Зубчатая передача Советский патент 1986 года по МПК F16H3/42 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для пере- дачи вращения между валами с регулируемым взаимным расположением.

Цель изобретения - повышение нагрузочной способности при одновременном редуцировании крутяшего момента за счет применения кулачкового механизма с геометрическим замыканием, кулачок которого неподвижно закреплен на корпусе, а толкатель установлен на оси сферического колеса.

На фиг. 1 изображена полусфера, являющаяся делительной поверхностью сферического колеса; на фиг. 2 - зубчатая передача, общий вид; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг. 4 и 5 - возможные формы зубьев бочкообразная и арочная, соответственно; на фиг. 6 и 7 - схемы размещения бочкообразных и арочных зубьев сопряженного колеса во впадинах зубьев сферического колеса.

Передача содержит корпус 1, в котором на оси универсального щарнира 2 установлено сферическое колесо 3 и сопряженное с ним зубчатое колесо 4 внутреннего зацепления. Профиль зубьев колеса 3 в поперечном направлении может быть, например, эвольвентным. Передача снабжена кулачковым механизмом с геометрическим замыканием, кулачок 5 которого закреплен неподвижно на корпусе, а толкатель 6 установлен на оси сферического колеса 3: Про филь 7 кулачка представляет собой огибающую, образованную движением цилиндрической части толкателя 6.

Передача может снабжаться механизмом фиксации вала 9 сферического колеса. Этот механизм может содержать подвижную планку 10, взаимодействующую с валом 9, находящуюся в продольном пазу 8 крышки 11 и фиксируемую в требуемом положении болтами.

Вал колеса 4 обозначен позицией 12 на фиг. 2.

Зубчатая передача снабжена кулачковым механизмом с геометрическим замыканием кулачок которого неподвижно закреплен на корпусе, а толкатель установлен на оси сферического колеса, при этом параметры продольной конфигурации зубьев сферического колеса выбраны из соотношения

п-ЛА,+

1

arctg

Г . sm ф -r- arcsirt-- - cospo V smpo

5Шф

-cospo.jcos y / у cos J

(1)

меридиальная и широтная угловые координаты сферической поверхности;

порядковый номер зуба, ,...z} угловой шаг зубьев;

Z - число зубьев сферического колеса; Ро - угол наклона зубьев, в экваториальном сечении сферического колеса,

профиль кулачка представляет собой огибающую, образованную движением цилиндра, ось которого пересекает центр сферического колеса и линию, выражающуюся уравнениями

x R- cos(f Sin( - РО); (f;(2)

Z -R- С05ф-со5(); где R - радиус делительной сферы сферического колеса;

ро - угол наклона линии зуба сопряженного колеса в центральном сечении;

5

5

6 ardff( .„. р arctg

V

.KO

созгч

а сопряженное колесо выполнено с внутрен0 ними зубьями, ограниченными в продольном направлении по окружности или близкой к ней кривой.

Сферическое колесо 3 выполнено в виде закрепленных на одной оси двух или одной усеченных полусфер, а зубья сопряженного колеса 4 выполнены бочкообразными или арочными соответственно.

Зубчатая передача работает следующим образом.

При приложении крутящего момента, наQ пример, к валу 12 поток мощности посредством зацепления колес 3 и 4 передается на вал 9. В зависимости от выбранного числа зубьев этих колес обеспечивается редуцирование крутящего момента.

Изменение углового положения вала 9

обеспечивается благодаря установке сферического колеса 3 на универсальном щарни- ре. При этом, поскольку колесо 3 сферическое и центр универсального шарнира 2 совмещен с центром О этого колеса, обеспечивается подвод рабочих участков зубьев в

зону зацепления с колесом 4 при любых значениях углов скрещивания (в пределах рабочего сектора колеса).

Благодаря тому, что передача снабжена кулачковым механизмом с указанной формой профиля, а толкатель установлен на оси колеса 3, при изменении угла скрещивания одновременно изменяется угол наклона оси колеса 3 по отнощению к оси колеса 4 таким образом, что обеспечивается сопряжение профилей зубьев при всех фазах

Q зацепления и различных углах скрещивания. Сопряжение выполняется потому, что:

а) продольные профили зубьев колеса являются равноудаленными линиями, описываемыми зависимостью (1), а ось колеса 3 все время удерживается кулачком только в

5 таких положениях, когда она пересекает линию, представляющую собой годограф точки оси колеса, расположенной на радиусе R при повороте колеса вокруг оси ОХ

на угол ф и вокруг оси ОУ на угол () соответственно. Поскольку угол поворота вокруг оси ОУ равен (Р -Ро), обеспечивается равенство углов наклона ведущего и ведомого колес, что приводит к соблюдению основной теоремы зацепления (совпадение ортнормалей к профилям). Расположение декартовых координат соответствует фиг. 1. Отклонение от требуемого положения оси 9 не происходит, так как кулачок обеспечивает геометрическое замыкание, и его про- филь является огибающей цилиндрической поверхности, соответствующей поверхности толкателя 6;

