Передача новікова з точковим зачепленням зубів

Реферат: Передача Новікова складається із шестерні і колеса з розташованими на них під кутом нахилу  відносно твірних початкових циліндрів опукло-увігнутими зубами з точковою системою зачеплення, котрі характеризуються різними по величині радіусами кривизни їх кругових бічних профілів. Опуклі зуби шестерні в напряму їх довжини виконані бочкоподібними з постійним радіусом кривизни Rш , що знаходиться із виразу Rш  b2 w . 8S UA 84383 U (54) ПЕРЕДАЧА НОВІКОВА З ТОЧКОВИМ ЗАЧЕПЛЕННЯМ ЗУБІВ UA 84383 U UA 84383 U 5 10 15 20 Корисна модель належить до галузі машинобудування. Відома зубчаста передача, яка складається із шестерні і колеса з розташованими на них прямими або косими евольвентними зубами, котрі при взаємодії один з одним по лінії контакту здійснюють передачу корисного навантаження і частоти обертання від одних валів іншим валам машин і механізмів [1]: Кудрявцев В.Н., Державец Ю.А., Глухарев Е.А. Конструкции и расчет передач редукторов. - Л.: Машиностроение, 1971. - 328с. Недоліком відомої зубчастої передачі є обмежена навантажувальна здатність по контактних напруженнях. Найбільш близькою за технічною суттю до пропонованого рішення є передача Новікова, що складається із шестерні і колеса з розташованими на них під кутом  відносно твірних початкових конусів опукло-увігнутих зубів з точковою системою зачеплення, котрі характеризуються різними радіусами кривизни їх кругових бічних профілів [2]: Попов А.П. Зубчатые механизмы с точечным контактом зубьев - Николаев: Изд-во Атолл, 2010. - 774с. Недоліком вказаної передачі Новікова є, виходячи із вимог, що пред'являються до зубчастих передач, відносно недостатнє підвищення навантажувальної здатності по контактних напруженнях. Задача корисної моделі - підвищення навантажувальної здатності передачі Новікова по контактних напруженнях. Для рішення задачі в передачі Новікова, яка складається із шестерні і колеса з розташованими на них під кутом нахилу Р відносно твірних початкових циліндрів опуклоувігнутими зубами з точковою системою зачеплення, котрі характеризуються різними по величині радіусами кривизни їх кругових бічних профілів, опуклі зуби шестерні в напряму їх довжини виконані бочкоподібними з постійним радіусом кривизни Rш , що знаходиться із виразу: b2 , w 8S де b w - довжина опуклих зубів шестерні; S - параметр криволінійності опуклих зубів шестерні в торцевих перерізах, який приймається рівним 0,050…0,100 мм. Зіставлювальний аналіз з прототипом показує, що передача Новікова, котра заявляється, з розташованими на шестерні і колесі під кутом нахилу  відносно твірних початкових циліндрів опукло-увігнутими зубами з точковою системою зачеплення, котрі характеризуються різними по величині радіусами кривизни їх кругових бічних профілів, опуклі зуби шестерні в напряму їх довжини виконані бочкоподібними з постійним радіусом кривизни Rш , що знаходиться із приведеної вище формули. На фіг. 1 зображено зачеплення опукло-увігнутих зубів передачі Новікова, на фіг. 2 дані вихідні контури для нарізання опукло-увігнутих зубів, а на фіг. 3 показані профілі опуклоувігнутих зубів шестерні і колеса з радіусами 1 і  2 в площині креслення, а також твірні їх бічних поверхонь з радіусами Rш , Rк в площині, перпендикулярній площині креслення. На фіг. 4 представлено бочкоподібний випуклий зуб шестерні. У відповідності з фіг. 1-4 маємо наступні позначення: 1 і, 2 - кутові швидкості шестерні і Rш  25 30 35 40 45 50 колеса; 1 ,  2 - радіуси бічних профілів опукло-увігнутих зубів; pn - у нормальному перерізі; mn - модуль у нормальному перерізі; ha , h f - висота відповідно голівки і ніжки зуба; C  0,25mn - радіальний зазор між зубами; h p - робоча висота зуба; x 1 , x 2 , y 1 - координати центрів кривизни опукло-увігнутих зубів;  к  20 ...30  - кут тиску на профілі зуба в точці к ; r1  (0,4... 0,5)mn , r2  (0,2...0,3)mn , r3  (0,5...0,6)mn , - радіуси скруглень зубів; dw1 , d w 2 діаметри початкових циліндрів опуклих і увігнутих зубів; Rш , Rк - радіуси кривизни твірних бічних поверхонь опуклих шестерні і увігнутих колеса зубів; S - параметр криволінійності опуклих зубів шестерні в торцевих перерізах; b w - довжина опуклих зубів шестерні; n  n переріз зубів, співпадаючий з площиною креслення;    - переріз бічних поверхонь зубів в площині, перпендикулярний перерізу n  n . Передача Новікова складається із шестерні 1 і колеса 2 з розташованими на них опуклими зубами 3 і увігнутими зубами 4. При цьому зубі 3 і 4 по аналогії з циліндричними косозубими колесами характеризуються кутом нахилу  відносно твірних початкових циліндрів з діаметрами dw1 , d w 2 . З урахуванням сказаного кут нахилу  розглядається як кут між віссю обертання шестерні або колеса і напрямом випуклого зуба шестерні або увігнутого зуба колеса. 