Рівноміцне зубчасте зачеплення попова о.п. по контактним напруженням

Зубчасте зачеплення з поздовжньо модифікованими зубами, яке складається із ведучого і веденого зубчастих коліс з розташованими на них зубами з кутом зачеплення w = 20°, які складаються із енкаінтних головок і евольвентних ніжок, які знаходяться в контакті одне з одним, яке відрі 2m , 2 ПР.2 0,25 ПР.1 0,25 ; 2 ПР.1 ПР.2 2m ПР.2 11 b0 1522 , 0,25 2 ПР.1 ; ПР.2 ПРFn ; Ebw де 1m 22 , b 2m 11 / 2m 11 ПР.1 1 22 / 1 22 , ПР.2 2 11 / 2 11 , - приведені радіуси енкаінтно-евольвентних бічних профілів зубів в полюсі зачеплення; Е - модуль пружності зубчастих коліс; Fn - нормальна сила, діюча на спряжену пару зубів; bw - довжина зубів; z1, z2 - числа зубів зубчастих коліс. Заявл. 12.07.02; Опубл. 15.04.03. Бюл. №4. Недоліком зубчастого зачеплення Попова О.П., як І зубчастого зачеплення з евольвентними зубами, являються дуже високі контактні напруження при виході зубів із зачеплення, які перевищують аналогічні напруження в полюсі зачеплення в два і більше разів. Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого рішення є прийняте за найближчий аналог зубчасте зачеплення Попова О.П. з продольно модифікованими зубами, яке складаються із ведучого і веденого зубчастих коліс з розташова (19) Корисна модель відноситься до галузі машинобудування. Відоме зубчасте зачеплення Попова О.П., яке складається з ведучого і веденого зубчастих коліс з розташованими на них зубами, які складаються з енкаінтних [Слово «энкаита» происходит от сочетания букв НКИ - Николаевский кораблестроительный институт] голівок і евольвентних ніжок, які шляхом взаємодіє одне з одним здійснюють передачу навантаження і частоти обертання від одних валів Іншим валам машин і механізмів [1]: Попов О.П. Патент 55868А. Україна. Зубчасте зачеплення Попова О.П. - 2002075766; UA (11) де m - модуль зачеплення; m1 1 / b0, m2 2 / b0, - коефіцієнти; 1, 2 - допуски в «-» на радіуси вершин зубів зубчастих коліс; b0 - півширина ділянки контакту при вході чи при виході зубів із зачеплення, яка дорівнює ПР а b; a 1m 22 / - приведені радіуси зубів при вході і при виході із зачеплення; 3 2 / sin w 11 3 1 / sin w , 22 радіуси кривизни енкаінтних кривих головок зубів; 1 mz1 sin w / 2, 2 mz2 sin w / 2 - радіуси кривизни евольвентних кривих ніжок зубів в полюсі зачеплення; 2 11 U ПР.1 які можна знайти за формулами: (13) 22 1m 22 0,25m hm2 2(1 m2 )b 0 , які відраховують від дуг основних кіл з діаметрами db1 і db2, замінені енкаінтними кривими з радіусом кривизни 1m і 14578 0,25 зняються тим, що кут зачеплення w =18°, а висота немодифікованих головок зубів, як і висота ніжок зубів, збільшена на 0,25m, крім того, евольвентні криві ніжок зубів зубчастих коліс на відстанях і 0,25m hm1 2(1 m1)b0 3 14578 Для вирішення задачі в зубчатому зачепленні Попова О.П. з продольно модифікованими зубами, яке складаються із ведучого і веденого зубчастих коліс з розташованими на них зубами з кутом за ними на них зубами з кутом зачеплення w = 20°, які складаються з енкаінтних голівок і евольвентних ніжок, які знаходяться одне з одним в контакті [2]: Попов О.П. Д.п. №5641 на корисну модель. Україна. Зубчасте зачеплення Попова О.П. з поздовжньо модифікованими зубами. - 20040706156; Заявл. 