Зубчаста муфта

Зубчаста муфта, що складається із втулки з зовнішніми бочкоподібними зубами змінної кривизни та охоплюючої її і кінематично зв'язаної з нею обойми з прямими внутрішніми зубами, котрі знаходяться між собою в зачепленні, яка відрізняється тим, що зовнішні бочкоподібні зуби втулки виконані в середній частині на довжині а з радіусом кривизни R1, а на ділянках довжиною (bа)/2, прилеглих до торців зубів, з радіусом кривизни R2, причому Rl < R2, крім того, внутрішні прямі зуби обойми на торцевих ділянках довжиною (b-а)/2 виконані скошеними під кутом скосу 0 , що знаходиться із виразу Корисна модель відноситься до галузі машинобудування. Відома зубчаста муфта, що містить втулку з зовнішніми бочкоподібними або прямими евольвентними зубами та охоплюючу її і кінематично зв'язану з нею обойму з внутрішніми прямими зубами, котра в процесі зачеплення зубів здійснює передачу обертання від одних валів іншим валам машин і механізмів, компенсуючи при цьому розцентровки осей з'єднувальних валів за рахунок гарантованих бічних і радіальних зазорів між зубами [1]: Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985. 240с. Недоліком відомої зубчастої муфти є низька навантажувальна здатність, обумовлена перерозподілом навантаження з менш навантажених зубів на найбільш навантажені внаслідок перекосу зубів відносно один одного. Найбільш близькою за технічною сутністю до пропонованого рішення є прийнята за прототип зубчаста муфта, що складається із втулки з зовнішніми бочкоподібними зубами змінної кривизни та охоплюючої її і кінематично зв'язаної з нею обойми з прямими внутрішніми зубами, котрі знаходяться між собою в зачепленні [2]: А.с. 1695009 СССР. Зубчатая муфта/А.П. Попов (СССР). -4710770/27; Заявл. 26.06.89; Опубл. 30.11.91. Бюл. №44. Недоліком вказаної зубчастої муфти, незважаючи на підвищення її навантажувальної здатності приблизно на 40%, є неможливість отримання рівномірного розподілення зусиль між зубами при перекосах осей. Задача корисної моделі - кардинальне підвищення навантажувальної здатності зубчастої муфти за рахунок рівномірного розподілення зусиль між спряженими парами зубів. Для рішення задачі в зубчастій муфті, що складається із втулки з зовнішніми бочкоподібними зубами змінної кривизни та охоплюючої її і кінематично зв'язаної з нею обойми з прямими внутрішніми зубами, зовнішні бочкоподібні зуби втулки виконані в середній частині на довжині а з радіусом кривизни R2, а на ділянках довжиною (b-a)/2, прилеглих до торців R1 1 ( w 2)mz 2 cos w 2 2 , R2 2 2 ( 2)R2 2 2( 2) де b - довжина зубів; = (5... 15) • 10-3рад - задана величина кута перекосу осей з'єднувальних валів силових агрегатів; 2 1 - кут перекосу осей, що реалізується зубчастою муфтою в межах торцевих ділянок зубів довжиною (b-а)/2; 1 a / b – кут перекосу осей, що реалізується зубчастою муфтою на довжині а; m - модуль зачеплення; w =20° - кут зачеплення; z - число зубів; R1 = (0,25...0,35)R2 і а = (0,2...0,25)b приймається. (19) UA (11) 55634 (13) U 0 3 55634 зубів, з радіусом кривизни R2, причому R1 R2. Вісь втулки 5, співпадаюча при відсутності перекосу осей з'єднувальних валів машин і механізмів з віссю обойми 6, у випадку перекосу осей на кут займає вказане місце 5. Зуби втулки 3 складаються із ділянок 7 з бочкоподібними зовнішніми зубами, що характеризуються радіусом кривизни Rl і лівого 8 і правого 9 торцевих ділянок зубів з радіусом кривизни R2, причому