ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 1998 года по МПК F16H1/08 

Изобретение относится к машиностроению.

Известно зацепление зубчатых колес с параллельными осями вращения [1]. Зубья обоих колес имеют одинаковый шаг и одно направление навивки спирали. Профиль и шаг зубьев таковы, что поворот первого зубчатого колеса в одном направлении вызывает смещение поверхности ножки зуба этого колеса относительно поверхности ножки зуба второго колеса, побуждая последний к вращению в том же направлении.

При воздействии на первое зубчатое колесо крутящим моментом другого направления вращение на второе колесо не передается и оба колеса оказываются заблокированными от поворота. Передача обладает самоторможением и ведущим может быть только один из валов и только при одном направлении вращения.

Известно также устройство для передачи движения между двумя параллельными осями вращения и с внешним зацеплением, в котором шестерни внешнего зацепления являются косозубыми с винтовой линией, имеющей одинаковые угол наклона и направление, и вращаются в одинаковом направлении синхронно [2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является зубчатое зацепление косозубых колес, в котором для передачи вращения между параллельными валами и для получения передачи и с положительным, и с отрицательным передаточным отношением как при внешнем, так и при внутреннем зацеплении, боковая поверхность зуба одного колеса образована винтовым движением участка винтовой линии вершины зуба другого колеса [3].

При образовании боковой поверхности зуба одного колеса винтовым движением участка винтовой линии вершины зуба другого колеса может возникнуть такая ситуация, что одна из винтовых линий на боковой поверхности зуба второго колеса при подобном движении опишет поверхность, которая будет пересекаться с поверхностью, описываемой участком винтовой линии вершины того же зуба. Это означает, что возникнет интерференция зубьев колес при их вращении. Зубчатое зацепление, образованное подобным образом, обладает еще одним негативным свойством: зубья второго колеса контактируют не боковой поверхностью, а вершиной (это следует из способа образования сопряженной поверхности).

Изобретение направлено на получение зубчатой передачи с положительным передаточным отношением и на осуществление линейного контакта по боковым поверхностям зубьев.

Для этого в зубчатой передаче, состоящей из косозубых колес с параллельными осями, профиль зуба в торцевом сечении одного из колес выполнен по огибающей семейства кривых, которые описывают профиль торцевого сечения зуба второго колеса в различных положениях при относительном вращении колес, а углы наклона зубьев имеют одинаковое направление и связаны следующей зависимостью:
tgb₁=U•tgb₂•d₁/d₂,
где
b₁ и b₂ - углы наклона зубьев первого и второго колес на диаметрах d₁ и d₂ соответственно;
U - передаточное отношение;
d₁ и d₂ - диаметры окружностей, на которых находятся контактирующие точки зубьев первого и второго колес соответственно.

На фиг. 1 изображен способ образования торцового профиля зуба одного из колес; на фиг. 2 - сечение зубчатых колес плоскостью, перпендикулярной осям колес и проходящей через одну из точек контакта.

Зубчатая передача включает зубчатые колеса 1 и 2 с осями вращения 3 и 4. Профиль зуба в торцевом сечении одного из колес, например колеса 2, выполнен по огибающей семейства кривых. Данные кривые описывают профиль торцового сечения зуба другого колеса 1 в различных положениях при относительном вращении колес (фиг. 1). Зубчатые венцы колес 1 и 2 ограничены окружностями вершин и впадин. Для обеспечения синхронного вращения зубчатых колес 1 и 2 зубчатые венцы выполнены косозубыми с одинаковым направлением наклона зубьев. Углы наклона зубьев колес 1 и 2 могут быть как равными друг другу, так и различными и связаны следующей зависимостью:
tgb₁=U•tgb₂•d₁/d₂,
где
b₁ и b₂ - углы наклона зубьев первого и второго колес на диаметрах d₁ и d₂ соответственно;
U - передаточное отношение;
d₁ и d₂ - диаметры окружностей, на которых находятся контактирующие точки зубьев первого и второго колес соответственно.

