Зубчаста муфта

Зубчаста муфта, яка містить втулку із профільованими зубами та обойму, яка її охоплює, із внутрішніми зубами, які знаходяться в зачепленні між собою, яка відрізняється тим, що бічна поверхня зовнішніх зубів втулки в середній частині на довжині а виконана із криволінійною твірною, яка проведена радіусом Ri, а на ділянках довжиною с, прилеглих до торців, - у вигляді прямолінійної твірної з кутом нахилу | відносно горизонтальної 3 лінії, крім того внутрішні зуби обойми в середній частині на довжині а виконані із прямолінійною твірною, а на ділянках довжиною с, прилеглих до торців, із криволінійною твірною, яка проведена радіусом R2, причому а=с=Ь/2, а кут | визначаєть3 ся по формулі: Корисна модель відноситься до області машинобудування. Відома зубчаста муфта, яка містить втулку та обойму, що її охоплює з розташованими на них відповідно зовнішніми та внутрішніми зубами, які в процесі зачеплення один з одним здійснюють передачу обертання та навантаження від одних валів іншим валам машин і механізмів, компенсуючи при цьому перекоси осей валів за рахунок присутності гарантованих бічних та радіальних зазорів між зубами [1]: Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985. - 246с. Недоліком вказаної зубчастої муфти є невисока навантажувальна здатність, яка обумовлена перекосом осей валів машинних агрегатів. Найбільш близьким за технічною сутністю до рішення, що пропонується є прийнята за прототип зубчаста муфта, яка містить втулку із профільованими зубами та обойму, яка її охоплює, із внутрішніми зубами, які знаходяться в зачепленні між собою, в якій зовнішні зуби втулки в середній частині виконані з прямолінійної твірною бічних поверхонь, а на ділянках прилеглих до торців з криволінійною твірною, яка окреслена постійним радіусом кривизни [2]: А.С. 1695009 СССР. Зубчатая муфта / А.П. Попов (СССР). - 4710770: Заявлено 26.06.89; Опубл. 30.11.91. Бюл. №44. Недоліком даної зубчастої муфти є висока ступінь нерівномірності розподілу зусиль між зубами в наслідок перекосу осей валів, яка призводить до суттєвого зниження навантажувальної здатності вказаної конструкції. Задача корисної моделі - повне виключення нерівномірності розподілу зусиль між зубами при перекосах осей, підвищення навантажувальної здатності зубчастої муфти. Для вирішення задачі в зубчастій муфті, яка містить втулку із профільованими зубами та обойму, яка її охоплює із внутрішніми зубами, які знаходяться в зачепленні між собою, бічна поверхня зовнішніх зубів втулки в середній частині на довжині а виконана із криволінійною твірною, яка проведена радіусом R-i, а на ділянках довжиною с, прилеглих до торців, у вигляді прямолінійної твірної з кутом нахилу р відносно горизонтальної лінії, крім того, внутрішні зуби обойми в середній частині на довжині а виконані із прямолінійною твірною, а на ділянках довжиною с, прилеглих до торців, із криволінійною твірною, яка проведена радіусом R2, причому а=с=Ь/2, а кут р визначається по формулі: R + R C 0 S a + 2-mx w mzcosa w 4 > 4(я-2) = 1 2 w де а - кут зачеплення; m - модуль зачеплення; z кількість зубів; ф - заданий кут перекосу осей валів; Ь=а+с - довжина зубів. 00 о ю 5080 P= . 2-я aw m z cos a + 4(я-2) RJ w де a w - кут зачеплення; m - модуль зачеплення; z - кількість зубів; \\t - заданий кут перекосу осей валів; Ь=а+с - довжина зубів. Зіставлюваний аналіз із прототипом показує, що зубчаста муфта, яка заявляється, що містить втулку із профільованими зубами та обойму, яка її охоплює, із внутрішніми зубами, які знаходяться в зачепленні між собою, відрізняється тим, що бічна поверхня зовнішніх зубів втулки в середній частині на довжині а виконана із криволінійною твірною, яка проведена радіусом Ri, а на ділянках довжиною с, прилеглих до торців, у вигляді прямолінійної твірної з кутом нахилу р відносно горизонтальної лінії, крім того, внутрішні зуби обойми в середній частині на довжині а виконані із прямолінійною твірною, а на ділянках довжиною с, прилеглих до торців, із криволінійною твірною, яка проведена радіусом R2, причому а=с=Ь/2, а кут р визначається по знайденій формулі. Порівняння технічного рішення, що заявляється, не лише з прототипом, але й з іншими технічними рішеннями в даній області техніки, не виявило в них ознак, що відрізняють технічне рішення, що заявляється, від прототипу, а це дозволяє зробити висновок про відповідність критерію "істотні відмінності". На Фіг.1 показано загальний вигляд зубчастої муфти, а на Фіг.2 - переріз А-А на Фіг.1. Зубчаста муфта містить обойму 1 із внутрішніми зубами 2 сталої товщини в середній частині на ділянці довжиною а та змінної товщини на торцевих ділянках довжиною