Циліндрична зубчата передача зовнішнього зачеплення

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в силовых зубчатых передачах. Известна цилиндрическая зубчатая передача внешнего зацепления (см. учебное пособие "Теория механизмов" / Под редакцией В.В.Гавриленко. - М.: "Высшая школа", 1973. - С.232), содержащая зубчатые колеса, боковые профили зубьев которых выполнены в виде участков сопряженных кривых, образованных на базе эвольвент. Недостатками такой зубчатой передачи являются следующие: - не обеспечивается равнопрочность зубьев колес из-за разной хордовой толщины зуба в расчетном сечении на изгиб; - снижается прочность и долговечность вследствие возникновения дополнительных динамических нагрузок из-за нарушения постоянства передаточного отношения при незначительном изменении межосевого расстояния; - сложность в изготовлении, т.к. необходима инструментальная рейка, у которой профиль зуба должен быть выполнен по двум циклоидам или другим кривым; - сложность в эксплуатации в связи с трудностью замены колес из-за исходного контура для нарезания зубчатого колеса (требуется задать несколько параметров заменяемого колеса: радиус кривизны, координаты точек центров кривизны и т.п.). Известна цилиндрическая зубчатая передача внешнего зацепления (см. авт. св. СССР №992863, кл. F16Н1/06), содержащая колеса, боковые профили зубьев которых выполнены в виде участков сопряженных кривых, образованных на базе эвольвент, в которой угол зацепления зубьев в точке касания начальных окружностей колес выбран острым, меньшим 30°, а на остальных участках боковых профилей зубьев - острым, меньшим 40°. Недостатками указанной зубчатой передачи являются следующие: - увеличение хордовой толщины в расчетном сечении на изгиб зубьев меньшего и большего колес также не решает вопрос их равнопрочности и отрицательно сказывается на металлоемкости и стоимости; - нарушение постоянства передаточного отношения при незначительном изменении межосевого расстояния приводит к дополнительным динамическим нагрузкам и снижению прочности и долговечности; - необходимость инструментальной рейки с профилем зуба, выполненным по двум циклоидам или другим кривым, усложняет изготовление колес; - необходимость задания ряда конкретных параметров заменяемого колеса (радиуса кривизны, координат точек центров кривизны и т.п.) затрудняет их замену при эксплуатации. В основу изобретения поставлена задача создания цилиндрической зубчатой передачи внешнего зацепления, в которой путем иного выполнения профиля ножки зубьев меньшего колеса и профиля головки зубьев большего колеса обеспечивается увеличение хордовой толщины в расчетном сечении на изгиб зуба меньшего колеса без изменения хордовой толщины большего колеса; постоянство передаточного отношения при незначительном изменении межосевого расстояния и улучшение качественных показателей зубчатого зацепления: снижение скорости скольжения в наиболее опасной зоне контакта на ножке зуба меньшего колеса, снижение коэффициента удельного давления V в наиболее опасной зоне контакта зубьев колес, снижение коэффициента формы зуба YE меньшего из зубчатых колес; более простой исходный контур инструментальной рейки для нарезания колес и простота их замены и за счет этого обеспечивается равнопрочность зубьев колес без увеличения их металлоемкости, снижаются динамические нагрузки повышается прочность и долговечность зубчатой передачи, а также упрощается ее изготовление и эксплуатация. Поставленная задача решается тем, что в цилиндрической зубчатой передаче внешнего зацепления, содержащей колеса, боковые профили зубьев которых выполнены в виде участков сопряженных кривых, образованных на базе эвольвент, согласно изобретению, профиль ножки зубьев меньшего колеса выполнен по кривой, симметричной эвольвенте головки этих же зубьев с точкой симметрии в полюсе, а профиль головки зубьев