1 UA 84383 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 До сказаного слід додати, що для передачі з зачепленням Новікова характерний лише внутрішній дотик не тільки при внутрішньому, але й при зовнішньому зачепленні. В передачі Новікова, на відміну від евольвентної зубчастої передачі, лінія контакту розташовується практично перпендикулярно до напряму будь-якої спряженої пари зубів, що є однією з найбільш суттєвих відмінностей передачі що розглядається від традиційної евольвентної зубчастої передачі. Для нарізання опуклих зубів 3 і увігнутих зубів 4 використовуються вихідні контури відповідно 5 і 6. В торцевих перерізах шестерні і колеса передачі Новікова бічні профілі 7 і 8 відповідно опуклих 3 і увігнутих 4 зубів шестерні і колеса характеризуються постійними по величині радіусами кривизни 1 , і  2 , причому 2 / 1  11 , у зв'язку із чим 1  2 . В площині , перпендикулярній площині n  n (площині креслення), твірні бічних поверхонь 9 і 10  опуклих 3 і увігнутих 4 зубів шестерні і колеса є криволінійними з постійними по величині радіусами кривизни Rш і Rк . При цьому радіус кривизни Rш бочкоподібного зуба 3 шестерні 1 обумовлений введенням в поздовжньому напрямі опуклих зубів по всій довжині b w криволінійних твірних 9, в зв'язку із чим в торцевих перерізах поздовжньо модифікованих зубів 3 має місце заглиблення зубів на величину S . Радіус кривизни Rк зуба 4 колеса 2 представляє собою радіус кривизни еквівалентного (апроксимуючого) циліндра, рівний радіусу кривизни активної поверхні зубів колеса в напрямку дотичних до гвинтових ліній контакту в номінальній точці дотику зуба. Форма профілів опукло-увігнутих зубів може бути розробленою: круговою, котра характерна для існуючих передач Новікова, а також еліптичною, параболічною, евольвентою, циклоїдальною та іншою. В теперішній час як стандартизована, як вже зазначалося, використовується кругова форма зубів, як найбільш проста і технологічна. Передача Новікова працює наступним чином. При обертанні двигуна, приєднаного через вал до шестерні 1, вказана шестерня набуває обертання з кутовою швидкістю 1 . При цьому опуклі зуби 3 даної шестерні будуть діяти в процесі зачеплення на увігнуті зуби 4 колеса 2, котрі окрім сприйняття навантаження що передається, набуває кутову швидкість 2  1 . В процесі експлуатації передачі Новікова лінія контакту, характерна для навантажених опукло-увігнутих зубів, переміщується, на відміну від евольвентних зубчастих передач, в напрямку довжини b w зубів зі швидкістю, що перевищує окружну швидкість кожного із зубчастих коліс. Отже, в передачі Новікова відсутня лінія зачеплення, що має місце в евольвентних зубчастих передачах, в зв'язку із чим коефіцієнт торцевого перекриття опукло-увігнутих зубів    0 . Для роботи передачі Новікова і забезпечення неперервності зачеплення опукло-увігнуті зуби виконуються лише косозубими. С урахуванням сказаного для зачеплення Новікова характерно лише осьове перекриття, котре характеризується коефіцієнтом осьового перекриття опукло-увігнутих зубів    1,0 . Таким чином, при роботі передачі Новікова в зачепленні одночасно знаходяться не менше двох спряжених пар опукло-увігнутих зубів. Тому після виходу із зачеплення однієї спряженої пари зубів в процесі обертання зубчастих коліс в зачеплення вступає ще одна спряжена пара зубів, в зв'язку із чим корисне навантаження, як вже вказувалося, передається більш ніж однією спряженою парою зубів. Введення бочкоподібності на опуклих зубах шестерні дозволяє зменшити силу удару при вході і виході зубів із зачеплення, послабити вплив можливих перекосів зубів на роботу зачеплення, а також суттєво збільшити опірність зачеплення можливим впливам на передачу, котрі мають місце при експлуатації. Із сказаного очевидно, що наявність поздовжньої модифікації опуклих зубів шестерні і знаходження в зачепленні не менш двох спряжених пар зубів дозволяє в процесі експлуатації передачі Новікова суттєво знизить рівень вібрації і шуму і, як наслідок, покращити віброакустичні характеристики передачі яка розглядається. А тепер перейдемо до оцінки навантажувальної здатності по контактних напруженнях пропонованої зубчастої передачі Новікова з навантажувальною здатністю традиційної передачі Новікова, опуклі зуби шестерні котрої не є бочкоподібними. 