СПОСОБ УСТАНОВЛЕНИЯ УГЛА ГЛАВНОГО ПРОФИЛЯ ИСХОДНОГО ПРОИЗВОДЯЩЕГО РЕЕЧНОГО КОНТУРА И КОЭФФИЦИЕНТА ЕГО СМЕЩЕНИЯ ПРИ НАРЕЗАНИИ ПРЯМОЗУБЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС С МАЛЫМ ЧИСЛОМ ЗУБЬЕВ ВНЕШНЕЙ ЭВОЛЬВЕНТНОЙ ПЕРЕДАЧИ С ПЕРЕДАТОЧНЫМ ОТНОШЕНИЕМ, РАВНЫМ ЕДИНИЦЕ Российский патент 1999 года по МПК F16H1/04 B23F5/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для установления угла главного профиля исходного производящего реечного контура и коэффициента его смещения при нарезании прямозубых зубчатых колес с малым числом зубьев внешней эвольвентной передачи с передаточным отношением, равным единице, в частности, при изготовлении масляных и топливных шестеренчатых насосов.

Известен способ определения коэффициента смещения исходного контура при изготовлении зубчатых колес масляных насосов, включающий установление взаимосвязи между коэффициентом смещения исходного контура и числом зубьев каждого из зубчатых колес. При этом угол главного профиля исходного контура принимают постоянным, равным 20^o [1, 2].

Основными недостатками описанного способа являются низкие долговечность масляных насосов и качество их работы вследствие пониженной плавности работы, обусловленной низким коэффициентом торцового перекрытия ε_α как основного качественного показателя зубчатой передачи: ε_α 1,044 [1, с. 140]. При этом минимальные значения коэффициента торцового перекрытия ε_α для обеспечения необходимой плавности работы зубчатой передачи составляют 1,15-1,2 [3, с. 35], [4, с. 132].

Наиболее близким по технической сущности /прототипом/ является способ установления геометрических параметров зубчатых колес и зубчатой внешней эвольвентной передачи с передаточным отношением, равным единице, включающий установление взаимосвязи между коэффициентами смещения исходного контура для каждого из зубчатых колес для определения зоны подреза ножки зуба зубчатого колеса и коэффициентов торцового перекрытия. Затем по оптимальным качественным показателям зубчатого колеса и зубчатой передачи с помощью блокирующих контуров определяют необходимые значения коэффициентов смещения исходного контура при нарезании зубчатого колеса. При этом угол главного профиля исходного контура α принимают постоянным, равным 20^o, коэффициент высоты головки h_a ^* равен 1,0, коэффициент радиального зазора C^* равен 0,25 [5].

Основным недостатком способа установления геометрических параметров зубчатых колес и зубчатой внешней эвольвентной передачи с передаточным отношением, равным единице, выбранного в качестве прототипа, являются низкие долговечность и качество работы зубчатой внешней эвольвентной передачи вследствие пониженной плавности ее работы, обусловленной недостаточно высоким коэффициентом торцового перекрытия ε_α, который для количества зубьев первого зубчатого колеса Z₁ и количества зубьев второго колеса Z₂ при Z₁ = Z₂ = 8 составляет не более 1,1 при норме 1,15 - 1,2 [3, 4, с. 132], и подрезом ножки зуба, так как коэффициенты смещения X₁ и X₂ меньше X_min [5, с. 33 - блокирующий контур Z₁ = Z₂= 8].

