Зубчаста муфта

Зубчаста муфта, яка містить втулку і обойму з розташованими на них зовнішніми і внутрішніми зубами, що симетрично скошені по довжині відносно їх середини та знаходяться між собою в зачепленні, який відрізняється тим, що внутрішні скошені зуби обойми в межах довжини a (0,2... 0,25)b1 , розташованої симетрично відносно торців, виконані у вигляді горизонтальних ділянок, а зовнішні скошені зуби втулки на відстані c a (2... 3) мм від торців характеризуються криволінійною твірною з радіусом кривизни R , який вираховується із виразу: c 2Ehp R 0,108 , Fn де b1 - довжина внутрішніх зубів; Корисна модель відноситься до галузі машинобудування. Відома зубчаста муфта, яка містить втулку і охвачуючи її обійму з розташованими на них відповідно зовнішніми і внутрішніми прямими зубами, які в процесі зачеплення одне з одним здійснюють передачу обертання і навантаження від одних валів другим валам машин і механізмів, компенсуючи при цьому перекоси осей валів за рахунок наявності гарантованих бокових і радіальних зазорів між зубами [1. Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985. - 246с.]. Недоліком відомої зубчастої муфти є крайнє низька навантажувальна здатність, обумовлена перекосом осей валів машин і механізмів, які з'єднуються. Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого рішення є прийнята за прототип зубчаста муфта, яка складається із втулки і обійми з розташованими на них зовнішнім і внутрішнім зубами, симетрично скошеними по довжині відносно їх середини, які знаходяться між собою в зачепленні [2. Д.п. №4949 на корисну модель. Зубчаста муфта. Україна / Романовський Г.Ф., Попов О.П., Попова Л.О., Форносов Є.Є., Лученков Е.Е. 20040604202; Заявл. 01.06.2004; Опубл. 15.02.2005. Бюл. №2]. Недоліком даної зубчастої муфти є дуже високі контактні напруження в зубах, обумовлені взаємодією двох ломаних півпросторів, обмежених площинами, внаслідок прямолінійних скосів зубів. Задача корисної моделі - зниження максимальних величин контактних напружень, покращення умов взаємодії зубів і підвищення ефективності роботи зубчастої муфти. Для рішення задачі в зубчастій муфті, яка складається із втулки і обойми з розташованими на них зовнішніми і внутрішніми зубами, симетрично скошеними по довжині відносно їх середини, які знаходяться між собою в зачепленні, внутрішні скошені зуби обійми в межах довжини а=(0,2...0,25)b1, розташованої симетрично відносно торців, виконані у вигляді горизонтальних ділянок, а зовнішні скошені зуби втулки на відстані c=a-2...3мм від торців характеризується криволінійною твірною з радіусом кривизни R, який знаходиться із виразу E - модуль пружності матеріалів втулки і обойми; * hp 2ham - робоча висота зуба; * ha 0,8 - коефіцієнт висоти головки зуба; (19) UA (11) 12178 (13) U m - модуль зачеплення; Fn - нормальна сила, діюча на сполучну пару зубів. 3 R 0,108 12178 c 2Ehp , Fn де b1 - довжина внутрішніх зубів; E - модуль * пружності матеріалів втулки і обійми; hp 2ham * робоча висота зуба; ha 0,8 - коефіцієнт висоти головки зуба; m - модуль зачеплення; Fn - нормальна сила, діюча на спряжену пару зубів. Зіставлювальний аналіз з прототипом показує, що заявляєма зубчаста муфта, яка складається із втулки і обійми з розташованими на них зовнішніми і внутрішніми зубами, симетрично скошені по довжині відносно їх середини, які знаходяться між собою в зачепленні, відрізняється тим, що внутрішні скошені зуби обійми в межах довжини а=(0,2...0,25)b1, розташованої симетрично відносно торців, виконані у вигляді горизонтальних ділянок, а зовнішні скошені зуби втулки на відстані с=а-2...3мм від торців характеризуються криволінійною твірною з радіусом кривизни R, який знаходиться із виразу c 2Ehp R 0,108 , Fn де b1 - довжина внутрішніх зубів; E - модуль пружності матеріалів втулки і обійми; hp * 2ham * робоча висота зуба; ha 0,8 - коефіцієнт