Зубчаста муфта

Зубчаста муфта, яка складається із втулки та обойми з розташованими на них, відповідно, зовнішніми та внутрішніми прямими зубами, які знаходяться між собою в зачепленні, яка відрізняється тим, що зубчаста втулка виконана складеною із трьох вінців з довжиною зубів bm ко mz 1  2t t sin  w  cos    S  , 2 де b - ширина зубчастої втулки;  - задана величина кута перекосу осей з'єднувальних валів; m модуль зачеплення; z - число зубів;  w - кут зачеплення; Fp - накопичена похибка окружних кроків;  t - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу, який приймається для сталей рівним 1,1 10 ; t різниця температур між зубами втулки та обойми; S = (b-2а)  /3 - збільшення мінімального нормального бічного зазору між зубами лівого і правого вінців втулки та обойми. Корисна модель належить до галузі машинобудування. Відома зубчаста муфта, яка містить втулку із зовнішніми прямими зубами і охоплюючу її і кінематично зв'язану з нею обойму із внутрішніми прямими зубами, котра в процесі зачеплення зубів здійснює передачу корисного навантаження і частоти обертання від одних валів іншим валам машин і механізмів, компенсуючи при цьому розцентровки осей з'єднувальних валів за рахунок наявності гарантованих величин бічних і радіальних зазорів між зубами [1]: Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985.-240с. Недоліком відомої зубчастої муфти є обмежена навантажувальна здатність, обумовлена перевантаженням окремих спряжених пар зубів внаслі док перекосу осей з'єднувальних валів машин і механізмів. Найбільш близькою за технічною сутністю до пропонованого рішення є зубчаста муфта, втулка і обойма котрої складається із двох вінців, отриманих шляхом розділення втулки і обойми кільцевими канавками на дві рівні частини [2]: Д.п. 60785 на винахід. Україна. Зубчаста муфта / О.П.Попов, Л.О.Попова, Є.Ю.Форносов, Є.Є.Лученков 2003021507; Заявл. 20.02.2003; Опубл. 15.10.2003. Бюл. №10. Недоліком вказаної зубчастої муфти є незначне підвищення її навантажувальної здатності за рахунок розділення вінців втулки та обойми на два вінці. Задача корисної моделі - суттєве підвищення навантажувальної здатності зубчастої муфти шля (11) 61719 (13) U -5 UA . (19) jn min  b  2Fp cos  w  жного із вінців, жорстко з'єднаних один з одним і розділених двома кільцевими канавками шириною а = 3…5 мм, крім того, лівий і правий вінці втулки повернуті відносно середнього вінця втулки на кут  0 у напрямі, протилежному напряму обертання зубчастої муфти, в зв'язку iз чим мінімальні нормальні бічні зазори jnmin між зубами лівого і правого вінців втулки та обойми зросли на величину S , при цьому параметри bm,  0 і jnmin знаходяться із виразів: 2b  2a b  2a bm  ; 0  ; 3 3mz 3 61719 хом зменшення зусиль, діючих на найбільш навантажені спряжені пари зубів. Для рішення задачі в зубчастій муфті, яка складається із втулки та обойми з розташованими на них відповідно зовнішніми та внутрішніми прямими зубами, зубчаста втулка виконана складеною із трьох вінців з довжиною зубів b m кожного із вінців, жорстко з'єднаних один з одним і розділених двома кільцевими канавками шириною а=35мм, крім того, лівий і правий вінці втулки поверjn min  b  2Fp cos  w  4 нуті відносно середнього вінця втулки на кут  0 у напрямі, протилежному напряму обертання зубчастої муфти, в зв'язку із чим мінімальні нормальні бічні зазори jn min між зубами лівого і правого вінців втулки та обойми зросли на величину S , при цьому параметри b m ,  0 i jn min знаходяться із виразів: 2b  2a b  2a bm  ; 0  ; 3 3mz mz 1  2 t t sin  w  cos    S  , 2 де b - ширина зубчастої втулки;  - задана величина кута перекосу осей з'єднувальних валів; m - модуль зачеплення; z - число зубів;  w - кут зачеплення; Fp - накопичена похибка окружних кроків;  t - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу, який приймається для сталей рівним 5 1,110- ; t - різниця температур