Зубчатая передача точечного зацепления Советский патент 1992 года по МПК F16H55/08 F16H1/08 

Изобретение относится к деталям машин, в частности к зубчатым передачам, и может быть использовано при изготовлении цилиндрических зубчатых передач низких степеней точности.

Известны зубчаТые передачи с фланкированным одним из колес (шестерней), при которой шестерня (зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев) имеет торцовый фланк со стороны входа в зацепление у

края, имеющего с торцовой поверхностью шестерни острый угол встречи. Глубина фланка у торца зуба подбирается опытным путем, а длина фланка определяется величиной

. N mnАЈ

Гф sinyS

где Ае - дробная часть осевого коэффициента перекрытия зубьев.

о ю

N) О

При работе колес очередной зуб входит в контакт с сопрягаемым со стороны фланка и, если при имеющемся сочетании ошибок шагов при отсутствии фланка зуб вошел бы в зацепление ударом о торец колеса, то при известном фланке зуб касается поверхности сопрягаемого зуба где-то в зоне фланка и удара не происходит.

Недостаток известной зубчатой передачи с односторонней фланкированной шестерней заключается в том, что, если шаг зубьев ведомого колеса больше шага ведущего в месте входа в контакт, то очередной зуб ведомого колеса не коснется зуба ведущего до тех пор, пока контакт предыдущих зубьев не прервется со стороны нефланки- рованногр торца, с которого зубья выходят из зацепления. В этот момент между зубьями, которые должны выйти в зацепление, имеется зазор, равный разности шагов, и при входе их в контакт этот зазор уничтожается ударом зуб о зуб, при этом зубья с ускорением, вызванным мгновенным снятием с них нагрузки, проходят имеющийся зазор. Очевидно, что при известном фланке удар придется на зону его сопряжения с рабочей (основной) поверхностью, отстоящей от выходного торца на величину осевого шага. Наличие в этой зоне ребра встречи локализует область, воспринимающую удар, и дополнительно снизит несущую способность зуба.

В конструкции зубчатых передач для обеспечения работы зуба по всей ширине зубчатого венца большего колеса принято, выполнять зубчатый венец шестерни шире, чем венец колеса на величину ДЬ, в том же порядке, что и величина фланка. При этом расположение зубчатых венцов колес передачи друг относительно друга по ширине жестко не задается и может смещаться внутри ДЬ. Это приведет к тому, что истинная рабочая длина фланка будет непостоянна, а рабочая часть зуба может быть на величину A b меньше осевого шага (целой части коэффициента перекрытия), что также ухудшает динамику и снижает несущую способность зубчатых передач.

Цель изобретения - повышение нагрузочной способности низкоточных передач с шириной колес, меньшей ширины шестерни.

Цель достигается тем, что в зубчатой передаче точечного зацепления, содержащей зацепляющиеся шестерню и колесо с фланкированными рабочими поверхности ми зубьев одного из них и с глубиной флан- кирования, выбранной по заданной величине кинематической погрешности передачи, фланкированными выполнены рабочие поверхности зубьев колеса, участок сопряжения фланкированной части рабочей поверхности с нефланкированной выполнен в окружности сечении зуба с криволинейной образующей в виде кривой второго порядка, глубина фланкирования выбрана в интервале между допуском на циклическую погрешность зубцовой частоты передачи и

допуском на ее местную кинематическую погрешность, а длина Гф фланкированной части рабочей поверхности зубьев выбрана из условия

pt ILLi/

15tg/3fA . B(HEc)(KFv-1)

где J - приведённый момент инерции деталей передачи;

lij - длина фланкированной части рабо- чей поверхности зубьев;

Аф - глубина фланкирования на торце зуба;

Kpv - заданный коэффициент, учитывающий динамику зацепления; А и В - заданные коэффициенты соответственно геометрии и качества выполнения передачи и прочности в зависимости от материала колеса;

HRC - твердость упомянутого материа- ла;

/ -угол наклона зуба; п - радиус начальной окружности шестерни;

m - заданное число оборотов шестерни. На торцах зубьев колеса выполнены образованные соосной с колесом конической поверхностью фаски с высотой в радиальном направлении колеса, равной высоте головок зубьев, и с шириной в осевом направлении колеса, большей или равной 0,8 высоты зубьев.

