Зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев

Изобретение относится к области машиностроения. Зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев состоит из колеса с внешними зубьями с прямолинейной образующей и шестерни с зубьями, эвольвентными в среднем торцевом сечении, на боковой поверхности которых реализована пространственная геометрия, учитывающая комплексное действие перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки. Обеспечивается повышение нагрузочной и компенсирующей способности зубчатых передач с внешним зацеплением. 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для соединения валов тяжело нагруженных и высокоскоростных механизмов, взаимодействующих в условиях комплексного действия перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки.

Известна цилиндрическая зубчатая передача (А.с. 785569 СССР МКИ F16H 1/08; опубл. 07.12.1980. - Бюл. №45) с зубьями, продольная линия которых выполнена в виде дуги окружности и эвольвентным профилем зубьев, которые с целью снижения чувствительности к погрешностям межосевого расстояния выполнены с равными радиусами окружностей продольных линий, проходящих через верхнюю и нижнюю активные точки профиля зуба, а профили зубьев в сечениях, параллельных торцовому идентичны.

Аналог не обеспечивает требуемого технического результата так, как в процессе профилирования боковой поверхности зубьев не учитывается пространственный характер контактирования зубьев в соединении, что приводит к точечному характеру контактирования зубьев, а при превышении допустимого рабочего угла перекоса к кромочному контакту зубьев.

Наиболее близким аналогом изобретения, которое заявляется является зубчатый венец (А.с. 1087720 СССР МКИ F16H 1/04; F16H 55/17; F16D 3/18, опубл. 23.04.1984. - Бюл. №15) с внешними зубьями, звольвентными в среднем торцовом сечении венца и бочкообразными в сечении поверхностью делительного цилиндра, боковая поверхность зубьев которого с целью снижения чувствительности к монтажным погрешностям выполняется с большей величиной бочкообразности, за счет того, что линия пересечения боковых поверхностей зубьев плоскостью, касательной к делительному цилиндру, представляет собой участки эвольвент, основные окружности которых касательны к среднему торцовому сечению венца и имеют диаметр, кратный модулю зубьев.

Зубчатый венец работает при наличии перекоса зубчатых колес, что приводит к повороту одного зубчатого колеса относительно другого, при этом выбираются или уменьшаются радиальные зазоры в соединении. В результате приложения крутящего момента на зубьях зубчатого венца возникает усилие, направленное по нормали к боковой поверхности. Усилие, создает момент, изгибающий зубья. Поверхность впадин предложенного зубчатого венца представляет собой прямой круговой цилиндр соосный с делительным цилиндром, что исключает подрезание зубьев в крайних торцовых сечениях при профилировании боковой поверхности зубьев для компенсации повышенных углов перекоса. За счет исключения подрезания зубьев появляется возможность увеличить длину зуба и высоту зуба в крайних торцовых сечениях.

Предложенная конструкция зубчатого венца обеспечивает беззазорность в зубчатом соединении или близкое к равномерному распределение зазоров в соединении и синхронность вращения зубчатых колес, за счет чего снижаются динамические нагрузки. Кроме того, прочность зубьев зубчатого венца увеличивается, что позволяет более рационально использовать металл и уменьшить массу приводов различных машин.

Признаками наиболее близкого аналога, которые совпадают с признаками заявляемого изобретения являются:

1. Внешние зубья.

2. Эвольвентные в среднем торцовом сечении.

Наиболее близкий аналог не обеспечивает необходимого технического результата так, как при профилировании боковой поверхности зубьев шестерни учитывается только угол перекоса продольных осей шестерни и колеса. Вместе с тем комплексное действие перемещений и поворотов элементов зубчатых передач, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки может привести к точечно-кромочному характеру контактирования зубьев и как следствие к снижению нагрузочной и компенсирующей способностей зубчатого соединения.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования зубчатого соединения за счет изменения геометрии боковой поверхности зубьев шестерни, профилирование которых осуществляется с учетом комплексного действия перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки.

Поставленная задача решается тем, что реализуется зубчатое соединение, состоящее из колеса с внешними эвольвентными зубьями с прямолинейной образующей и шестерни с пространственной геометрией боковой поверхности зубьев, которая учитывает комплексное действие перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки.

