Зубчаста передача

1. Зубчаста передача, утворена зубчастими колесами 1 і 2 з кутовими кроками τ1 і τ2 зубів (наприклад, відповідно, 3 і 4 або 5 і 6) взаємодіючих зубчастих вінців, наприклад - 1° і 2° з однопотоковими елементами або 1' і 2', 1" і 2" - із багатопото (19) 1 3 тного торцевого пересполучення вибрані зі співвідношення D1,2 / 1,2 0,25 . 5. Зубчаста передача за п.1, яка відрізняється тим, що виконана з відхиленнями геометричних і монтажних параметрів, еквівалентними збільшенню міжосьової відстані циліндричних коліс або осьової установки конічних коліс, а позаполюсні Винахід відноситься до машинобудування, а конкретно - до зубчастих механізмів. Найбільше успішно даний винахід може бути використаний в різних конструкціях з важконавантаженими зубчастими колесами. Відома евольвентна зубчаста передача (Литвин Ф.Л. «Теория зубчастых зацеплений», Μ., «Наука», 1968г., 584с), що відповідає основному закону зачеплення шляхом виконання торцевих профілів зубів парних коліс взаємосполученими при коефіцієнтах торцевого (ε ) і сумарного (ε ) перекриття: ε >1 і ε 1. Недоліками евольвентного зачеплення є низька конструктивна гнучкість торцевого профілю зубів (небезпека кромкової фази зачеплення та наявність фази зачеплення в полюсі, мала щільність контакту зубів) і висока чутливість до технологічних і деформаційних порушень контакту зубів уздовж їхньої лінії. Відома просторова позаполюсна зубчаста передача Новикова / Новиков М.Л. Зубчатые передачи с новым зацеплением. Изд. ВВИА ім. Н.Е. Жуковского, М, 1958г., 186с/с, що відповідає основному закону зачеплення на базі осьового пересполучення зубів при крапковій спряженості (ε =0) їхніх торцевих профілів - опуклих радіуса у головки та увігнутих радіуса f у ніжки, = f- a>0. До недоліків передачі Новикова відноситься її низька конструктивна гнучкість - принципова відсутність можливості виконання передачі прямозубої та/або вузьковінцевої, необхідність вибору величини >>0, мала щільність контакту зубів та підвищена його чутливість до відхилень (технологічним і деформаційним) геометрії. Відома просторова зубчаста передача змішаного зачеплення (Журавлев Г.А. Зубчатая передача. А.с. СССР №1185942, МПК F16H1/08, Приор. 20.05.1975р. Бюлл. №15, 2004г.) з осьовим пересполученням зубів, у якій позаполюсні точечносполучені ділянки торцевого профілю зубів описані ввігнутими радіуса ass y головки та опуклими радіуса fss у ніжки лініями ass- fss>0, з'єднаними між собою евольвентними ділянками з кутом профілю вихідного контуру >> k при = 1 і k0 і aw>a1 . Завдяки більшому перекриттю зубів і меншої чутливості передачі до відхилень міжосьової відстані, активна ширина зубчастого вінця bw може бути зменшена до bw 0.7рх (рх - осьовий крок), а показники її згинальної витривалості, виброакустики та ресурсу роботи істотно поліпшені. 5 Недоліком відомого рішення є обмеження конструктивної гнучкості в реалізації ефектів кривизни й росту щільності контакту у всіх фазах зачеплення. Відома зубчаста передача змішаного зачеплення (Журавлев Г.А. Патент СССР №1839700, МПК 5F16H 1/20, 55/08, Приор. 