Зубчаста муфта

Реферат: Зубчаста муфта складається із втулки та обойми з розташованими на них відповідно зовнішніми і внутрішніми прямими зубами, котрі знаходяться між собою в зачепленні. При цьому зовнішні зуби втулки на кінцевих ділянках з двох сторін виконано скошеними на кут 2, де  - заданий кут перекосу осей з'єднувальних валів машин і механізмів. UA 78089 U (12) UA 78089 U UA 78089 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі машинобудування. Відома зубчаста муфта, що складається із втулки з прямими зовнішніми зубами та охоплюючої її і кінематично зв'язаної з нею обойми з прямими внутрішніми зубами, котра в процесі взаємодії зубів один з одним здійснює передачу корисного навантаження від одних валів іншим валам машин і механізмів, компенсуючи при цьому перекоси осей з'єднувальних валів за рахунок наявності гарантованих величин радіальних і бічних зазорів між зубами [1]: Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985. - 240 с. Недоліком відомої зубчастої муфти є дуже високі контактні напруження при взаємодії зубів, котрі різко знижують компенсуючу здатність вказаної муфти. Найбільш близькою за технічною суттю до пропонованого рішення є зубчаста муфта з прямими внутрішніми зубами обойми і прямим внутрішніми зубами втулки, розділеними двома кільцевими канавками на три однакових по ширині вінця, при цьому товщина зубів лівого і правого вінців втулки менше товщини зубів середніх вінців втулки [2]: Попов О.П., Савенков O.I. Патент № 62922 на корисну модель. Україна: u201100858; Заявл. 26.01.2011; Опубл. 26.09.2011. Бюл. № 18. Недоліком вказаної зубчастої муфти є складна технологія виготовлення тривінцевої втулки із зовнішніми зубами. Задача корисної моделі - спрощення технології виготовлення прямих зовнішніх зубів втулки і зниження величин контактних напружень. Для вирішення задачі в зубчастій муфті, що складається із втулки та обойми з розташованими на них відповідно зовнішніми і внутрішніми прямими зубами, котрі знаходяться між собою в зачепленні, зовнішні зуби втулки на кінцевих ділянках з двох сторін в межах довжин а=8…12 мм виконано скошеними на кут 2, де  - заданий кут перекосу осей з'єднувальних валів машин і механізмів, котрий вимірюється у радіанах. Зіставлювальний аналіз з найближчим аналогом показує, що зубчаста муфта, яка заявляється, що складається із втулки та обойми з розташованими на них відповідно зовнішніми і внутрішніми прямими зубами, що знаходяться між собою в зачепленні, згідно з корисною моделлю, зовнішні зуби втулки на кінцевих ділянках з двох сторін в межах довжини а=8…12 мм виконано скошеними на кут 2, де  - заданий кут перекосу осей з'єднувальних валів машин і механізмів, котрий вимірюється у радіанах. На фіг. 1 зображена зубчаста муфта з прямими і скошеними на кінцевих ділянках зовнішніми зубами втулки і прямими внутрішніми зубами обойми. На фіг. 2 показано взаємодію прямого зовнішнього зуба втулки з прямим зубом обойми в точці  традиційної зубчастої муфти при відсутності навантаження, а на фіг. 3 представлено взаємодію вказаних зубів в точці  також при відсутності навантаження, але з урахуванням скосів прямих зовнішніх зубів втулки на кінцевих ділянках під кутом 2. У відповідності з фіг. 1-3 маємо наступні позначення:  - кут перекосу осей з'єднувальних валів; b, b1 - довжина відповідно зовнішніх і внутрішніх зубів, причому b1=b+8…12 мм; а - довжина скошених під кутом 2 кінцевих ділянок зовнішніх прямих зубів втулки; jn - величина нормального бічного зазору між зубами. Зубчаста муфта складається із обойми 1 з розташованими на ній внутрішніми прямими зубами 2, які знаходяться в зачепленні з зовнішніми прямими зубами 3 втулки 4. Крім того, осі обертання 5 і 6 відповідно втулки 4 і обойми 1 не співпадають один з одним в зв'язку із тим, що вони перекошені відносно один одного на кут . При цьому бічні поверхні зубів 3 на кінцевих ділянках 7 і 8 в межах довжин а скошені на кут 2, в зв'язку із чим прямолінійні твірні 9 і 10 бічних поверхонь зубів втулки заломлюються в похилі прямі 11 і 12. У конструкції зубчастої муфти передбачені гарантовані величини радіальних с=(0,2…0,25)m і нормальних бічних зазорів jn=f(m)=0,2…0,5 мм, необхідні для компенсації розцентровок осей з'єднувальних валів машин і механізмів. Крім того, радіуси кривизни бічних профілів зовнішніх зубів втулки і бічних профілів внутрішніх зубів обойми рівні один одному, в зв'язку із чим * * забезпечується повне прилягання зубів по всій їх робочій висоті hp  h am , де ha  0,8...10 , коефіцієнт висоти головки зуба; m - модуль зачеплення. При виготовленні зовнішніх зубів 3 втулки 4 ріжучий інструмент (долбяк) у межах довжин а з двох кінцевих сторін зубів здійснює рух відносно