Передача новікова з нетрадиційними бічними профілями зубів

Передача Новікова, яка складається з ведучого і веденого зубчастих колес з розташованими на них випуклими і увігнутими круговими зубами, які створюють між собою внутрішнє зачеплення, відрізняється тим, що бічні профілі зубів ведучого зубчастого колеса в середній частині виконані у вигляді прямих відрізків висотою hm = a m × b, розташованих симетрично відносно полюсної лінії, а бічні профілі зубів веденого зубчастого колеса виготовлені прямолінійними з профільним кутом, який дорівнює куту тиску aк = 25o... 30o на профілі 2 єнт, який змінюється у межах 0,5 £ am £ 0,7 ; bo – параметр, який характеризує розміри ділянки контакту, який отримаємо із виразу: bo = 1202 , 3 a o raFn ; æ a öæ a ö ç 1- m ÷ç 1 + m ÷ a o + n 1 - a 2 EПР m 2 øè 2 ø è ( ) a o = ra / R - коефіцієнт; r a - радіус кривизни випуклих ділянок зубів ведучо го зубчастого колеса; R - приведений радіус кривизни поверхонь зубів; Fn - нормальна сила, діюча на спряжену пару зубів; n коефіцієнт Пуассона; EПР 2E1E2 / (E1 + E2 ) - приведений модуль пруж= ності; E1, E2 - модулі пружності матеріалів зубчастих колес. (11) UA здатність якої в 1,4 рази вище такої у порівнянні з традиційною евольвентною зубчастою передачею [2]: [Павленко А.В., Федякин Р.В., Чесноков В.А. Зубча тые передачи с зацеплением Новикова. Киев: Техника, 1978. - 144с.] Недоліком передачі Новикова ОЛЗ є відносно невелике підвищення навантажувальної здатності, але, головне, підвищена чутливість до змінення міжосьової відстані, яка обумовлена дуже малою різницею між радіусами кривизни r f и r a кругових профілів відповідно випуклих і увігн утих з убів, котра складає r f / r a = 1,1 [3]: [Кудрявцев В.Н. Расчёт и проектирование зацепления М.Л. Новикова. -Л.: ЛКВВИА имени А.Ф. Можайского, 1959. - 78с.] Задача корисної моделі - підвищення навантажувальної здатності передачі Новикова ОЛЗ, суттєве зменшення чутливості до зміни міжосьової відстані і спрощення технології виготовлення зубів зубчастого колеса. Для рішення задачі в передачі Новикова ОЛЗ, яка складається з ведучого і веденого зубчастих колес с розташованими на них випуклими і увігну (19) Корисна модель відноситься до галузі машинобудування. Відома зубчаста передача, яка складається із ведучого і веденого зубчасти х колес з розташованими на них евольвентними зубами, котрі в результаті взаємодії одне з одним здійснюють передачу обертання і корисного навантаження від одних валів іншим валам машин і механізмів [1]: [Кудрявцев В.Н., Державец Ю.А., Глухарёв Е.П. Конструкции и расчёт зубчатых передач редукторов. - Л. Ма шиностроение, 1971. - 328с.] Недоліком відомої передачі є обмежена навантажувальна здатність по контактним напруженням, підвищення якої можливе лише за рахунок збільшення габаритів, що є неприпустимим. Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого рішення є прийнята за прототип передача Новикова з однією лінією зачеплення (ОЛЗ), яка складається із ведучого і веденого зубчастих колес з розташованими на них випуклими і увігн утими круговими зубами, які створюють між собою внутрішнє зачеплення, навантажувальна 21539 (13) U зуба ведучого з убчастого колеса, де a m - коефіці 3 21539 4 тими круговими зубами, які створюють між собою радіуси округлення зубів; hm - висота прямого відвнутрішнє зачеплення, відрізняються тим, що бічні різку, в межах котрого