24.09.1986р., Бюлл. №48-47,1993г.), утворена багатопотіковими елементами типу IP зі зсувами фаз зачеплення торцевих профілів зубів різних пар взаємодіючих зубчастих вінців, наприклад, складених коліс. У кожній окремо взятій парі взаємодіючих зубчастих вінців евольвентні (при a>>a1 ) і точечно-точечносполучені ділянки торцевих профілів зубів створюють самостійні фази зачеплення з розривом безперервності їхнього кінематичного зачеплення та з дискретним існуванням (тільки для окремих крапок і локальних відрізків профілів) загальної дотичної площини в контакті зубів зачеплення, з досягненням (завдяки відносному зсуву фаз дискретного зачеплення) коефіцієнта торцевого перекриття ε 1 і взаємосполучення парних коліс. Компонент крапкової спряженості опукло-вгнутих ділянок профілів зубів поєднується з відмовою від умов по осьовому перекриттю, з утворенням початково-лінійного торкання (ПЛТ) зубів, з підвищеною щільністю контакту у всіх фазах зачеплення, з відсутністю осьових зусиль у зачепленні. Разом з тим, задоволення умові ε 1 обмежує конструктивну гнучкість багатопотокової передачі IP у частині реалізації ефектів кривизни та росту щільності контакту. Відома прийнята тут прототипом зубчаста передача змішаного зачеплення (Журавлев Г.А. Патент РФ №1571330, МПК F16H 55/08, 25.04.1988р., Бюлл. №22, 1990р.) з торцевим пересполученням зубів, побудована на базі кінематичного принципу змішаності IP і ефекту кривизни контакту. Торцеві профілі зубів передачі IP мають евольвентні (квазіевольвентні) ділянки та позаполюсні шматочно та/або точечно-сполучені дугові (опуклі в головки та увігнуті в ніжки) ділянки, сполучені між собою в теоретичних крапках контакту позаполюсних ділянок (а=аk=а1 ) з утворенням крапки перегину в теоретичній крапці контакту у ніжці зуба. Евольвентні ділянки створюють самостійну фазу зачеплення з коефіцієнтом торцевого перекриття ε 1, а в граничних крапках мають різні (по обох сторони від крапки перегину) види торкання профілів зубів від опукло-вгнутого до двоякого-опуклого. Передача в цілому має контакт типу ПЛТ без умов по осьовому перекриттю й характеризується реалізацією ефектів кривизни з підвищеною щільністю контакту (аж до ПЛТ у позаполюсних фазах зачеплення), підвищеними рівнями понададитивності змішаного зачеплення та конструктивної гнучкості торцевої та поздовжньої форм зубів. Поліпшено показники динаміки зачеплення, сполучення припрацьовуваності та зносостійкості, віброакустики, навантажувальної здатності та ресурсу роботи зубчастої передачі. Обмеженнями конструктивної гнучкості відомої передачі (умовами по торцевому та сумарному перекриттю зубів ε >1 і ε >1) стримується ріст щільності контакту (кута зачеплення atw і/або висотних розмірів позаполюсних точечно-сполучених 90316 6 ділянок) у різних фазах зачеплення та рівня понададитивності змішаного зачеплення. В основу винаходу покладене рішення задачі збільшення конструктивної гнучкості та щільності контакту зубів зубчастої передачі (з метою поліпшення її якісних показників) шляхом введення ряду кінематичних принципів, найбільш адекватні реалізації ефекту кривизни контакту в різних фазах зачеплення. Поставлена задача вирішується тим, що торцеві профілі зубів містять кусково та/або точечно-сполучені позаполюсні дугові (опуклі радіуса у головки та увігнуті радіуса f у ніжки з теоретичним кутом тиску ak) ділянки підвищеної щільності контакту, плавно з'єднані з іншими, наприклад - евольвентнми, ділянками, і мають розриви фаз пересполучення торцевих профілів зубів на кут дискретного пересполучення ( D1,2; при цьому, як мінімум, одна фаза дискретного пересполучення торцевих профілів пари зубів утворені контактом позаполюсних опукло-вгнутих ділянок. Тут і далі зубчасті передачі, що мають такі фази дискретного пересполучення торцевих профілів взаємодіючих зубів по їх опукло-вгнутих ділянках, будемо називати дискретними передачами, що як забезпечують кінематично правильне