висоти головки зуба; m - модуль зачеплення; Fn - нормальна сила, діюча на сполучну пару зубів. Порівняння технічного рішення, яке заявляється, не лише з прототипом в даній галузі техніки, не виявило в них ознаки, які відрізняють технічне рішення, яке заявляється, від прототипу, що дозволяє однозначно зробити висновок про відповідність критерію «винахідницький рівень». На Фіг.1 зображений загальний вигляд зубчастої муфти, а на Фіг.2 - переріз А - А на Фіг.1. Зубчаста муфта складається з обойми 1 з внутрішніми зубами 2 і втулки 3 з зовнішніми зубами 4. При цьому внутрішні зуби 2 на однакових відстанях від торців, рівних (b1-a)/2, мають перемінну товщину, обумовлену скосами вказаних зубів під кутом 2, до горизонтальної лінії. В середній частині внутрішні зуби мають горизонтальний виступ довжиною а, де b1 - довжина внутрішніх зубів. Зовнішні зуби 4 також характеризуються перемінною товщиною у наслідок їх скосів в межах довжини (b-с)/2 під кутом 1 до горизонтальної лінії, де b - довжина зовнішніх зубів. В середній частині зовнішні зуби 4 в межах довжина с, розташованої симетрично відносно торців, мають криволінійні твірні бічних поверхонь з радіусом R. Довжина зовнішніх зубів b менше довжини внутрішніх зубів 6, на 2а, де а=4...5мм. Вісь втулки 5, яка співпадає при відсутності перекосу осей валів з віссю обійми 1, повернута відносно вихідного положення на кут і займає положення 6. При цьому зовнішній зуб 4 розташований між сусідніми з ним внутрішніми зубами 2 і 7 обойми 1. 4 Таким чином, приведені на Фіг.2 перерізу внутрішніх зубів 2 і 7 обойми 1 і зовнішнього зуба 4 втулки 3 які відрізняються від перерізів зубів взятого за основу для зіставлення прототипу. Довжина с зовнішніх зубів вибирається із умов її рівності довжині ділянки контакту 2bk, тобто с=2bk. Тоді, виходячи з формули Герца примінимо до моделі контакту циліндра радіусом R з площиною довжиною а, запишемо вираз c 3,044 RFn , Ehp виходячи з якого, отримаємо залежність радіуса R; c 2Ehp (1) R 0,108 . Fn Максимальні контактні напруження в запропонованій зубчастій муфті знаходяться по формулі Герца н 0,418 EFn . Rhp (2) Для знаходження максимальних напружень в зубчастій муфті, яка розглядається як прототип, розв'язана плоска контактна задача для моделі взаємодії двох ломаних півпросторів, обмежених площинами, виходячи з якої маємо 2 EFn , * ha Де кути 1 і 2 дорівнюють: b 2a1 1 w mz cos w ; 1 1 2(a1 b) 4( 2)b max 0,362 m 1 (3) (4) b (5) 1 b 2a1 Для оцінки ефективності технічного рішення розглянемо приклад, виводячи з m=5мм; z=64; * =8,7*10-3рад; b=50мм; а1=5мм; w=20°; h a=0,8; 3 Fn=5*10 H; E=2,1*105MПa. По приведеним співвідношеннях знаходимо а=0,25b=12,5мм; с=а-2,5мм=10мм, а по формулам (1) і (2) знаходимо R=3629мм і н=79,5МПа. Примінимо для прототипу, виходячи із виразів (4) і (5), знаходимо 1=4,75*10-3рад і 2=3,958*10-3рад. Маючи величини кутів 1 і 2, за формулою (3) знаходимо max=248MПа. Із приведених даних очевидно, що в пропонованій зубчастій муфті контактні напруження в 248/79,5=3,2 рази нижче чим в муфті, взятій за прототип, а це вказує на високу ефективність нового технічного рішення. Зубчаста муфта працює наступним чином. При навантаженні втулки 3 крутним моментом, вісь 6 яка повернута на кут відносно осі 5 обійми 1, навантажені зуби втулки 3 будуть діяти на зуби обійми 1, здійснюючи таким чином передачу крутного моменту і частоти обертання від одних валів до інших валів машин і механізмів. Економічний ефект від впровадження пропонованої зубчастої муфти слід очікувати за рахунок 2 5 12178 6 значного підвищення її навантажувальної здатносзубів і ефективності роботи, а також зниження вібті внаслідок зниження величин контактних напрурації і гаму (промсанітарія) за рахунок більш плавжень в 2 і більше раз, покращення умов взаємодії ного спряження зубів. Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601