спостерігається лінійний профілі зубів ведучого з убчастого колеса в середконтакт зубів; с1 , с2 - радіальні зазори між зубами; ній частині виконані у вигляді прямих відрізків виhз - глибина заходу; m n - модуль зачеплення в но2 сотою hm = a m × b o , розташованих симетрично рмальному перерізі; S(bo ) = b2 / 2ra , S (bк ) = bк 2R o відносно полюсної лінії, а бічні профілі зубів ведепараметри кривизни зубів в площинах відповідно ного зубчастого колеса виготовлені прямолінійниzOx і zOy; R=R1R2/(R1+R2) - приведений радіус ми з профільним кутом, який дорівнює куту тиску кривизни поверхонь зубів; R1 , R2 - радіуси кривизни еквівалентних циліндрів, рівні радіусам кривизaк = 25o... 30o на профілі зуба ведучого зубчастого ни активних поверхонь зубів у напряму дотичних колеса, де a m - коефіцієнт, який змінюється у медо бинтових ліній в номінальній точці дотику зубів; Wmax=S(b o)=S(bк ) - максимальна величина контактжах 0,5 £ am £ 0,7 ; bo - параметр, який характериної деформації; зує розміри ділянки контакту, який отримаємо із bо - параметр, характеризуючий розміри ділянвиразу: ки контакту; bк ao raFn більша піввісь еліптичної ділянки контакту. bo1202 , ; 3 æ am öæ Передача Новикова ОЛЗ складається із веду2 2 ö 1- a m ç 1+ ÷ç a + u 1 - am ÷EПР чого 1 і веденого 2 зубчастих колес. Ведуче зубча2 øè o è ø сте колесо 1 має випукло - прямолінійні зуби 3, а a o = ra / R - коефіцієнт; r a - радіус кривизни ведене зубчасте колеса 3 - прямолінійні зуби 4 з профільним кутом a к . випуклих ділянок зубів ведучо го зубчастого колеПри цьому правий бічний профіль зуба 3 окреса; R - приведений радіус кривизни поверхонь зуслено дугами окружності 5 з радіусом кривизни r а, бів; Fn - нормальна сила, діюча на спряжену пару котрі в точках с і е плавно спряжені з прямим відрізубів; u коефіцієнт Пуассона; зком 6 висотою hm. В межах висоти hm прямолінійEПР 2E1E2 / (E1 + E2 ) - приведений модуль пруж= ний відрізок 6 правого бічного профіля зуба 3 конності; E1 , E2 - модулі пружності матеріалів зубчатактує з прямолінійним профілем 7 зуба 4 ведучого з убчастого колеса 2. стих колес. Аналогічним чином лівий бічний профіль зуба Зіставлювальний аналіз з прототипом показує, 3 ведучого з убчастого колеса складається із дуг що Передача Новікова з нетрадиційними бічними профілями зубів, яка заявляється, відрізняється окружностей 8, проведених радіусом r а, і прямого тим, що бічні профілі зубів ведучого зубчастого відрізку 9 висотою hm. Прямолінійний відрізок 10 представляє собою, як і прямолінійний відрізок 6, колеса в середній частині виконані у вигляді прябічний профіль зуба веденого зубчатого колеса. мих відрізків висотою hm = a m × bo , розташованих В процесі деформації зубів в площині zОx має симетрично відносно полюсної лінії, а бічні профілі місце фігура, яка складається із двох полуеліпсів зубів веденого зубчастого колеса виготовлені 11 и прямокутника 12. В площині zОy, перпендикупрямолінійними з профільним кутом, який дорівлярної площині zОx, твірні бічних поверхонь зубів нює куту тиску aк = 25o... 30o на профілі зуба веду3 і 4 характеризується дугами окружностей 13 і 14 з радіусами кривизни відповідно R1, R2. При дефочого зубчастого колеса, де a m - коефіцієнт, який рмації зубів в площині zOy утворюється еліпс 15 змінюється у межах 0,5 £ am £ 0,7 ; bo - параметр, контактних деформацій. Зубчаста передача Новікова ОЛЗ працює наякий