Зубчасте зачеплення попова о.п.

Зубчасте зачеплення, що містить ведуче та ведене зубчасті колеса з розташованими на них зубами, що знаходяться в зачепленні між собою, яке відрізняється тим, що зуби виготовлені з евольвентних ніжок та неевольвентних головок, причому бокові профілі головок зубів отримані шляхом зменшення товщини початкових головок зубів по всій висоті з боковими профілями, які окреслені радіусами кривизни рп і Р22, розташова ними на лінії зачеплення, на величину дуги ділильного кола із діаметром di та сЬ, знайденим шляхом перетинання з ділильними колами початкових бокових профілів, які, в свою чергу, перетинаються також з ЛІНІЯМИ зачеплення у ВІДПОВІДНИХ точках та повернуті ВІДПОВІДНО ОДИН одному, при цьому кожна наступна дуга початкового профілю повернута на більший кут по відношенню до попередньої дуги, за винятком полюса зачеплення, де поворот дуг відсутній, крім того, незмінні за величиною радіуси бокових профілів головок зубів рп і Р22 характеризуються перемінними центрами кривизни і збільшені в 3/smaw рази в порівнянні з радіусами кривизни бокових профілів евольвентних ніжок зубів в полюсі зачеплення, де a w - кут зачеплення, рівний 20° Винахід відноситься до області машинобудування Відоме зубчасте зачеплення з зубчастими колесами, що містить евольвентні зуби, які шляхом взаємодії один з одним здійснюють передачу обертання та навантаження від одних валів до інших валів машин та механізмів [1] Кудрявцев В М , Державец Ю А, Глухарев Е Г Конструкция и расчет зубчатых передач редуктаров - Л Машиностроение, 1971, 328 с , [2] Павленко А В , Федякин Р В, Чесноков В А Зубчатые передачи с зацеплением Новикова -К Наука, 1978,144с Недоліком вказаного евольвентного зачеплення є обмежена навантажувальна здатність по контактним напругам Найбільш близьким по технічному змісту до запропонованого рішення є прийняте за прототип зачеплення Новікова з ведучими та веденими зубчастими колесами, на яких розміщені зуби з круговими боковими профілями, які знаходяться між собою в зачепленні [2] Павленко А В , Федякин Р В , Чесноков В А Зубчатые передачи с зацеплением Новикова - К Наука, 1978, 144с Недоліком відомого зачеплення Новікова є низька згинаюча МІЦНІСТЬ зубів внаслідок точкового прикладання навантаження та зміщення лінії кон такту до торців зубів, підвищення чутливості до зміни міжосевої відстані і порівняно складний вихідний контур інструмента для нарізання зубів Завдання винаходу - підвищення навантажувальної здатності і ефективності роботи зубчастого зачеплення Для вирішення задачі в зубчастому зачепленні зуби виконані з евольвентних ніжок та неевольвентних головок, причому бокові профілі головок зубів отримані шляхом зменшення товщин вихідних головок зубів по всій висоті з боковими профілями, окресленими радіусами кривизни рп і р22, розміщеними на лінії зачеплення, на величини дуг ділильних кіл з діаметрами di і d2, знайдені шляхом перетинання з ділильними колами вихідних бокових профілів, які, в свою чергу, перетинаються також з ЛІНІЄЮ зачеплення у ВІДПОВІДНИХ точках І повернуті відносно один одного, при цьому кожна наступна дуга вихідного профілю повернута на більший кут по відношенню до попередньої дуги, за виключенням лінії зачеплення, де поворот дуг відсутній, крім того, ПОСТІЙНІ по величині радіуси бокових профілів головок зубів рп і р22 характеризуються змінними центрами кривизни і перевищують в З/smow раз радіуси кривизни бокових профі 00 (О 00 ю ю 55868 лів евольвентних ніжок в полюсі зачеплення, де O w - кут зачеплення, рівний 20° Порівняльний аналіз з прототипом показує, що зуби зубчастих коліс виконані із неевольвентних головок та евольвентних ніжок, причому радіуси кривизни бокових профілів головок зубів перевищують в З/smow раз радіуси кривизни бокових профілів евольвентних ніжок зубів в полюсі зачеплення Порівняння представленого технічного рішення не тільки з прототипом, але і з іншими технічними рішеннями в даній області техніки, не виявило в них ознак, що відрізняють представлене технічне рішення від прототипу, що дозволяє зробити висновок про ВІДПОВІДНІСТЬ критерію "винахідницький рівень" На фіг 1 зображений загальний вигляд неевольвентних головок зубів ведучого та веденого зубчастих коліс, що мають кутові швидкості сої і со2 На фіг 2 зображена розрахункова модель контактної взаємодії в полюсі зачеплення зв'язаних зубів ведучого