2 UA 84383 U При розрахунках передач Новікова на контактну міцність використовується, як відомо, формула Герця, котра H  0,418 EF n , (1) LHR пр де E - модуль пружності матеріалів зубчастих коліс; Fn - нормальна сила, діюча на спряжену пару опукло-увігнутих зубів; Rпр  R1  R2 /(R1  R2 ) - приведений радіус кривизни 5 10 твірних бічних поверхонь опуклих і увігнутих зубів; R1  R2 - радіуси кривизни еквівалентних (апроксимуючих) циліндрів, рівні радіусам кривизни активних поверхонь зубів в напрямку дотичних до гвинтових ліній в номінальній точці дотику зубів, дорівнюють: d w1 dw 2 , R2  ; R1  2 2 sin  к cos  sin  2 sin  к cos  sin 2  2 LH  mn  tg к / Zк - довжина активної частини припрацьованих бічних профілів зубів; Z к коефіцієнт, що враховує розміри ділянки контакту по висоті зуба. З урахуванням виразу довжини LH представимо формулу (1) в остаточному вигляді H  0,418  Zк EFn . (2) mnRпр tg к Для знаходження максимальних контактних напружень в пропонованій передачі Новікова можливо також використовувати формулу (2) з тією лише різницею, що замість R пр у вказану 15 формулу слід підставляти R w , в зв'язку із чим запишемо 20 EFn , (3) mnR w tg к де R w  Rш  Rк /(Rш  Rк ) - приведений радіус кривизни бічних поверхонь профілів зубів; R ш  b 2 / 8S ; Rк  R2 - радіус кривизни, визначення котрого дано вище. w Таким чином, маючи формули (2) і (3), виконаємо розрахунок передачі Новікова ОЛЗ - 1,150,15, котра характеризується даними: z1  34 ; z 2  70 ; Zк  0,9 ; mn  5 мм ; b w  60 мм ; H  0,418  Zк S  0,100 мм ;  к  27  ;   15  ; Fn  3,4  10 4 H ; E  2,1 10 5 МПа . У відповідності із вихідними даними знаходимо R1  2893 мм ; R2  5956 мм ; Rш  4500 мм ; Rпр  1947 мм і R w  2563 мм . Маючи величини R пр і R w по формулах (2) і (3) відповідно 25 30 35 40 знаходимо H  0,418 МПа і H  390,5 МПа . Порівнюючи між собою знайдені величини напружень, відмітимо, що в пропонованій передачі Новікова напруження нижче у порівнянні з традиційною передачею Новікова у к  448 / 390,5  1147 рази, що еквівалентно підвищенню , навантажувальної здатності по контактних напруженнях передачі Новікова що розглядається в 2 н  к  1316 рази, тобто приблизно на 31,6 %. , По мірі зменшення параметра S від 0,100 мм до 0,050 мм навантажувальна здатність пропонованої передачі Новікова буде зростати і при значеннях S , близьких до 0,050 мм, вона буде приблизно вдвічі перевищувати навантажувальну здатність традиційної передачі Новікова ОЛЗ - 1,15-0,15. Таким чином, пропонована передача Новікова за своїми навантажувальними характеристиками, обумовленими дією контактних напружень, на сьогоднішній день не має аналогів серед передач даного виду у світовому машинобудуванні. Економічний ефект від впровадження пропонованого технічного рішення слід очікувати за рахунок суттєвого підвищення навантажувальної здатності зачеплення опукло-увігнутих зубів по контактних напруженнях внаслідок криволінійних твірних бічних поверхонь опуклих зубів шестерні. Суспільна користь технічного рішення, що заявляється, полягає в суттєвому покращенні віброакустичних характеристик передачі Новікова внаслідок зменшення рівня вібрації і шуму (промсанітарія) за рахунок зменшення сили удару при вході і виході зубів із зачеплення, обумовленого наявністю бочкоподібності опуклих зубів шестерні. 45 3 UA 84383 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Передача, яка складається із шестерні і колеса з розташованими на них під кутом нахилу  відносно твірних початкових циліндрів опукло-увігнутими зубами з точковою системою зачеплення, котрі характеризуються різними по величині радіусами кривизни їх кругових бічних профілів, яка відрізняється тим, що опуклі зуби шестерні в напряму їх довжини виконані b2 w , 8S де b w - довжина опуклих зубів шестерні; S - параметр криволінійності опуклих зубів шестерні в торцевих перерізах, який приймається рівним 0,050…0,100 мм. бочкоподібними з постійним радіусом кривизни Rш , що знаходиться із виразу Rш  10 4 UA 84383 U Комп’ютерна верстка В. Мацело 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 5