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в способе установления угла главного профиля исходного производящего реечного контура и коэффициента его смещения при нарезании прямозубых зубчатых колес с малым числом зубьев внешней эвольвентной передачи с передаточным отношением, равным единице, включающем установление взаимосвязи между коэффициентами смещения исходного контура для каждого из зубчатых колес для определения зоны подреза ножки зуба зубчатого колеса и коэффициентов торцового перекрытия, устанавливают взаимосвязь между коэффициентами смещения исходного реечного контура для каждого из зубчатых колес и углом главного профиля исходного реечного контура при изменении этого угла от 15^o до 30^o для определения зоны подреза ножки зуба зубчатого колеса, коэффициентов торцового перекрытия и толщины зуба на вершине и устанавливают взаимосвязь между коэффициентами смещения исходного реечного контура для каждого из зубчатых колес при изменении коэффициентов смещения от 0 до 1,0 и углом главного профиля исходного реечного контура при изменении этого угла от 15^o до 30^o для определения зоны заострения вершины зуба зубчатого колеса, коэффициентов торцового перекрытия и толщины зуба на вершине, затем по выбранным качественным показателям зубчатого колеса и зубчатой передачи определяют необходимые значения коэффициентов смещения исходного производящего реечного контура для каждого из зубчатых колес и угол главного профиля исходного производящего реечного контура.

Кроме этого, взаимосвязь между коэффициентами смещения исходного реечного контура для каждого из зубчатых колес при изменении коэффициентов смещения от 0 до 1,0 и углом главного профиля исходного реечного контура при изменении этого угла от 15^o до 30^o устанавливают по следующей формуле:

где S_a - нормальная толщина зуба на поверхности вершин, мм; m - модуль, мм; z - число зубьев колеса; h_a ^* - коэффициент высоты головки зуба исходного реечного контура; x - коэффициент смещения; α - угол главного профиля исходного реечного контура, градус; inv α - эвольвентная функция угла α; α_a - угол профиля зуба в точке на окружности вершин, градус; invα_a - эвольвентная функция угла α_a .

Техническим результатом является повышение долговечности и качества работы зубчатой внешней эвольвентной передачи с передаточным отношением, равным единице, путем увеличения плавности ее работы.

Увеличение плавности работы зубчатой внешней эвольвентной передачи обусловлено получением более высокого коэффициента торцового перекрытия ε_α(ε_α 1,15) за счет большей высоты зубьев зубчатых колес, а также изготовлением зубьев без подреза ножек и заострения вершин за счет выбора более оптимальных значений угла главного профиля исходного производящего реечного контура и коэффициентов его смещения при нарезании зубьев колес.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображены графики зависимостей между коэффициентами смещения исходного реечного контура X₁ и X₂ для каждого из зубчатых колес (X₁ = X₂ для внешнего эвольвентного зацепления) и углом главного профиля исходного реечного контура α, представляющие собой кривые 1 и 2 соответственно для определения зоны подреза ножки зуба зубчатого колеса и для определения зоны заострения вершины зуба зубчатого колеса при Z₁ = Z₂ = 8.

Кроме этого, на чертеже изображено: зона подреза 3 ножки зуба зубчатого колеса, зона заострения 4 вершины зуба зубчатого колеса, зона оптимальных качественных показателей 5 зубчатых колес и зубчатой передачи, а также точки A, B, C, D, E, F, в которых определяют значения минимального и максимального коэффициентов смещения X₁ и X₂ исходного реечного контура, коэффициентов торцового перекрытия ε_α , отсутствие интерференции и нормальную толщину зуба на вершине S_a.

Способ установления угла главного профиля исходного производящего реечного контура и коэффициента его смещения при нарезании прямозубых колес с малым числом зубьев внешней эвольвентной передачи с передаточным отношением, равным единице, осуществляют следующим образом.

Для определения зоны подреза ножки зуба зубчатого колеса устанавливают взаимосвязь между коэффициентами смещения X₁ и X₂ (X₁ = X₂) исходного реечного контура для каждого из зубчатых колес и углом главного профиля исходного реечного контура α при изменении этого угла от 15^o до 30^o с шагом 0,01^o с использованием формулы [5, с.9], определяющей отсутствие подрезания зубьев:

где X₁; X₂ - коэффициенты смещения; X_min - минимальный коэффициент смещения, менее которого начинается подрез ножки зуба; h_e ^* - коэффициент граничной высоты; h_a ^* - коэффициент высоты головки зуба; Z - число зубьев; α_t - угол профиля, градус; α_t = α при β_n = 0 для прямозубых зубчатых колес; β_n - угол наклона зуба, градус.

При этом получают кривую 1 для определения зоны подреза ножки зуба зубчатого колеса, слева от которой расположена зона подреза 3 ножки зуба зубчатого колеса.