та веденого зубчастих коліс з евольвентними ніжками та неевольвентними головками Бокові профілі неевольвентних головок зубів отримані наступним чином Головка зуба ведучого зубчастого колеса, обмежена вихідними боковими профілями 1 і 2 постійними радіусами кривизни рівними рц, розділені ЛІНІЄЮ симетрії 3 на дві рівні частини Через вершину головки зуба ведучого зубчастого колеса проведена дуга 4 радіусом кола вершин зубів dai/2 до перетину з ЛІНІЄЮ зачеплення NN в точці b таким чином, щоб боковий профіль 1 головки зуба займав положення 5 В цьому положенні боковий профіль 5, описаний дугою кола з радіусом рц, має центр кривизни що не належить лінії зачеплення NN, що виключає можливість з'єднання дуги 5 в точці b з боковим профілем евольвентної ніжки зуба Для розміщення центра кривизни дуги 5 на лінії зачеплення NN, з метою її з'єднання з евольвентним профілем ніжки зуба, необхідно дугу 5 повернути за часовою стрілкою відносно точки b на деякий кут, при якому вона займе положення 6 Поворот дуги з положення 5 відносно точки b в положення 6 характеризується дугою Si що відсікається на радіусі ділильного кола di/2 дугами 5і6 Аналогічним чином, провівши дуги 4, 7, 10, 13 і -' da! 16 ВІДПОВІДНО радіусами — , де 2 2 2 '" 2 перетину з ЛІНІЄЮ зачеплення NN в точках с, d, m, п, отримаємо положення бокового профілю 1, що характеризується положенями 8, 1 1 , 14 та 17 Центри кривизни вказаних дуг 8, 1 1 , 1 4 т а 1 7 з радіусом рц знаходяться на лінії зачеплення NN Точки перетину дуг 8 та 9, 11 та 12, 14 та 15, 17 та 18 з іншим ділильним колом, що проведено радіусом di/2, відсічуть на ділильному колі дуги S 2 , S3, S 4 , S5, причому S 5 < S 4 < S3 < S 2 < Si Виходячи з цього, при переході дуг 5, 8, 1 1 , 14 та 17 в положення 6, 9, 12, 15 та 18 здійснюються разом з точкою р (р - полюс зачеплення), з'єднання профіля головки та евольвентної ніжки зуба в точках n, m, d, с, b Вказані положення дуг 6, 9, 12, 15, та 18 характеризують боковий профіль 19 головки зуба, кожна з точок перетину якого з ЛІНІЄЮ зачеплення NN належить кривій з радіусом кривизни рп, що співпадає з ЛІНІЄЮ зачеплення Правий та лівий профілі 19 і 20 отримані шляхом зменшення товщин головки зуба відносно профілів 1 і 2 зняттям металу по дугам кіл 4, 7, 10, 13, 16 на величини, що ВІДПОВІДНО рівнідугам Si, S2, S3, S4, S5, причому величина дуги Si називається максимальною величиною заглиблення (зняття металу) головки зуба і позначається AS = S1 Бокові профілі 21 і 22 голівки зуба веденого зубчастого колеса з радіусами кіл вершин зубів da2/2 та ділильного кола d2/2 викреслені дугами з радіусом кривизни р22- Бокові профілі 23 і 24 голівки зуба веденого зубчастого колеса побудовані по аналогії з боковими профілями 19 і 20, виходячи з рівності висот головок зубів ha = m і товщини зубів S w = кр = ре, взятих по дугам ділильних кіл d-i/2 і d2/2 веденого та ведучого зубчастих коліс Вісь симетрії 25 ділить голівку зуба веденого зубчастого колеса на дві рівні частини На фіг 1 висоті головки зуба, рівної ha = m = 40мм, відповідає дуга Si = 9,85мм При m = 30мм S 2 = 6,35мм, m = 20мм - 83 = 3,45мм, m = 10мм - S4 = 2,1мм, m = 5мм - S5 = 0,63мм Пристрій працює наступним чином В результаті кручення ведучого зубчастого колеса з кутовою швидкістю сої головка зуба з боковим профілем 19, що має початковий контакт в полюсі зачеплення (точка р) з евольвентною ніжкою зуба, почне повертатися і взаємодіяти на ніжку евольвентного зуба, яка на фіг 1 не показана, таким чином, що ведене зубчасте колесо буде повертатися з кутовою швидкістю со2 При цьому будь-яка з точок перетину бокового профілю 19 голівки зуба з ЛІНІЄЮ зачеплення NN буде належати дузі кола з постійним радіусом кривизни, який співпадає з ЛІНІЄЮ зачеплення NN і перевищує радіус кривизни евольвенти у ВІДПОВІДНІЙ ТОЧЦІ Радіус кривизни будь-якої з точок бокового профілю 19 голівки зуба переміщується по лінії зачеплення в межах робочої довжини лінії зачеплення pb головки зуба ведучого зубчастого колеса з ніжкою зуба веденого зубчастого колеса, або в межах робочої довжини ра головки зуба ведомого зубчастого колеса з ніжкою зуба ведучого зубчастого колеса Економічний ефект від застосування запропонованого технічного рішення слід чекати за рахунок підвищення навантажувальної здатності та ефективності роботи Суспільна користь запропонованого винаходу заключається в покращенні