23.07.04.; Опубл. 15.03.05. Бюл. №3. Недоліком даного зубчастого зачеплення Попова О.П. є відсутність можливості вирівнювання величин контактних напружень на вході і виході зубів із зачеплення до величин контактних напружень, які мають місце в полюсі зачеплення зубів. Задача корисної моделі - створення рівноміцного зубчастого зачеплення по контактним напруженням шляхом зниження контактних напружень на вході і виході зубів із зачеплення до величин контактних напружень в полюсі зачеплення зубів, підвищення навантажувальної здатності і ефективності роботи зубчастого зачеплення. 0,25 чеплення w = 20°, які складаються із енкаінтних головок і евольвентних ніжок, котрі знаходяться в контакті одне з одним, кут зачеплення w = 18°, а висота не модифікованих головок зубів, як і висота ніжок зубів, збільшена на 0,25м, крім того, евольвентні криві ніжок зубів зубчастих коліс на відста0,25m hm1 2(1 m1 )b 0 нях і 0,25m hm2 2(1 )b 0 m2 , які відраховують від дуг основних кіл з діаметрами db1 и db2, замінені енкаінтними кривими з радіусом кривизни 2m ПР.1 ПР.2 0,25 2 ПР.1 0,25 ; m модуль зачеплення; / b0, / b0, - коефіцієнти; 1, 2 m1 1 m2 2 -допуски в «-» на радіуси вершин зубів зубчастих колес; b0 – півширина ділянки контакту при вході ПР а b; a 1m 22 / - приведені радіуси зубів при вході і при виході із зачеплення; 3 2 / sin w радіуси 11 3 1 / sin w , 22 кривизни енкаінтних кривих голівок зубів; 1 mz1 sin w / 2, 2 mz2 sin w / 2 - радіуси кривизни евольвентних кривих ніжок зубів в полюсі зачеплення; ПР.1 1 22 / 1 22 , ПР.2 2 11 / 2 11 , приведені радіуси енкаінтно-евольвентних бічних профілів зубів в полюсі зачеплення; Е - модуль пружності зубчастих коліс; Fn - нормальна сила, діюча на спряжену пару зубів; bw - довжина зубів; z1,z2 - числа зубів зубчастих колес. Зіставлювальний аналіз з найближчим аналогом показує, що зубчасте зачеплення яке заявляється, яке складається з ведучого і веденого зубчастих коліс з розташованими на них зубами, які складаються із енкаінтних голівок і евольвентних ніжок, які знаходяться у контакті одне з одним, відрізняються тим, що кут зачеплення w = 18°, а висота не модифікованих голівок зубів, як і висота ніжок зубів, збільшена на 0,25т, крім того, евольвентні криві ніжок зубів зубчастих коліс на відстанях і 0,25m hm1 2(1 m1)b0 , 0,25m hm2 2(1 m2 )b0 , які відраховують від дуг основних кіл з діаметрами db1 і db2, замінені енкаінтними кривими з радіусом кривизни 1m і 2m , які знаходимо за приведеними формулами, де m модуль зачеплення; m1 1 / b0, m2 2 / b0, коефіцієнти; 1, 2 - допуски в «-» на радіуси вершин зубів зубчастих коліс; b0 - півширина ділянки контакту при вході чи при виході зубів із зачеплен і 2 ПР.1 11 ПР.2 2m ПР.2 11 де 1m , які можна знайти за формулами: 2 22 1m 22 4 0,25 2 ПР.1 ; ПР.2 чи при виході зубів із зачеплення, яка дорівнює b0 1m 1522 , ПРFn Ebw ; 22 , b 2m 11 / 2m 11 ня, яка знаходиться по відомій формулі Герца. Порівняння технічного рішення, яке заявляється, не лише з найближчим аналогом, 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 зображено одноступінчате зубчасте зачеплення; на Фіг.2 - взаємодію зубів зубчастих колес в полюсі зачеплення, а на Фіг.3 - зуб ведучого