большего колеса выполнен сопряженным с профилем ножки зубьев меньшего колеса. Сравнительный анализ с известными из уровня техники аналогичными зубчатыми передачами, в частности, с прототипом, показывает, что заявляемое изобретение обладает отличительными признаками и, следовательно, соответствует критерию "новизна". По сравнению с известными из уровня техники зубчатыми передачами аналогичного назначения, в частности, с прототипом, характеризующимся тем, что боковые профили ножек колес образованы вогнутыми кривыми и, соответственно, увеличением хордовой толщины зубьев в расчетном сечении на изгиб меньшего и большего колес,а также высокой чувствительностью к изменению межосевого расстояния из-за того, что в зоне полюса линия зацепления является кривой, а контактируемые профили неэвольвентные, предлагаемая зубчатая передача позволяет: - обеспечить равнопрочность зубьев колес без увеличения их металлоемкости; - обеспечить постоянство передаточного отношения, т.к. в зоне полюса линией зацепления является прямая, а контактируемые профили - эвольвентные; - улучшить качественные показатели зацепления; - снизить скорость скольжения Vs в наиболее опасной зоне контакта на ножке зуба колеса 1. Vs = (w1 + w 2 ) × Ik , где w 1,w 2 - угловые скорости колес 1 и 2; Ik - расстояние от полюса Р до точки контакта. Снижение Vs в сравнении с прототипом достигается за счет уменьшения Ik = PB1 < PB , где РВ - расстояние от полюса до точки контакта; - уменьшить коэффициент удельного давления V в опасной зоне контакта зуба 3 колеса 1 и зуба 4 колеса 2 в 1 , r np сравнении с прототипом за счет уменьшения приведенной кривизны m V= rnp , где rnp - приведенный радиус кривизны; 1 1 1 = r np r1 r 2 гдеr1,r2 - радиусы кривизны в точке контакта зубьев 3 и 4 колес 1 и 2 соответственно; - уменьшить коэффициент формы зуба 3 колеса 1 путем увеличения хордовой толщины зуба в его расчетном сечении (у ножки зуба); - обеспечить для нарезания зубчатых колес более простой исходный контур (прямая и кривая), который однозначно определяется только величиной модуля. Т.о. на основании изложенного можно сделать следующие выводы: - предлагаемая зубчатая передача позволяет снизить динамические нагрузки и повысить ее прочность и долговечность, проще в изготовлении и эксплуатации; - заявляемое изобретения соответствует критерию "изобретательский уровень". Сущность предлагаемого технического решения поясняется представленным чертежом, на котором показана схема зацепления зубчатой передачи. Цилиндрическая зубчатая передача внешнего зацепления с произвольным углом наклона зубьев содержит колеса 1 и 2, зубья 3 и 4 которых касаются друг друга в полюсе Р зацепления. Боковые профили зубьев 3 и 4 выполнены в виде участков сопряженных кривых, образованных на базе эвольвент. Профиль головки зуба 3 меньшего колеса 1 (шестерни) с центром в точке O1 образован эвольвентой Э1 основной окружности радиуса O1N1. Профиль ножки зуба 3 колеса 1 образован эвольвентой Э1 с радиусом O1N1, равным O1N1, симметричной эвольвенте Э2 с точкой симметрии в полюсе Р. Профиль зуба 4 большего колеса 2 образован эвольвентой Э2 основной окружности радиуса O2N2, а профиль головки зуба 4 образован кривой L, сопряженной в полюсе Р, с эвольвентой Э1 основной окружности радиусов O1N1 ножки зуба 3. Зубчатая передача работает следующим образом. При вращении колеса 1 боковой профиль зуба 3 начинает контакт в точке B1 с боковым профилем 1 зуба 4 колеса 2. Контакт происходит по линии зацепления В1Р, являющейся кривой. После полюса Р контакт профиля зуба 4 осуществляется по прямой РВ2 линии зацепления, т.к. контактируемые профили эвольвентны. Т.о. обеспечивается профильное покрытие зубьев и непрерывная передача вращательного движения. Передача может быть прямозубой или косозубой в зависимости от условий эксплуатации (требуемых нагрузки и коэффициента перекрытия).