віброакустичних характеристик зубчастих передач внаслідок зниження шуму та вібрації (промсанітарія) Для оцінки ефективності запропонованого зубчастого зачеплення розв'язана плоска контактна задача Розрахункова модель контакту (фіг 2) являє собою модель контактної взаємодії напівпристроів, обмежених двома криволінійними поверхнями, кожна з яких складається з двох жорстко зв'язаних між собою і плавно поєднаних у точці р напівцеліндрів 19, 26, 23, 27 з різними радіусами кривизни, 55868 По відомим формулам визначаємо ВІДПОВІДНО РІВНИМИ p i , р і і , Та Р2, Р22 При цьому неевольвентний боковий профіль 19 головки зуба плавно з'єднаний з профілем 26 евольвенти ніжки зуба веденого зубчастого колеса, а боковий профіль 23 головки зуба - з евольвентою 27 ніжки зуба ведомого зубчастого колеса Параметри bk та Ьо характеризують ширину площі контакту, рівну bk + b 0 , яка виникає у зв'язку стискання зубів при дії сили F n Залежність для визначення максимальних контактних напружень в полюсі зачеплення має вигляд 0 836 Де Р1 • Р22 Рпр 1 (Р22±РІ)' Рпр 2 Р11 -Р2 (Р11±Р2) - приве дені радіуси кривизни ВІДПОВІДНО напівциліндрів 23, 26 та 19, 27, рі, рг - радіуси кривизни евольвентних бокових профілів ніжок зубів в полюсі зачеплення, -пр Е1 + Е2 - приведений модуль пружності, Е-і, Ег - модулі пружності матеріалів зубчастих КОЛІС, F n - нормальна сила, що діє на зуби колеса зачеплення, b - ширина зубчастого вінця, Ріі, Р22 - радіуси кривизни основних профілів головних зубів в полюсі зачеплення, знак(+) - для зовнішнього зачеплення зубів, знак(-) - для внутрішнього зачеплення Якщо в рівнянні (1) підставити р п = рг, а р22 Р1-Р2 а рівР2±Р1 няння (1) перетворюється у відому формулу Герца, що використовується для розрахунків контактної МІЦНОСТІ евольвентних зубів в полюсі р 2і то в цьому випадку р п р 1 = р п р 2 зачеплення =0,418 (2) Поділивши напруження а н на напруженя атах, що входять у рівняння (1) та (2), та піднесення дробу до квадрату, отримаємо коефіцієнт срн, що характеризує підвищення навантажувальної здатності запропонованого зачеплення по контактним напругам, порівняно з евольвентним зачепленням ,2 (п: Фн = , п: Y 4р (3) пр Для прикладу розглянемо зубчате зачеплення, в якого число зубів zi = 50, Z2 = 100, модуль зачеплення m = 5мм, кут зачеплення о« = 20° mz.,-sina Р22 = sma. = 42 75мм, = 750мм, Р22 = = 375мм, mz2 -sma = 85,5мм, Рпр = 28,5мм, рПр і = 40,444мм, р п р 2 - 69,625мм Далі за формулою (3) знаходимо Фн = (^40,444 + Уб9,б: 4 • 28,5 = 1,896 Таким чином на прикладі, що розглядається, запропоноване зубчасте зачеплення в 1,896 рази перевищує навантажувальну здатність евольвентного зачеплення Крім того, дане зачеплення перевищує в 1,896/1,4 = 1,354 рази навантажувальну здатність зачеплення Новікова при одній лінії зачеплення (ОЛЗ), і в 1,896/1,7 = 1,115 рази при двох ЛІНІЯХ зачеплення (ДЛЗ) Однак при цьому слід ВІДМІТИТИ, що зачеплення Новікова з ДЛЗ не може бути використано в важкому машинобудуванні, де використовується зачеплення Новікова з ОЛЗ, яке, як вже вказувалось, має меншу навантажувальну здатність в порівнянні з запропонованим зачепленням Згинаюча МІЦНІСТЬ запропонованого зачеплення, внаслідок розподілу навантаження по лінії, значно вище згинаючої МІЦНОСТІ зачеплення Новікова і знаходиться на одному рівні, або дещо перевищує рівень згинаючої МІЦНОСТІ евольвентного зачеплення Крім того, запропоноване зачеплення через підвищення проведених радіусів кривизни в полюсі зачеплення характеризується, порівняно з евольвентним зачепленням, більшою товщиною змащувальних шарів, що призводить до зменшення втрат напруги на тертя і підвищення к к д зачеплення При збільшенні радіусів р п і р22 навантажувальна здатність запропонованого зачеплення, що випливає з рівняння (3), підвищується Для оцінки теоретичної можливості підвищення навантажувальної здатності зачеплення приймемо р п = р22 - °°, тоді рівняння (3) набере вигляду Фн = 4р пр В результаті підстановки в останню формулу рі = 42,75мм, рг = 85,5мм та р п р = 28,5мм отримаємо фн = 2,186 Таким чином, теоретично можливо підвищити навантажувальну здатність зачеплення більш ніж в 2 рази Однак практично це неможливо, тому, що збільшення глибини заглиблення AS, яке супроводжується недосяжним зменшенням товщини вершин зубів 55868 Фіг.1 Фіг.2 Підписано до друку 05 05 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24