характеризує розміри ділянки контакту, який ступним чином. отримаємо по знайденій формулі. При передачі від двигуна на ведуче з убчасте Порівняння заявляємого технічного рішення колесо 1 навантаження і частоти обертанні воно не лише з прототипом, але й з іншими технічними рішеннями в даній області техніки, не виявило в набуває куто вої швидкості w1. них признаки, які відрізняють заявляємо технічне При цьому зуб 3, розташований на даному корішення від прототипу, що дозволяє зробити вилесі, впливає на зуб 4 веденого зубчастого колеса сновок про відповідність критерію «винахідницький 2. В результаті вказаного впливу відоме зубчасте рівень». колесо 2 починає обертатися за кутовою швидкісНа Фіг.1 - зображена одноступінчата передача тю w2, сприймаючи при цьому корисне навантаНовикова ОЛЗ; на Фіг.2 - спряжена пара зубів; на ження, що передається. Фіг.3 - розрахункова модель контакту зубів до наВ процесі навантаження лівий бічний профіль вантаження в площині zОx, а на Фіг.4 - після навазуба 3, який складається із дуг кіл 5 і прямого віднтаження; на Фіг.5 - розрахункова модель контакту різку 6, взаємодіє із прямолінійним профілем 7 зубів до навантаження п площині, а на Фіг.6 - після зуба 4, переміщуючись по ньому із ковзанням. При навантаження. змінені напряму обертання, яке характерне для У відповідності з Фіг.1-6 маємо наступні познареверсивної передачі, лівий бічний профіль 3, чення: який складається з дуг 8, окреслених радіусом r а, w1, w2 - кутові швидкості ведучого і веденого а також прямого відрізку 9, взаємодіє з прямолізубчасти х колес; r а - радіус кривизни випуклих нійним профілем 10 зуба веденого зубчастого колеса. зубів ведучого з убчастого колеса; a к - профільний У результаті вказаної взаємодії бічних профікут, рівний куту тиску на профілі зуба ведучого лів зубів ведучого і веденого зубчастого колеса у зубчастого колеса; Sw – товщина зуба; r1, r2, r 3 ( ) 5 21539 6 площині zOx, виникає фігура розподілення контакРозділивши праву частину виразу (2) на праву тних деформацій, яка складається із півеліпсів 11 і частину виразу (1) і возвівши отриманий дріб у куб, прямокутника 12 зі сторонами Wmах i hm. знайдемо залежність коефіцієнта jН, характериВ площині zOy, яка перпендикулярна площині зуючого підвищення навантажувальної здатності zOx, твірні 13 і 14 бічних поверхонь зубів з радіузапропонованої передачі Новікова ОЛЗ по контаксами R1 і R2 в процесі навантаження деформуютьтним напруженням, у порівнянні із традиційною ся. Результатом даної деформації є еліпс 15 конпередачею Новікова ОЛЗ з круговими випуклими і тактних деформацій з малою Wmах і великою 2bк увігн утими зубами: 2 вісями. é ù 3 При виході із зачеплення вказаної спряженої æ sН ö (2 + a m)a ê (a + u )ra ú . jН = ç ê ú (3) çs ÷ = ÷ пари зубів зубчастих колес у контакт вступає наè НК ø 2a o 1 - a 2 ê æ a o + u 1 - a 2 ör ú m êç m÷ ú ø û ступна пара зубів і весь процес взаємодії бічних ëè Приведений радіус кривизни R поверхні зубів, профілей зубів повторюється. У процесі роботи зубчастої передачі кожна із спряжених пар зубів що визначає коефіцієнти a і a о, виражається загахарактеризується еліптичною ділянкою контакту льновідомим рівнянням: розміром pbobк . d W1u R= , Так як параметр 2bo завжди менше висоти зу2 (u + 1)sin a к cos b sin2 b бів 3 або 4, то навантажені кінцеві ділянки 5 зуба 3 де dW1 - початковий діаметр ведучого зубчасутворюють