Конічна зубчаста передача

Конічна зубчаста передача, що складається із конічних ведучого і веденого зубчастих коліс із розташованими на них прямими зубами, які знаходяться між собою в зачепленні, яка відрізняється тим, що твірні бічних поверхонь зубів ведучого конічного колеса виконані криволінійними у вигляді дуг кола з радіусом R , який знаходиться із виразу b2 w , 8S де: bw  L - довжина зуба (ширина зубчастого вінця); S  0,008...0,012 мм - параметр криволінійності твірних бічних поверхонь зубів ведучого колеса в торцевих перерізах;   0,35 - числовий коефіцієнт; L  msz1 / 2 sin 1  msz2 / 2 sin 2 - довжина твірної ділильного (початкового) конуса; ms - торцевий модуль зачеплення; z1 , z 2 - числа зубів ведучого і веденого зубчастих коліс; 1  arctgz1 / z2  , 2  arctgz2 / z1 - кути ділильних (початкових) конусів ведучого і веденого зубчастих коліс. R b2 w 8S , де: bw  L - довжина зуба (ширина зубчастого вінця); S  0,008...0,012мм - параметр криволінійності твірних бічних поверхонь зубів ведучого колеса в торцевих перерізах;   0,35 - числовий коефіцієнт; L  msz1 / 2 sin 1  msz2 / 2 sin 2 - дов (11) UA зубчастого зачеплення по контактних напруженнях. Задача корисної моделі - суттєве підвищення навантажувальної здатності зубчастого зачеплення по контактних напруженнях. Для рішення задачі в конічній зубчастій передачі, що складається із конічних ведучого і веденого зубчастих коліс із розташованими на них прямими зубами, які знаходяться між собою в зачепленні, відповідно до корисної моделі твірні бічних поверхонь зубів ведучого конічного колеса виконані криволінійними у вигляді дуг кола з радіусом R, який знаходиться із виразу (19) Корисна модель належить до галузі машинобудування. Відома конічна зубчаста передача, що складається із конічних ведучого і веденого зубчастих коліс із розташованими на них зубами, котрі шляхом взаємодії один з одним здійснюють передачу обертання і корисного навантаження від одних валів іншим валам машин і механізмів з урахуванням перетину осей зубчастих коліс під кутом =90° [1]: Кудрявцев В.Н., Державец Ю.А., Глухарев Е.Г. Конструкции и расчет передач редукторов. - Л.: Судостроение, 1971.-328 с. Недоліком відомої конічної зубчастої передачі є обмежена навантажувальна здатність по контактних напруженнях. Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого рішення є конічна зубчаста передача, що складається із конічних ведучого і веденого зубчастих коліс з розташованими на них прямими зубами [2]: Иванов М.Н. Детали машин. - М.: "Высшая школа",-1991.-382 с. Недоліком вказаної конічної зубчастої передачі є також невисока навантажувальна здатність 67595 (13) U R 2 3 жина твірної ділильного (початкового) конуса; m s торцевий модуль зачеплення; z1 , z 2 - числа зубів ведучого і веденого зубчастих коліс; 1  arctgz1 / z2  , 2  arctgz2 / z1 - кути ділильних (початкових) конусів ведучого і веденого зубчастих коліс. Порівняльний аналіз з прототипом показує, що зубчаста конічна передача, що складається із конічних ведучого і веденого зубчастих коліс із розташованими на них прямими зубами, котрі знаходяться між собою в зачепленні, відрізняється тим, що твірні бічних поверхонь зубів ведучого конічного колеса виконані криволінійними у вигляді дуг кола з радіусом R, котрий знаходиться за вище приведеною формулою. Порівняння технічного рішення, що заявляється, не лише з прототипом, але й з іншими технічними рішеннями в даній галузі техніки, не виявило в них ознаки, характерні для технічного рішення, яке заявляється, що дозволяє зробити висновок про відповідність критерію "новизна". На фіг. 1 зображена конічна зубчаста передача з міжосьовим кутом =90°; на фіг. 2 і 3 - перетини прямих зубів ведучого і