ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2002 года по МПК F16H55/00 F16H55/08 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в пространственных зацеплениях между ортогональными пересекающимися осями для передачи вращения и крутящего момента.

Известна передача между плоским колесом и цилиндрической шестерней, так называемая цилиндроконическая. В этой передаче коническая рейка заменена плоским колесом, а коническая шестерня -цилиндрической (Я.С.Давыдов. Неэвольвентное зацепление. М.: Машгиз, 1950).

В известной передаче шестерня с эвольвентным поперечным профилем повторяет геометрические параметры инструмента (поперечный профиль, число зубьев, модуль).

Поперечный профиль зуба плоского колеса - кривая, полученная в результате огибания инструментом.

Передача имеет преимущество перед другими видами пространственных зацеплений: контакт между зубьями может быть линейным либо точечным (по желанию конструктора), так как зона касания регулируется; геометрический расчет передач по сравнению с коническими - прост.

К основным недостаткам следует отнести: заострение зубьев плоских колес по длине зуба и как следствие невозможность получения зубьев произвольно большой длины; привязка к инструменту и зубодолбежному станку.

За прототип принята передача, содержащая ведомое колесо с плоскими рабочими поверхностями и ведущее колесо с выпуклыми рабочими поверхностями (патент РФ 96101625, МПК⁶ F 16 H 55/08, опубл. 10.04.98).

Основной недостаток - технологический: сложность изготовления на станках с ЧПУ; сложность управления контактом сопряженных профилей зубьев; сложность синтезирования ее геометрических параметров.

Задачей данного изобретения является улучшение эксплуатационных свойств передачи за счет рационального подбора плоской рейки и соответствующих ей поверхностей ведущего колеса; упрощение процесса изготовления передачи, т.е. создание передачи между ведущим и ведомым плоским колесом, которая не связана с каким-либо инструментом и профилируемую, как методом копирования при единичном делении с использованием фрезерных станков (включая станки с ЧПУ), так и методом обкатки однорезцовым инструментом.

Указанная задача решается за счет того, что впадины ведомого колеса между зубьями выполнены радиальными, равноширокими и равноглубокими, зубья ведущего колеса выполнены равновысокими с криволинейным поперечным профилем, причем зуб ведущего колеса выполнен сопрягающимся с зубом ведомого колеса, а угол сопряжения зуба ведущего колеса с ведомым определяется по следующей зависимости:


где

коэффициенты, определяющие положение боковых поверхностей зубьев ведущего колеса, причем α - угол зацепления, ϕ₁, ϕ₂ - углы поворота ведомого и ведущего колес, i = ϕ₂/ϕ₁ - передаточное отношение, верхние знаки относятся к правостороннему, нижние - левостороннему вращению ведомого колеса.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана передача в рабочем зацеплении; на фиг.2. - вид сверху на передачу.

Ведущее колесо 1 (фиг.1) выполнено с жестким базированием, определяемым размером "V" (расстояние от центра ведомого плоского колеса 2 до середины ширины ведущего колеса). Середина ширины ведущего колеса совмещена со средним диаметром зубчатого венца ведомого плоского колеса 2. Угол β на зубьях ведущего колеса 1 является углом сопряжения боковых поверхностей зубьев (фиг. 1). На фиг.2 показано сечение по впадине, представляющее рейку с углом профиля 2α.
Зубчатая передача работает следующим образом. Передача передает вращение и крутящий момент при право- и левостороннем вращении ведущего колеса 1 (передача реверсивная). Крутящий момент прикладывается к валу, на котором находится ведущее колесо 1 и снимается с вала ведомого плоского колеса 2.

Данная передача плоскоцилиндрическая и ее геометрические параметры получаются аналитическим путем, используются три системы прямоугольных координат, из которых две - подвижные, связанные с ведомым и ведущим колесами, и одной неподвижной, относительно которой задаются положения подвижных систем.