з прямолінійним профілем 7 зуба 4 зазори, величини яких суттєво вищі у порівнянні із того колеса; u - передаточне число; a к - профільзазорами, що мають місце у традиційній передачі ний кут, що дорівнює куту тиску на профілі зуба Новікова ОЛЗ з круговими випуклими і увігнутими ведучого зубчастого колеса; b - кут нахилу зубів на зубами. початковому циліндрі. У зв'язку з зростанням вказаних зазорів у заДля виконання розрахунків у якості прикладу пропонованій зубчастій передачі суттєво знижувізьмемо спочатку традиційну передачу Новікова ються вимоги до величини допуску на змінення ОЛЗ-1,5-0,15, яка характеризується міжосьової відстані, а це значно спрощує техноло- = 31; z2 63; == 164,89мм; a= 30= 0,3. o = z1 = 2,03; mn 5мм; dW1 u = 20o ;= 20o ; u aк ;b W гію виготовлення зубів. Наявність у передачі НовіЗа відомими і наведеними формулами знахокова ОЛЗ прямолінійних бічних профілей зубів димо веденого зубчатого колеса призводить до спро* r a = 1,5 mn = 7,5мм; r f = (15 + 0,15 )mn = 8,25 мм r = 82,5мм; R = 1004 мм і a = 0,2866 . , ; щення вихідного контуру для нарізання зубів і, як наслідок до спрощення технології. Так як у запропонованій передачі увігнуті зуби Для оцінки ефективності запропонованої пезамінені прямолінійними профілями, то у даному редачі Новікова по контактним напруженням вирівипадку, як показали виконані досліди, слід вихошена просторова контактна задача, виходячи з дити із передачі Новікова ОЛЗ-12, ОЛЗ-13 або якої вирази максимальних контактних напружень ОЛЗ-14. sНК, а також параметрів bо і bк мають вигляд: Візьмемо передачу Новікова ОЛЗ-13, тоді 2 2 r a = 13 m n = 65 мм; R=1004мм і a = 0,2544 . Знаючи a о 1 - a2 ao + n 1 - a2 EПР Fn m m s НК 0,33 3 ; (1) величини коефіцієнтів a і a о, і також радіусів r = æ a ö ç 1 + m ÷r2 82,5мм і r а = 65мм, за формулою (3) визначимо 2 ø a è при a m = 0,5; 0,6 і 0,7 значення коефіцієнта jН = a oraFn bo 1,314; 1,601 і 2,074. bo = 1,202 ; bк = 3 æ am öæ am ö ao Із наведених розрахунків очевидно, що наван2 ç1 ÷ç 1+ ÷ a o + n 1 -a m EПР 2 øè 2 ø тажувальна здатність запропонованої передачі è Новікова ОЛЗ при a m = 0,5...0,7 зростає у 1,314... де a o = ra / R - коефіцієнт. 2,074 рази, що вказує на високу ефективність даВ традиційній передачі Новікова ОЛЗ з кругної передачі з нетрадиційними бічними профілями лими випуклими і увігнутими зубами максимальні зубів. Економічний ефект від впровадження запроконтактні напруження sН визначаються за формупонованого технічного рішення слід очікувати за лою [4]: Попов О.П., Попова Л.О. Дослідження морахунок підвищення навантажувальної здатності делі контакту на півпросторів, які обмежені кривопо контактним напруженням і спрощення технололінійними поверхнями, застосовно до зачеплення Новікова. - Миколаїв.: Вісник аграрної науки Пригії виготовлення зубів. Суспільна користь запропонованого технічного чорномор'я , 2001. -Вип. 1(10). - с.121 - 130: рішення полягає у покращенні віброакустичних 2 2 a a + n EПРFn характеристик передачі в наслідок зниження віб(2) sН 0,33 3 ; 2 рації і гаму (промсанітарія), обумовленого дією не r зосередженої, а розподіленої по лінії навантажен* де a = r / R - коефіцієнт; r = ra rf - радіуси ня сили. кривизни кругових профілей випуклих і увігн утих зубів. ( ) ( ( ) ) 7 21539 8 9 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 21539 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601