Зубчаста передача з точковою і трипарною системою зачеплення косих зубів

Зубчаста передача, яка складається із тривінцевих прямозубих шестірні і колеса з повернутими відносно одне одного в окружному напрямку вінцями шестірні та колеса і розташованими на них евольвентними зубами, що перебувають між собою у зачепленні, яка відрізняється тим, що шестірня і колесо складаються з трьох косозубих вінців з розташованими на них евольвентними зубами, при цьому ширина та довжина зубів кожного з вінців, відокремлених одне від одного двома кільцевими канавками шириною с = 5...10 мм і глибиною t (3,0... 3,5)mn , відповідно дорівнюють 22 2 rb1 2 (rb1 arccos 1 2 1 r 22 1 2 1 2 rb2 2r 32 arccos r 22 1c 2 rb2 2r 1 1e 1 mn 6 cos mn 3 cos 1e ) ( 1 2 rb2 2 2 2 rb2 ( ( 1 2 ( z1 cos t) ( z1 2 cos )2 ( z1 cos t) зачеплення в нормальному перерізі; t - кут по 1c ) 2 ( 1 2 1c 1c ) 2 1e ) 1 ( 2 2 ( 1 )2 ; 2 1e 1e ) 1 )2 2 2 (z2 2 cos )2 ( z 2 cos t) 2 (z2 2 cos )2 ( z 2 cos t) mn ( z1 2 cos ) , 2 cos 2 ( z1 2 ( z1 z 2 ) sin z 2 ) sin , t t чаткового контуру в торцевій площині; z1, z 2 - кількість зубів шестірні та колеса; mn ( z 2 cos ) - радіус окружностей вершин ra2 2 cos зубів колеса; mn z 2 cos t mn z1 cos t , rb2 - радіуси осrb1 2 cos 2 cos новних окружностей зубів шестірні і колеса. U 1 (13) де ( z1 2 cos )2 са); - кут нахилу зубів ; S 0,005... 0,020 мм параметр криволінійності твірних бічних поверхонь зубів шестірні в торцевих перерізах; mn - модуль ; 2 1e ) , 2c ) / 3 cos , при цьо - радіуси кривизни бічних профілів зубів шестірні в точках контакту а, с, е; mn z1 sin t mn z 2 sin t , 2 - радіуси криви1 2 cos 2 cos зни бокових профілів зубів шестірні та колеса в полюсі зачеплення; b w - ширина шестірні (коле 2 1c ) 2 (rb1 му твірні бічних поверхонь зубів шестірні є криволінійними і характеризуються радіусом кривизни 1c ; 2 ) (rb1 51167 (b w arccos 2 (rb1 (11) 2c ) / 3 і bc 31 2 rb1 arccos UA (b w 21 (19) bm R (b w 2c )2 / 72 S cos2 , крім того, другі і треті вінці шестірні та колеса повернуті в окружному напрямку відносно перших вінців шестірні та колеса на кути φ21, φ31 і φ22, φ32, які визначаються за формулами: 3 51167 Відома зубчата передача з точковою двопарною системою зачеплення прямих зубів, яка складається з двохвінцевих шестерні і колеса з розташованими на них евольвентними зубами, які шляхом взаємодії між собою здійснюють передачу обертання і навантаження від одних валів іншим валам машин і механізмів [1]: Патент № 81008 на винахід. Україна. Зубчаста передача Попова О.П. з точковою й двопарною системою зачеплення евольвентних зубів / Попов О.П. - а.200507850; Заявл. 08.08.05; Опубл. 26.11.07. Бюл. №19. Недоліком зазначеної зубчатої передачі є обмежений рівень зменшення шуму, обумовлений входом і виходом із зачеплення не більше двох сполучених пар зубів шестерні і колеса. Найбільш близькою з технічної суті до пропонованого рішення є зубчата передача, що складається із трьох вінцевих шестерні і колеса з повернутими відносно одне одного в окружному напрямку на певні кути вінцями шестерні і колеса з розташованими на них евольвентними прямими зубами, що перебувають між собою в зачепленні [2]: Патент №29612 на корисну модель. Україна. Зубчаста передача / Попов О.