ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2004 года по МПК F16H55/00 

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

Анализ уровня техники в данной области показал, что известна зубчатая передача между плоским колесом и цилиндрической шестерней, так называемая плоскоцилиндрическая, наиболее близкая по решаемой технической задаче и являющаяся прототипом предложенного технического решения (патент РФ №2193707, F 16 Н 55/00, 55/08, опубл. 27.11.02 г., бюл. №33).

Плоскоцилиндрическая передача содержит ведомое плоское колесо с плоскими рабочими поверхностями и ведущее цилиндрическое колесо с выпуклыми рабочими поверхностями. Впадины между зубьями плоского колеса выполнены радиальными, равноширокими и равноглубокими, причем нормальный поперечный профиль впадины образован линиями, образующими углы реечного контура. Зубья цилиндрического колеса являются прямозубыми и выполнены равновысокими с криволинейным поперечным профилем. В продольном сечении зубья цилиндрической шестерни имеют угол заострения к внешнему радиусу плоского колеса, причем угол заострения цилиндрического колеса является углом сопряжения зубьев плоского и цилиндрического колес.

К недостаткам известной зубчатой передачи следует отнести чувствительность к погрешностям монтажа, так как в передаче работает линейный контакт, и как следствие приведение к кромочному контакту поверхностей плоскоцилиндрической передачи.

Задачей предложенного технического решения является создание пространственной реверсивной зубчатой передачи между плоским колесом и цилиндрической шестерни с улучшением эксплуатационных свойств передачи за счет точечного локализованного контакта и рационального подбора параметров сопряжения зубьев цилиндрического колеса.

Указанная задача решается за счет того, что впадины между зубьями ведомого колеса выполнены тангенциальными, причем нормальный поперечный профиль впадины образован линиями, образующими углы реечного контура, а зубья ведущего колеса выполнены косыми, равновысокими с криволинейным профилем в нормальном поперечном сечении, причем зуб ведущего колеса выполнен сопрягающимся с зубом ведомого колеса, а углы сопряжения зуба ведущего колеса с ведомым определяются по следующей зависимости:

где

коэффициенты, определяющие положение боковых поверхностей зубьев ведущего колеса, причем β₁ - угол сопряжения зуба ведущего колеса с ведомым при правостороннем вращении ведомого колеса, β₂ - угол сопряжения зуба ведущего колеса с ведомым при левостороннем вращении ведомого колеса, α - угол зацепления, θ - тангенциальный угол впадины ведомого колеса, 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 и сечение А-А зуба ведущего колеса, на фиг.2 - вид сверху на передачу и сечение В-В впадины ведомого колеса.

Ведущее 1 колесо (фиг.1) выполнено с жестким базированием, определяемым размером "V" (расстояние от центра ведомого 2 плоского колеса до середины ширины венца ведущего колеса). Середина ширины венца ведущего колеса совмещена со средним диаметром 2V зубчатого венца ведомого 2 плоского колеса. Впадины между зубьями ведомого колеса выполнены равноширокими, равноглубокими и тангенциальными, т.е. наклонены под углом θ. Зуб ведущего колеса также является косым, но боковые поверхности выполнены под разными углами β₁, β₂, которые в свою очередь являются углами сопряжения боковых поверхностей зуба в сечении А-А (фиг.1). На фиг.2 показано нормальное сечение В-В ведомого колеса 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 1 колеса (передача реверсивная). Крутящий момент прикладывается к валу, на котором находится ведущее колесо, и снимается с вала ведомого плоского колеса.

Плоскоцилиндрическая передача и ее геометрические параметры получаются аналитическим путем при использовании трех прямоугольных координатных систем, из которых две - подвижные, связанные с ведомым и ведущим колесами, и одной - неподвижной, относительно которой задаются положения подвижных систем.

Уравнения боковой поверхности зуба ведомого колеса - плоскость, заданная уравнением AX+BY+CZ+D=0 (в подвижной системе координат ведомого колеса). Уравнение боковых поверхностей зуба ведущего колеса описываются прямыми, полученными от пересечения двух поверхностей первого порядка A₁X+B₁Y+C₁Z+D₁=0 и А₂Х+В₂Y+C₂Z+D₂=0 (в подвижной системе координат ведущего колеса). Эти линии и плоскость, проходящая через оси вращения ведущего и ведомого колес, определяют углы сопряжения β₁, β₂, которые зависят от коэффициентов A₁,₂, B₁,₂, C₁,₂. Задаваясь значением ϕ₁ и имея в виду, 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.Жужалкин. 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.

Пример расчета углов β₁, β₂ сопряжения в полюсе зацепления ведомого и ведущего колес:

1. Исходные данные: числа зубьев ведущего и ведомого колес соответственно равны - Z_ш=18, Z_к=216, передаточное отношение i=12, модуль зацепления m=3,9884 мм (рассчитывается на среднем диаметре плоского колеса 2V=861,5 мм), угол поворота ведущего и ведомого колес во время взаимного обката до полюса зацепления соответственно ϕ₂=23,267° и ϕ₁=1,939°, угол зацепления α=20°, тангенциальный угол впадины ведомого колеса θ=12,673°.

2. Расчетные коэффициенты для полюса зацепления:

- при правостороннем вращении ведомого колеса:

A₁=0,983 A₂=-0,445

B₁=-0,051 В₂=-11,868

C₁=-0,175 С₂=0,923

- при левостороннем вращении ведомого колеса:

A₁=-0,971 А₂=-0,758

В₁=-0,045 В₂=- 11,552

C₁=0,237 С₂=0,909

3. Углы сопряжения в полюсе зацепления при правостороннем вращении ведомого колеса β₁=10,2697°, при левостороннем вращении -β₂=13,433°.

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

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в реверсивных пространственных зацеплениях между ортогональными пересекающимися осями для передачи вращения и крутящего момента. Впадины между зубьями ведомого 2 колеса выполнены тангенциальными, причем нормальный поперечный профиль впадины образован линиями, образующими углы реечного контура, а зубья ведущего 1 колеса выполнены косыми, равновысокими с криволинейным профилем в нормальном поперечном сечении, причем зуб ведущего колеса выполнен сопрягающимся с зубом ведомого колеса. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных свойств передачи за счет точечного локализованного контакта и рационального подбора параметров сопряжения зубьев цилиндрического колеса. 2 ил.

Зубчатая передача, содержащая ведомое колесо с плоскими рабочими поверхностями, впадины между зубьями которого выполнены радиальными, равноширокими и равноглубокими, и ведущее колесо с выпуклыми рабочими поверхностями, отличающаяся тем, что впадины между зубьями ведомого колеса выполнены тангенциальными, причем нормальный поперечный профиль впадины образован линиями, образующими углы реечного контура, а зубья ведущего колеса выполнены косыми, равновысокими с криволинейным профилем в нормальном поперечном сечении, причем зуб ведущего колеса выполнен сопрягающимся с зубом ведомого колеса, а углы сопряжения зуба ведущего колеса с ведомым определяются по следующей зависимости:

где

коэффициенты, определяющие положение боковых поверхностей зубьев ведущего колеса;

β₁ - угол сопряжения зуба ведущего колеса с ведомым при правостороннем вращении ведомого колеса;

β₂ - угол сопряжения зуба ведущего колеса с ведомым при левостороннем вращении ведомого колеса;

α - угол зацепления;

θ - тангенциальный угол впадины ведомого колеса;

ϕ₁, ϕ₂ - углы поворота ведомого и ведущего колес;

i=ϕ₂/ϕ₁ - передаточное отношение, верхние знаки относятся к правостороннему, нижние - левостороннему вращению ведомого колеса.