АРОЧНАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F16H1/08 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к производству арочных зубчатых передач с эвольвентным профилем зубьев в тяжелом и среднем машиностроении.

Известна зубчатая передача, в которой обеспечивается сопряжение зубьев эвольвентного профиля в зацеплении по длине арки по идентичной кривой, расположенной в плоскости линии зацепления и одинаковой по высоте зуба.

К недостаткам известных передач относится то, что в таких передачах ограничен кинематический угол зацепления. Чем больше зубчатые колеса, тем меньше угол зацепления, что увеличивает кромочные напряжение.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близкой к заявленной является цилиндрическая зубчатая передача, сопряжение эвольвентного профиля которой осуществляется по идентичным кривым, расположенным в плоскости линии зацепления и одинаковым по высоте зуба, у которой нет ограничения зацепления.

Однако передача сложна в изготовлении. Для ее изготовления требуются три резцовые головки. Одна -для нарезания выпуклых и вогнутых сторон зубьев колеса и две другие для нарезания соответственно выпуклой и вогнутой стороны шестерни.

Известен способ изготовления арочной зубчатой передачи, в котором формирование зубьев осуществляется двумя резцовыми головками с нулевым контуром инструментальной рейки [1]
Недостаток способа в том, что нулевой контур ограничивает кинематический угол зацепления.

Известен также более близкий к заявляемому способ изготовления арочной передачи, при котором зубья сопряженного зубчатого колеса формируются одной резцовой головкой с контуром инструментальной рейки больше нуля, а зубья сопряженной шестерни формируются двумя резцовыми головками с контуром инструментальной рейки равным нулю [2]
Недостатком способа является сложность его реализации, предусматривающей диагональное перемещение одной резцовой головки при нарезании зубьев колеса и ортогональное перемещение двух резцовых головок при нарезании зубьев шестерни.

При создании изобретения решается задача расширения арсенала используемых в технике арочных зубчатых передач и способов их изготовления.

Технический результат изобретения заключается в реализации этого назначения заявляемой арочной передачи с предложенными новыми параметрами зацепления, которая была бы проще в изготовлении и не имела бы ограничения угла зацепления.

Технический результат достигается тем, что в арочной зубчатой передаче и способе ее изготовления, сопряжение эвольвентного профиля зубьев которой осуществляется по идентичным кривым, расположенным в плоскости линии зацепления, сопряженные идентичные кривые по линии зацепления зубьев различны между собой в каждой точке эвольвенты по высоте зуба без ограничения угла зацепления передачи за счет разных радиусов кривизны арки по высоте зубьев R_u1 и R_up, определяемых по формулам:

где R_u1 радиус дуги арки в основании выпуклой стороны колеса;
l₂ длина пути инструмента при формировании зубьев колеса по впадинам;
Φ₁ угол наклона арки в основании зубьев;
R_a2 радиус дуги по вершинам зубьев колеса;
α_fa угол пути перемещения резцов в основании зубьев;
B длина зубьев арки;
R_f2 радиус основания зубьев колеса;
R_up радиус резцов, формирующих вершину зубьев колеса и впадину зубьев шестерни;
l₁ длина пути инструмента при формировании зубьев колеса по вершинам;
Φ₂ угол наклона арки в вершине зубьев;
h_p активная высота режущей части резцов, калибрующих эвольвенту;
α_p контур инструментальной рейки угол станочного зацепления.

В способе изготовления арочной зубчатой передачи, при котором формообразование выпуклых и вогнутых сторон зубьев шестерни и колеса осуществляют последовательно двумя торцевыми резцовыми головками при согласованном вращении заготовки и тангенциальной подаче инструмента, контур инструментальной рейки α_p резцовых головок задают таким, чтобы радиусы резания R_u1 и R_up в основании и по вершинам зубьев для выпуклых и вогнутых сторон зубьев колеса и шестерни были различны исходя из соотношений:
по впадинам выпуклой стороны зубьев идентично с кривизной зубьев шестерни по вершинам (формула (1));
по вершинам вогнутой стороны зубьев колеса и впадинам зубьев шестерни (формула (2)).

Отличительные признаки арочной зубчатой передачи выражены в том, что сопряженные идентичные кривые по линии зацепления зубьев различны между собой в каждой точке эвольвенты по высоте зуба без ограничения угла зацепления передачи за счет разных радиусов кривизны арки по высоте зубьев, определяемых по приведенным выше формулам.

Отличительные признаки способа выражены в том, что контур инструментальной рейки α_p резцовых головок задают таким, чтобы радиусы резания в основании и по вершинам зубьев для выпуклых и вогнутых сторон зубьев колеса и шестерни были различны исходя из соотношений:
по впадинам выпуклой стороны зубьев колеса идентично с кривизной зубьев шестерни по вершинам (формула (1));
по вершинам вогнутой стороны зубьев и впадинам зубьев шестерни (формула (2)).