зубчастого колеса. На Фіг.1-3 дані наступні позначення: 1, 2 кутові швидкості ведучого і веденого зубчастих коліс; 1, 2 і - радіуси кривизни евольвентних зубів коліс в полюсі зачеплення; 11, 22 - радіуси кривизни енкаінтних кривих ніжок зубів в межах ділянок висотою hm1 і hm2; ha = 1,25m - висота голівки зуба; hf = 1,5m - висота ніжки зуба; m - модуль зачеплення; с = 0,25m - радіальний зазор між зубами; da1,da2 - діаметри вершин зубів; d1 - діаметр дільникового кола; db1,db2 - діаметри основних кіл; df - діаметр впадин зубів ведучого зубчастого колеса; bw, - довжина зубів; w - кут зачеплення; р полюс зачеплення; а, b - точки контакту зубів на вході і на виході із зачеплення. Зубчасте зачеплення складається із ведучого 1 і веденого 2 зубчастих колес з розташованими на них відповідно зубами 3 і 4. Зуб 3 ведучого зубчастого колеса 1 складається із енкаінтної голівки 5 висотою ha = 1,25m і евольвентної ніжки 6 висотою hf = ha + c = 1,5m. Бічні профілі 7 голівки зуба 3 являються енкаінтними з радіусом кривизни 11 , а бічні профілі 8 5 14578 вказаного зуба очерчені евольвентними кривими з радіусом кривизни 1 в полюсі зачеплення. При цьому в межах висоти hm1 = 0,25m, яку відраховуємо від діаметра db1 основного кола, евольвентні бічні профілі замінені енкаінтними кривими 9 з радіусом кривизни 1m . Аналогічним чином зуб 4 веденого зубчастого колеса 2 складається із енкаінтної голівки 10 висотою ha = 1,25m і евольвентної ніжки 11 висотою hf = 1,5m. Бічні профілі 12 голівки зуба 4 являються енкаінтними з радіусом кривизни 22 , а бічні профілі 13 зуба 4 виконані евольвентними з радіусом кривизни 2 в полюсі зачеплення. Крім того в межах висоти hm2 = 0,25m, яку відраховуємо від діаметра db2 основного кола, евольвентні бічні профілі замінені енкаінтними кривими 14 з радіусом кривизни 2m . Зубчасте зачеплення працює наступним чином. При обертанні ведучого зубчастого колеса 1 з кутовою швидкістю 1 енкаінтно - евольвентний зуб 3 діє на аналогічний зуб 4 веденого зубчастого колеса 2 таким чином, що ведене зубчасте колесо 2 приймає кутову швидкість 1 , передаючи при цьому від двигуна до виконуючого механізму корисне навантаження і частоту обертання. При цьому бічні профілі 7 і 8 зуба будуть обкатуватися по бічним профілям 12 і 13 зуба зі сковзанням до тих пір, поки спряжена пара зубів 3 і 4 не вийде із зачеплення. Початком спряження зубів 3 і 4 є точка а, а кінцем спряження - точка b. З урахуванням збільшення висоти головок і ніжок зубів на 0,25m і зменшення кута зачеплення w з 20° до 18° підвищиться робоча довжина лінії зачеплення спряженої пари зубів, у зв'язку із чим збільшиться коефіцієнт торцевого перекриття зубів і, як наслідок, зменшиться вібрація і гам в зачепленні. При вході і виході зубів із зачеплення в пропонованому технічному рішенні замість моделі контакту сегментоіда з циліндром, котра має місце в традиційному зубчастому зачепленні, мають місце моделі контакту двох циліндрів з радіусами 1m і 22(точка а) і двох циліндрів з радіусами 2m, i 11 (точка b). У відповідності із сказаним максимальні контактні напруження в точках а і b знаходяться за формулою Герца: EFn ; ab w a 0,418 b EFn 0,418 . bb w (1) де a 1m 22 / 1m 22 , b 2m 11 / 2m 11 приведенні радіуси зубів при вході і при виході із зачеплення. Максимальні контактні напруги в полюсі зачеплення (точка р) зубчастого зачеплення Попова О.