Для определения зоны заострения вершины зуба зубчатого колеса устанавливают взаимосвязь между коэффициентами смещения X₁ и X₂ (X₁ = X₂) исходного реечного контура для каждого из зубчатых колес при изменении коэффициентов смещения от 0 до 1,0 с шагом 0,001 и углом главного профиля исходного реечного контура α при изменении этого угла от 15^o до 30^o с шагом 0,01^o с использованием формулы (1) при условии, что нормальная толщина зубьев на поверхности вершин S_a для внешнего эвольвентного зацепления равна нулю. При этом получают кривую 2 для определения зоны заострения вершины зуба зубчатого колеса, справа от которой размещена зона заострения 4 вершины зуба зубчатого колеса.

Угол главного профиля исходного реечного контура α выбирают в пределах от 15^o до 30^o, так как при угле менее 15^o наблюдается резкое ухудшение работы зубчатых колес, а при угле более 30^o режущий инструмент (червячная фреза) теряет свою стойкость.

Коэффициенты смещения для малозубых зубчатых колес выбирают в пределах от 0 до 1,0, так как за пределами этих значений невозможно получить удовлетворительные по качеству зубчатые колеса с малым числом зубьев.

Затем для значений коэффициентов смещения X₁ и X₂ при X₁ = X₂, соответствующих точкам A, C, E кривой 1, определяют качественные показатели зубчатого колеса S_a формуле (1) и зубчатой передачи: коэффициент торцового перекрытия ε_α по формуле [5, с.9, п.3]

где Z₁ - число зубьев первого колеса; Z₂ - число зубьев второго колеса; α_a1 - угол профиля зуба в точке на окружности вершин первого колеса, градус; α_a2 - угол профиля зуба в точке на окружности вершин второго колеса, градус; α_tw - угол зацепления, отсутствие интерференции зубьев колес по зависимости [5, с.9, табл.6, п.2, с.8, табл.4, п.3]

где d - делительный диаметр, мм; α_t - угол профиля, градус; h_e ^* - коэффициент граничной высоты; h_a ^* - коэффициент высоты головки; x - коэффициент смещения; m - модуль, мм; a_w - межосевое расстояние, мм; α_tw - угол зацепления, градус; d_b1(2) -основной диаметр первого колеса (второго колеса), мм; α_a1(2) - угол профиля зуба в точке на окружности вершин первого колеса (второго колеса), градус.

Для значений коэффициентов смещения X₁ и X₂ при X₁ = X₂, соответствующих точкам В, D, F кривой 2, определяют качественные показатели зубчатой передачи: коэффициент торцового перекрытия ε_α по формуле (3) и отсутствие интерференции зубьев по формуле (4).

После этого находят по границам контура ACEFDB или внутри его нужный качественный показатель зубчатой передачи, например коэффициент торцового перекрытия ε_α/ = 1,15, и определяют соответствующий ему угол главного профиля исходного производящего реечного контура, т.е. профильный угол червячной фрезы α и соответствующий коэффициент смещения исходного производящего реечного контура.

По установленному углу α изготавливают червячную фрезу с таким профильным углом, а при фрезеровании зубьев на станке используют необходимое смещение червячной фрезы, определяемое через коэффициент смещения. Смещение червячной фрезы составляет X•m, где X = X₁ = X₂ - коэффициент смещения; m - модуль, мм.

Полученные с помощью предлагаемого способа зубчатые колеса и зубчатая передача будут иметь оптимальное торцовое перекрытие, оптимальную плавность работы и, следовательно, повышенные долговечность и качество работы.

Источники информации
1. Юдин Е. М. Шестеренные насосы. Основные параметры и их расчет. -М.: Машиностроение, 1964, с. 23, 27, 133 - 135, 138 - 140.

2. ГОСТ 13755 - 81 Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные. Исходный контур. -М.: Издательство стандартов, 1981, с. 1-2.

3. Громан М.Б. Графики для подбора коррекции прямозубых зубчатых передач и указания к их применению // Вестник машиностроения. -1957. -N7. -с.35.

