Зубчаста муфта

Зубчаста муфта, яка складається із втулки з зовнішніми бочкоподібними зубами і обойми, яка її охоплює, з прямими внутрішніми скошеними відносно середини зубами, що знаходяться між собою у зачепленні, яка відрізняється тим, що зовнішні зуби втулки в середній частині на довжині α виконані бочкоподібними з радіусом бочкоподібності R , а на ділянках довжиною (b ) / 2 , прилег0 бочкоподібними з радіусом бочкоподібності R , при цьому кут скосу зовнішніх зубів знаходиться із виразу: (4 cos w w )mz cos w 1 , 0 2( 2) 4 R 2R де b,b1 - довжина відповідно зовнішніх зубів втулки і внутрішніх зубів обойми, причому b1 b; кут перекосу осей; w 20 0,349 рад - кут зачеплення зубів; m - модуль зачеплення; z - число зубів втулки, рівне числу зубів обойми. , крім скошені під кутом 0 , крім того, внутрішні зуби обойми в середній частині в межах довжини а виконані прямими, а на торцевих ділянках довжиною (b1 ) / 2 внутрішні зуби є бочкоподібними з радіусом бочкоподібності R , при цьому кут скосу зовнішніх зубів знаходиться із виразу: 51954 (11) UA (СССР). - 4089604/31-27; Заявл. 09.07.86; Опубл. 30.08.89. Бюл. №32. Недоліком вказаної зубчастої муфти є високі контактні напруження, обумовлені моделлю контакту циліндра (бочкоподібний зуб) з ломаною площиною (скошений зуб). Задача корисної моделі - суттєве зниження контактних напружень і підвищення навантажувальної здатності зубчастої муфти. Для рішення задачі в зубчастій муфті, яка складається із втулки з зовнішніми бочкоподібними зубами і обойми, яка її охоплює, з прямими внутрішніми скошеними відносно середини зубами, що знаходяться між собою у зачепленні, яка відрізняється тим, що зовнішні зуби втулки в середній частині на довжині виконані бочкоподібними з радіусом бочкоподібності R , а на ділянках ) / 2 , прилеглими до торців, зуби довжиною (b (19) Корисна модель відноситься до галузі машинобудування. Відома зубчаста муфта, що місить втулки з зовнішніми бочкоподібними або прямими евольвентними зубами і обойму, що її охоплює, з внутрішніми прямими евольвентними зубами, в процесі зачеплення здійснюють передачу обертання і навантаження від одних валів іншим валам машин і механізмів, компенсуючи при цьому розцентровки осей з'єднувальних валів за рахунок гарантованих бічних і радіальних зазорів між зубами [1]: Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985. – 240 с. Недоліком відомої зубчастої муфти є низька навантажувальна здатність, обумовлена перерозподілом навантаження на найбільш навантажені зуби внаслідок перекосу зубів відносно один одного. Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого рішення є прийнята за прототип зубчаста муфта, яка містить втулку з зовнішніми бочкоподібними евольвентними зубами і обойму, що її охоплює, з прямими внутрішніми зубами, скошеними відносно їх середини до торців [2]: А.с. 1504394 СССР. Зубчатая муфта./А.П. Попов (13) U лими до торців, зуби скошені під кутом того, внутрішні зуби обойми в середній частині в межах довжини α виконані прямими, а на торцевих ) / 2 внутрішні зуби є ділянках довжиною (b1 3 1 0 (4 51954 w )mz cos w cos 2R w , 2( 2) 4 R 2(ти - 2) де b,b1 - довжина відповідно зовнішніх зубів втулки і внутрішніх зубів обойми, причому b1 b ;  0,349 рад - кут - кут перекосу осей; w 20 m - модуль зачеплення; z зачеплення зубів; число зубів втулки, рівне числу зубів обойми. Зіставлювальний аналіз з прототипом показує, що зубчаста муфта, що заявляється, яка складається із втулки з зовнішніми бочкоподібними зубами і обойми, яка її охоплює, з прямими внутрішніми скошеними відносно середини зубами, що знаходяться між собою у зачепленні, яка відрізняється тим, що зовнішні зуби втулки в середній частині на довжині виконані бочкоподібними з радіусом бочкоподібності R , а на ділянках довжиною (b ) / 2 , прилеглими до торців, зуби скошені під кутом 0 , крім того, внутрішні зуби обойми в середній частині в межах довжини виконані пря)/ 2 мими, а на торцевих ділянках довжиною (b внутрішні зуби є бочкоподібними з радіусом бочкоподібності R , при цьому кут скосу зовнішніх зубів 0 знаходиться по приведеній залежності, де b,b1 - довжина