Зубчаста муфта з точковим контактом зубів

Зубчаста муфта, що складається з втулки та обойми з розташованими на них евольвентними бочкоподібними зовнішніми та прямими внутрішніми зубами, які знаходяться між собою у зачепленні, яка відрізняється тим, що бічні профілі прямих внутрішніх зубів обойми виконані прямолінійними з профільним кутом αW 20 в нормальному перерізі, а бічні профілі бочкоподібних зовнішніх зубів втулки з радіусом бочкоподібності R окреслені дугами кіл з радіусом ρ , при цьому радіус R визначається шляхом вирішення трансцендентного рівняння: F ν b 2RΨ 3 13,45 n max , R E а радіус ρ із виразу: Корисна модель відноситься до галузі машинобудування. Відома зубчаста муфта, яка містить втулку та охоплюючу її обойму з розташованими на них евольвентними відповідно зовнішніми та внутрішніми зубами, які у процесі зачеплення один з одним здійснюють передачу обертання та навантаження від одних валів іншим валам машин і механізмів, компенсуючи при цьому перекоси вісей валів за рахунок наявності гарантованих бічних і радіальних зазорів між зубами [1]: [Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985. -240с.] Недоліком вказаної зубчастої муфти є дуже низька компенсуюча здатність при перекосах вісей валів, обумовлена внутрішнім зачепленням зубів, що контактують по всій робочій поверхні зубів. Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого рішення є прийнята за прототип зубчаста муфта, що складається зі втулки та обойми з розташованими на них евольвентними бочкообразними зовнішніми та прямими внутрішніми зубами, які знаходяться між собою у зачеп ленні [1]: [Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985. -240с.] Недоліком вказаної зубчастої муфти, незважаючи на те, що початковий контакт здійснюється не по поверхні, а по лінії, лишається низька компенсуюча здатність, викликана внутрішнім зачепленням зубів. Задача корисної моделі - суттєве підвищення компенсуючої здатності та ефективності роботи зубчастої муфти. Для вирішення задачі в зубчастій муфті, що складається зі втулки та обойми з розташованими на них евольвентними бочкообразними зовнішніми та прямими внутрішніми зубами, які знаходяться між собою у зачепленні, бічні профілі прямих внутрішніх зубів обойми виконані прямолінійними з профільним кутом W=20° в нормальному перерізі, а бічні профілі бочкообразних зовнішніх зубів втулки з радіусом бочкообразності R окреслені дугами кіл з радіусом , при цьому радіус R визначається шляхом вирішення трансцендентного рівняння α ρ 2 hp 8 ΔS x , де α ρ/R - коефіцієнт; ν - коефіцієнт Пуассона; b - довжина зовнішніх бочкоподібних зубів; Ψ - кут перекосу осей; Fn max - максимальна нормальна сила, яка діє на спряжену пару зубів; Е - модуль пружності матеріалів втулки та обойми; hp * 2ham (19) UA (11) 13681 (13) U * робоча висота зуба; ha 0,8...1 - коефіцієнт висоти головки зуба; m модуль зачеплення; ΔS x 0,01...0,03 - параметр кривизни бічних профілів бочкоподібних зубів. 3 13681 4 zOx та zOy. У площині zOx бічні профілі зовнішніх F b 2R 13,45 n max , зубів окреслені дугами кіл з радіусом , а у площиR E ні zOy зуби є бочкообразними з радіусом бочкооба радіус із виразу разності R. 2 hp Вісь втулки 5, яка співпадає при відсутності , перекосу вісі валів з віссю обойми 1, повернена 8 Sx відносно вихідного положення на кут і займає / R - коефіцієнт; де - коефіцієнт Пуасположення 6. сона; b - довжина зовнішніх бочкообразних зубів; Таким чином, сферичні зовнішні зуби втулки і - кут перекосу вісей; Fn max - максимальна нортрапецеїдальні зуби обойми відрізняються не лимальна сила, яка діє на спряжену пару зубів; Е ше від зубів муфти, яка взята за прототип, але й модуль пружності матеріалів втулки та обойми; від зубів будь-яких інших конструкцій існуючих зу* * бчастих муфт. hp 2ham - робоча висота зуба; ha 0,8...1 - коефіРадіус кругових бічних профілів зовнішніх цієнт висоти голівки зуба; m - модуль зачеплення; зубів при відомій величині параметра кривизни Sx = 0,01...0,03 - параметр кривизни бічних проSx=0,01...0,03мм слід визначати за формулою філів бочкообразних зубів. 2 hp Порівняльний аналіз з прототипом показує, що (1) запропонована зубчаста муфта, що складається із 8 Sx втулки та обойми з розташованими на них евольПараметр бочкообразності Sy зовнішніх зубів вентними зубами, які знаходяться між собою у при знайденому значенні радіуса R розраховуєтьзачепленні, відрізняється тим, що бічні профілі ся за формулою прямих внутрішніх зубів обойми виконані прямоліb2 нійними з профільним кутом W=20° в нормально(2) Sy 8R му перерізі, а бічні профілі бочкообразних зовнішІз рівнянь (1) та (2) слідує, що ніх зубів втулки зрадіусом бочкообразності R 2 окреслені дугами кіл з радіусом , при цьому радіS x R hp , ус R та р визначаються по приведеним виразам. Sy b Порівняння технічного рішення, що заявляєтьу зв'язку з чим маємо