П. - U200706154; Заявл. 04.06.07; Опубл. 25.01.08. Бюл. №2 Завдання корисної моделі - зниження шуму і вібрації, істотне покращення працездатності і ефективності зубчастої передачі. Для вирішення задачі в зубчатій передачі, що складеться із трьохвінцевих шестерні і колеса з повернутими відносно одне одного в окружному напрямку вінцями шестерні та колеса і розташованими на них евольвентними зубами, що перебувають між собою у зачепленні, шестерня і колесо складаються із трьох косозубих вінців з розташо1c 1 mn 6 cos ( z1 2 cos )2 1c 1 mn 3 cos ( z1 2 cos ) 2 ( z1 cos ( z1 cos - радіуси кривизни бічних профілів зубів шестерні в точках контакту а, с, e; 1 mn z1 sin 2 cos t 2 mn z 2 sin 2 cos t , - радіуси кривизни бокових профілів зубів шестерні та колеса в полюсі зачеплення; b w - ширина шестерні (колеса); кут нахилу зубів ; S 0,005... 0,020 мм - параметр криволінійності твірних бічних поверхонь зубів шестерні в торцевих перерізах; m n - модуль зачеплення в нормальному перерізі; - кут початкового контуру в z1, z 2 - кількість зубів шестерні торцевій площині; та колеса; mn ( z 2 2 cos ) r 2 2 cos - радіус окружностей вершин зубів колеса; t 4 ваними на них евольвентними зубами, при цьому ширина та довжина зубів кожного з вінців, відокремлених одне від одного двома кільцевими каc 5... 10 мм навками шириною і глибиною t (3,0... 3,5)mn , b m (b w 2c ) / 3 і bm відповідно дорівнюють (b w 2c ) / 3 cos , при цьому твірні бічних поверхонь зубів шестерні є криволінійними і характеризуються радіусом кривиз2 2 ни R (b w 2c ) / 72 S cos , крім того, другі і треті вінці шестерні та колеса повернуті в окружному напрямку відносно перших вінців шестерні та колеса на кути 21, , ються за формулами: 2 (rb1 r 22 arccos 2 rb2 r 22 де 2 1 2 ( 2 rb2 t 2 cos )2 2 b1 ( 2 2 1e 1c ) 1 2 ; ) ( 1c ) 2 1 ( 1e ) 2 2 rb2 1c 1 2 2 1 )2 ; 2 ( 1e 1e ) 1 2 mn ( z1 2 cos ) , 2 cos 2 (z 2 )2 ( z2 2 cos ) 2 ( z2 cos t) 1e 2 rb2 ( ; 2 1c ) ) (r 2r 1 1c 2 1 2r 32 ) , які визнача 32, 2 (rb1 1 2 b1 (r arccos 22, 1 2 1 rb2 1 arccos 31 22 2 rb1 arccos 21 і 31 ( z 2 cos 2 ( z1 z 2 ) sin t )2 ( z1 z2 ) sin t t) t , , m z cos n 2 t mn z1 cos t r , b2 2 cos 2 cos , - радіуси основних окружностей зубів шестерні і колеса. Порівняння з найближчим аналогом вказує, що зубчата передача відрізняється тим, що шестерня і колесо складаються із трьох косозубих вінців з розташованими на них евольвентними зубами, при цьому ширина та довжина зубів кожного з вінців, відокремлених одне від одного двома кільцевими канавками шириною c 5... 10 мм і глиби rb1 t (3,0... 3,5 )mn , відповідно дорівнюють ною b m (b w 2c ) / 3 і b c (b w 2c ) / 3 cos , при цьому твірні бічних поверхонь зубів шестерні є криволінійними і характеризуються радіусом кривизни 2c )2 / 72 S cos 2 , крім того, другі і треті вінці шестерні та колеса повернуті в окружному напрямку відносно перших вінців шестерні та коR (b w леса на кути 21, , 31 і 22, 32, , які визначаються )2 ; 5 51167 по вище наведеним залежностям, де b w - ширина шестерні (колеса), m n - модуль зачеплення в нормальному перерізі, - кут нахилу зубів, S 0,005... 