с/2, а також втулку 3 із зовнішніми зубами 4 змінної товщини, твірна яких в середній частині є криволінійною, а на торцевих ділянках зубів - прямолінійною. Вісь 5 втулки 3, яка співпадає при відсутності перекосу осей валів з віссю 1, повернута відносно вихідного положення на кут \ / та займає поло| ження 6. При цьому зовнішній зуб 4, виходячи із Фіг.2, розташований між сусідніми з ним прямими внутрішніми зубами 2 та 7 обойми 1. Для розробки зубчастої муфти, що пропонується, необхідно підібрати профілі твірних зовнішніх і внутрішніх зубів у напрямку їх довжини таким чином, щоб муфта, на відміну від прототипу, мала рівномірний розподіл зусиль між спряженими парами зубів при перекосах осей валів, що рівнозначно підвищенню навантажувальної здатності конструкції до рівня навантажувальної здатності муфти, яка працює при відсутності перекосу осей. Таким чином, конструкція, що пропонується, по своїм кінематичнім властивостям повинна працювати як ідеальний шарнір, тобто в незалежності від величин розцентровок осей повинна мати максимально можливу сталу навантажувальну здатність. Вказане технічне рішення можливе, як показали спеціально проведені дослідження, на підставі комплексного і взаємопов'язаного видозміни твірних бічних поверхонь як зовнішніх, так і внутрішніх зубів у напрямку їх довжини. З цією метою твірна бічних поверхонь зовнішніх зубів в середній частіші повинна бути бочкоподібною, а на кінцевих ділянках зубів - прямолінійною. Бічні поверхні внутрішніх зубів, навпаки, в середній частині повинні мати прямолінійну твірну, а на кінцевих ділянках - бочкоподібну; тобто криволінійну твірну. Вказане сполучення твірних бічних поверхонь спряжених один з одним зубів дозволяє в процесі експлуатації муфти, у якої в наслідок перекосу осей лінія контакту зміщується в напрямку довжини зубів, мати в якості розрахункової моделі контакт циліндрів з радіусами Ri та R2 із площинами, під якими слід розуміти бічну поверхню середини внутрішніх зубів на довжині а з прямолінійною твірною і бічні поверхні кінцевих ділянок зовнішніх зубів у межах сумарної довжини с При цьому сума довжин середнього і кінцевих ділянок як зовнішнього, так і внутрішнього зубів дорівнює довжині зубів, тобто а+с=Ь. Для отримання ефективності роботу зубчастої муфти, що пропонується, необхідно виконати аналіз функції розподілу навантаження Fn(cp), яка отримана на підставі виконаних рішень задачі, яка має вигляд: • - COS (p + 2ycosaw 2аш|^ sin 2 у 2 --cos < p 4y sin 2 у .(1) -sin2ip 2 де F t = T / d z = T / m z - окружне зусилля; Т обертальний момент, який передається муфтою; d=2r=mz - діаметр ділильного кола зубчастої муфти; у - параметричний кут, у межах якого зуби при роботі муфти знаходяться у зачепленні, причому 0 ^ у < я/2 ; 5£ - сумарна податливість спряженої пари зубів; ф - довільно взятий кут повороту зубчастої муфти. Припустимо, що взаємопов'язані один з одним параметри Ri, R2, m, z, a w , p та задана величина кута v(/ підібрані таким чином, що зусилля між спряженими парами зубів, в незалежності від перекосу осей, розподіляються рівномірно. Для виконання даної умови необхідно, щоб Fn (ф) = Fn = Ft / cos a w = const, а це можливо при Ф = 0° та у-п/2, у зв'язку з чим функцію (1) представимо наступним чином: с _с , (7i-2)[R(v-p)+R2pcosaw]v)/ . (2 4 л 8^ виходячи з якого знайдемо . 2-я a w m z cos aw 4(«-2) Г Із виразу (2) очевидно, що при заданих параметрах Ri, R2, m, z, a w та величині кута ці можна визначити таке значення кута р, при якому в зубчастій муфті при перекосі осей зусилля розподіляються рівномірно між усіма спряженими парами зубів, у зв'язку з чим її можливо розглядати як ідеальний шарнір. 5080 Зубчаста муфта працює наступним чином. При навантаженні втулки 3 обертальним моментом, вісь 6 якої повернута на кут ц/ відносно осі 5 обойми 1, навантажені зовнішні зуби втулки будуть діяти на внутрішні зуби обойми, які зачіплюються з ними, здійснюючи при цьому передачу обертального моменту та частоти обертання від одних валів іншим валам машин та механізмів. Економічний ефект від впровадження зубчастої муфти, що пропонується, слід чекати за рахунок кардинального підвищення її навантажувальної здатності внаслідок повного вирівнювання навантаження між спряженими парами зубів або зниження матеріалоємності, у порівнянні із традиційними конструкціями. Крім того, зубчаста муфта, що пропонується, має покращенні віброакустичні характеристики, які обумовлені перерозподілом зусиль з найбільш навантажених на менш навантажені спряжені пари зубів. А-А а/2 с/2 Фіг. 2 Фіг. 1 Комп'ютерна верстка Д. Шеверун а/2 Підписне Тираж 37 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