В заявленном способе формообразование зубьев как на колесе, так и на шестерне, осуществляется одними и теми же резцовыми головками с контуром инструментальной рейки больше нуля и равным α_p с ортогональным перемещением инструмента для колеса и шестерни.

На фиг. 1 даны геометрические параметры зацепления арочной зубчатой передачи; на фиг. 2 геометрические параметры сопряженной пары, определяющие разность радиусов кривизны арки по впадинам и вершинам зубьев; на фиг. 3 - схема использования резцовых головок с резцам и армированными пластинками из твердого сплава; на фиг. 4 схема для определения геометрических параметров зубчатого колеса; на фиг. 5 схема снятия основного металла М₁ при черновом проходе с оставленным припуском М₂.

Геометрические параметры зубчатого зацепления, изображенного на фиг.1-5, и их величины определяются по формулам, приведенным ниже, а также дается пример расчета конкретного зубчатого зацепления.

где h_к высота активной части зубьев колеса;
r_в2 радиус основной окружности колеса;
α_к угол контакта зубьев шестерни в точке 3;
a_w межосевое расстояние;
α_tw угол кинематического зацепления;
r_в1 радиус основной окружности шестерни;
α_a1 угол давления по вершинам зубьев шестерни;
R_a1 радиус по вершинам зубьев шестерни;
m кинематический модуль зацепления;
z₁ число зубьев шестерни;
R_p радиус дуги станочного зацепления.

Пример расчета.

Дано: величина h_p назначается в пределах h_p≅0,3 H, что определяет угол станочного зацепления α_p исходя из которого подсчитываются геометрические параметры зацепления и разность радиусов дуги арки по вершинам и впадинам зубьев и схемам, изображенным на фиг. 1-5.

Z₁ 26;
Z₂ 114;
a_w 596 мм;
α_tw 20^o;
В 135 мм;
Н 17 мм.

Кинематический модуль зацепления будет равен:

Диаметры делительных окружностей:
D₁ m•Z₁ 8,5•26 221 мм; R₁ 110,5 мм;
D₂ m•Z₂ 8,5•114 969 мм; R₂ 484,5 мм.

Диаметры основных окружностей:
D₀₁ D₁•cos20^o 221•0,93969 207,67 мм; r_в1 103,836 мм;
D₀₂ D₂•cos20^o 969•0,93969 910,56 мм; r_в2 455,281 мм.

Радиус дуги по вершинам зубьев колеса:
R_a2 a_w r_в1 1 595 103,836 1 490,16 ≈ 490 мм.

Радиус основания зубьев колеса:
R_f2 R_a2 H 490 17 473 мм.

Радиус по вершинам зубьев шестерни:
R_a1 a_w R_f2 595 473 122 мм.

Угол давления по вершинам зубьев шестерни:

Угол контакта зубьев шестерни в точке 3:

Радиус вращения точки 3:

Высота активной части зубьев колеса:
h_к R_a2 R_к 490 476,16 13,84 мм.

Определяем h_p:h_p 0,3•17 5,1≈ 5 мм.

По схеме фиг. 4 находим:



Угол станочного зацепления:
α_p = σ - α = 77,294 - 68,302 = 8,992^° ≈ 9^°.
Прямая перемещения режущего инструмента по стрелке А (фиг. 2, 3, 5) взаимосвязана с противолежащим катетом угла


Угол наклона арки в основании зубьев:

Радиус дуги арки в основании выпуклой стороны зубьев колеса:

Радиус арки по вершинам зубьев колеса выпуклой стороны и по впадинам вогнутой стороны зубьев шестерни:


где H высота зубьев;
Z₂ число зубьев колеса;
D₁ диаметр делительной окружности шестерни;
R₁ радиус делительной окружности шестерни;
D₂ диаметр делительной окружности колеса;
R₂ радиус делительной окружности колеса;
D₀₁ диаметр основной окружности шестерни;
D₀₂ диаметр основной окружности колеса;
R_к радиус вращения точки 3;
α_up разность углов α_a2 и α_p
σ угол, определяющий формирование зубьев колеса по вершине;
a_a2 угол давления по вершинам зубьев колеса.

На фиг. 1 изображена схема зацепления арочной зубчатой передачи, в которой сопряжение эвольвентного профиля как головки зубьев шестерни на участке 1-2, так и ножки зубьев колеса на участке 1-4, осуществляется по идентичным кривым при совпадении их в точке 3. При этом обеспечивается условие, что угол давления в точке 3 является исходным геометрическим параметром, определяющим идентичную кривизну арки по линии зацепления. Идентичные кривые, расположенные в плоскости линии зацепления 1-3, различны между собой в каждой точке эвольвенты по высоте зуба H без ограничения угла зацепления передачи за счет разных радиусов кривизны арки по высоте зубьев R_u1 и R_up, определяемых по формулам (1) и (2).