0,020 мм - параметр криволінійності твірних бічних поверхонь зубів шестерні в торцевих перерізах. На фіг.1 зображена трьох вінцева одноступінчата зубчаста передача, на фіг.2 - розташування зміщених зубів вінців на шестерні, а на фіг. 3 - розрахункова схема для визначення кутів повороту вінців. Згідно з фіг. 1-3 маємо наступні позначення: 1, 2 - кутові швидкості шестерні і колеса; с - ширина кільцевої канавки ; t - глибина кільцевої канавки; b w - ширина шестерні (колеса); b m - ширина кожного вінця; b c - довжина косих зубів кожного з вінців; - кут нахилу зубів; R - радіус кривизни твірних бічних поверхонь зубів шестерні; - величина зміщення зубів других вінців шестерні і колеса відносно перших вінців шестерні та колеса, а також третіх вінців шестерні та колеса відносно других вінців шестерні і колеса; r1 і r2 , , rb1 і rb2 , , r 1і r 2 - радіуси відповідно ділильних і основних окружностей вершин зубів; - кут початкового контуру в торцевій площині; 1 , 1c , 1e , - радіуси кривизни бічних профілів зубів шестерні в точках t контакту а, с, e; 21, , 31 і 22, 32, - кути повороту другого і третього вінців відповідно шестерні і колеса відносно перших вінців шестерні і колеса; N1N 2 - теоретична довжина лінії зачеплення; b робоча довжина лінії зачеплення; р - полюс зачеплення; w , - міжосьова відстань; o1, o 2 - центр обертання осей шестерні і колеса. Зубчаста передача складається із шестерні, яка, в свою чергу, складається з вінців 1,2 і 3 з розташованими на них косими зубами 4, а також із колеса з вінцями 5,6 і 7 і розташованими на них зубами 8. Вінці шестерні, як і вінці колеса, ширина кожного з яких дорівнює b m , відокремлених одне від одного двома кільцевими канавками 9 шириною с і глибиною t. При цьому вінці 1, 2, 3 шестерні, як і венці 5, 6, 7 колеса, з'єднані одне з одним за допомогою натягу і штифтів 10. Для забезпечення натягу збірні вінці шестерні і колеса нагрівають до температури 220...260°С , а потім по циліндричним поверхнях здійснюють їх монтаж з шестернею і колесом. Перед збіркою вінців циліндричні посадкові поверхні покриваються тонким шаром міді. Горизонтальні лінії 11 і 12 є осями обертання шестерні і колеса. Криволінійні твірні 13 бічних поверхонь зубів 4 вінців 1,2,3 шестерні є дугами окружностей з радіусом R. При цьому твірні бічних 6 поверхонь зубів 8 вінців колеса є, як відомо, прямолінійними, тому на фіг. 1 і 2 вони не зображені. Криволінійні твірні бічних поверхонь зубів доцільно використовувати на зубчастому колесі з меншою кількістю зубів, тобто на шестерні, що дозволяє, у порівняні з колесом, знизити витрати на виготовлення, і зменшити час технологічного процесу. При обертанні двигуна, приєднаного через вал до шестерні, що складається з трьох вінців, відокремлених одне від одного двома кільцевими канавками, дана шестерня отримує кутову швидкість 1 . При цьому евольвентні зуби, розміщені на вінцях шестерні, впливають на аналогічні зуби вінців колеса, в зв'язку з цим вони починають обе ртатися з кутовою швидкістю 2 , приймаючи передане навантаження. Внаслідок оберту в окружному напрямку другого 