Зубчаста муфта

Реферат: Зубчаста муфта складається із втулки з зовнішніми бочкоподібними зубами, розділеними по всій довжині радіальними пазами шириною а і глибиною t, що переходять в отвори діаметром d0, і охоплюючої її обойми з прямими зубами, котрі утворюють між собою внутрішнє зачеплення, причому бочкоподібні зуби по довжині виконані розділеними один відносно одного кільцевими канавками шириною с і глибиною Н на три рівні частини довжина кожної з яких bm, крім того ширина кільцевої канавки с рівна ширині радіального пазу а, глибина кільцевої канавки Н рівна глибині радіального пазу t, а висота зубів h перевищує по своїй величині характерну для зубчастих муфт висоту зубів h=1,85m. UA 97793 U (54) ЗУБЧАСТА МУФТА UA 97793 U UA 97793 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі машинобудування. Відома зубчаста муфта, що містить втулку з бочкоподібними зовнішніми зубами і охоплюючу її обойму з внутрішніми прямими зубами, котра в процесі зачеплення здійснюють передачу корисного навантаження і обертання від одних валів іншим валам машин і механізмів, компенсуючи при цьому розцентровки осей з'єднувальних валів у вигляді зміщення та зламу за рахунок наявності гарантованих величин бічних і радіальних зазорів між зубами [1]: Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985. - 240 с. Недоліком відомої зубчастої муфти є її обмежена навантажувальна здатність, обумовлена вкрай нерівномірним розподіленням навантаження між спряженими парами зубів, викликана перекосом осей з'єднувальних валів, обумовленим величинами зміщення та зламу вказаних валів. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого рішення є прийнята за прототип зубчаста муфта, що складається із втулки з зовнішніми бочкоподібними зубами, розділеними по всій довжині радіальними пазами шириною а і глибиною t, котрі переходять в отвори діаметром do, і охоплюючої її обойми з прямими зубами, що утворюють між собою внутрішнє зачеплення [2]: Патент № 25111 на корисну модель. Україна. Зубчаста муфта [Текст] /О.П. Попов, О.І. Савенков - u200703132; заявл. 23.03.2007; опубл. 25.07.2007. Бюл. № 11. Недоліком вказаної зубчастої муфти залишається як і раніше, не дивлячись на підвищення податливості спряжених пар зубів за рахунок розділення бочкоподібних зубів втулки відносно один одного радіальними пазами, є відносно невисока і обмежена її навантажувальна здатність. Задача корисної моделі - суттєве збільшення навантажувальної здатності зубчастої муфти шляхом підвищення податливості спряжених пар зубів в умовах перекосу осей з'єднувальних валів машин і механізмів. Для рішення задачі в зубчастій муфті, що складається із втулки з зовнішніми бочкоподібними зубами, розділеними по всій довжині радіальними пазами шириною а і глибиною t, що переходять в отвори діаметром d0, і охоплюючої її обойми з прямими зубами, котрі утворюють між собою внутрішнє зачеплення, бочкоподібні зуби по довжині виконані розділеними один відносно одного кільцевими канавками шириною с і глибиною Н на три рівні частини довжина кожної з яких bm, крім того ширина кільцевої канавки с рівна ширині радіального пазу а, глибина кільцевої канавки Н рівна глибині радіального пазу t, а висота зубів h перевищує по своїй величині характерну для зубчастих муфт висоту зубів h=1,85m, при цьому параметри с, Н, bm і h знаходяться наступним чином: с=а=2,0…2,5 мм; Н=t=(1,5…2,5)h; bm=(b-2с)/3; h=ha+hf=(2,1+c0)m, де ha=1,05m, hf=(1,05+c0)m - висоти відповідно голівки і ніжки зуба; b - ширина втулки, рівна довжині зовнішніх бочкоподібних зубів; c0=0,3…0,5 - коефіцієнт радіального зазору між зубами; m - модуль зачеплення. Зіставлювальний аналіз з прототипом показує, що зубчаста муфта, котра заявляється, що складається із втулки з зовнішніми бочкоподібними зубами, розділеними по всій довжині радіальними пазами шириною а і глибиною t, що переходять в отвори діаметром d0, і охоплюючої її обойми з прямими зубами, котрі утворюють між собою внутрішнє зачеплення, яка відрізняється тим, що бочкоподібні зуби по довжині виконані розділеними один відносно одного кільцевими канавками шириною с і глибиною Н на три рівні частини довжина кожної з яких bm, крім того ширина кільцевої канавки с рівна ширині радіального пазу а, глибина кільцевої канавки H рівна глибині радіального пазу t, а висота зубів h перевищує по своїй величині характерну для зубчастих муфт висоту зубів h=1,85m, при цьому параметри с, Н, bm і h знаходяться за вищенаведеними співвідношеннями. На фіг. 1 зображена зубчаста муфта, а на фіг. 2 - переріз зубів А-А, що відповідає фіг. 1; на фіг. 3 дано торцевий, а на фіг. 4 - осьовий перерізи втулки з розташованими на ній бочкоподібними зубами. У відповідності з фіг. 1-4 маємо наступні позначення: ψ - заданий кут перекосу осей; b, b1 довжина відповідно зовнішніх і внутрішніх зубів; jn - нормальний бічний зазор між зубами; R радіус бочкоподібності зовнішніх зубів; h - висота зубів; ha - висоти голівки зуба; hf - висоти ніжки зуба; а - ширина радіального пазу; t - глибина радіального пазу; d0 - діаметр отвору; dвт діаметр розміщення отворів; dа - діаметр окружності виступів зубів; bw - довжина бочкоподібного зуба з урахування розділення його загальної