологичность изготовления, расширить область применения.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.3 - схемы системы цилиндрических координат Z_i" , r_i" , γ_i'' , x_i" и очертание зуба ведущего колеса в среднем сечении; на фиг.4 - схема сил и моментов в устройстве; на фиг.5 - зацепляющиеся зубья передачи, продольное сечение.

Устройство для автоматической компенсации непараллельности осей содержит вал 1, уложенный в сферические опоры качения 2, колесо 3 с зубчатым венцом 4 и центром в точке 0, радиусом начальной окружности r_wiсидящее на валу, колесо 5 с центром в точке 0 и радиусом начальной окружности r_w2 с зубчатым венцом 6, синхронно вращающееся с валом 7, уложенным в радиальных опорах качения 8.

Зубья 9 венца 4 ведущего колеса 3 имеют бочкообразную форму и ограничены в вершинах 10 в основаниях впадин 11 сферическими поверхностями, а с боковых сторон 12 - выпуклой поверхностью вращения (получаемой дугой эвольвенты окружности радиуса), описание которой в цилиндрических координатах (фиг.3) производится указанным уравнением.

Зубья 13 венца 6 колеса 5 имеют прямую форму и ограничены как в вершинах 14, так и в основаниях впадин 15 и с боковых сторон 16 цилиндрическими поверхностями. Оба колеса имеют в среднем сечении передачи выпуклые профили зубьев (соответственно 12 и 16). При этом геометрия боковой поверхности вращения 12 зуба такова (см. фиг.3), что правильное, т.е. эвольвентное, зацепление указанных профилей будет протекать только в средней плоскости передачи.

Устройство работает следующим образом. Крутящий момент М_кр с вала 1, уложенного в сферических опорах качения, передается на колесо 3 с зубчатым венцом 4 и далее через зацепление бочкообразного зуба 9 с прямым зубом 13 - колесу 5 с зубчатым венцом 6, установленному на валу (уложенному в радиальных опорах качения 8).

Если зубья венцов 4 и 6 при передаче крутящего момента контактируют не в средней плоскости передачи (см. фиг.4, 5), а в радиальной плоскости колеса 3, образующей со средней плоскостью некоторый угол Ψ, появляющийся как следствие непараллельности осей колес передачи в силу выхода площадки (из-за возможных погрешностей в геометрии поверхностей зацепляющихся зубьев или сборки устройства) контакта зубьев колес из средней плоскости, то возникает поворачивающий момент, а именно: в плоскости межосевой линии О₁О₂ т. е. вертикальной он будет равен сумме моментов:
M= M+M где М - момент, возникающий как следствие непараллельности осей колес;
М_Ft - момент окружной силы F_t относительно межосевой линии 0₁0₂.

Ему будет противодействовать сопротивление в зацепляющихся зубьях 9 и 13 в форме М_т.к. - момента сил трения качения и М_т.с.п момента трения скольжения в сферических подшипниках опор вала колеса 3. В итоге поворачивающий момент в устройстве в вертикальной плоскости определяется соотношением:
M=M+M-M_т.к-2M_т.с.п
Для случая непараллельности осей колес в горизонтальной плоскости М будет равен:
M=+-M_т.к-2M_т.с.п
Таким образом, возникающий поворачивающий момент М в устройстве будет поворачивать колесо 3 совместно с валом 1 в сферических опорах качения 2, преодолевая сопротивление качению в зацеплении зубьев 9 и 13 и скольжению в сферических опорах 2, до обеспечения контакта зубьев 9 и 13 в средней плоскости передачи и уменьшения угла непараллельности до минимально допустимой величины.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ НЕПАРАЛЛЕЛЬНОСТИ ОСЕЙ, содержащее находящиеся в зацеплении зубчатые колеса, первое установлено на валу, а его зубчатый венец выполнен с бочкообразными в сечении поверхностью его делительного цилиндра зубьями и со сферической поверхностью выступов, отличающееся тем, что упомянутый вал установлен на сферических подшипниках, поверхность дна впадин зубьев первого колеса выполнена сферической, а боковая поверхность его зубьев определена в цилиндрических координатах уравнениями
Z = cos[Θ+(tgα-α)];
r = sin[Θ+(tgα-α)];
= γ_i
X = sin[Θ+(tgα-α)]sinγ_i
где z, r, , x, γ_i - текущие координаты поверхности боковой стороны бочкообразного зуба;
r_b - радиус основной сферы колеса;
Θ - угловой параметр, фиксирующий в полуплоскости P_oZ системы z, r, , x начало эвольвенты на основной сфере зубчатого колеса, определяющий по соотношению
Θ = 90 - ,
где s_o - толщина зуба по дуге основной сферы в полуплоскости
P_oZ
α - угловой параметр в полуплоскости P_oZ назначаемый в пределах изменения модуля полярного радиуса-вектора величины, равной радиусу основной сферы r_b до величины, равной радиусу сферы головок зубьев r_a;
tgα-α = v - угол, определяющий направление радиуса-вектора

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5