П. мають вигляд [3]: Попов А.П. Нагрузочная 6 способность энкаитных зубчатых передач по контактным напряжениям // Вест. Национального техн. университета «ХПИ». - Харьков, 2004. - Вып. 30. - с.61-68: 0,836 .1 Fn , (2) bw .2 де ПР.1 1 22 / 1 22 , ПР.2 2 11 / 2 11 , приведені радіуси енкаінтно - евольвентних бічних профілів зубів в полюсі зачеплення; mz1 sin w / 2, 2 mz2 sin w / 2 - радіуси кри1 визни евольвентних кривих ніжок зубів в полюсі зачеплення; 3 2 / sin w 11 3 1 / sin w , 22 радіуси кривизни енкаітних кривих голівок зубів. Виходячи із рівності між собою максимальних контактних напружень , a i b, запишемо: 0,836 0,418 .1 .2 0,836 0,418 .1 ; a (3) . b .2 Використавши систему рівнянь (3) і нижче приведені вираження радіусів a, i b , знайдемо залежності радіусів 1m, i 2m : 2 0,25 ПР.1 22 ПР.2 1m 22 0,25 0,25 2 ПР.1 ПР.1 11 ПР.2 2 ПР.2 2m 11 0,25 (4) 2 ПР.1 ; . ПР.2 Так як максимальні контактні напруження a b, то у відповідності зі сказаним можемо записати a . b Для підтвердження достовірності нового технічного рішення і приведених залежностей (4) виконаємо розрахунки зубчастого зачеплення при z1 = 50; z2 =150; m = 5мм; w =18°; bw =150мм; Fn = 4.104H; E = 2,1.105МПа. По приведеним виразам знаходимо 1 = 42,75мм; 2 = 85,5мм; : 11 = 375мм; 22 = 750мм; 1 2/ 1m 1 2 28,5мм; = 58,247мм; 2m = 63,151мм; a = 54,048мм і b = 54,049мм. У відповідності із знайденими величинами радіусів кривизни по формулам (1) і (2) знаходимо a b, = 426МПа. Таким чином, пропоноване технічне рішення характеризується однаковими контактними напруженнями на вході і виході зубів із зачеплення, а також в полюсі зачеплення (Фіг.2, точки а, b, р). В традиційному зубчастому зачепленні Попова О.П. максимальні контактні напруження, наприклад, на вході зубів в зачеплення, при величинах допуску в «-» на радіуси вершин зубів, рівних 0,05; 0,10; 0,15; и 0,20мм, складають 941; 1072; 1192 и 1333МПа, тобто вони в 2 і більше разів пе 7 ревищують = 426МПа в полюсі зачеплення, що не допустимо [2]: Попов О.П. Д.п. №5641 на корисну модель, Україна. Зубчасте зачеплення Попова О.П. з поздовжньо модифікованими зубами. - 20040706156; Заявл. 23.07.04.; Опубл. 15.03.05. Бюл. №3. Напруження в полюсі зачеплення традиційного евольвентного зубчастого зачеплення, які знаходяться за формулою Герца, рівні 586МПа при = 28,5мм, в зв'язку із чим навантажувальна здатність по контактним напруженням пропонованого зубчастого зачеплення перевищує навантажува 14578 8 льну здатність эвольвентного зачеплення в 586/426=1,891 рази. Економічний ефект від впровадження зубчастого зачеплення, що пропонується, слід чекати за рахунок підвищення навантажувальної здатності зачеплення по контактним напруженням і ефективності роботи. Суспільна користь корисної моделі що заявляється, полягає в покращенні віброакустичних характеристик зачеплення за рахунок зниження вібрації та гаму (промсанітарія) за рахунок більш плавного входу і виходу зубів із зачеплення. 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 14578 Підписне 10 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