R1< R2. Внутрішні комбіновані зуби 4, як і зуби 3, також складаються із ділянок 10 з прямими зубами і двох ділянок 11 і 12 зі скошеними під кутом зубами. Довжина середніх ділянок 7 і 10 зовнішніх і внутрішніх зубів є однаковою, і вона дорівнює а. Теж саме відноситься і до торцевих ділянок 8, 9 і 11, 12 зубів відповідно 3 і 4, довжина котрих однакова і дорівнює (b-а)/2. При проектуванні, зубчастої муфти, що пропонується, необхідно виходити із прийнятих співвідношень між розмірами довжин ділянок зубів і відповідних їм радіусів кривизни, а також із співвідношень між кутами 1 , 2 і в такому вигляді: а = (0,2...0,25)6; R1 =(0,25...0,35)R2; 1 a /b i 2 1 Зубчаста муфта працює наступним чином. При навантаженні втулки 1 крутячим моментом, вісь 5 котра повернута на кут відносно осі 6 обойми 2, зовнішні зуби 3 втулки будуть впливати на внутрішні зуби 4 обойми, здійснюючи таким чином передачу корисного навантаження і частоти обертання від одних валів іншим валам машин і механізмів. Для здійснення компенсації розцентровок осей з'єднувальних валів машин і механізмів, вираженої через кут перекосу , в зубчастій муфті передбачені гарантовані величини бічних і радіальних зазорів, в межах котрих відбувається відносне переміщення спряжених пар зубів. В процесі роботи зубчастої муфти в умовах перекосу осей навантаження у вигляді сили, що передається, переміщуючись по висоті і довжині 5 зубів, розподіляється вкрай нерівномірно між зубами, досягаючи дуже великих величин на найбільш навантажених спряжених парах зубів, що очевидно із епюри А (фіг.З) розподілення зусиль між зубами. На підставі сказаного, у зубчастій муфті, що розглядається, передбачається рівномірне розподілення зусиль між спряженими парами зубів за рахунок продольно!" модифікації як зовнішніх, так і внутрішніх зубів. Вказана модифікація зубів є двомірною, і вона носить важкий характер зміни товщини внутрішніх і зовнішніх зубів з урахуванням використання криволінійних і прямолінійно - скошених твірних бічних поверхонь зубів. При обертанні навантаженої зубчастої муфти в умовах перекосу осей з'єднувальних валів машин і механізмів відбувається обкатування зубів один по одному з урахуванням ковзання. Максимальні величини швидкостей кочення і ковзання у зубчастих муфтах не співпадають один з одним. При перекосі осей валів в процесі роботи зубчастої муфти під навантаженням на зуби виникають так звані неврівноважені зусилля, зміщені до торів зубів, і сили тертя внаслідок відносного прослизання робочих поверхонь зубів при ковзанні, котрі призводять до появи пружних згинних моментів, в зв'язку із чим останні надають негативну дію на роботу трансмісії. У зубчастій муфті, що розглядається, внаслідок рівномірного розподілення навантаження між зубами (див. епюру Б, фіг.3) величина пружних згинаючих моментів може бути знижена у два і більше рази, що призведе до різкого зменшення негативного впливу вказаних моментів на роботу трансмісії енергетичної установки. Отже, пропонована зубчаста муфта, що характеризується в процесі експлуатації рівномірним розподіленням зусиль між усіма парами спряжених зубів, представляє собою у певному сенсі ідеальний шарнір, у зв'язку із чим клас таких муфт на сьогоднішній день не має аналогів у світовому машинобудуванні. Для отримання у зубчастій муфті, що розглядається, рівномірного розподілення зусиль між зубами в умовах перекосу осей на кут ці необхідно знайти рівняння, що встановлює строго певний зв'язок між параметрами зачеплення зубів, розмірами зубчастої муфти, кутом перекосу осей і параметрами продольно!' модифікації зубів втулки і обойми. На основі методології теоретичних іспитів навантажувальної здатності зубчастих муфт в умовах перекосу осей, розробленої д.