4. Справочник по геометрическому расчету эвольвентных зубчатых и червячных передач /Под ред. И.А.Болотовского.- 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1986, с. 132.

5. ГОСТ 16532 - 70 Передачи зубчатые цилиндрические. Расчет геометрии /прототип/. -с.2-10, табл.6, п.1; с. 10, табл.6, п.9; с.33 Приложение 3 Блокирующие контуры Z₁ = Z₂ = 8.

Использование: машиностроение, изготовление масляных и топливных шестеренчатых насосов, имеющих внешние эвольвентные зубчатые передачи с малым числом зубьев и передаточным отношением, равным единице. Сущность изобретения: устанавливают взаимосвязь между коэффициентами смещения исходного реечного контура для каждого из зубчатых колес и углом главного профиля исходного реечного контура при изменении этого угла от 15 до 30^o для определения зоны подреза ножки зуба зубчатого колеса, коэффициентов торцового перекрытия и толщины зуба на вершине зубчатого колеса, также устанавливают взаимосвязь между коэффициентами смещения исходного реечного контура для каждого из зубчатых колес при изменении коэффициентов смещения от 0 до 1,0 и углом главного профиля исходного реечного контура при изменении этого угла от 15 до 30^o для определения зоны заострения вершины зуба зубчатого колеса, коэффициентов торцового перекрытия и толщины зуба на вершине. Затем по выбранным качественным показателям зубчатого колеса и зубчатой передачи определяют необходимые значения коэффициентов смещения исходного производящего реечного контура для каждого из зубчатых колес и угол главного профиля исходного производящего реечного контура. Технический результат: повышение долговечности и качества работы зубчатой внешней эвольвентной передачи с передаточным отношением, равным единице, путем увеличения плавности ее работы. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ установления угла главного профиля исходного производящего реечного контура и коэффициента его смещения при нарезании прямозубых зубчатых колес с малым числом зубьев внешней эвольвентной передачи с передаточным отношением, равным единице, включающий установление взаимосвязи между коэффициентами смещения исходного контура для каждого из зубчатых колес для определения зоны подреза ножки зуба зубчатого колеса и коэффициентов торцового перекрытия, отличающийся тем, что устанавливают взаимосвязь между коэффициентами смещения исходного реечного контура для каждого из зубчатых колес и углом главного профиля исходного реечного контура при изменении этого угла от 15 до 30^o для определения зоны подреза ножки зуба зубчатого колеса, коэффициентов торцового перекрытия и толщины зуба на вершине и устанавливают взаимосвязь между коэффициентами смещения исходного реечного контура для каждого из зубчатых колес при изменении коэффициентов смещения от 0 до 1,0 и углом главного профиля исходного реечного контура при изменении этого угла от 15 до 30^o для определения зоны заострения вершины зуба зубчатого колеса, коэффициентов торцового перекрытия и толщины зуба на вершине, затем по выбранным качественным показателям зубчатого колеса и зубчатой передачи определяют необходимые значения коэффициентов смещения исходного производящего реечного контура для каждого из зубчатых колес и угол главного профиля исходного производящего реечного контура. 2. Способ установления угла главного профиля исходного производящего реечного контура и коэффициента его смещения при нарезании прямозубых зубчатых колес с малым числом зубьев эвольвентной передачи с передаточным отношением, равным единице, по п.1, отличающийся тем, что взаимосвязь между коэффициентами смещения исходного реечного контура для каждого из зубчатых колес при изменении коэффициентов смещения от 0 до 1,0 и углом главного профиля исходного реечного контура при изменении этого угла от 15 до 30^o устанавливают по следующей формуле:

где S_a - нормальная толщина зуба на поверхности вершин, мм;
m - модуль, мм;
Z - число зубьев колеса;
h*_a - коэффициент высоты головки зуба исходного реечного контура;
x - коэффициент смещения;
α - угол главного профиля исходного реечного контура, град.;
invα - эвольвентная функция угла α;
α_a - угол профиля зуба в точке на окружности вершин, град.;
invα_a - эвольвентная функция угла α_a.