ОРТОГОНАЛЬНАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА А.Н.МАРКОВА Российский патент 1997 года по МПК F16H1/16 F16H1/18 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых и червячных передачах.

Известна ортогональная зубчатая передача, содержащая цилиндрический червяк и червячное или косозубое колесо, в средней торцевой плоскости которого расположена ось червяка.

В этой передаче для повышения кинематической точности и КПД червяк выполнен архимедовым, угол профиля витков которого и диаметр делительного цилиндра определены по формуле.

Витки червяка в этой передаче расположены вдоль линии зуба. Основная торцевая плоскость не задействована.

Недостатком известной передачи является недостаточно высокая несущая способность, имеет место значительный износ контактирующих поверхностей, особенно бронзового червячного колеса.

Задачей изобретения является совершенствование известной ортогональной передачи. Достигаемый технический результат: повышение несущей способности и снижение износа контактирующих поверхностей червяка и червячного колеса за счет изменения геометрии зацепления.

Этот результат достигается тем, что в ортогональной зубчатой передаче, содержащей цилиндрический червяк, ось которого расположена в средней торцовой плоскости передачи, и червячное или косозубое колесо, согласно изобретению червячное или косозубое колесо смещено вдоль своей оси относительно средней торцевой плоскости передачи на величину равную r_m=q_m•m/2, где m-модуль передачи, q_m коэффициент диаметра, определяющего расположение торцовой плоскости, в которой у червяка витки выполнены в виде односторонних прямобочных реек и расположены в этой плоскости вдоль высоты зуба колеса. Коэффициент q_m можно назначать произвольно в пределах от 2,5 до 20, но в целях получения передач с оптимальными параметрами по критериям максимального КПД и минимального износа рекомендуется его принимать в зависимости от числа заходов Z₁ и принятого угла профиля α по таблице.

Такое выполнение обеспечивает иную геометрию зацепления, чем в прототипе.

В обычных червячных передачах линия витка и линия зуба на делительных цилиндрах совпадают, т.е. витки червяка располагаются вдоль зуба колеса, а в предлагаемой передаче виток червяка располагается вдоль высоты зуба, смещенного вдоль своей оси червячного колеса.

На фиг. 1 и 2 показаны схемы ортогональной зубчатой передачи с односторонним зацеплением несмещенных правозаходных червяков со смещенными вдоль оси червячным (см.фиг.3 и 4) или косозубым эвольвентным цилиндрическим колесом (см.фиг.5 и 6) соответственно при вращении червяка по часовой и против часовой стрелки нереверсивные, односторонние передачи; на фиг.7 и 8 показана принципиальная схема получения линейчатых винтовых поверхностей правозаходного (фиг.3, вид слева А) и левозаходного (фиг.4, вид слева А) червяков; на фиг. 9 показана схема реверсивной ортогональной червячной передачи двустороннего зацепления.

Ортогональная зубчатая передача состоит из цилиндрического червяка 1 и червячного или косозубого колеса 2 с увеличенной высотой зуба 3 (фиг 5, 6). Червяк 1 и цилиндрическое колесо 2 с косым зубом имеют одноименные направления: правозаходный червяк 1 работает в паре с колесом 2, имеющим правое направление, или левозаходный червяк- с колесом, имеющим левое направление линии зуба. Угол наклона g витков 4 червяка 1 на делительном цилиндре 5 принимается равным углу наклона b линии косого зуба 3 на делительном цилиндре 6 колеса 2. В червячной передаче одноименность направления линии зуба 3 червячного колеса 2 и линии витка 4 червяка 1 и равенство их углов наклона g=β обеспечивается автоматически, так как фреза при нарезании червяка имеет точную копию червяка (зуб фрезы больше высоты витка червяка на величину радиального зазора) и занимает положение в конце чистовой обработки зубьев, показанное на фиг. 3 и 4.

Схема эвольвентного зацепления односторонних реек 7 в основной торцевой плоскости t_b t_b показана на фиг.1, 2: при вращении правозаходных червяков в направлениях, указанных стрелками, зацепление начинается в точке P₁, проходит через полюс W и заканчивается в точке P₂. Полюс зацепления W для любой передачи как смещенным, так и несмещенным червяком находится в одной и той же точке, соответствующей уровню делительной окружности колеса в средней торцовой плоскости t_m - t_m. Линия зацепления P₁WP₂ в основной торцовой плоскости является касательной к основной окружности колеса и проходит через полюс зацепления W. Угол зацепления a_tδw в основном торцевой плоскости для любой передачи всегда равен углу профиля червяка α. Точка P₁ ¹ на линии зацепления соответствует началу зацепления червяка с колесом, у которого диаметр вершин зубьев равен максимально возможному диаметру dmaxaM2

На фиг.1 и 2 показана схема зацепления в основной торцевой плоскости эвольвентного профиля зуба колеса с червяком, который расположен в радиальном направлении к колесу без смещения. Ортогональная зубчатая передача без смещения червяка это такая передача, у которой длительная окружность колеса в основной торцевой плоскости t_b t_b условно касается делительного целиндра червяка в средней торцевой плоскости t_m - t_m. Ортогональная передача со смещением червяка 1 применяется в том случае, когда необходимо вписаться в заданное межосевое расстояние а_w или получить максимально возможную высоту зуба 3. Коэффициент смещения червяка х находят по формуле

где
q-коэффициент диаметра делительного цилиндра червяка;
Z₂ число зубьев колеса.

Величина xm называется смещением червяка.

