Зубчаста передача з рівноміцним зачепленням евольвентних зубів

Зубчаста передача з рівноміцним зачепленням евольвентних зубів, що складена із шестірні і колеса з розташованими на них евольвентними зубами, які знаходяться у зачепленні один з одним, яка відрізняється тим, що бічні профілі зубів шестірні і колеса на ділянках висотою Dh1 (0,25... 0,3)m , прилягаючих до вершин зубів, = виконані криволінійними з радіусами кривизни відповідно r1 і r 2m , у зв'язку з чим напівтовщини m вершин з кожної із сторін зменшені на величину DSm £ 0,3 мм, а на ділянках висотою 2 Винахід відноситься до галузі машинобудування. Відома зубчаста передача, що складається із шестерні і колеса з розташованими на них евольвентними зубами, які шляхом взаємодії один з одним здійснюють передачу частоти обертання і корисного навантаження від одних валів іншим валам машин і механізмів [1]: Кудрявцев В.Н., Державец Ю.А., Глухарев Е.Г. - Конструкция и расчет зубчаты х передач редукторов. - Л.: Машиностроение, 1971. - 328с. Недоліком вказаної зубчастої передачі є низька контактна міцність зубів на вході і на виході із зачеплення, а також обмежена навантажувальна 3 84606 4 здатність зачеплення по контактним напруженням, Порівняльний аналіз з прототипом показує, що підвищення якої можливе за рахунок збільшення запропонована зубчаста передача відрізняється габаритів передачі, що неприйнятно. тим, що бічні профілі зубів шестерні і колеса на Найбільш близьким за технічною сутністю до ділянках висотою Δh1=(0,25...0,3)m, прилягаючих запропонованого рішення є прийнята за прототип до вершин зубів, виконані криволінійними з радіузубчаста передача, що складається із шестерні і сами кривизни відповідно ρ1m і ρ2m, у зв’язку з чим колеса з розташованими на них евольвентними напівтовщини вершин з кожної із сторін зменшені зубами, у якої евольвентні профілі головок зубів на величину ΔSm≤0,3мм, а на ділянках висотою на відстані Δh=(0,4...0,5)m від вершин зубів заміΔh2=(0,35...0,4)m, яка відраховується від основ нені дугами кіл [2]: Декл. патент №62401А на виніжок зубів, бічні профілі є прямолінійними, крім нахід. Україна. Зубчасте зачеплення з поздовжньо того, ділянки бічних профілів зубів шестерні висомодифікованими зубами / Романовський Г.Ф., Потою Δhm=(0,1...0,15)m, що розташовані симетрично пов О.П., Попова Л.О. - 2003032313; Заявл. по обидві сторони відносно полюсної лінії, окрес18.03.03; Опубл. 15.12.03. Бюл. №12. лені прямими лініями, при цьому радіуси кривизни Недоліком даної зубчастої передачі, незважаρ1m і ρ2m визначаються за раніш знайденими форючи на вирівнювання контактних напружень на мулами. вході, на ви ході та у полюсі зачеплення, однаково Порівняння технічного рішення, що заявляєтьє обмежена навантажувальна здатність по цим ся, не лише з прототипом, але й з іншими технічнапруженням. ними рішеннями, не виявило в них ознак, які б відЗадача винаходу - створення рівноміцного зарізняли технічне рішення, що заявляється, від чеплення по контактним напруженням і кардинапрототипу, а це дозволяє зробити висновок про льне підвищення його навантажувальної здатності відповідність критерію "винахідницький рівень". по даним напруженням. На Фіг.1 зображена одноступінчата циліндричДля вирішення задачі в зубчастій передачі, що на евольвентна зубчаста передача зовнішнього складається із шестерні і колеса з розташованими зачеплення; на Фіг.2 - спряжена пара зубів; на на них