Признаком, который отличает заявленное зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев, является учет при профилировании боковой поверхности зубьев всех перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки. Учет при профилировании боковой поверхности зубьев шестерни всех перемещений и поворотов позволяет создавать зубчатые соединения с большей компенсирующей и нагрузочной способностью при тех же габаритных размерах деталей или уменьшать габаритные размеры деталей соединения при сохранении нагрузочной способности.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид внешнего зубчатого соединения; на фиг. 2 показан зуб шестерни с пространственной геометрией боковой поверхности.

Зубчатое соединение (фиг. 1) состоит из зацепляющихся в условиях наличия перемещений и перекосов колеса 1 с внешними эвольвентными зубьями 2 с прямолинейной образующей (на чертеже не показана) и шестерни 3 с наружными зубьями 4.

Из фиг. 1 видно, что с шестерней связаны подвижные системы координат S1(x1, y1, z1) и с зубчатым колесом связана подвижная система координат S2(x2, y2, z2). А так же выбрано расположение неподвижной, абсолютной системы координат S (X, Y, Z) - начало координат, которой совпадает с полюсом зацепления Р.

Зубья колес во время эксплуатации взаимодействуют при наличии погрешностей изготовления, монтажа и перемещений, вызванных деформациями, которые возникают под действием рабочей нагрузки. Оси системы координат зубчатого колеса параллельны осям абсолютной системы координат, а начало координат лежит на оси OY. Вращение колеса 1 осуществляется относительно оси O2z2 подвижной системы координат S2(x2, y2, z2).

Все возможные погрешности, деформации и перемещения сведены к суммарным значениям перемещений и поворотов и сообщаются подвижной системе координат S1(x1, y1, z1) связанной с шестерней 3. Вращение шестерни 3 осуществляется относительно оси подвижной системы координат

Вид зуба 4 шестерни 3 показан на фиг. 2, его боковая поверхность разделена на две части 5 и 6, профилирование каждой из которых осуществляется с учетом комплексного действия перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки в соответствии с системой уравнений:

где x1, y1, z1 - координаты контактной точки на боковой поверхности зуба шестерни;

φ1 - угол поворота шестерни;

φ2 - угол поворота колеса;

rb2 - радиус основной окружности колеса;

ϕ2 - угол развернутости эвольвентного профиля колеса;

ϕс_2Р - угол смещения начала эвольвенты колеса, таким образом чтобы эвольвента проходила через полюс зацепления.

z2 - координата по ширине зубчатого венца колеса.

Axi, Ayi, Azi - постоянные коэффициенты, зависящие от величин суммарных перемещений и суммарных углов перекоса:

где φ - суммарный угол поворота шестерни относительно оси x1;

φ - суммарный угол поворота шестерни относительно оси

Δ, Δ, Δ - суммарные перемещения относительно трех координатных осей абсолютной системы координат;

R1, R2 - радиусы делительных окружностей соответственно шестерни и колеса.

Боковая поверхность зубьев шестерни образована совокупностью контактных линий 7 (фиг. 2). Контактные линии 7 представляют собой плавные кривые. Значения координат точек контактных линий определяются в результате решения системы уравнений. Боковая поверхность зубьев шестерни разделена на две части 5 и 6, что связано с особенностями относительных движений элементов зубчатого соединения во время работы при комплексном действии перемещений и поворотов, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки.

Зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев работает следующим образом.

При вращении вокруг своих продольных осей в условиях наличия перемещений и перекосов осей (фиг. 1) колесо 1 и шестерня 3 контактируют боковыми поверхностями зубьев. При этом зуб 4 шестерни 3 совершает пространственное движение относительно зуба 2 колеса 1. Между зубьями в пределах контактной зоны возникает линейный или близкий к линейному контакт зубьев. При приложении нагрузки контактные линии превращаются в поверхность соприкосновения.

Реализация данного зубчатого соединения позволяет за счет применения предложенной универсальной пространственной геометрии боковой поверхности зубьев компенсировать все возможные перемещения и повороты элементов зубчатого соединения, вызванные наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки. При этом в соединении исключается кромочный контакт зубьев, а взаимодействие зубьев осуществляется в пределах пятна контакта зубьев с обеспечением линейного или близкого к линейному характера контактирования зубьев, что позволяет получать соединения с большей компенсирующей и нагрузочной способность при тех же габаритных размерах деталей или уменьшать габаритные размеры деталей соединения при сохранении нагрузочной способности.