При коэффициенте х=0 межосевое расстояние будет равно

Параметры червяка 1 в передаче со смещением и без смещения червяка остаются неизменными, меняется только один расчетный параметр, не проставляемый на рабочих чертежах, диаметр начального цилиндра d_w1
d_w1=m(g+2x) (4)
Диаметр d₁ делительного цилиндра 5 червяка 1 определяется на основе принятого коэффициента q_m
d₁=m(q_m+2)=mq, (5)
где
q_m+2= q коэффициент делительного цилиндра (без округления до стандартных значений)
Диаметр вершин d_a1, диаметр впадин d_f1 и расчетный шаг витков червяка P находят по формулам:
d_a1=d₁+2m (6)
d_f1=d₁-2,4m (7)
p = πm (8)
Диаметр делительной d₂ и основной d_b2окружности червячного или косозубого колеса находятся по формулам:
d₂=d_w2=mZ₂(9)
d_b2= d₂cosα, (10)
где
d_w2 диаметр начального цилиндра колеса.

Диаметр вершин d_am2 назначают в зависимости от выбранной высоты зуба 3 колеса. Критерием предельной высоты зуба колеса является толщина зуба S_am2 на диаметре вершин колеса.

где
α_aM2 угол профиля зуба колеса на диаметре d_am2, он находится по формуле:

invα;invα_aM2- инволютная функция углов α и α_aM2.

Формула (11) решается методом проб: назначается диаметр d_am2, по нему находится угол α_aM2 и его инвалютное значение invα_aM2 и в результате решения получают величину S_am2. Пробы делаются до тех пор пока толщина зуба не будет находиться в пределах от 0,2 m до 0,4 m, т.е. чтобы не было заострения зубьев. Рекомендуется назначать толщину вершины зуба колеса S_am2=0,3 m. Рабочая ширина b_w2 колеса назначается с учетом размера b_м. По размеру b_м определяется расположение правого (фиг. 3 и 5) или левого (фиг. 4 и 6), торца зубчатого или червячного колеса. Допустимый интервал для назначения b_м:

Для получения линейчатых винтовых поверхностей червяков 1 можно использовать резцы 8 или 8', а для процесса шлифования конусы 9. При сечении червяка 1 плоскостью t_b-t_b на правой и левой сторонах боковых поверхностей витков будут линии 10 (см. фиг. 3 и 4).

Червячная передача работает следующим образом. Червячное колесо 2 и червяк 1 устанавливают ортогонально. При направлениях вращения червяка 1 и червячного колеса 2, указанных на фиг. 1 и 2, имеет место одностороннее зацепление; в основной торцовой плоскости t_b-t_b теоретически точное зацепление односторонней прямобочной рейки 7 с эвольвентным профилем колеса; в других плоскостях, параллельных основной торцовой плоскости, будут свои криволинейные рейки -- каждой рейке будет присуща своя линия зацепления. Совокупность линий всех реек в пределах рабочей ширины b_w2 червячного колеса 2 определит поверхность зацепления. Соприкосновение рабочих поверхностей витков 4 червяка 1 и зубьев червячного колеса 2 происходит по непрерывным пространственным кривым (контактным линиям). Каждому положению червяка 1 соответствует свое положение контактной линии на поверхности зацепления. В обычных червячных передачах линия витка и линия зуба на делительных цилиндрах совпадают, т. е. витки червяка располагаются вдоль зуба колеса, тогда как в предлагаемых передачах виток червяка располагается вдоль высоты зуба, смещенного вдоль своей оси червячного колеса. В этом случае направление скорости скольжения витков 4 червяка 1 и направление скоростей тангенциального скольжения профиля зуба рейки 7 относительно профиля зуба 3 колеса 2 близки друг другу, т. е. их величины в процессе зацепления в плоскости t_b-t_b алгебраически складываются. В результате в предлагаемой червячной передаче за счет линейности контакта, теоретически точной геометрии зацепления в плоскости t_b-t_b и за счет направленных скоростей скольжения создаются исключительно благоприятные условия для получения стабильного масляного слоя большой несущей способности, превосходящей несущую способность масляного слоя обычных цилиндрических передач, что позволит венцы червячных колес изготавливать из закаленных сталей (вместо дефицитных бронз), при этом КПД червячной передачи приблизится к КПД обычных цилиндрических эвольвентных передач, а износ закаленных поверхностей витков червяка и зубьев червячных колес будет иметь тот же порядок, что и у цилиндрических передач. Витки червяков и зубья закаленных червячных колес обязательно должны шлифоваться. Новые ортогональные червячные передачи в основной торцовой плоскости t_b-t_b будут иметь точно такое же эвольвентное зацепление, как и у передач, состоящих из цилиндрических колес с параллельными осями, т.е. будет соблюдаться универсальность зацепления как для червячных, так и цилиндрических передач, кроме того, новым червячным передачам будут присущи все достоинства обычных червячных передач: большие передаточные отношения, бесшумность работы, малые габариты и компактность.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: в ортогональной зубчатой передаче ось цилиндрического червяка расположена в средней торцовой плоскости передачи. Червячное или косозубое колесо смещено вдоль своей оси относительно средней торцевой плоскости передачи на определенную величину. Витки червяков в этой смещенной плоскости выполнены в виде односторонних прямобочных реек и расположены в этой плоскости вдоль высоты зуба колеса. В результате за счет направленных скоростей скольжения создаются исключительно благоприятные условия для получения стабильного масляного слоя большой несущей способности. 1 табл., 9 ил.

Ортогональная зубчатая передача, содержащая цилиндрический червяк, ось которого расположена в средней торцевой плоскости передачи и червячное или косозубое колесо, отличающаяся тем, что червячное или косозубое колесо смещено вдоль своей оси относительно средней торцевой плоскости передачи на величину, равную r_m q_m • m/2, где m модуль передачи; q_m - коэффициент диаметра, определяющего расположение торцевой плоскости, в которой у червяка витки выполнены в виде односторонних прямобочных реек и расположены в этой плоскости вдоль высоты зуба колеса.