евольвентними зубами, які знаходяться у Фіг.3 - розрахункова модель контакту зубів на вхозачепленні один з одним, бічні профілі зубів шесді у зачеплення; на Фіг.4 - у полюсі зачеплення, а терні і колеса на ділянках висотою на Фіг.5 на виході із зачеплення. Δh1=(0,25...0,3)m, прилягаючих до вершин зубів, У відповідності з Фіг.1-5 маємо наступні познавиконані криволінійними з радіусами кривизни відчення: ω1, ω2 - кутові швидкості шестерні і колеса; повідно ρ1m і ρ2m, у зв'язку з чим напівтовщини веr1, r2 - радіуси ділильних кіл; r1a, r2a - радіуси кіл ршин з кожної із сторін зменшені на величину вершин зубів; rb1 , rb2 - радіуси основних кіл; rf1, rf2 ΔS m≤0,3мм, а на ділянках висотою радіуси кіл впадин зубів; αw - кут зачеплення; NN Δh2=(0,35...0,4)m, яка відраховується від основ лінія зачеплення; р - полюс зачеплення; ρ1, ρ2 ніжок зубів, бічні профілі є прямолінійними, крім радіуси кривизни бічних профілів зубів шестерні і того, ділянки бічних профілів зубів шестерні високолеса у полюсі зачеплення; ρ1m, ρ2m - радіуси критою Δhm=(0,1...0,15)m, що розташовані симетрично визни дуг кіл у межах висоти Δh1, що прилягають по обидві сторони відносно полюсної лінії, окресдо вершин зубів; ρ1max, ρ2max - максимальні радіуси лені прямими лініями, при цьому радіуси кривизни кривизни евольвентних кривих бічних профілів ρ1m і ρ 2m, визначаються за формулами: зубів шестерні і колеса у точках їх переходу (точки а і b) у криві з радіусами кривизни ρ1m і ρ2m; Δh2 æ 2ö æ ö ÷ 8 1 + 2 a m r 2 + r1max ç 8 1 + 2a m r2 висота лінійних ділянок бічних профілів зубів шесç ÷ ÷ ç1 - 1 r1m = ç 8 1 + 2a r + r ÷ ÷ 2 ç терні і колеса; Δhm - висота лінійної ділянки бічних m 2 1max ø ÷ è ç è ø; профілів зубів шестерні, розташованих симетрично відносно полюсної лінії; ΔSm - величина змен2 r 2m = 2 r 2 - r 2 max шення напівтовщини зубів з однієї із сторін; b0 , розмір, що визначає ділянку контакту зубів; k - коде m - модуль зачеплення; ρ2=0,5mz2sinαw ефіцієнт, що характеризує несиметричне розташурадіус кривизни бічних профілів зубів колеса у вання ширини ділянки контакту зубів відносно вісі площині зачеплення; z2 - число зубів колеса; αw ординат z; hm - параметр, що характеризує кривикут зачеплення; αm=hm/b0 - коефіцієнт, що змінюзну профілів зубів, які прилягають до їх вершин; ється у межах 0ρ1max ви ходити із плавного спряження вказаплощиною (Фіг.5). них кривих у точці b, то у цьому випадку товщина Вказані три моделі контакту, отримані шляхом вершини кожного із зубів шестерні буде більше профільної модифікації зубів шестерні і колеса, вказаної товщини стосовно до традиційних евольхарактеризуються в процесі взаємодії зубів однавентних зубів, що не дозволить здійснити зачепковими за величиною максимальними контактними лення зубів не тільки на виході із зачеплення, але напруженнями, у зв'язку з чим дане зачеплення й зачеплення зубів в цілому. слід розглядати як рівноміцне по контактним наДля отримання виразів радіусів ρ1m і ρ2m, які пруженням зачеплення. характеризують рівноміцне зачеплення зубів на Розробка запропонованої зубчастої передачі вході, ви ході і у полюсі зачеплення, дорівняємо основана на теоретичних дослідах, що передбаодин до одного спочатку праві частини рівнянь (3) чують вирішення контактних задач. Ці вирішення та (5), а потім праві частини рівнянь (3) та (1), вивиконані, виходячи із методології теоретичних доходячи із рівності σa=σH=σb , у результаті отримаєслідів пружно зжатих напівпросторів з початковим мо: лінійним або точковим дотиком, обмежених різними поверхнями, розробленої проф. О.