веденого зубчастих коліс відповідно з криволінійними і прямолінійними твірними їх бічних поверхонь, а на фіг. 4 - взаємодія зубів ведучого і веденого конічних зубчастих коліс при відсутності навантаження. У відповідності з фіг. 1-4 маємо наступні позначення: 1, 2 - кутові швидкості ведучого і веденого конічних зубчастих коліс; d1,d2 - діаметри ділильних кіл ведучого і веденого конічних зубчатих коліс; dm1,dm2 - діаметри середніх ділильних кіл ведучого і веденого конічних зубчастих коліс; bw довжина зуба (ширина зубчастого вінця); L - довжина твірної ділильного (початкового) конуса; =1+2=90° - міжосьовий кут; 1, 2 - кути ділильних (початкових) конусів ведучого і веденого зубчастих коліс; R - радіус кривизни твірних бічних поверхонь прямих зубів ведучого конічного зубчастого колеса. Конічна зубчаста передача складається із ведучого 1 і веденого 2 конічних зубчастих коліс з розташованими на них зубами 3 і 4. Осі обертання 5 і 6 конічних зубчастих коліс 1 і 2 перетинаються під кутом =90°. Твірні 7 і 8 бічних поверхонь зубів З ведучого конічного зубчастого колеса 1 є криволінійними, так як вони окреслені дугами кола з радіусом R. Форма твірних 7 і 8 бічних поверхонь зубів може бути не лише дуговою, але й еліптичною, параболічною, евольвентою, циклоїдальною і т.д. Однак форма твірних 7 і 8 бічних поверхонь зубів у вигляді дуг кіл є найбільш простою і технологічною, в зв'язку із чим в наступному її слід стандартизувати. Твірні 9 і 10 бічних поверхонь зубів 4 ведучого конічного зубчастого колеса 2 є прямолінійними, що характерно для прямозубих і косозубих традиційних зубчастих передач як з пересічними, так і з паралельними осями обертання зубчатих коліс. В конічних зубчатих передачах висота і товщина зубів є змінними, зменшуючись за напрямом 67595 4 до вершини ділильних (початкових) конусів, що знаходиться в точці О (фіг. 1), котра відповідає пересіченню осей обертання 5 і 6 конічних зубчастих коліс. Внаслідок цієї зміни коловий шаг зубів, а з ним модуль зачеплення також зменшуються у вказаному напрямі. При цьому найбільший коловий шаг і модуль зачеплення будуть відповідати найбільшій висоті зубів. Для виготовлення зубів ведучого конічного зубчастого колеса, які характеризуються криволінійними твірними їх бічних поверхонь, використовуються спеціальні високоточні зубошліфувальні станки німецького виробництва типу "Пфаутер" або "Хоффлер". Конічна зубчаста передача працює наступним чином. При обертанні двигуна, приєднаного через вал до ведучого конічного колеса 1, вказане колесо приймає кутову швидкість 1. При цьому вісь обертання 5 ведучого конічного колеса є горизонтальною. Зуби 3 ведучого конічного колеса 1 з криволінійними твірними 7 і 8 бічних поверхонь у процесі обертання діють на зуби 4 з прямолінійними твірними 9 і 10 їх бічних поверхонь, котрі належать веденому конічному колесу 2. В зв'язку із цим ведене конічне колесо 2 сприймає корисне навантаження, що передається, обертаючись з кутовою швидкістю 2, причому 1>2, а ось обертання 6 веденого конічного колеса у випадку що розглядається є вертикальною. Напрями обертання конічних зубчастих коліс 1 і 2, що характеризуються напрямами кутових швидкостей 1 і 2, співпадають. Ненавантажені зуби 3 і 4 дотикаються одне з одним в точці  (фіг. 4). В процесі навантаження, тобто при передачі спряженою парою зубів 3 і 4 корисного навантаження, вказаний контакт в точці  перероджується в еліптичну ділянку контакту розміром ab, де а, b - відповідно мала і велика півосі еліпса. В конічних зубчастих передачах як і у циліндричних зубчастих передачах має місце торцеве перекриття зубів, котре характеризується коефіцієнтом торцевого перекриття зубів >1. Тому у зачепленні знаходяться дві спряжені