Предложенное зубчатое соединение может быть использовано для соединения валов тяжело нагруженных и высокоскоростных механизмов, взаимодействующих в условиях комплексного действия перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки.

Зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев, состоящее из колеса с эвольвентными зубьями с прямолинейной образующей и шестерни с зубьями эвольвентными в среднем торцовом сечении, отличающееся тем, что профилирование боковой поверхности зубьев шестерни осуществляется с учетом комплексного действия перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки в соответствии с системой уравнений:

где x1, y1, z1 - координаты контактной точки на боковой поверхности зуба шестерни;

φ1 - угол поворота шестерни;

φ2 - угол поворота колеса;

rb2 - радиус основной окружности колеса;

ϕ2 - угол развернутости эвольвентного профиля колеса;

ϕc_2P - угол смещения начала эвольвенты колеса таким образом, чтобы эвольвента проходила через полюс зацепления;

z2 - координата по ширине зубчатого венца колеса;

Axi, Ayi, Azi - постоянные коэффициенты, зависящие от величин суммарных перемещений и суммарных углов перекоса:

где φ - суммарный угол поворота шестерни относительно оси x1;

φ - суммарный угол поворота шестерни относительно оси

ΔxΣ, ΔyΣ, ΔzΣ - суммарные перемещения относительно трех координатных осей абсолютной системы координат;

R1, R2 - радиусы делительных окружностей соответственно шестерни и колеса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электродвигателям. Технический результат состоит в повышении надежности.

Изобретение относится к машиностроению. Способ сборки зубчатых планетарных передач включает этап соосного соединения ведущего центрального зубчатого колеса через сателлиты с неподвижным зубчатым колесом и выходным звеном-водилом.

Изобретение относится к машиностроению. Волновая передача (1) содержит генератор (4) волн, снабженный жесткой вставкой (5) и волновым подшипником (7).

Группа изобретений относится к области транспортного машиностроения. По первому варианту автомобильный реечный рулевой механизм с переменным передаточным отношением содержит две ведущих шестерни и два ведомых реечных сектора.

Изобретение относится к оборудованию, в котором используется движение по зубчатой рейке и может найти применение в устройствах печати на широкоформатных промышленных принтерах.

Изобретение относится к двухпоточным редукторам для передачи крутящего момента. Двухпоточный редуктор содержит корпус, быстроходную, промежуточную и тихоходную ступени зубчатых передач, объединенные с механизмом деления крутящего момента, содержащего левый и правый валы двух потоков.

Изобретение относится к области машиностроения. Планетарная прецессионная передача содержит связанный с входным валом кривошип (1), сателлит с внешними эвольвентными бочкообразными зубьями (2), сферический подшипник сателлита (3), неподвижное центральное колесо с внутренними эвольвентными прямыми зубьями (4), выходной вал (5), угловую муфту (6), подшипники входного и выходного валов (7) и (8), корпус (9) и крышку корпуса (10).

Изобретение относится к медицинской технике, применяемой в травматологии и ортопедии с использованием аппаратов наружного остеосинтеза. Аппарат для остеосинтеза содержит узел для перемещения костных отломков, узел для жесткой фиксации аппарата для остеосинтеза на кости, электрический привод, узел для управления аппаратом для остеосинтеза, источник питания.

Изобретение относится к машиностроению. Гипоциклоидальное зубчатое зацепление содержит взаимодействующее между собой внутреннее колесо с внешним зубчатым профилем и наружное колесо с внутренним зубчатым профилем, установленные на параллельных осях, смещенных друг относительно друга на величину эксцентриситета.

Компактная трансмиссия содержит коробку приводов агрегатов летательного аппарата и агрегат, выбранный из группы, в которую входят многоступенчатый топливный насос или многоступенчатый смазочный блок.

Изобретение относится к области машиностроения. Зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев состоит из колеса с внешними зубьями с прямолинейной образующей и шестерни с зубьями, эвольвентными в среднем торцевом сечении, на боковой поверхности которых реализована пространственная геометрия, учитывающая комплексное действие перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки. Обеспечивается повышение нагрузочной и компенсирующей способности зубчатых передач с внешним зацеплением. 2 ил.

Наверх