зачеплення торцевих профілів зубів лише в окремих його фазах або ж кусково - з кутами торцевого перекриття кожного з парних коліс, меншими їхніх кутових кроків. Відмова від накладаємих традиційними принципами утворення сполучених зубчастих коліс обмежень на форму зубів (торцеву та поздовжню) супроводжується конструктивною нерівномірністю передачі обертання, що компенсується особливостями форми зубів у фазі їхнього торцевого пересполучення. По-перше, циклічні та кінематичні відхилення передачі порівнянні за рівнем з припустимими помилками реальних евольвентних передач. По-друге, завдяки торцевому пересполученню зубів по позаполюсним дуговим ділянкам з високою щільністю контакту і впливу ефектів кривизни контакту в силовому зачепленні досягаються, з одного боку, можливість зменшення вимог до передачі по кінематичній точності, по контакті зубів (положення осей передачі) і по плавності роботи (циклічна погрішність зубцової частоти), а, з іншого боку, - плавна робота, гарна пляма контакту та мала швидкість удару зубів, зниження динамічного навантаження та віброакустичної активності, збільшення навантажувальної здатності та ресурсу. Для зубів з будь-якою поздовжньою формою вводяться інтервали, що D1,2 між фазами зачеплення в граничних або теоретичних крапках контакту ділянок торцевих профілів, що пересполучаються, зубів можуть бути тим більше, чим нижче окружна швидкість взаємодіючих зубчастих коліс і більше висотні розміри точечносполучених ділянок. Збільшити розміри й щільність контакту позаполюсних ділянок (зниженням розмірів евольвентних ділянок без росту величини D1,2) можна на базі ефекту сверхаддитивности змішаного зачеплення (варіюючи параметрами евольвентних ділянок), але кардинально це завдання може бути вирішена зсувом однойменних фаз зачеплення зубчастих вінців на кут p1,2, аж до повного виключення евольвентних ділянок вико 7 90316 нанням дискретної зубчастої передачі із багатопотоковими елементами, зокрема - зі складених коліс у вигляді пакета з'єднаних між собою з відносним зсувом в окружному напрямку однойменних фаз зачеплення торцевих профілів зубів двох або більше двох співвісних (прямозубих, косозубих і т.д.) вінців, у тому числі - з комбінацією дискретних пересполучень зубів по різних парах взаємодіючих зубчастих вінців і із приблизно однаковими кутовими відстанями між сусідніми крапками перетинання з початковою лінією проекцій нормалей до торцевих профілів зубів (у теоретичних крапках контакту K або в характерних, наприклад - середніх або граничних, крапках активних ділянок) всіх зубчастих вінців кожного колеса на його торцеву площину. Значення кутів дискретного торцевого пересполучення зубів обрані зі співвідношення 1,2,3... D1,2 / 1,2 0,35. Лініі кінематично-ідеального контакту зубів дискретно проявляються в різних фазах зачеплення на різних ділянках по ширині складеного колеса й по висоті його зубів - на відміну від безперервного переміщення ліній або крапок контакту на поверхнях зубів традиційних передач по їхній висоті (як в евольвентній прямозубій передачі) або по ширині зубчастого вінця (як у передачі Новикова). Підвищення рівномірності розподілу фаз пересполучень збільшує плавність роботи дискретної передачі, у тому числі -при виконанні коліс двовенцовими. Поліпшення загальної (у сполученні - торцевої й поздовжньої) форми зубів забезпечує досить високий, недоступний для будь-якого іншого зачеплення рівень щільності контакту й відсутність осьових зусиль у зачепленні. Цим повною мірою використовуються