1, третього 3 вінців шестерні, а також другого 5, третього 7 вінців колеса відносно першого 2 і першого 6 вінців шестерні і колеса на кути в зачепленні в процесі роботи будуть одночасно сполучені пари зубів 4 і 8. При цьому зуби перших вінців шестерні і колеса контактують в точці я, зуби других вінців шестерні і колеса - в точці с, а зуби в третіх вінців шестерні і колеса - в точці є. 21, , 31 і 22, 32, Кути повороту 21, , 31 другого і третього вінців шестерні відносно першого вінця шестерні визначені з урахуванням того, що відрізки c , ce і eb , взяті на робочої довжині лінії зачеплення N1N2, дорівнюють одне одному, тобто c ce eb . Сказане відноситься і до кутів , які характеризують поворот другого і третього вінців колеса в окружному напрямку відносно першого вінця колеса. Зазначене розташування вінців шестерні і колеса приводить, як вже було сказано, то того, що в зачепленні одночасно знаходяться три сполучені пари зубів, в зв'язку з чим пропонована зубчаста передача є зубчастою передачею із трьохпарним зачепленням косих зубів. При цьому на кожну із трьох сполучених пар зубів діє лише третя частина нормальної сили що передається Fn тобто Fn / 3 , 22, 32, за умови абсолютної точності виготовлення зубчастих коліс і однакової твердості сполучених пар зубів. В дійсності, з урахуванням похибок виготовлення трьохвінцевих шестерні та колеса і не однакової твердості зачеплення зубів при розрахунках 2 треба приймати не Fn / 3 , a k Fn / 3 , де k 106... 11 - коефіцієнт нерівномірності розподілу , , навантаження між зубами вінців шестерні і колеса. При відсутності навантаження початковий контакт зубів у точках а, с, e є точковим внаслідок наявності криволінійних твірних бічних поверхонь зубів шестерні і колеса, у зв'язку з чим розглянута зубчаста передача характеризується просторовим точковим зачепленням. При навантаженні зубів 7 51167 вказані точки контакту переходять в три площадки контакту еліптичної форми. Розглянемо вивід залежності кутів 21, , 31 і 8 системою зачеплення знаходяться по формулі [3]: Попов А.П. Контактная прочность зубчатых механизмов. - Николаев: НУК, 2007. -580 с, яка має вигляд . З цією метою використаємо трикутниO1 c, O1 e, і O 2 c, O 2 e, (фіг. 3) і теорему ки косинусів і виходячи з цього запишемо: 22, 32, (o ) 2 (o1c ) 2 ( c ) 2 arccos 1 ; 2(o1 )(o1c ) 21 22 arccos arccos 31 32 arccos 2 r 21 rb1 m n ( z1 2 rb2 2 rb1 O1c 2 rb2 2 rb2 w sin ( 2 1e ; 1 2 rb2 O2 r 22 2 1c ; t; ( e 2 ( 1 1 1e ) 1c ) 2 2 1 2 b / 3; )2 ; 2 2 ; ; які знаходимо із прямокутних трикутників O1N1 , O1N1c і O1N1e , також наведені вище. В результаті підстановки залежностей O1N1 , O1N1c , O1N1e і O1N1 , O1N1c , O1N1e , а також c і e в рівняння кутів 21, , 31 і 22, 32, визначені вирази вказаних кутів, які фігурують вище. для знаходження кутів 21, , 31 і слугують основою при проектуванні зубчастих передач з просторовою точковою і трьохпарною системою зачеплення косих евольвентних зубів. Оцінимо ефективність пропонованої зубчастої передачі, виходячи з передачі судового редуктора, z1 36 ; z 2 110 ; m n 6 мм; в якого 22, 32, 14  ; w 20  ; S 1,01 мм Fn t 20,55  ; k 108; , 3,93 104 H ; ; c 5 