ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2002 года по МПК F16H55/08 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проектировании тяжелонагруженных цилиндрических зубчатых передач повышенной точности.

Известна цилиндрическая зубчатая передача, содержащая зубчатые колеса, поверхность выступов двояковогнутых зубьев выполнена цилиндрической, а поверхность впадин выполнена в виде эллипсоида вращения. (А.С. 1174644, Мкл. F 16 Н 55/08, 1985).

Недостатком данной конструкции является наличие профиля зуба в виде выпукло-вогнутых поверхностей, что приводит к изменению поверхностей зубьев в продольном направлении и изменению поперечного сечения профиля зуба и тем самым приводит к снижению прочности зуба в опасном сечении ножки зуба.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является цилиндрическая зубчатая передача, содержащая ведущее и ведомое зубчатые колеса, профили головок зубьев очерчены выпуклыми кривыми, а профили ножек зубьев очерчены вогнутыми кривыми, при этом выполнение кривых второго порядка относится к "торцу зубчатого колеса с началом координат", расположенным в точке зацепления, что не обеспечивает плавного сопряжения эвольвентной кривой и переходной кривой ножки зуба. (SU 1357628, F 16 H 55/08, 07.12.1987 г.).

Недостатком данной конструкции является наличие профиля ножки зуба, очерченного вогнутыми кривыми с началом координат, расположенным на торце колес, в полюсе зацепления, приведенные уравнения касаются расчета постоянного радиуса кривизны переходной кривой, тем самым не обеспечивается равенство радиусов и конструктивное решение по получению плавного сопряжения эвольвентной части головки зуба и переходной кривой ножки зуба.

Данные конструкции зубчатых передач имеют низкий уровень, что обусловлено тем, что формообразование поверхностей профиля ножки зубьев производится по разным радиусам кривизны дуг переходной кривой, которые при соединении вместе с эвольвентной частью профиля зуба не образуют плавный переход, что приводит к концентрации напряжений в опасном сечении, уменьшающей прочность ножки зуба.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции цилиндрической зубчатой передачи с корригированным профилем ножек зубьев, выполненным в форме переходной кривой в виде части параболы, образующей вогнутую кривую с новой системой координат, обеспечивающей плавное соединение в поперечном сечении эвольвентной части профиля зуба с профилем ножки зуба, что позволяет конструктивно получить плавный профиль зубьев в соответствии с равными радиусами кривизны эвольвентной части и переходной кривой профиля ножки зуба, тем самым снижается концентрация напряжений в точке их соединения и обеспечивается новая система профилирования, позволяющая повысить прочность зуба в опасном сечении ножки зуба.

Техническим результатом заявленной зубчатой передачи является принципиально новое исполнение тяжелонагруженных зубчатых колес с новым плавным профилем зубьев, обеспечивающим снижение концентраций напряжений в опасном сечении ножки зуба, что позволяет повысить надежность цилиндрической зубчатой передачи.

Указанный технический результат достигается тем, что цилиндрическая зубчатая передача содержит ведущее и ведомое зубчатые колеса, профили головок зубьев которых очерчены эвольвентными кривыми, а профили ножек зубьев очерчены вогнутыми кривыми, при этом профиль ножек зубьев выполнен в форме переходной кривой в виде части параболы, образующей плавный профиль смежных поверхностей головки и ножки зуба в точке соединения двух кривых с радиусом кривизны эвольвентной части, равным радиусу кривизны переходной кривой профиля ножки зуба.

Создание новой конструкции цилиндрической зубчатой передачи с новым профилем ножек зубьев, выполненным в форме переходной кривой второго порядка, в виде части параболы, образующей плавный профиль смежных поверхностей головки и ножки зуба в точке соединения двух кривых с радиусом кривизны эвольвентной части, равным приведенному радиусу кривизны переходной кривой профиля ножки зуба, характеризующимся разными радиусами в конечных точках переходной кривой, полученных на пересечении двух касательных, расположенных в поперечных сечениях профиля зуба.

Введение новой системы координат точек переходной кривой с началом в точке соединения эвольвентной части профиля зуба и переходной кривой позволяет обеспечить плавный профиль зуба, состоящий из головки и ножки зуба, что приводит к увеличению прочности зуба в опасном сечении ножки зуба.

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного решения, позволили установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого решения по совокупности признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение для специалиста не следует из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показано поперечное сечение профиля зубчатого колеса цилиндрической зубчатой передачи; на фиг.2 - поперечное сечение профиля зубчатого колеса цилиндрической зубчатой передачи в системе координат.

Цилиндрическая зубчатая передача содержит ведущее и ведомое зубчатые колеса. Профиль головки зуба очерчен выпуклой эвольвентной кривой, а профиль ножки зуба очерчен вогнутой кривой, образующие плавный профиль зуба.