достоїнства лінійного контакту зубів і резерви кінематики позаполюсного зачеплення, максимально проявляються переваги дискретного зачеплення. Малі зміни (у процесі зачеплення кожної пари зубів) співвідношень кінематичних параметрів контакту, відсутність евольвентних (з порівняно низькою конструктивною гнучкістю) ділянок торцевих профілів і полюсних фаз чистого кочення зубів і підвищена щільність контакту забезпечують поліпшене сполучення зносостійкості й припрацьовуваності передачі, зниження її віброакустичної активності, чутливості до технологічного і жорсткостног відхиленням геометрії. Аналогічне виконання дискретного зачеплення застосовно в різних багатопотокових конструкціях, у тому числі у планетарних зубчастих механізмах Прч будьякому сумарному коефіцієнті перекриття ε =ε +εβ (ε і +εβ - коефіцієнти, відповідно, торцевого й осьового перекриття зубів) передача виконана з коефіцієнтом торцевого перекриття зубів, меншим одиниці або рівному нулю. Рекомендується позаполюсний варіант дискретної передачі IP (наприклад - циліндричної, конічної або черв'ячної), що виконаний з малорозмірними технологічними ділянками торцевого профілю зубів таким чином, що верхня гранична крапка малорозмірної опуклої технологічної ділянки профілю зубів одного з парних коліс розташована в головки зубів, а евольвентні (квазіевольвентні) ділянки профілів взаємодіючих зубів утворять 8 фази заполюсного або дополюсного зачеплення. У внеполюсній передачі IP усунуті ослаблені полюсні ділянки, що дозволяє, зберігаючи основні достоїнства дискретної передачі IP, збільшити (особливо при εβ=0) припрацьовуваність і надійність її роботи. До того ж у позаполюсних дискретних передачах IP проявляється ефект вирівнювання контактної міцності головки й ніжки зубів і так званий «головочний» ефект. Діапазоном співвідношень кутів ( D1,2/ 1,2 0,4 визначено умови зачеплення при εβ 0.5, а для εβ1 і ω>2. Тут і далі індексами 1 і 2 позначення параметрів віднесені до парних коліс 1 і 2, відповідно. Бічні сторони торцевих профілів взаємодіючих зубів 3-4 і 5-6 зубчастих вінців 1° і 2° містять точечно-сполучені позаполюсні дугові (опуклі радіуса у головці й увігнуті радіуса f у ніжці з теоретичними крапками контакту Κ1, Κ2,...Κ8 і кутом тиску k= tw) ділянки 8 і 7, 9 і 10, і зображені на кресленнях точечно-точечно-штрихованими лініями евольвентні ділянки (з основними окружностями радіусів rb1,2 і кутом зачеплення 11 і 12 tw) (розташовані між окружностями їх нижніх і верхніх граничних крапок, відповідно, радіусів rер1,2 i rер1,2), плавно з'єднані між собою в крапках K3,4,5,6. Зуби 5 і 6 у зображеній на Фіг.1 фазі їхнього виходу із зачеплення контактують у крапці N2, що збігається з теоретичними крапками контакту K1 і K2 позаполюсних ділянок типу 7 і 8 і із граничними крапками евольвентних ділянок типу 11 і 12. При виконанні передачі однопотокової, а коліс 1 і 2 - цільними із зубчастими вінцями 1° і 2°, кут торцевого перекриття зубів 1,2, від фази входу в зачеплення (умовно показана на Фіг.1 і на Фіг.4 ділянками профілів 13-14 і 15-16) зубів 5-6 (крапками K 7-K8) У крапці Ν1 лінії зачеплення L1L2 до фази їхнього виходу із зачеплення в крапці N2, по величині менше кутового кроку хід; при цьому торцеві профілі чергової пари зубів 3 і 4 не стосуються один одного й утворять фази дискретного (із взаємосполученням тільки в окремих крапках Ν1 і N2) торцеві пересполучення (с розривом фаз), наприклад на кут ( D1,2 0,15 1,2, з коефіцієнтом торцевого перекриття зубів ε , меншим одиниці ε