Циліндрична зубчаста передача

Циліндрична зубчаста передача, що складається із ведучого конічного і веденого циліндричного зубчастих коліс із розташованими на них евольвентними зубами, яка відрізняється тим, що ведене зубчасте колесо має висоту зубів hm = h+с+bmq/2, а ведуче зубчасте колесо складається із двох жорстко з'єднаних одне з одним конічних коліс із шириною кожного з них bm = (bw - а)/2 і розташованими на них зубами, котрі характеризуються по довжині змінною висотою, що змінюється від hmax = h+bmq до hmin = h-bmq, розділеними відносно одне одного кільцевим пазом шириною a = 8-10 мм і глибиною t = (1,2-1,4)h, причому вершини конусів спрямовані назустріч одна одній, а кут θ кожного з ділильних конусів визначається, виходячи із трансцендентного рівняння Корисна модель відноситься до галузі машинобудування. Відома циліндрична зубчаста передача, що складається із шестерні і колеса з розташованими на них евольвентними зубами, котрі шляхом взаємодії одне з одним по лінії контакту здійснюють передачу обертання і корисного навантаження від одних валів іншим валам машин і механізмів [1]: Кудрявцев В.Н., Державец Ю.А., Глухарев Е.Г. Конструкции і расчет зубчаты х передач редукторов. - Л.: Машиностроение, 1971. - 328 с. Недоліком відомої зубчастої передачі є обмежена навантажувальна здатність по контактних напруженням і неможливість компенсації розцентровок осей валів зубчастих передач. Найбільш близьким по технічній сутності до пропонованого рішення являється прийнята за прототип евольвентна передача, яка складається із конічної шестерні і циліндричного колеса з розташованими на них евольвентними зубами, котрі при взаємодії одне з одним характеризуються точковим контактом [2]: Декл. патент №16691 на ко рисну модель. Україна. Евольвентна зубчаста передача з точковим контактом зубів/ Попов О.П., Каіров О.С. -и200602435; Заявл. 06.03.06; Опубл. 15.08.06. Бюл. №8. Недоліком вказаної зубчастої передачі є достатньо високий шум, виникаючий при переспряженні зубів в моменти їх входу і виходу із зачеплення. Задача корисної моделі - зниження шуму і вібрації зубчастої передачі, а також поліпшення ефективності її роботи в процесі експлуатації. Для рішення задачі в циліндричній зубчастій передачі, що складається із ведучого конічного і веденого циліндричного зубчасти х колес із розташованими на них евольвентними зубами, ведене зубчасте колесо має висоту зубів hm=h+c+bmq/2, а ведуче з убчасте колесо складається із двох жорстко з'єднаних одне з одним конічних коліс із шириною кожного з них bm=(bw-а)/2 і розташованими на них зубами, котрі характеризуються по довжині змінною висотою, що змінюється від hmax=h+bmq до (19) UA (11) 38196 (13) де bw - ширина ведучого зубчастого колеса, h = 2,25m - стандартна висота зубів, m - модуль зачеплення, с = 0,25m - радіальний зазор, r w = r 1р2/(r 1 + r 2) - приведений радіус кривизни зубів у полюсі зачеплення, r 1 = mz1sina w/2, r 2 = mz2sina w/2 - радіуси кривизни бічних профілів зубів у полюсі зачеплення, z1, z2 - числа зубів ведучого і веденого зубчастих коліс, a w - кут зачеплення, прийнятий рівним 20°, Fn - нормальна сила, що передається зачепленням, Епр = 2Е1E2/(Е 1Е2) - наведений модуль пружності, E1, Е2 - модулі пружності матеріалів ведучого і веденого зубчасти х коліс, n - коефіцієнт Пуассона, прийнятий для сталей рівним 0,3. U 1 959 , r wFn =1 , 3 2 bm q (q + n )Eпр 3 38196 4 розташовані зуби 4, які перебувають у зачепленні hmin=h-bmq, розділеними відносно одне одного кііз зубом 5, розмішеним на циліндричному колесі. льцевим пазом шириною а=8...10мм і глибиною t=(1,2...1,4)h, при цьому вершини конусів спрямоЗуби 4 ведучого зубчастого колеса повернені відносно зуба 5 веденого зубчастого колеса на кут вані назустріч одне одному, а кут 9 кожного з ділильних конусів визначається, виходячи із трансценq, у зв'язку із чим при відсутності навантаження дентного рівняння здійснюється взаємодія зубів в двох точках контакту к. При цьому зуби 4, котрі належать конічним 1 959 , r wFn колесам 1 і 2, відділені одне від одного кільцевим =1 , 3 bm q 2 (q + n )Eпр пазом 6, ширина якого дорівнює с, а глибина величині t. де bw - ширина ведучого зубчастого колеса; Ліве 