При изготовлении арочной зубчатой передачи формообразование выпуклых и вогнутых сторон 6 зубьев, как колеса, так и шестерни (фиг. 2, 3), осуществляют последовательно двумя торцевыми головками с заданным контуром инструментальной рейки углом станочного зацепления α_p Для формирования выпуклых сторон зубьев заготовке сообщают вращение по стрелке Б1, а инструменту - согласованную с вращением заготовки тангенциальную подачу по стрелке А1. Для формирования вогнутых сторон зубьев наклон калибрующей части резцов выполнен в обратную сторону и направление движения заготовки и тангенциальной подачи меняют на противоположное соответственно по стрелкам Б2 и А2. Контур инструментальной рейки резцовых головок задают таким, чтобы радиусы резания в основании и по вершинам зубьев для выпуклых и вогнутых сторон зубьев колеса и шестерни были различны исходя из соотношений: по впадинам выпуклой стороны зубьев колеса идентично с кривизной зубьев шестерни по вершинам соответственно формуле (1), а по вершинам вогнутой стороны зубьев колеса и впадины шестерни соответственно формуле (2).

Для формирования зубьев при чистовой обработке закаленных колес резцы головок могут быть армированы пластинками 5 из твердого сплава с теми же геометрическими параметрами.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: в арочной зубчатой передаче и способе ее изготовления сопряжение эвольвентного профиля зубьев осуществлено по идентичным кривым, расположенным в плоскости линии зацепления. Сопряженные идентичные кривые по линии зацепления зубьев различны между собой в каждой точке эвольвенты по высоте зуба без ограничения угла зацепления передачи. Это происходит за счет разных радиусов кривизны арки по высоте зубьев, определяемых соотношением параметров. В способе формообразование выпуклых и вогнутых сторон зубьев шестерни и колеса осуществляют последовательно двумя торцевыми резцовыми головками при согласованном вращении заготовки и тангенциальной подаче инструмента. Контур инструментальной рейки резцовых головок задают таким, чтобы радиусы резания в основании и по вершинам зубьев для выпуклых и вогнутых сторон зубьев колеса и шестерни были различны, исходя из определенных соотношений: по впадинам выпуклой стороны зубьев колеса идентично с кривизной зубьев шестерни по вершинам вогнутой стороны зубьев колеса и впадинам зубьев шестерни. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

1. Арочная зубчатая передача, сопряжение эвольвентного профиля зубьев которой осуществлено по идентичным кривым, расположенным в плоскости линии зацепления, отличающаяся тем, что сопряженные идентичные кривые по линии зацепления зубьев различны между собой в каждой точке эвольвенты по высоте зуба без ограничения угла зацепления передачи за счет разных радиусов кривизны арки по высоте зубьев, определяемых по формулам


где R_u1 радиус дуги арки в основании выпуклой стороны зубьев колеса;
l₂ длина пути инструмента при формировании зубьев колеса по впадинам;
угол наклона арки в основании зубьев;
R_а2 радиус дуги по вершинам зубьев колеса;
α_fa - угол пути перемещения резцов в основании зубьев;
β - длина зубьев арки;
R_f2 радиус основания зубьев колеса;
R_uр радиус резцов, формирующих вершину зубьев колеса и впадину зубьев шестерни,
l₁ длина пути инструмента при формировании зубьев колеса по вершинам;
Φ₂ - угол наклона арки в вершине зубьев;
h_р активная высота режущей части резцов, калибрующих эвольвенту;
α_p - контур инструментальной рейки угол станочного зацепления. 2. Способ изготовления арочной зубчатой передачи, в котором формообразование выпуклых и вогнутых сторон зубьев шестерни и колеса осуществляют последовательно двумя торцевыми резцовыми головками при согласованном вращении заготовки и тангенциальной подаче инструмента, отличающийся тем, что контур инструментальной рейки резцовых головок задают таким, чтобы радиусы резания в основании и по вершинам зубьев для выпуклых и вогнутых сторон зубьев колеса и шестерни были различны, исходя из соотношений:
по впадинам выпуклой стороны зубьев колеса идентично с кривизной зубьев шестерни по вершинам

по вершинам вогнутой стороны зубьев колеса и впадинам зубьев шестерни

где R_u1 радиус дуги арки в основании выпуклой стороны зубьев колеса;
l₂ длина пути инструмента при формировании зубьев колеса по впадинам,
Φ₁ - угол наклона арки в основании зубьев;
R_а2 радиус дуги по вершинам зубьев колеса,
α_fa - угол пути перемещения резцов в основании зубьев;
β - длина зубьев арки,
R_f2 радиус основания зубьев колеса;
R_uр радиус резцов, формирующих вершину зубьев колеса и впадину зубьев шестерни;
l₁ длина пути инструмента при формировании зубьев колеса по вершинам;
Φ₂ - угол наклона арки в вершине зубьев;
h_р активная высота режущей части резцов, калибрующих эвольвенту;
α_p - контур инструментальной рейки угол станочного зацепления.