відповідно зовнішніх зубів втулки і внутрішніх зубів обойми, причому b1 b . Порівняння технічного рішення, що заявляється, не лише з прототипом, але й з іншими технічними рішеннями в даній галузі техніки, не виявило в них признаки, які відрізняють технічне рішення, що заявляється, від прототипу, що дозволяє зробити висновок про відповідність критерію «винахідницький рівень». На фіг. 1 зображена зубчаста муфта, а на фіг. 2 - переріз зубів А-А, що відповідає фіг. 1. У відповідності з фіг.1 і 2 маємо наступні позначення: - кут перекосу осей; b,b1 - довжина зовнішніх зубів втулки і внутрішніх зубів обойми; 0 - кут -довжина середньої частини зубів; S( x ) - зазор між зубами в скосу зовнішніх зубів; x; точці, що характеризується абсцисою Rn R cos - радіус бочкоподібності зубів в нормальній площині до бічної поверхні зубів; R 1 радіус бочкоподібності зубів, проведений дотично до ділильної окружності зубів. Зубчаста муфта складається із втулки 1 і обойми 2 з розташованими на них зовнішніми зубами 3 і внутрішніми зубами 4. При цьому зуби 3 і 4 є комбінованими, так як складаються із бочкоподібних і прямолінійних ділянок. Вісь втулки 5, співпадаюча при відсутності розцентровок осей з'єднувальних валів машин і механізмів з віссю обойми 6, у випадку перекосу осей на кут займає вказане положення 5. w 4 Зуби втулки 3 складаються із ділянок 7 з бочкоподібними внутрішніми зубами і кінцевих ділянок 8 і 9, які містять прямі зубами, котрі скошені під кутом 0 до торів зубів. При цьому довжина ділянки 7 по своїй величині, як правило менше довжини кожної із ділянок 8 і 9. Внутрішні комбіновані зуби 4, як і зуби 3, також складаються із ділянок 10 з прямими зубами і двох ділянок 11 і 12 з бочкоподібними зубами. Довжина ділянок 7 і 10 зовнішніх і внутрішніх є однаковою. Довжина торцевих ділянок 8 і 9 зовнішніх зубів ) / 2 , і вона перевищує довжину торцерівна (b вих ділянок 11 і 12, рівну (b1 ) / 2 , враховуючи, що довжина внутрішніх зубів b1 обойми при проектуванні зубчастих муфт завжди приймається на 10... 15 мм більше довжини зовнішніх зубів b втулки. Зубчаста муфта працює наступним чином. При навантаженні втулки 1 крутячим моментом, вісь 5 котрої повернута на кут відносно вісі 6 обойми 2, зовнішні зуби 3 втулки будуть діяти на внутрішні зуби 4 обойми, здійснюючи таким чином передачу навантаження і частоти обертання від одних валів до інших валів машин і механізмів. Для забезпечення компенсації розцентровок осей з'єднувальних валів машин і механізмів в зубчастих муфтах передбачені гарантовані величини бічних і радіальних зазорів, в межах котрих відбувається відносне переміщення спряжених комбінованих зубів. В процесі роботи зубчастої муфти в умовах перекосу осей навантаження, переміщуючись по висоті і по довжині зубів, розподіляється вкрай нерівномірно між зубами, досягаючи неприпустимих величин на найбільш навантажених парах зубів. В зв'язку із цим, в пропонованій зубчастій муфті з комбінованими зовнішніми і внутрішніми зубами здійснюється рівномірне розподілення навантаження між всіма парами спряжених зубів за рахунок наявності подовжньої модифікації зубів. Вказана модифікація зубів є двомірною, і вона носить важкий характер зміни товщини внутрішніх і зовнішніх зубів з урахуванням наявності криволінійних і прямолінійних твірних бічних зубів. При обертанні навантаженої зубчастої муфти при перекосах осей здійснюється обкатуванням зубів один по одному з урахуванням ковзання. При цьому максимальні значення швидкостей ковзання і кочення не співпадають. Слід також відмітити, що при перекосі осей на зубах виникають неврівноважені зусилля і сили тертя, котрі призводять до появи пружних згинаючих моментів, котрі надають негативну дію на роботу трансмісії. В пропонованій зубчастій муфті внаслідок рівномірного розподілення навантаження між зубами величина пружних згинаючих моментів знижується не менш чим у два рази, в зв'язку із чим різко зменшаться негативні дії пружних згинаючих моментів на роботу трансмісій енергетичних установок. 