б) продольные профили зубьев колеса 4 ограничены окружностью или близкой к ней кривой (фиг. 4 и 5). Такая форма, в случае выбора радиуса кривизны вогнутых профилей колеса 4 большим, чем максимальный радиус кривизны на активном участке профилей колеса 4 (в экваториальном сечении) а выпуклых - меньшим, чем минимальный радиус кривизны этих же участков, позволяет контактируемым поверхностям иметь общую нормаль, а значит, позволяет выполнить требование основной теоремы зацепления.

При выполнении сферического колеса в виде двух полусфер правильное зацепление возможно только в случае выполнения зубьев колеса 4 бочкообразными, так как кривизна зубьев колеса 3 в этом случае меняет знак (фиг. 6). Однако этот случай позволяет реализовать наибольший диапазон изменения углов скрещивания.

При выполнении колеса 3 в виде одной усеченной полусферы возможно контактирование поверхностей зубьев с одинаковым направлением кривизны, соответствующее применению арочных асимметричных зубьев. В этом случае обеспечивается наибольший приведенный радиус кривизны, соответствующий максимальной нагрузочной способности передачи. Однако при этом уменьшается диапазон изменения угла скрещива- ния.

Поскольку линии (1) можно реализовать при любом числе зубьев колеса 3 и обеспечить сопряжение этих зубьев с бочкообразными (арочными) зубьями колеса 4 при любом их числе (в рамках существования обычного внутреннего зацепления), то данная передача позволяет редуцировать момент в широком диапазоне передаточных отношений (1, 2-10 и более).

Повышение нагрузочной способности до- стигается благодаря возможности теоретически точной работы передачи с постоян

ным нормальным модулем (а не при его изменении от минимального до максимального значения у прототипа) при всех углах скрещивания.

Поскольку нагрузочная способность пропорциональна модулю, то ее повышение по сравнению с прототипом можно определить как отношение модулей

/7inpefl

где mmin - минимальный модуль зубьев вблизи полюса сферы (у прототипа); тпред - модуль зубчатой передачи, соответствующий модулю вблизи экватора у прототипа. .

Это отношение может достигать 2-3 и более. Плавность работы повышается благодаря росту коэффициента перекрытия, равно- высокости зубьев и обеспечению теоретически точного заце1ления.

0

5

0

5

0

Формула изобретения

Зубчатая передача, содержащая корпус, универсальный шарнир, установленное на оси универсального шарнира сферическое колесо с зубьями, имеющими постоянный нормальный шаг, и сопряженные со сферическим колесом зубчатые колеса, отличающаяся тем, что, с целью повышения нагрузочной способности при одновременном редуцировании крутящего момента, она снабжена кулачковым механизмом с геометрическим замыканием, толкатель установлен на оси сферического колеса, а кулачок неподвижно закреплен на корпусе и имеет профиль, представляющий собой огибающую, образованную движением цилиндра, ось кото рого пересекает центр сферического колеса и линию, описанную уравнениями

X - R 5ш(р - РО);

у -Rsintp;

Z -/ С05ф- COS(P - РО) ,

где R - радиус делительной сферы сферического колеса;

arctg(...

Vcos9 .

J .

A

Ф - широтная угловая координата сферической поверхности сферического колеса;

РО - угол наклона линии зуба сопряженного колеса в центральном сечении, а сопряженное колесо выполнено с внутренними зубьями, очерченными в продольном направлении по окружности или близкой к ней кривой.

фиг.}

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для передачи врашения .между валами с регулируемым взаимным положением. Целью изобретения является повышение нагрузочной способности при одновременном редуцировании крутящего момента за счет применения кулачкового механизма с геометрическим замыканием, кулачок которого неподвижно закреплен на корпусе, а толкатель установлен на оси сферического колеса. Кулачок имеет профиль, представляющий собой огибающую, образованную движением цилиндра, ось которого пересекает центр сферического колеса и линию, описанную уравнениями л: / со5ф51ХР -РО), y -Rsin((, 2 -Rcos(f COS(P - РО), где R - радиус делительной сферы сферического колеса; 0 arctg( l/V -cos po/cos cjp; ф - широтная угловая координата сферической поверхности сферического колеса; Ро - угол наклона линии зуба сопряженного колеса в центральном сечении. 7 ил. t 4 О со

11

Ю

фиг. 3

фиг. It

Фиг. 5

фиг.6

Составитель А. Матвеев

Редактор Н. СлободяникТехред И. ВересКорректор Л. Пилипенко

Заказ 3471/31Тираж 880Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. 7