вертикальної осі втулки, розміщеної в горизонтальному положенні на столі, під кутом 2. Зубчаста муфта працює наступним чином. При передачі на втулку 4, вісь 5 якої перекошена відносно осі 6 обойми 1 на кут , зі сторони двигуна обертального моменту, навантажені зуби 3 втулки діють на зуб 2 обойми 1, здійснюючи 1 UA 78089 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 при цьому передачу корисного навантаження і частоти обертання від вала двигуна конкретному пристрою, наприклад зубчатому редуктору. В процесі обертання зубчастої муфти бічні поверхні скошених під кутом 2 зовнішніх зубів 3 втулки 4 обкатуються із ковзанням по бічних поверхнях внутрішніх зубів 2 обойми 1. В процесі експлуатації традиційної зубчатої муфти найгіршим з точки зору виникнення на робочих поверхнях зубів контактних напружень є випадок, що представлено на фіг. 2. Тут деформація зуба 3 проходить зліва направо, тобто у напрямку довжини b вказаного зуба зліва від точки . Введення поздовжньої модифікації на прямих зовнішніх зубах 3 втулки 4 у вигляді скосів 11 і 12 під кутом 2 на кінцевих ділянках зубів 7 і 8 в межах довжин а дозволяє від одностороннього розподілення деформацій від точки  зліва направо (фіг. 2) до двостороннього їх розподілення, тобто зліва направо і зправа наліво від точки  (фіг. 3). При вказаному розподіленні деформацій (фіг. 3) збільшується ширина ділянки контакту у порівнянні з фіг. 2, що призводить до зростання ширини ділянки контакту і, як наслідок, до зниження величин контактних напружень. В процесі роботи зубчастої муфти величини радіальних і нормальних бічних зазорів змінюються в межах раніше вказаних значень відповідно с=(0,2…0,25)m і jn=f(m)=0,2…0,5 мм. При цьому найбільш навантаженою є спряжена пара зубів, розташована в площині, віддаленій від площини перекосу осей на кут /2+w, де w=20° - кут зачеплення зубів. Для найбільш навантаженої спряженої пари зубів у вказаному випадку спостерігається прилягання спряженої пари зубів в межах їх робочої висоти hp=(0,8…1,0)m. Для оцінки ефективності контактної міцності традиційної (фіг. 2) і пропонованої (фіг. 3) зубчастих муфт виконаємо рішення плоских контактних задач, виходячи із коефіцієнтів Пуассона v1v2 і модулів пружності матеріалів Е1Е2. Основою для вирішення двох вказаних задач є нова теорія контактної міцності пружно стислих тіл, розроблена проф. О.П. Попова [3]: Зубчатые механизмы с точечным контактом зубьев. - Николаев: Изд-во Атолл, - 2010. - 774 с. У відповідності із вищесказаним стосовно до розрахункових моделей (фіг. 2 і фіг. 3) отримаємо наступні вирази максимальних контактних напружень: 2       ; (1) 2  1  v1 1  v 2  2     E E2  1          . (2) 2  1  v1 1  v 2  2     E E2  1   де    - величина контактних напружень, що допускається. Як приклад розглянемо зубчасту муфту з азотованими зубами, виходячи з v1=v2=v=0,3; 5 -3 Е1=Е2=Е=2,1·10 МПа; =5·10 рад; [σ]=400 МПа - див. [1]: Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985. - 240 с. В результаті виконаних розрахунків по формулах (1) і (2) встановлено, що в традиційній зубчастій муфті (фіг. 2) величина =1154 МПа, а в пропонованій муфті (фіг. 3) - =557 МПа, котрі перевищують []=400 МПа відповідно у 1154/400=2,885 і в 577/400=1,442 рази. На основі отриманих даних для забезпечення працездатності зубчастої муфти (фіг. 2) кут -3 -3 перекосу осей повинен дорівнювати =5·10 /2,285=1,734·10 рад, а зубчастої муфти (фіг. 3) -3 -3 =5·10 /1,442=3,467·10 рад. Таким чином, ефективність пропонованої зубчастої муфти (фіг. 3) по контактних напруженнях і, як наслідок, по величинах кутів перекосу осей, що реалізуються, в 2 рази вище у порівнянні з традиційною конструкцією муфти (фіг. 2). Економічний ефект від впровадження пропонованого технічного рішення забезпечується за рахунок зниження величин контактних напружень і, як наслідок, підвищення її навантажувальної здатності по вказаних напруженнях. Суспільна користь технічного рішення, що заявляється, полягає у покращенні віброакустичних характеристик пропонованої зубчастої муфти внаслідок зниження рівня вібрації і шуму за рахунок розподілення навантаження, що передається, по більшій ділянці контакту. 50 2 UA 78089 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Зубчаста муфта, що складається із втулки та обойми з розташованими на них відповідно зовнішніми і внутрішніми прямими зубами, котрі знаходяться між собою в зачепленні, яка відрізняється тим, що зовнішні зуби втулки на кінцевих ділянках з двох сторін в межах довжини а=8…12 мм виконано скошеними на кут 2, де  - заданий кут перекосу осей з'єднувальних валів машин і механізмів, котрий вимірюється у радіанах. 3 UA 78089 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4