Уравнение боковой поверхности зуба ведомого плоского колеса - плоскость, заданная уравнением АХ+BY+CZ+D=0 (в подвижной системе координат ведомого колеса). Уравнение боковой поверхности зуба ведущего колеса описывается прямой, полученной от пересечения двух плоскостей A₁X+B₁Y+C₁Z+D₁=0 и A₂X+B₂Y+C₂Z+D₂= 0 (в подвижной системе координат ведущего колеса). Эта линия и плоскость определяют угол сопряжения β, которая зависит от коэффициентов A_1,2; B_1,2; C_1,2. Задаваясь значением ϕ₁ и имея ввиду, что ϕ₂ = iϕ₁, и зная кривую линию, по которой описан поперечный профиль ведущего колеса, получены углы наклона линий, описывающих боковую поверхность зуба. Теория проектирования плоскоцилиндрических передач изложена в работе авторов: О.Л. Подгаевский, Г. В. Жужжалкин. Проектирование плоскоцилиндрических передач (базовое звено плоское колесо). См. "Вестник машиностроения", 2000 г., 10, с. 38-44.

Форма зуба ведущего колеса определяется по точкам, полученным в результате решения уравнений, определяющих боковую поверхность зуба.

Зубья ведущего и ведомого колес нарезаются методом копирования на программном станке с ЧПУ либо на универсальном фрезерном станке с применением делительной головки и достаточно простого инструмента. Этим инструментом является для нарезания колеса обычная двухугловая фреза с прямолинейными режущими кромками. Такой фрезой впадины между зубьями нарезается за один проход. Возможно нарезание впадины зубьев ведомого колеса одновитковой червячной фрезой на зубофрезерном станке. См. патент РФ 1323264, кл. В 23 F 9/14, бюл. 26, 1987 г. При нарезании ведущего колеса используется фасонная фреза с криволинейным поперечным профилем. Продольный угол β на ведущем колесе создается либо за счет углового поворота фрезы, либо за счет переменной высоты зуба.

Пример расчета угла сопряжения в полюсе зацепления ведомого и ведущего колес.

1. Исходные данные: числа зубьев ведущего и ведомого колес соответственно 18 и 216, передаточное отношение 12, модуль зацепления 3,9884 мм (рассчитывается на среднем диаметре плоского колеса 861,5 мм), угол поворота ведущего и ведомого колес во время взаимного обката до полюса зацепления соответственно 23,267 и 1,939 град., угол зацепления 20 град.

2. Расчетные коэффициенты для полюса зацепления:
A₁=0,998; - A₂=-0,71;
B_l=-0,057; - B₂=-11,962;
C₁=0,032; - С₂=0,939.

3. Угол сопряжения в полюсе зацепления β=1,566 град.

Экономический эффект достигается за счет оптимизации параметров передачи при ее проектировании (оптимизация контактных напряжений, габаритных размеров и др.), точности передачи, простоты изготовления и монтажа.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в пространственных зацеплениях между ортогональными пересекающимися осями для передачи вращения и крутящего момента. Зуб ведущего колеса выполнен сопрягающимся с зубом ведомого колеса, а угол сопряжения зуба ведущего колеса с ведомым определяется по следующей зависимости:

где


коэффициенты, определяющие положение боковых поверхностей зубьев ведущего колеса, причем α - угол зацепления, ϕ₁, ϕ₂ - углы поворота ведомого и ведущего колес, i = ϕ₂/ϕ₁ - передаточное отношение, верхние знаки относятся к правостороннему, нижние - левостороннему вращению ведомого колеса. Технический результат: улучшение эксплуатационных свойств передачи. 2 ил.

Зубчатая передача, содержащая ведомое колесо с плоскими рабочими поверхностями и ведущее колесо с выпуклыми рабочими поверхностями, отличающаяся тем, что впадины ведомого колеса между зубьями выполнены радиальными, равноширокими и равноглубокими, зубья ведущего колеса выполнены равновысокими с криволинейным поперечным профилем, причем зуб ведущего колеса выполнен сопрягающимся с зубом ведомого колеса, а угол сопряжения зуба ведущего колеса с ведомым определяется по следующей зависимости:

где


коэффициенты, определяющие положение боковых поверхностей зубьев ведущего колеса, причем α - угол зацепления, ϕ₁, ϕ₂ - углы поворота ведомого и ведущего колес, i = ϕ₂/ϕ₁ - передаточное отношение, верхние знаки относятся к правостороннему, нижние - левостороннему вращению ведомого колеса.