1 і праве 2 конічні зубчасті колеса жорстко h=2,25m - стандартна висота зубів; m - модуль з'єднані один з одним за допомогою болтів 7, які зачеплення; с=0,25m - радіальний зазор; розташовані рівномірно в окружному напрямку. r w=r 1r 2/(r 1+r 2) - приведений радіус кривизни зубів Лінії 8 і 9 являються твірними конусів конічних у полюсі зачеплення; р1=mz1sina w/2, р2=mz2sina w/2 зубчасти х коліс 1 і 2, а паралельні осі 10 і 11 яв- радіуси кривизни бічних профілів зубів у полюсі ляють собою осі обертання відповідно ведучого і зачеплення; z1 , z2 - числа з убів ведучого і веденого веденого зубчастих колес. Крім того, твірні 8 і 9 зубчасти х колес; a w - кут зачеплення, прийнятий конусів спрямовані, як слідує з фігури, назустріч рівним 20°; Fn - нормальна сила, що передається одне одному. зачепленням; Епр=2Е1Е2 /(Е1Е 2) - наведений модуль Зубчаста передача працює наступним чином. пружності; E1, Е2 - модулі пружності матеріалів Обертовий момент, що передається двигуном, ведучого і веденого зубчасти х колес; n - коефіцієнт T1 і частота обертання n1 через з'єднувальний вал, Пуассона, прийнятий для сталей рівним 0,3. забезпечений компенсуючою муфтою, надходять Зіставлювальний аналіз з прототипом показує, на два конічних ліве 1 і праве 2 зубчастих колеса, що циліндрична зубчаста передача, яка заявлянадаючи їм кутову швидкість w1. При цьому цилінється, відрізняється тим, що ведене зубчасте кодричне зубчасте колесо 3 в результаті впливу зулесо має висоту зубів hm=h+c+bmq/2, а ведуче зубів 4 конічних колес 1 і 2 на зуб 5 здобуває кутову бчасте колесо складається із двох жорстко швидкість w2. з’єднаних одне з одним конічних коліс із шириною Обертання шестірні й колеса, враховуючи зокожного з них bm=(bw-a)/2 і розташованими на них внішнє зачеплення зубів, буде протилежним, у зубами, котрі характеризуються по довжині змінзв'язку із чим кутова швидкість w1 спрямована по ною висотою, що змінюється від hmax=h+bmq до годинниковій стрілці, а кутова швидкість w2 - проти hmin=h-bmq, розділеними відносно одне одного кігодинникової стрілки. льцевим пазом шириною а=8...10мм і глибиною Обертаючись із кутовою швидкістю w2, з убчасt=(1,2...1,4)h, при цьому вершини конусів спрямоте колесо 3 сприймає частоту обертання n 2= n1/u вані назустріч одне одному, а кут q кожного з ділиобертовий момент Т2=uТ1, де u=z2 /z1=w 1/w 2 - перельних конусів визначається, виходячи із трансцендаточне відношення. Частота обертання n2 і обердентного рівняння, де h=2,25m - стандартна товий момент T2, в свою чергу, від зубчастого ковисота зубів; m - модуль зачеплення; с=0,25m леса 3 передаються на виконавчий механізм, радіальний зазор; bw - ширина ведучого зубчастонаприклад, на гребний гвинт судна. го колеса. У початковий момент часу, що передує переПорівняння технічного рішення, яке заявлядачі корисного навантаження у вигляді нормальної ється не лише з прототипом, але й з іншими технісили Fn від дії обертового моменту, з уби 4 шестірні чними рішеннями не виявило в них признаки, які контактують із зубом 5 колеса у двох точках к. Навідрізняють технічне рішення, яке заявляється, від явність обертового контакту обумовлено поворопрототипу, що дозволяє зробити висновок про том зубів 4 відносно зуба 5 на кут 6. відповідність критерію «винахідницький рівень». При навантаженні спряжених зубів нормальНа Фіг.1 зображена циліндрична зубчаста пеною силою Fn в двох точках к вказані точки перередача із двухвенцовою конічною шестернею і роджуються у дві еліптичні ділянки контакту, при зубчастим колесом. цьому розмір кожної із ділянок дорівнює pb0bk, де Відповідно до зазначеної фігури маємо настуb0, bk, - мала й велика півосі еліптичної ділянки пні позначення: w1, w2 - к утові швидкості шестірні і контакту. У точках к зубів 4 лівого 1 і правого 2 колеса; bw - ширина ведучого зубчастого колеса; конічних колес у якості розрахункової діє половина bw - ширина кожного із двох конічних колес; а сили Fn, тобто F n/2. ширина кільцевого пазу; hm - висота з убів веденого Таким чином, у моменти переспряження зубів, зубчастого колеса; hmax, hmin - максимальна й мінітобто при їхньому вході і виході із зачеплення, мальна висота зубів конічних зубчастих