При образовании боковой поверхности зубьев одного из колес подобным образом контакт между зубьями будет осуществляться по линии, кроме этого зубья будут контактировать своими боковыми поверхностями. Поверхности зубьев колес 1 и 2 в любой точке контакта имеют общую нормаль, проходящую с одной стороны относительно осей 3 и 4. Для уменьшения концентрации напряжений у корня ножки зуба переход к окружности впадин выполнен по плавной кривой. Если в качестве профиля зуба колеса 1 выбрать эвольвенту, то огибающая семейства данных эвольвент также будет являться эвольвентой. Таким образом можно получить эвольвентную передачу с положительным передаточным отношением. Возможно получение как реверсивной, так и нереверсивной передачи, а так же передачи, у которой ведущим может быть только одно зубчатое колесо и только в одном направлении.

Механизм работает следующим образом. При приложении крутящего момента к колесу 1 зубья этого колеса, воздействуя на зубья колеса 2, побуждают последнее к вращению в том же направлении. Для объяснения этого можно рассмотреть отдельное сечение зубчатых колес плоскостью, перпендикулярной осям валов и проходящей через одну из точек контакта К. Сила F, действующая на зубчатый элемент колеса 2 со стороны зубчатого элемента колеса 1, направлена по общей нормали данных элементов 5, а так как общая нормаль проходит с одной стороны относительно осей 3 и 4, то сила создает крутящий момент относительно оси 4 в направлении вращения колеса 1 (фиг. 2). При относительном вращении колес точки контакта в рассматриваемом сечении будут меняться, но общая нормаль всегда будет проходить с одной стороны относительно осей 3 и 4. Это будет происходить с некоторой разницей во времени и в каждом другом сечении зубчатых колес плоскостью, перпендикулярной осям валов. Геометрическим местом точек, образованным всеми контактирующими в данный момент времени точками, является линия, которая при относительном вращении колес перемещается в направлении, параллельном осям колес.

Источники информации:
1. Австралия, патент N 626462, кл. F 16 H 1/08, опубл. 30.07.92. (США патент N 5129276, кл. F 16 H 1/18, F 16 H 1/20, опубл. 14.07.92.)
2. Франция, заявка N 2609768, кл. F 16 H 1/08, F 16 H 55/02, опубл. 22.07. 88.

3. СССР, авт. св. N 163857, кл. F 16 H 1/08, 1964.

Изобретение относится к машиностроению. Зубчатая передача состоит из двух зубчатых косозубых колес с параллельными осями. Профиль зуба в торцевом сечении одного из колес выполнен по огибающей семейства кривых, описывающих профиль торцевого сечения зуба второго колеса в различных положениях при относительном вращении колес. Углы наклона зубьев имеют одно направление и связаны следующей зависимостью. : tgb₁ = U•tgb₂•d₁/d₂, где b₁ и b₂ - углы наклона зубьев первого и второго колес на диаметрах d₁ и d₂ соответственно; U - передаточное отношение; d₁ и d₂ - диаметры окружностей, на которых находятся контактирующие точки зубьев первого и второго колес соответственно. В результате получена зубчатая передача с положительным передаточным отношением. Линейный контакт осуществляется по боковым поверхностям зубьев. 2 ил.

Зубчатая передача, состоящая из двух зубчатых косозубых колес с параллельными осями вращения, отличающаяся тем, что профиль зуба в торцевом сечении одного из колес выполнен по огибающей семейства кривых, описывающих профиль торцевого сечения зуба второго колеса в различных положениях при относительном вращении колес, а углы наклона зубьев имеют одно направление и связаны следующей зависимостью:
tgb₁ = u • tgb₂ • d₁ / d₂,
где b₁ и b₂ - углы наклона зубьев первого и второго колес на диаметрах d₁ и d₂ соответственно;
u - передаточное отношение;
d₁ и d₂ - диаметры окружностей, на которых находятся контактирующие точки зубьев первого и второго колес соответственно.