5 51954 Таким чином, пропонована зубчаста муфта, що характеризується в процесі роботи рівномірним розподіленням навантаження між всіма парами спряжених зубів, представляє собою ідеальний шарнір, в зв'язку із чим вказана зубчаста муфта на сьогоднішній день не має аналогів в машинобудуванні. Для отримання в пропонованій зубчастій муфті рівномірного розподілення зусиль між зубами при перекосі осей необхідно знайти рівняння, яке встановлює зв'язок між параметрами Fm cos Fn max 1 4 w R 2 cos mz 2 w w де Fm 2T / dz - середнє окружне зусилля, діюче на довільно взяту спряжену пару зубів при відсутності перекосу осей; d mz - діаметр ділильної окружності зубчастої муфти; - сумарна податливість спряженої пари зубів. Для забезпечення рівномірного розподілення зусиль між зубами при перекосі необхідно, щоб F сила n max була рівна силі Fm / cos w Fn , т.е. Fn max Fm / cos w . На основі сказаного із рівняння (1) знайдемо вираз 0 2( 2) 1 (4 w )mz cos w 4 R a cos 2R w , (2) Fn - нормальна сила, діюча на спряжену де пару зубів. Виходячи із формули (2), виконаємо розрахунок по знаходженню кута скосу зубів стосовно 0 3 до судової зубастої муфти, у котрої Fm m 5 мм ; b 40 мм; b1 z 5,5 10 60 ; w 50 мм; 20 ; 8 10 H ; 5 10 6 мм; R 6 3 рад; 3000 мм; 5 0,3 і E 2,1 10 МПа. мм/Н; В результаті підстановки величин параметрів, які входять до вказаної формули, отримаємо кут 3,338 10 3 рад. Максим альні контактні напруження в зубчастій муфті, що розглядається, у відповідності з фіг. 2 знаходяться по загальновідомій формулі Герца 0 0,418 H і hp h * вони * 2h m EFm , Rh p рівні 2 0,8 5 8 42 МПа, де мм - робоча висота зуба; 0,8 - коефіцієнт висоти голівки зуба. Для знаходження максимальних контактних напружень в прототипі [2] скористаємося залежностями [3]: Попов А.П., Савенков О.И., Комаров Ф.Ю. Контактная прочность продольно модифицированных наружных и внутренних зубьев зубчатых муфт / Материалы III Міжнарод. наук - техн. конф. 6 0 ,R, , ,m, z, і w , які характеризують кут перекосу осей, параметри зачеплення і параметри модифікації зубів. На основі методології теоретичних іспитів навантажувальної здатності зубчастих муфт в умовах розцентровок осей, розробленої д.т.н., проф. О.П. Поповим, отримано вираз максимальної сили, яка діє на найбільш навантажену спряжену пару зубів зубчастої муфти, що розглядається, котрий має вигляд: 2 ( 2) 2 R 0 cos w 2 mz 4 2 , (1) "Сучасні проблеми триботехніки". - Миколаїв: НУК, 2009. - С. 51 - 52, котрі мають вигляд: 2 (1 2 )Fn Rh pE H 0 2 0 2 (1 mz cos 1 2) R 4( 2 ( 1) 0 E ) w ; (3) 1 w 2 . (4) Спочатку за формулою (4) знаходимо кут 0 -3 = 3,176 10 рад, при котрому, як і в зубчастій муфті, що пропонується, навантаження розподіляється рівномірно між всіма спряженими парами зубів в умовах перекосу осей. Виходячи із величини кута 0 =3,176 10-3 рад по формулі (3) розраховуємо максимальну величину контактних напружень H= 619 МПа. Із порівнняння між собою величин H =42 МПа і H =619 МПа очевидно, що останні приблизно в 15 разів перевищують величину контактних напружень, які мають місце в зубчастій муфті, що пропонується. Вказана величина напружень H =619 МПа обумовлена, як вже вказувалося, розрахунковою моделлю контакту циліндра з клином, де під клином мається на увазі довільно взятий внутрішній зуб обойми, маючий скоси від се редини до торців зубів під кутом 0 . Таким чином, пропонована зубчаста муфта характеризується дуже високою ефективністю з точки зору рівномірного розподілення зусиль між зубами при перекосі осей і наявності відносно малих величин контактних напружень. Економічний ефект від впровадження пропонованої зубчастої муфти забезпечується за рахунок радіального підвищення навантажувальної здатності і строку службі внаслідок рівномірного розподілення навантаження між спряженими парами зубів і відносно невеликих величин контактних напружень. Суспільна користь технічного рішення, що заявляється, полягає в покращенні віброакустичних характеристик внаслідок зниження рівня вібрації і 7 51954 шуму (промсанітарія) за рахунок перерозподілення сил з найбільш навантажених на менш наванта Комп’ютерна верстка І.Скворцова 8 жені спряжені пари зубів з урахуванням їх рівномірного розподілу. 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