коліс; t навантаження розподіляється приблизно порівно глибина кільцевого пазу; с - радіальний зазор; q між двома парами сполучених зубів. А це призвокут ділильних конусів конічних зубчасти х колес; к дить, як показали виконані розрахунки до змендві точки контакту з убів спряжених одне з одним шення вібрації і шуму приблизно на 10 децибел. зубів. Напрямок твірних 8 і 9 ділильних конусів зубів Циліндрична зубчаста передача складається 4 конічних колес назустріч одне одному обумовлеіз ведучого зубчастого колеса, що включає ліве 1 і но можливістю компенсації можливих осьових зуправе 2 конічні зубчасті колеса, і веденого циліндсиль внаслідок повороту з убів на кут q, а також ричного колеса 3. На конічних зубчастих колесах 5 38196 6 симетрії лівого 1 і правого 2 конічних коліс щодо лення, у котрій z1=44; z2=66; m=5мм; bw=150мм; колеса 3. а=8мм, a w=20°; n=0,3; Fn=4×104H; Eпр=2,1×105Мпа Наявність кільцевої канавки 6, яка розділяє при E1=E2=E. конічні колеса 1 і 2 відносно один одного, створює По приведеним залежностям знаходимо між вершинами зубів 5 колеса 3 і основою вказаної r 1=37,62мм; r 2=56,43мм; r w=22,572мм; bm=(bwканавки кільцевий зазор. Через вказаний кільцеа)/2=71мм. Потім по відомій формулі Герца вий зазор в процесі експлуатації циліндричної зуsH = 0,418 EпрFn / b w r w знаходимо максимальні бчастої передачі проходить додаткова кількість охолодного масла, що призводить до більш інтенконтактні напруження, рівні 658МПа, у полюсі зачеплення зубів традиційної зубчастої передачі з сивного відводу тепла із зони контакту зубів, і, як лінійним зачепленням. наслідок, до поліпшення умов змазки, зменшенню Шляхом графоаналітичного рішення рівняння витрат потужності на тертя і підвищенню ККД передачі. (4) визначаємо шукане значення кута q=15,7×103 Для оцінки максимальних контактних напруpaд в заданому діапазоні змінення вказаного кута жень smax 1 розмірів b0, bk еліптичної ділянки конq=(5...20)×10-3paд. Потім по формулі (1) визначаєтакту, ви ходячи із дії сили Fn/2, скористаємося мо smax=473МПа, в зв'язку із чим коефіцієнт знизалежностями [2]: Декл. патент №16691 на корисження контактних напружень ну модель. Україна. Евольвентна зубчаста переjк =sH/smax=658/473=1,391. Коефіцієнт jН, характедача з точковим контактом зубів/ Попов О.П., Каіризує підвищення навантажувальної здатності ров О.С. -и200602435; Заявл. 06.03.06; Опубл. пропонованої зубчастої передачі по контактних 15.08.06. Бюл. № 8: напруженням буде дорівнювати j3 , тобто к 2 q( q + n )EпрFn 3 3 jН= jк= 1,391 = 2,692 . s max = 0,2693 ; r2 w (1) Із приведених розрахункових даних очевидно, що пропонована циліндрична зубчаста передача rwFnq за рахунок розподілення навантаження по двом b0 = 0,983 ; (q + n )Eпр точкам (замість однієї точки в прототипі) дозволяє (2) приблизно на 10 децибел знизити шум в зачепr wFn ленні. Крім того, навантажувальна здатність заb k = 0,98 3 ; q 2 (q + n)Eпр значеної зубчастої передачі перевищує таку тра(3) диційної зубчастої передачі з лінійним контактом У рівняннях (1)-(3) невідомою величиною є кут зубів, більш ніж у два з половиною разу. Вказані q. Для визначення кута q приймемо в рівняння (3) розрахункові дані підтверджують високу ефективпараметр bk=bm/2 і розділимо при цьому ліву й ність циліндричної передачі, що розглядається. праву частини отриманого виразу на bm/2, у реЕкономічна ефективність циліндричної зубчасзультаті одержимо трансцендентне рівняння тої передачі, що розглядається, заключається у 1 959 , r wFn підвищенні її навантажувальної здатності по кон=1 3 тактним напруженням і ефективності експлуатації bm q 2 (q + n )Eпр (4) у цілому Загальна користь технічного рішення, що рішення котрого здійснюється графоаналітичним заявляється в покращенні віброакустичних харакспособом. теристик зачеплення внаслідок зниження вібрації і Для оцінки контактної міцності і навантажувагаму (промсанітарія) за рахунок перерозподілення льної здатності пропонованого технічного рішення навантаження по двом точкам. розглянемо у якості прикладу одноступінчасту циліндричну прямозубу передачу зовнішнього зачеп 7 Комп’ютерна в ерстка А. Крижанівський 38196 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601