П. Поповим. 8 1 + 2a m r 2 + r1max r1m = З урахуванням сказаного вирази максимальних 2 контактних напружень і параметра b0 мають виæ гляд: 2ö (7) ç æ ö ÷ 8 1 + 2a m r2 а) на вході зубів у зачеплення ÷ ÷ ç1 - 1 - ç ç 8 1+ 2a r + r ÷ ç m 2 1max ø ÷ E np Fn è 0,836 ç ÷ (1) sa = è ø bw r 2m + r 2 max 2 (8) r 2m = 2 r 2 - r 2 max r2m Fn Для визначення радіусів ρ1m, ρ2m і оцінки нава(2) b0 = 1,522 b wE np нтажувальної здатності по контактним напруженням запропонованого нового технічного рішення б) у полюсі зачеплення виконаємо розрахунок одноступінчатої прямозубої Enp Fn передачі зовнішнього зачеплення, виходячи із (3) s H = 0,418 z1=50; z2=100; m=5 мм; αw=20°; bw=125 мм; b w r2 Fn=4·104 H; E np=E 1=E2=2,1·105 MПa; αm=0,1; 0,25; 0,5 і 5. [ ( ] ) 7 84606 8 Використовуючи приведені співвідношення і Максимальні контактні напруження σa= σH= σb , вирази визначаємо Δh1=0,28m=1,4мм; що визначаються за формулами (1), (3) та (5), доΔh2=0,38m=1,9мм; Δhm=0,13m=0,65мм; рівнюють 370,66МПа, тобто вони нижчі напружень ρ2=0,5mz2sinαw=85,5мм; ra1=130мм; ra2=260мм; 642МПа у 642/370,66=1,732 рази, у зв'язку з чим rb1=117,5мм; rb2=235мм. Знаючи числові значення навантажувальна здатність запропонованої зубчапараметрів Δh1, Δh2, ra1 , r a2, rb1, r b2, знаходимо за стої передачі вище такої традиційної зубчастої наведеними формулами ρ1max=52,265мм і передачі у 1,7322=3 рази. ρ2max=106,727мм. Із розрахункових даних очевидна дуже висока Далі за формулою (7) при αm=0,1; 0,25; 0,5 і 5 ефективність запропонованої зубчастої передачі. визначаємо значення радіуса ρ1m=258,423; Крім високої навантажувальної здатності і рівномі294,736; 348,81 і 915,538мм, а за формулою (8) цного зачеплення зубів запропоноване технічне радіус ρ2m=60,314мм. Із наведених розрахунків рішення характеризується суттєвим зниженням очевидно, що ρ1m=258,423...915,538мм > вібрації, яка має місце при експлуатації зубчастих ρ2max=106,727мм, а ρ2m=60,314мм < передач. Так, наприклад, приведені випробовуρ2max=106,727мм. При визначенні радіусу ρ1m у вання зубчастої передачі лише з модифікованими практичних розрахунках доцільно виходити із ніжками зубів шестерні і колеса, у яких евольвентαm=0,1...1,0. ні ділянки кривих були замінені прямолінійними, Максимальні контактні напруження у полюсі показали зниження вібрації з 80g до 35g, де g зачеплення традиційної зубчастої передачі, що прискорення сили тяжіння. визначаються за формулою Герца Економічний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення варто очікувати за E npFn рахунок підвищення навантажувальної здатності s H = 0,418 b w r np зачеплення по контактним напруженням і ефекти, 2 вності роботи передачі. дорівнюють 642МПа, де ρnp= ρ1/ρ2/(ρ1+ρ )=28,5 Суспільна корисність технічного рішення, що мм - приведений радіус кривизни зубів у полюсі заявляється, полягає у поліпшенні віброакустичзачеплення; ρ1=0,5mz1sinαw=42,75мм - радіус криних характеристик передачі за рахунок зниження визни евольвентних бічних профілів зубів шестершуму і вібрацій (промсанітарія) внаслідок кардині в полюсі зачеплення. нального покращення контактної взаємодії зубів на вході і на ви ході із зачеплення. 9 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 84606 Підписне 10 Тираж 28 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