ся, не лише з прототипом, але й з іншими техніч2 ними рішеннями в даній галузі техніки, не виявило hp (3) Sx Sy в них ознак, які б відрізняли технічне рішення, що b заявляється, від прототипу, а це дозволяє зробити / R - коефіцієнт. де висновок про відповідність критерію "винахідницький рівень". При визначені радіуса R використовувалося На Фіг.1 зображено загальний вид зубчастої трансцендентне рівняння муфти; b 2R 3 F на Фіг.2 - бочкообразний зуб втулки з круговим (4) C 13,45 n max , R E бічним профілем; знайдене із умови відсутності торцевого конна Фіг.3 - взаємодія спряженої пари зубів; такту бочкообразних зубів з прямими зубами, яке на Фіг.4 та 5 - розрахункові моделі контакту характеризується залежністю спряжених пар зубів у площинах zOx та zOy, а на Фіг.6 - графічне визначення радіусів бочb = 2(R +bK), кообразності R зубів. де bK - напівдовжина площадки контакту. Для визначення максимальних контактних наНа Фіг.1-6 надані позначення: - кут перекосу пружень max, максимальної величини напівширивісей; - радіус кривизни бічних профілів бочкообни b0 і напівдовжини bK площадки контакту виріразних зубів; R - радіус бочкообразності; b, b1 шена просторова контактна задача, виходячи з довжина зовнішніх та внутрішніх зубів, причому b1 якої маємо: = b+10мм; Sx, Sy - параметри кривизни бічних профілів і бочкообразності зовнішніх зубів; ссу RFn max (6) b0 =abk ; bk=1,186 профільний кут прямих зубів обойми; d - діаметр ( ) ділильного кола; da1, da2 - діаметри вершин зубів; Виконаємо розрахунок запропонованої зубчаdf1, df2 - діаметри западин зубів; с = 0,25m - радіастої муфти, виходячи з даних судової зубчастої льний зазор; m - модуль зачеплення; hp - робоча муфти, у якої z=90; m=5мм; w=20°; b=65мм; висота зуба; (R) - функція радіусу бочкообразноR=4000мм; hp=8мм; =6,37 10-3рад; =5,5 10-9м/Н сті зубів; С*=13,45Fn max/E - постійна розмірна ве- сумарна податливість спряженої пари зубів; личина; Fn max - максимальна нормальна сила; Е E=2,1 105МПа; зуби азотовані; N=4400кВт; модуль пружності матеріалів; z, х, у - поточна коn=195об/хв [2]: ордината; точка р - полюс зачеплення. [Романовский Г.Ф., Попов А.П. Основы трибоЗубчаста муфта складається з обойми 1 з внулогии судовых зубчатых муфт. -Миколаїв. - НУК, трішніми зубами 2 і втулки 3 з зовнішніми зубами 2004. -446с.[ 4. При цьому внутрішні зуби 2 є трапецеїдальними Використовуючи основні розрахункові залежз профільним кутом W=20°. ності книг [1]: Зовнішні зуби 4 характеризуються сферични[Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агреми бічними поверхнями з різними радіусами кригатах. -Л.: Судостроение, 1985. -240с.], знаходимо визни у двох взаємно перпендикулярних площинах 3 5 13681 6 максимальну величину нормальної сили Fn рисного навантаження і частоти обертанні від од4 них валів іншим валам машин і механізмів. max=2,0284 10 Н. У процесі взаємодії втулки і обойми в умовах Приймаємо величину Sx=0,01мм та за форперекосу вісей бічні робочі поверхні зовнішніх зумулою (1) при hp=8мм знаходимо р=800мм знабів повертаються відносно бічних робочих поверчення коефіцієнта =0,0517...0,0422 і розраховуєхонь внутрішніх зубів таким чином, що відсутнє мо значення функції защемлення зубів. Цьому сприяє точковий контакт 3 ( ) (b 2R ) зубів. 5,227...0,451мм2 (R)= R У традиційній зубчастій муфті, тобто у протоДалі у системі координат (R)-R будуємо фунтипі, має місце взаємодія двох взаємноохоплючих кцію 11 (Фіг.6), тобто функцію (R), яка при переодин одного криволінійних поверхонь. У зв'язку з тині з прямою 12 (Фіг.6), що входить у рівняння (4) цим поворот відносно один одного прилягаючих і являє собою С*=1,289мм2, знаходимо шукане під навантаженням криволінійних поверхонь вкрай значення радіуса R=3680мм. При R=3680мм, виускладнений, що призводить до уповільнення зукористовуючи залежність (2), розраховуємо бів і виникнення у зубчастому з'єднанні дуже велиSу=0,1435мм і коефіцієнт =0,466. По формулі (3) ких по величині реактивних моментів. з метою перевірки визначаємо Sх=0,01мм при Крім того, при повороті традиційних зубів відносно один одного під навантаженням різко змівідомій величині Sу=0,1435мм, що підтверджує нюються розміри ділянки контакту у бік зменшенправильність розрахунків. ня, що супроводжується виникненням у зачепленні Так як R= 3680мм відрізняється від заданої неприпустимо високих контактних напружень. У величини R=4000мм, то в даному випадку уточнюзапропонованій зубчастій муфті розміри ділянки ємо Fn max=1,973 104H. контакту незначно змінюються, а це практично не По формулам (5) та (6) визначаємо позначається на величинах діючих у зачепленні =235МПа, bK=9,1мм і b0=4,24мм, тоді величина max контактних напружень. еліптичної ділянки контакту А = b0bK = 2 Економічний ефект від впровадження запро121,233мм . При цьому напруження понованого технічного рішення варто очікувати за =235Мпа