Цилиндрическое зубчатое колесо

Изобретение относится к машиностроению. Цилиндрическое зубчатое колесо имеет форму цилиндра, ступицу со шпоночным пазом и обод с выполненными на нем зубьями. Форма цилиндра получена образующей при вращении ее вокруг оси. Зубья относительно образующей выполнены в виде элемента эллипса, выражаемого соотношением , где: В -

ширина обода зубчатого колеса, А - наибольшая выпуклость при х=В/2, х - расстояние от торца зубчатого колеса до рассматриваемой точки, А и В/2 - полуоси эллипса. Достигается повышение надежности зубчатой передачи. 2 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в цилиндрических зубчатых передачах.

Зубчатая передача относится к передачам зацеплением с непосредственным контактом ведущего и ведомого звеньев. Она состоит из двух зубчатых колес, каждое из которых включает ступицу со шпоночные пазом и обод, на котором выполнены зубья, образуя зубчатый венец. Меньшее зубчатое колесо называется шестерней, а большее - колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и к колесу. Классификация зубчатых передач дана на стр. 130 (рис. 6.2) в книге Г.Ф. Прокофьев, Н.И. Дундин, Н.Ю. Микловцик. Конструирование приводов технологических машин: учебное пособие для вузов - 2-е изд., испр. и доп. - Архангельск: ИД САФУ 2014. - 504 с.

Наибольшее применение в технике нашли цилиндрические зубчатые передачи. В них каждое из двух зубчатых колес имеет форму цилиндра, полученного образующей прямой при вращении ее вокруг оси.

В поперечном сечении зубья могут иметь различный профиль, откуда произошло название зацепления. Циклоидное зацепление - боковые поверхности зубьев выполнены в виде циклоиды. Оно нашло применение в часовых механизмах и в передачах, требующих высокую точность.

Эвольвентное зацепление - боковые поверхности зубьев выполнены в виде эвольвенты. Это основное зацепление в машиностроении, так как обладает большей прочностью, чем циклоидное зацепление и более технологично в изготовлении. Зацепление Новикова - боковые поверхности зубьев выполнены в виде цилиндров. Оно сложнее в изготовлении, так как требуется специальное оборудование и применяется в основном в оборонной промышленности. В предложенном техническом решении вид зацепления не имеет значения и может быть любым.

По расположению зубьев относительно образующей цилиндрические зубчатые передачи могут быть прямозубые, косозубые и шевронные. В прямозубых передачах зубья расположены параллельно образующей. Достоинства - простота изготовления и отсутствие боковых сил. Недостатки - повышенный износ, шум при больших скоростях, значительные габаритные размеры. Применяют при малых и средних окружных скоростях в основном в открытых передачах.

В косозубых передачах зубья расположены под углом к образующей. Достоинства -плавность зацепления, меньший шум, пониженные динамические нагрузки. Основной недостаток косозубых колес по сравнению с прямозубыми - наличие осевой силы, стремящейся сдвинуть колесо с валом вдоль его оси, что усложняет работу подшипниковых узлов. Рекомендуемый угол наклона зубьев β=8…18°. Менее восьми градусов угол β выполнять не рекомендуется, так как в этом случае эффект незначительный. При β>18° возникают большие осевые силы.

Шевронное колесо представляет собой сдвоенное косозубое колесо. Описание его приведено на странице 135-136 вышеупомянутого источника. Оно взято за прототип. Достоинство - вследствие разного направления наклона зубьев на полушевронах осевые силы взаимно уравновешиваются на колесе и на подшипники не передаются. Это позволяет у шевронных колес увеличить угол наклона зубьев β=25…40°, что повышает прочность зубьев. Минусы шевронных колес - недостаточные плавность зацепления и длина линий контакта зубьев.

Известно цилиндрическое зубчатое колесо по патенту РФ №2717870 MПК F16H / Г.Ф. Прокофьев - №2019122847; заяв. 19.07.2019; опубл. 26.03.2020 Бюл. №9. Для повышения надежности работы зубчатой передачи за счет плавности зацепления зубьев и увеличения линии контакта зубья относительно образующей выполнены в виде синусоиды, выражаемой соотношением: у=A sin (180°⋅х/В); где А - наибольшая выпуклость при х=В/2, В - ширина обода зубчатого колеса, х - расстояние от торца зубчатого колеса до рассматриваемой точки. Цилиндрическое зубчатое колесо по патенту РФ №2717870 взято за прототип.

Задача на которую направлено изобретение - дальнейшее повышение надежности работы зубчатой передачи за счет увеличения линии контакта зубьев. Это достигается тем, что зубья на ободе относительно образующей выполнены в виде участка эллипса, выражаемого соотношением , где: В - ширина обода зубчатого колеса, А - наибольшая выпуклость при х=В/2, х - расстояние от торца зубчатого колеса до рассматриваемой точки, А и В/2 являются полуосями эллипса. На фиг. 1 показано зубчатое колесо предложенной конструкции. Оно включает зубья 1, обод 2, ступицу 3 со шпоночным пазом 4. Характер расположения каждого из зубьев относительно образующей показан в виде одной линии 5, выражающей элемент эллипса.

Для наглядности преимущества предложенного цилиндрического зубчатого колеса по сравнению с цилиндрическим зубчатым колесом рассмотренном в патенте №2717870 и шевронным зубчатым колесом на фиг. 2 приведены построенные графически принципиальные схемы зубчатых колес: 1 - предложенной конструкции, 2 - по патенту №2717870 и 3 - шевронное.

Как видим, длина линии контакта зубьев в предложенной конструкции наибольшая, следовательно эта конструкция обеспечивает наибольшую надежность работы зубчатой передачи.

Работает зубчатое колесо предложенной конструкции следующим образом. Зубья ведущего зубчатого колеса входят в зацепление с зубьями ведомого зубчатого колеса, приводят его во вращение и передают вращательный момент. Плавность зацепления и большая длина контакта зубьев обеспечивают надежную работу зубчатой передачи, при этом боковые силы отсутствуют.

Цилиндрическое зубчатое колесо, имеющее форму цилиндра, полученного образующей при вращении ее вокруг оси, а также ступицу со шпоночным пазом и обод с выполненными на нем зубьями, отличающееся тем, что зубья относительно образующей выполнены в виде элемента эллипса, выражаемого соотношением , где: В - ширина обода зубчатого колеса, А - наибольшая выпуклость при х=В/2, х - расстояние от торца зубчатого колеса до рассматриваемой точки, А и В/2 - полуоси эллипса.