довжини на три рівні частини; с - ширина кільцевої канавки; H - глибина кільцевої канавки; df - діаметр окружностей впадин зубів. Зубчаста муфта складається із обойми 1 з розташованими на ній прямими внутрішніми зубами 2, котрі знаходяться в зачепленні з бочкоподібними зовнішніми зубами 3, що розміщені на втулці 4. Вісь втулки 5, що співпадає при відсутності перекосу осей з віссю обойми 6, у випадку перекосу осей на кут ψ займає вказане положення втулки 5. При цьому зуби 2 і 7 1 UA 97793 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 обойми характеризуються прямолінійними твірними їх бічних поверхонь, в той час як твірні бічних поверхонь 8 зубів втулки є криволінійними, окресленими постійним радіусом R. Бочкоподібні зуби 3 втулки 4 розділені у напрямі їх довжини bw кільцевими пазами 9, глибиною t і шириною а, що переходять в наскрізні отвори 10, які розміщено на дузі окружності діаметром d0. В площині, що співпадає з віссю обертання зубчастої муфти бочкоподібні зуби 3 розділені на три рівні частини, довжина кожної з яких дорівнює bm, двома кільцевими канавками 11 шириною с і глибиною Н. При цьому глибина t радіальних пазів 9 співпадає з глибиною Н кільцевих канавок 11, а ширина а радіального пазу 9 рівна ширині с кільцевої канавки 11. При цьому висота зубів прийнята рівною h=(2,1+с0)m замість висоти h=1,85m традиційних зубчастих муфт. Коефіцієнт радіального зазору c0 прийнятий рівним 0,3, тобто c0=0,3, у зв'язку із чим шукана висота зубів складе h=2,4m, де m - модуль зачеплення. Наявність в конструкції зубчастої муфти радіальних пазів і кільцевих канавок з урахуванням зменшення довжини зубів та збільшення їх висоти в 2,4/1,85≈1,3 рази дозволяє, як буде показано далі, в процесі експлуатації досягти суттєвого підвищення податливості спряжених пар зубів, і, як наслідок, значного підвищення навантажувальної здатності зубчастої муфти що розглядається, обумовленого зниженням нерівномірності розподілення навантаження між спряженими парами зубів. Зубчаста муфта працює наступним чином. При навантаженні втулки 4 крутним моментом, вісь 5 котрої повернута на кут ψ відносно осі 6 обойми 1, зовнішні зуби 3 втулки діють на внутрішні зуби 2 обойми, здійснюючи таким чином передачу корисного навантаження і частоти обертання від двигуна виконавчому механізму, наприклад, зубчастій передачі. Для забезпечення компенсації розцентровок осей у вигляді зміщення та зламу, на підставі яких по загальновідомим формулам знаходяться величини кутів перекосу ψ осей валів машин і механізмів, в зубчастих муфтах передбачені гарантовані величини радіальних і бічних зазорів, в межах яких і відбуваються переміщення спряжених пар зубів відносно один одного. В процесі роботи зубчастої муфти в умовах перекосів осей з'єднувальних валів, навантаження у вигляді сил, переміщуючись по висоті і довжині робочих поверхонь зубів, розподіляється вкрай нерівномірно між спряженими парами зубів, досягаючи в ряді випадків неприйнятних величин. При цьому нерівномірність розподілення навантаження у вигляді зусиль між спряженими парами зовнішніх і внутрішніх зубів залежить від сумарної податливості δ Σ зубів, що визначається величинами пружних переміщень зубів при контактній взаємодії і при згині, а також пружними переміщеннями в місцях їх закладення в основі втулки і обойми. У зв'язку зі сказаним, в пропонованій зубчастій муфті за рахунок введення в конструкції втулки радіальних пазів, кільцевих канавок, що розділюють бочкоподібні зуби на три рівні частини по їх довжині і, нарешті, за рахунок збільшення висоти зубів кардинального зростання податливості спряжених пар зубів, про що більш детально буде сказано нижче. При обертанні навантаженої зубчастої муфти в умовах перекосу осей здійснюється обкатуванням бочкоподібних зубів втулки по прямим зубам обойми з урахуванням ковзанням. При цьому максимальні значення швидкостей ковзання і кочення не співпадають один з одним. Необхідно також відмітити, що в процесі експлуатації зубчастої муфти в умовах перекосу осей на зубах виникають неврівноважені зусилля і сили тертя, котрі призводять до появи пружних згинних моментів, які негативно впливають на роботу трансмісії. В пропонованій зубчастій муфті внаслідок суттєвого зниження нерівномірності розподілення навантаження між зубами за рахунок збільшення їх податливості спостерігається значне зменшення величин пружних згинних моментів, котрі, як відомо, розвантажують вали трансмісії енергетичних установок. А тепер перейдемо до оцінки ефективності зубчастої муфти з точки зори підвищення її навантажувальної здатності. З цією метою запишемо вирази для знаходження максимального нормального зусилля Fnmax(γ) що діє найбільш навантажену спряжену пару зубів в умовах перекосу осей на кут ψ для випадку, коли частина зубів при експлуатації зубів в певні проміжки часу виходить із зачеплення [1]: Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985. 55 Ft R 2  2 cos  w 4  sin 2  1    2  , (1)   де Ft=2 T/zd - окружне зусилля, що діє на спряжену пару зубів при відсутності перекосу осей; T - крутячий момент, що передається зубчастою муфтою; z - число зубів; d=mz - діаметр ділильної окружності; m - модуль зачеплення; αw - кут зачеплення; γ