мм ; 0,3; 2,1 10 4 МПа. Максимальні контактні напруження в полюсі зачеплення косих зубів с точковою і трьох парною E контактної лінії; 0,0218 н для зазначених ження в полюсі зачеплення зубів з традиційним лінійним контактом, знаходяться по загально відомої формулі Герца, дорівнюють 491 МПа. Таким чином, навантажуюча здатність пропонованої зубчастої передачі по контактним напруженням вище ніж у традиційної зубчастої передачі в ( Формули радіусів окружностей r 1, r 2 і rb1, rb 2 для косих зубів загальновідомі, і вони приведені вище. Залежності радіусів кривизни 1 , 1c і 1e, , Формули нахилу З урахуванням знайдених и заданих величин параметрів і коефіцієнтів, які входять в вираз максимальних контактних напружень, знайдемо 387,45 МПа. Максимальні контактні напруmax z 2 ) / 2 cos ; 2 rb1 O1e O2 ; кут , 70,45 2 / 8 0,01 62034 мм - радіус кривизни твірних бічних поверхонь зубів шестерні; b c (c w 2 c ) / 3 cos 70,45 мм. b / 3; b O2 2 1 2 w 2 bc / 8 S R 2 (o 2 c ) ( c) ; 2(o 2 )(o 2 c ) 2 rb1 /R cos )kE] 2 Fn cos [( cos - коефіцієнт; w 29,573 мм приведений радіус кривизни косих зубів в полюсі зачеплення; ( o 2 ) 2 (o 2 e ) 2 ( e ) 2 ; 2(o 2 )(o 2 e) O1 де c ce w (o 2 ) 2 3 48  де w (o1 ) 2 (o1e)2 ( e) 2 ; 2(o1 )(o1e) 2 0,229 cos max / max ) 3 ( 491/ 387,45)3 2,035 рази, що підкреслює високу ефективність пропонованого технічного рішення. Для оцінки зниження рівня вібрації L в децибелах (дБ) скористаємось роботою [4]: Попов А.П., Кипреев Ю.Н. Снижение виброактивности зубчатых передач // Сб. трудов XV Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века.» - Донецк, 2008. - Том 3. с. 104-109, опираючись на яку запишемо n (n 1) L 20lq 1 1 ' 2n де n - кількість пар сполучених зубів, які приймають участь в передачі корисного навантаження; щ - коефіцієнт отриманий з виразу r n1 n (n 1) 1 21 sin ; mn н , - коефіцієнти відповідно торцевого і осьового перекриття косих зубів; r1 - радіус ділильної окружності зубів шестерні. По загально відомим формулам для даної пе1,761 і редачі, що розглядається знаходимо 2,721 . Крім того, виходячи з вище приведеної  залежності знаходимо 21 8,5 . Далі по формулі визначимо n1 8,416 . Для розрахунків приймаємо тільки цілі значення даного коефіцієнта, в зв'язку з чим маємо n1 8 . Далі по формулі знаходимо величину 9 51167 n1(n1 1) 8 (8 1) 20lq 2158 дБ, , 2n 2 3 для забезпечення якої в сучасних зубчатих передачах відсутні будь-які технічні рішення. Отже, пропоноване технічне рішення з точки зору високої здатності навантаження і кардинального зменшення рівня вібрації на сьогодні не має аналогів в редукторобудуванні. Економічний ефект від впровадження пропонованого технічного рішення слід чекати за рахуL 20lq Комп’ютерна верстка І.Скворцова 10 нок підвищення здатності навантаження зубчатої передачі, збільшення терміну служби і ефективної роботи в цілому. Суспільна користь пропонованого технічного рішення полягає в істотному покращенні віброакустичних характеристик передач за рахунок зниження шуму і вібрації (промсанітарія) в наслідок одночасного входу в зачеплення трьох сполучених пар косих зубів. 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