між зубами втулки та обойми; S =(b-2а)  /3 - збільшення мінімального нормального бічного зазору між зубами лівого і правого вінців втулки та обойми. Зіставлювальний аналіз з найближчим аналогом показує, що зубчаста муфта, котра заявляється, яка складається із втулки та обойми з розташованими на них, відповідно, зовнішніми та внутрішніми прямими зубами, які знаходяться між собою в зачепленні, яка відрізняється тим, що зубчаста втулка виконана складеною із трьох вінців з довжиною зубів b m кожного із вінців, жорстко з'єднаних один з одним і розділених двома кільцевими канавками шириною а=3-5 мм, крім того, лівий і правий вінці втулки повернуті відносно середнього вінця втулки на кут  0 у напрямі, протилежному напряму обертання зубчастої муфти, в зв'язку із чим мінімальні нормальні бічні зазори jn min між зубами лівого і правого вінців втулки та обойми зросли на величину S , при цьому параметри b m ,  0 і у jn min знаходяться із вищевказаних формул. На фіг.1 зображена зубчаста муфта з прямими зубами і трьохвінцевою втулкою, а на фіг.2 і фіг.3 взаємодія ненавантажених зубів втулки з зубами обойми в умовах перекосу осей для випадків обертання зубчастої муфти відповідно за годинниковою і проти годинникової стрілки. У відповідності з фіг.1-3 маємо наступні позначення: b - ширина зубчастої втулки; b m - довжина зубів кожного із вінців втулки; а - ширина кільцевої канавки;  - задана величина кута перекосу осей; S - збільшення мінімального нормального бічного зазору між зубами лівого і правого вінців втулки та обойми; jn min - мінімальний нормальний бічний зазор між зубами лівого і правого вінців втулки та обойми; Зубчаста муфта складається із втулки, що містить лівий 1, середній 2, правий 3 вінці і обойми 4. При цьому прямі зуби 5,6 і 7, що належать вінцям, відповідно, 1,2 i 3, знаходяться в зачепленні з прямими зубами 8 обойми 4. Крім того, вінці 1,2 і 3 втулки розділені відносно один одного кільцевими канавками 9 і 10. Жорстке беззазорне кріплення вінців 1 і 3 до венця 2 здійснюється за допомогою штифтів, відповідно, 11 і 12, які рівномірно розташовані на торцевих поверхнях зубчастої муфти. При цьому вісь обертання 13 обойми є не перекошеною, а вісь обертання 14 втулки перекошена по відношенню до осі 13 на кут  . Зуби 5,6 і 7, що належать трьом вінцям втулки, в зібраній конструкції зубчастої муфти знаходяться між зубами обойми, наприклад, між зубами 8 і 15. Для здійснення можливості компенсації розцентровок осей в зубчастій муфті передбачені гарантовані величини бічних і радіальних зазорів. Центровика зубчастої муфти в залежності від величин перекосу осей з'єднувальних валів силових агрегатів, величини навантаження, що передається, і швидкості обертання, а також від форми зубів (бочкоподібні або прямі) здійснюється або по бічним поверхням зубів, або по діаметру виступів зубів втулки. Конструкція зубчастої муфти, що розглядається, є нереверсивною, в зв'язку і з чим поворот лівого і правого вінців втулки відносно середнього вінця залежить від напряму зубчастої муфти. Якщо зубчаста муфта в процесі експлуатації буде обертатися за годинниковою стрілкою, то крайні вінці втулки слід повернути на кут  0 відносно середнього вінця проти годинникової стрілки (фіг.2). Якщо муфта обертається проти годинникової стрілки, що зустрічається дуже рідко, то лівий і правий вінці втулки слід повернути відносно середнього вінця втулки на той же самий кут за годинниковою стрілкою (фіг.3). Зубчаста муфта працює наступним чином. При навантаженні трьохвінцевої втулки крутним моментом, вісь 14 якої повернута на кут  відносно осі 13 обойми 4, зовнішні зуби 5,6 і 7 втулки почнуть впливати на внутрішні зуби 8 обойми, здійснюючи при цьому передачу корисного навантаження і частоти обертання від одного вала іншому валу конкретного пристрою. 