Зубчатая передача
Владельцы патента RU 2426023:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (RU)
Изобретение относится к машиностроению, в частности к косозубым передачам. Зубчатая передача содержит ведущее и ведомое зубчатые косозубые колеса. Зубья ведущего колеса не имеют ножки зуба. Зубья ведомого колеса образованы впадинами. В торцевом сечении колес радиус R кривизны головки зуба ведущего колеса постоянен и равняется постоянному радиусу кривизны сопрягаемой с ней впадины ведомого колеса. В нормальном сечении зуб ведущего колеса имеет профиль половины эллипса с радиальным расположением его большей оси. Изобретение позволяет обеспечить максимально возможную нагрузочную способность. 5 ил.
Зубчатая передача может быть использована в машиностроении, в частности, как косозубая передача с зацеплением, обеспечивающим максимально возможную нагрузочную способность. Известна передача Г.П.Гребенюка [1], принятая за прототип, в которой зубья выполнены с головками и межзубовыми впадинами, причем в поперечном сечении колес радиус кривизны головки зуба равняется радиусу кривизны сопрягаемой с ней межзубовой впадины. Увеличение нагрузочной способности косозубой передачи (фиг.1) до максимально возможной по сравнению с прототипом обеспечивается уменьшением высоты зуба за счет исключения ножки зуба. При этом в зубчатой передаче, содержащей ведущее и ведомое зубчатые колеса, зубья ведущего колеса выполнены головками, зубья ведомого колеса образованы впадинами. В торцевом сечении зуб ведущего колеса очерчен дугой окружности R, т.е. имеет постоянный радиус кривизны в любой его точке. Зацепление зуба ведущего колеса происходит с поверхностью впадины ведомого колеса, которая в торцевом сечении очерчена дугой окружности того же радиуса, а на кромках имеет скругление. Колеса зубчатой передачи выполнены косозубыми. В нормальном сечении профиль зуба ведущего колеса имеет форму эллипса с радиальным расположением большей оси эллипса.
Большая полуось а (фиг.2) является высотой головки зуба и поэтому величина постоянная, тогда большая полуось определяется из зависимости отношения осей эллипса от угла наклона зубьев к оси колес α. В зацеплении принято, что радиус R численно равен высоте головки зуба, т.е. а=R.
Поскольку DE=b (фиг.3, 4 и 5), отсюда DF=cosα=2а:2b=a:b. Соответственно а:b=cosα. Данное соотношение справедливо для любого угла α.
При одинаковом угле наклона зубьев α ведущего и ведомого колес поворот ведущего колеса приводит к зацеплению выпуклой поверхности зуба ведущего колеса с вогнутой поверхностью впадины ведомого колеса, обеспечивая поворот последнего. Линия сопряжения поверхностей профилей колес представляет четверть окружности радиусом R, которая в процессе зацепления-перекатывания перемещается вдоль ширины колес. Если ведущее и ведомое колесо имеют разные углы наклона зубьев α1≠α2, то зацепление сопровождается дополнительным скольжением профилей друг по другу.
При повороте зубчатой пары мгновенный контакт зуба и впадины перемещается вдоль оси вращения до тех пор, пока следующий зуб ведущего колеса не войдет в зацепление со следующей впадиной ведомого колеса. Максимальный контакт зуба и впадины обеспечивается в любой момент вращения колеса.
При этом ширина зубчатого зацепления определяется необходимым коэффициентом перекрытия в зависимости от шага и угла наклона зубьев.
Уменьшая до допустимого минимума значение угла наклона зубьев в косозубом зацеплении, одновременно можно достичь практически максимально возможного увеличения пятна контакта зубьев и впадин с той положительной особенностью, что это пятно контакта распределено равномерно по всей высоте соприкасающихся зубьев, так как радиус кривизны зуба ведущего колеса равен радиусу кривизны впадины ведомого по всей поверхности. Для устранения возможного заклинивания от нагрева при работе зубчатого зацепления предусмотрены гарантированные зазоры, которые учитываются в расчетных формулах.
Кроме того, вследствие хороших условий смазки предлагаемая зубчатая передача обладает повышенной износостойкостью зубьев и пониженными потерями на трение в зацеплении.
Поскольку радиус кривизны зуба по всему профилю не изменяется, это исключает наличие концентраторов напряжения и способствует долговечности работы механизма.
Источник информации
1. RU 2057267 C1 (Гребенюк Геннадий Петрович), 27.03.1996.
Зубчатая передача, содержащая ведущее и ведомое зубчатые косозубые колеса, в которой зубья ведущего колеса выполнены головками, а ведомого колеса образованы впадинами, при этом в торцевом поперечном сечении колес радиус кривизны головки зуба ведущего колеса постоянен и равняется постоянному радиусу кривизны сопрягаемой с ней впадиной ведомого колеса, а в нормальном сечении зуб имеет профиль половины эллипса с радиальным расположением его большей оси.