пари зубів, що покращує умови входу і виходу зубів із зачеплення і, як наслідок, віброакустичні характеристики зубчастої передачі. Точковий контакт зубів, на відміну від лінійного контакту зубів, котрий має місце практично у всіх традиційних евольвентних передачах, характеризується більшою величиною контактної піддатливості зачеплення, що також в процесі роботи позитивно позначається на віброакустиці передачі. Необхідно також відмітити, що в процесі роботи зубчастої передачі, що розглядається, корисне навантаження розсіюється по більшій ділянці контакту, у порівнянні з прямокутною ділянкою контакту при лінійній взаємодії зубів. В зв'язку із цим зменшується згинний момент, діючий на спряжену пару зубів, що призводить до підвищення навантажувальної здатності зачеплення по напруженнях згину. 5 А тепер перейдемо до оцінки ефективності пропонованої конічної зубчастої передачі з просторовою точковою системою зачеплення зубів шляхом порівняння з традиційною конічною зубчастою передачею, котра характеризується плоскою лінійною системою зачеплення зубів. Максимальні контактні напруження H в конічній зубчастій передачі з лінійною взаємодією зубів розраховуються за формулою [2]: Иванов М.Н. Детали машин. - М.: "Высшая школа",-1991.-382 с. H  0,418 EFn Hb w mw (1) де Е - модуль пружності матеріалів конічних зубчастих коліс; Fn - нормальна сила, діюча на спряжену пару зубів; H=0,85 - дослідний коефіцієнт; bw довжина зуба; mw  dm1  u  sin  w / 2 u2  1 - приведений радіус кривизни зубів в середньому перерізі; dm1 - діаметр середньої ділильної кола ведучого конічного колеса; u=z2/z1 - передаточне число; w - кут зачеплення зубів. Для знаходження максимальних контактних напружень mах при точковому зачепленні зубів в пропонованій зубчастій передачі слід скористатися залежністю [3]: Попов А.П. Контактная прочность зубчатых механизмов. - Николаев: Изд-во НУК, 2008.-580 с. max  де 0,33 3   v 2 E2Fn  R2 (2)   mw / R  b2 w - коефіцієнт; v - коефіцієнт / 8S - радіус кривизни твірних Пуассона; R бічних поверхонь прямих зубів ведучого конічного зубчастого колеса; S - параметр криволінійності твірних бічних поверхонь зубів ведучого колеса в торцевих перерізах. 67595 6 В якості прикладу візьмемо конічну зубчасту передачу, у котрої z1=20;z 2=80; ms=4 мм; w=20°; 4 =0,3; S=0; S=0,010 мм; v=0,3; Fn=0,68·10 H; 5 E=2,1·10 МПа. За вище приведеними формулами знаходимо 1=14°; 2=76°; =14°+76°=90°; u=4;L=165,36 мм; bw=50 мм; bm1=68 мм; mw=11,26 мм; 2 R=50 /8·0,010=31250 мм;   1126 / 31250  0,019 . , У відповідності із знайденими величинами параметрів за формулою (1) знаходимо H=722 МПа, а за формулою (2) знаходимо max=547 МПа. Коефіцієнт , що характеризує зниження величини максимальних контактних напружень mах у порівнянні з H, дорівнює відношенню H/mах, тобто =H/mах=722/547=1,356. На основі сказаного коефіцієнт підвищення навантажувальної здатності по контактних напруженням пропонованої зуб3 3 , частої передачі дорівнює F    1356  2,493 . Таким чином, пропонована зубчаста передача має навантажувальну здатність в 2,493 рази вищу у порівнянні з прототипом, що вказує на дуже високу ефективність конічної зубчастої передачі з просторовою точковою системою зачеплення зубів. Економічний ефект від впровадження пропонованого технічного рішення слід очікувати за рахунок суттєвого збільшення потужності, що передається або при незмінній потужності внаслідок збільшення строку служби конічної зубчастої передачі. Суспільна користь технічного рішення, що заявляється, полягає в покращенні віброакустичних характеристик зачеплення (промсанітарія) внаслідок збільшення податливості спряжених пар зубів. 7 67595 8 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601