5 61719 Для здійснення можливої компенсації величин розцентровок осей з'єднувальних валів агрегатів, виражених кутом перекосу осей  , в зубчастій муфті при її виготовленні передбачені певні величини бічних і радіальних зазорів, в межах яких здійснюється відносне переміщення спряжених пар зубів. В процесі роботи зубчастої муфти в умовах перекосу осей зусилля, що передаються, розподіляються нерівномірно між спряженими парами зубів, змінюючись від мінімального або нульового значення до максимального значення. Крім того, при перекосі зовнішніх зубів втулки відносно внутрішніх зубів обойми відбувається їх обкатування один по одному із ковзанням, при чому максимальні значення швидкостей кочення і ковзання не співпадають. Слід також відмітити, що при перекосі осей і, як наслідок, зубів в зубчастій муфті під навантаженням виникають так звані пружні згинаючі моменти від дії неврівноважених зусиль і сил тертя, які надають негативну дію на роботу елементів з'єднувальних валів агрегатів. В пропонованій зубчастій муфті максимальному навантаженню піддаються одночасно дві спряжені пари зубів 6 і 8, а також 7 і 8 або 5 і 75, а також 6 і 15 в залежності від напряму обертання муфти (фіг.2 і фіг.3). На фіг.2 і 3 дані перерізи, взяті по діаметру ділильної окружності, зубів втулки і обойми. Вказаний контакт перерізів зубів в точках  і  1 на фіг.2 і 3 зображений до навантаження зубчастої муфти. В процесі навантаження муфти між спряженими парами зубів буде мати місце ділянка контакту. Із вищесказаного витікає, що при роботі зубчастої муфти, що розглядається, її навантажувальну здатність слід знаходити, виходячи із сили Fn/2 і 6 ційній конструкції муфти фігурують величини і b, де Fn - нормальна сила, діюча на будь-яку спряжену пару зубів при відсутності перекосу осей, тобто при  =0. Рівняння Fn max   , Fn max і функції А(  ) параметричного кута  застосовно до пропонованої зубчастої муфти, необхідні для оцінки її ефективності, отримані із рівнянь [3]: Попов А.П., Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985.-240с. з урахуванням підстановки замість Fn сили Fn/2 і замість довжини зубів b довжини b m , вони мають вигляд: Fn bm   sin   1  ;   4 2      Fn 2  bm ; Fn max   2 2 Fn max       sin    cos   Fn ; 2bm (1) (2) (3) де – Fn max   , Fn max - максимальні зусилля, діючі на найбільш навантажені спряжені пари зубів для випадків відповідно виходу частини зубів із зачеплення і при знаходженні всіх зубів в зачепленні;  - параметричний кут, що характеризує вихід із зачеплення частини зубів, який змінюється в межах 0    90;   - сумарна податливість спряженої пари зубів, що приймається рівною 6 710- мм/Н. До сказаного слід добавити, що мінімальний нормальний бічний зазор між зубами традиційної зубчастої муфти з прямими зубами знаходиться за формулою [3]: Попов А.П., Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985.-240с. довжини зубів, що рівна b m , в той час як в тради jn min  b  2Fp cos  w  mz 1  2 t t sin  w  cos  . 2 Стосовно до зубчастої муфти, що розглядається, з урахуванням збільшення мінімального нормального бічного зазору на величину jn min  b  2Fp cos  w  (4) S   bm  b  2a / 3 формула (4) прийме вигляд: mz 1  2 t t sin  w  cos    b  2a , 2 3 де Fp - накопичена похибка окружних кроків; m, z,  w , відповідно, модуль зачеплення, число 5 зубів і кут зачеплення;  t =1,110- - коефіцієнт лінійного розширення для сталей; t =15-25 °C різниця температур між зубами втулки та обойми;  - кут перекосу осей; а - ширина кільцевої канавки. В якості прикладу розглянемо зубчасту муфту, в якої n=5000 об/хв.; Fn=4515 Н; m=5 мм; z=60;  w = 20°; b=66 мм; а = 3 мм, тоді b w =20 мм; 6   =710- мм/Н; (5) 5 Fp =0,09 мм;  t =1,110- ; 3 t =20 °C;  =8,710- рад - у відповідності з ГОСТ 5006-55 на зубчасті муфти загального призначення. По вище приведеній формулі знаходимо функцію А(  )=0,285, виходячи з якої шляхом рішення трансцендентного рівняння (4) знаходимо величину кута  =56,75°. Так як кут  =56,75°