т.н. проф. О.П. Поповим, котра не має аналогів, отримано вираз максимальної сили, діючої на найбільш навантажену спряжену пару зубів зубчастої муфти що розглядається, котра має вигляд 55634 6 Ft cos Fn max ( 2) R2 2 R2 2 1 2 2 2 cos w 2 R1 1 cos 0 cos де w R2 2 w w 2 cos mz 4 w mz 4 w 2 , (1) 2 - сумарна податливість спряженої пари зубів в мм/Н, обумовлена наявністю контактної і згинної деформації, а також деформацій втулки і обойми зубчастої муфти. Для забезпечення рівномірного розподілення зусиль між зубами при перекосі осей необхідно, щоб сила Fnmax, що знаходиться із рівняння (1), була рівна силі Fn = Ft /cos w, тобто Fnmax = Fn. Вказана рівність сил можлива, як випливає з рівняння (1), в тому випадку, якщо сума другого, третього і четвертого доданків, що характеризують праву частину рівняння (1), буде рівна нулю. У відповідності зі сказаним, виходячи із рівняння (1), знайдемо вираз R1 1 ( w 2)mz 2 cos w 2 2 (2) R2 2 2 ( 2)R2 2 2( 2) Рівняння (2) дозволяє знайти параметр модифікації внутрішніх зубів обойми у вигляді кута 0 0 при заданих параметрах модифікації скосу зовнішніх зубів втулки у вигляді радіусів кривизни R1 і R2, а також при заданих значеннях параметрів зачеплення зубів і розмірів зубчастої муфти. Для порівняльної оцінки ефективності зубчастої муфти, що пропонується, виконаємо 3 розрахунок, виходячи із Ft=4 10 Н; w =20°; m=5мм; z=60; =6,5 10-3рад; b=45мм; R2=3000мм; -6 =5,5 10 мм/Н. Виходячи із приведених співвідношень, знаходимо R1=0,3R2=0,3-3000 = 900мм; а = 0,2b = -3 0,2 45 = 9мм; 1 a / b =9 6,5 10 /45 = 1,3 10 3 -3 -3 рад; 2 1 , = (6,5-1,3) 10 = 5,2 10 рад. У відповідності із знайденими величинами R1, а, 1 і 2 по формулі (2) знаходимо кут скосу зубів 0 = 4,24 -10-3 рад. При знайдені величині кута 0 із відповідних величин параметрів, що входять в рівняння (1), встановлюємо, виходячи із даного рівняння, що навантаження між зубами розподілено рівномірно (див. епюру Б, фіг.3), і вона дорівнює Fn = 4 103H. Для відомої зубчастої муфти з бочкоподібними зовнішніми зубами втулки і прямими внутрішніми зубами обойми знаходимо [1]: Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агрегатах.-Л.: Судостроение, 1985. -240с. величину сили Fnmax = 10,016 10JH (див. епюра А, фіг.3). Вказана величина сили перевищує в KF =Fnmax/Fn =10,016-103/4-103 =2,354 рази силу Fn = 4-103Н, характерну для пропонованої зубчастої муфти. Із приведених порівняльних даних очевидна дуже висока ефективність зубчастої муфти, що розглядається. Економічний ефект від впровадження пропонованої зубчастої муфти забезпечується за рахунок великого підвищення навантажувальної здатності або збільшення строку служби і 7 суттєвого зниження вагогабаритів даної конструкції. Суспільна користь технічного рішення, що заявляється, полягає у покращенні віброакустичних характеристик внаслідок 55634 8 зниження вібрації і гаму (промислова санітарія) за рахунок перерозподілу зусиль із найбільш навантажених на менш навантажені спряжені пари зубів з урахуванням їх рівномірного розподілу. 9 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 55634 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