Профиль ножек зубьев выполнен в форме переходной кривой второго порядка в виде части параболы, параметры которой определяются через радиус кривизны эвольвентной части R_A2 в точке соединения A (фиг.1 и 2). Для получения переходной кривой 2, образующей плавный профиль, необходимо получить сопряжение смежных поверхностей головки и ножки зуба в точке соединения двух кривых с равными радиусами, при этом за основу принимается радиус кривизны эвольвентной части R_A2 головки зуба в точке соединения A, а радиус кривизны переходной кривой R_A1 профиля ножки зуба в точке A определяет начало переходной кривой AB (фиг.2) в виде части параболы, характеризуемой параметрами в виде основания - "a" и высотой - "b" переходной кривой. На пересечении касательных в точках A и B получаем вершину базисного треугольника D, что позволяет определить проективный дискриминат f переходной кривой 2. Переходная кривая в точке B (фиг.1) определяется окружностью впадин зубьев с диаметром D_i, а высота зуба ограничена окружностью вершин зубьев D_е. За счет выполнения новой формы переходной кривой 2 и равенства радиусов в точке сопряжения кривой 2 смежных поверхностей головки и ножки зуба достигается изменение поверхности зуба в поперечном сечении, что обеспечивает создание плавного профиля с приведенными радиусами кривизны в точке сопряжения A.

Для построения профиля переходной кривой AB (фиг.2) вводим систему координат XAY точек переходной кривой (фиг.2) с началом координат в точке соединения А эвольвентной части 1 и переходной кривой 2, ось ординат AY которой совпадает с радиусом кривизны эвольвентной части R_A1 и переходной кривой R_A2, а ось абсцисс AX совпадает с общей касательной k к эвольвентной части 1 и переходной кривой 2 профиля ножки зуба.

Радиус кривизны эвольвентной части R_A1 равен отрезку АС (фиг.1, 2), соединяющему точку А с точкой С пересечения основной окружности диаметром D_b и центром в точке О с окружностью диаметром ОА с центром в точке Е, где точка Е - середина отрезка ОА.

Выбор участка переходной кривой определяется радиусом кривизны эвольвентной части профиля зуба R_A1, равным радиусу кривизны переходной кривой R_A2, что позволяет получить приведенный радиус кривизны переходной кривой R_A2, по которому находится проективный дискриминант f пo формуле
R_A2=(1-f²)b/2fa²,
где R_A2 - радиус кривизны переходной кривой 2 в точке соединения эвольвентной части 1 и переходной кривой 2 профиля ножки зуба;
f - проективный дискриминант переходной кривой 2;
а - абсцисса точки D пересечения касательной k с касательной 1 к основной окружности зубьев диаметром D_b, основание кривой;
b - ордината точки В пересечения переходной кривой с окружностью впадин диаметром D_i, высота кривой.

Через проективный дискриминант f переходной кривой построением определяются координаты точек переходной кривой 2. При построении плавного профиля зуба сопряженных смежных поверхностей головки и ножки зуба получают профиль ножки зуба, обеспечивающий режим работы цилиндрической зубчатой передачи в соответствии с установленными параметрами.

При работе цилиндрической зубчатой передачи зубья ведущего колеса передают вращение через зубья ведомого колеса. Форма зубьев колес обеспечивает им повышенную прочность.

Цилиндрическая зубчатая передача имеет повышенную несущую способность по изгибу и износостойкости, связанную с корригированием профиля ножек зубьев, выполненного в форме переходной кривой в виде части параболы, образующей двумя вогнутыми кривыми с новой системой координат плавный профиль зубьев за счет снижения концентраций напряжений в опасном сечении ножки зуба, что позволяет значительно повысить прочность зуба.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- цилиндрическая зубчатая передача, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, предназначена для применения в машиностроении при проектировании тяжелонагруженных цилиндрических зубчатых передач повышенной прочности, в результате чего значительно снижается концентрация напряжений в опасном сечении ножки зуба, что позволяет повысить надежность цилиндрической зубчатой передачи;
- для заявленного изобретения, в том виде как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления в соответствии с описанием и прилагаемыми чертежами;
- цилиндрическая зубчатая передача, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, способна обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проектировании тяжелонагруженных цилиндрических зубчатых передач повышенной точности. Цилиндрическая зубчатая передача содержит ведущее и ведомое зубчатые колеса. Профили головок зубьев очерчены выпуклыми кривыми, а профили ножек зубьев очерчены вогнутыми кривыми. Профиль ножек зубьев выполнен в форме переходной кривой, образующей плавный профиль смежных поверхностей головки и ножки зуба в точке соединения двух кривых с радиусом кривизны эвольвентной части, равным радиусу кривизны переходной кривой профиля ножки зуба. Технический результат - снижение концентраций напряжений в опасном сечении ножки зуба. 2 ил.

Цилиндрическая зубчатая передача, содержащая ведущее и ведомое зубчатые колеса, профили головок зубьев очерчены выпуклыми кривыми, а профили ножек зубьев - вогнутыми кривыми, отличающаяся тем, что профиль ножек зубьев выполнен в форме переходной кривой, образующей плавный профиль смежных поверхностей головки и ножки зуба в точке соединения двух кривых с радиусом кривизны эвольвентной части, равным радиусу кривизны переходной кривой профиля ножки зуба.