Глубина фланкирования со стороны входа зуба в зацепление выбрана большей глубины фланкирования со стороны выхода зуба из зацепления на величину допуска на циклическую погрешность зубцовой частоты передачи.

Зубья колеса выполнены по длине с уменьшающейся от середины к торцам толщиной так, что на расстоянии длины флан- кированной части от соответствующего торца зуба уменьшение толщины последнего находится в пределах допуска или на циклическую погрешность зубцовой частоты передачи, или на местную кинематическую погрешность передачи.

Для ликвидации этого динамического усилия необходим плавный без излома переход поверхности фланка в рабочую поверхность зуба. Для стабилизации возникающей при движении по фланку нагрузки ввиду изменения направления движения пятна целесообразно сохранять постоянным возникшее при этом ускорение, что обеспечивается параболическим отводом поверхности от рабочей поверхности, обеспечивающей теоретически равномерное движение колес передач. Ввиду относительно малой глубины фланка на торце по сравнению с его длиной вместо параболических отводов линий зуба могут применяться близкие к ним по линиям второго порядка отводы.

С помощью торцового фланкирования и изменения высоты зубьев на торцах колеса передачи достигается плавное пересопряжение зубцов передачи при суммарной по- грёшности их расположения, не превышающей глубины Дф фланка на торце. При серийном изготовлении передач минимальная глубина А ф фланка не должна быть меньше допуска на циклическую погрешность передачи fz70, который является допуском на циклическую погрешность.

При Аф можно гарантировать, что в большинстве случаев пересопряжение будет происходить на длине фланка без ударов. Однако в быстроходных передачах, при передачах, работающих при нагрузках, близких к предельным, недопустим удар при пересопряжении ни при каких сочетаниях ошибок колес передач. В этом случае необходимо величину Аф делать равной допуску на местную кинематическую погрешность передачи f0i.

Для разгрузки зоны острого угла встречи поверхности зуба с торцом колеса следует рекомендовать увеличивать глубину фланка в зоне острого угла встречи поверхностей зуба с торцом на величину .

Длина фланка РФ выбирается из следующих соображений.

При определении несущей способности зубчатой передачи по любой из существующих методик учитывается динамическая нагрузка в зацеплении с помощью коэффициента KFV- Фланкирование должно обеспечить сохранение несущей способности передачи при пересопряжении зубьев. Это будет обеспечено, если при пересопряжении коэффициент KpvHe будет превзойден.

Таким образом, длина фланка выбирается из следующего условия:

г ЛЛ1

/Дф J

v;AB(HRc).(KFv-1)

При выполнении боковых профилей зуба без изломов в месте перехода во фланк и ограничении по форме фланка становится возможным для неточных передач распространить отвод реальной поверхности зуба

от теоретически правильной по всей длине зуба. При этом получится бокообразный зуб, который никогда не выполнялся на зубчатых передачах точечного зацепления. Очевидно, степень отвода реальной поверхности от

0 теоретической должна регламентироваться возникающими при этом динамическими усилиями и неравномерностью вращения ведомого колеса.

Кроме решения вопросов динамики,

5 фланкирование должно предусматривать разгрузку торцов зуба большего колеса (имеющего меньшую ширину) от изгибных напряжений, увеличивающихся вблизи торца приТ2.

0 При выполнении торцового скоса зуба по зависимости напряжение у торца не будет превышать напряжение на зубе в сечениях, более далеких от торцовых сечений. На чертеже изображен фланкирован5 ный зуб колеса зубчатой передачи.

Зуб имеет торцы 1 и 2, у которых на зубе имеются скосы 3 и 4 и поверхности 5 и 6 фланка, плавно отходящая от рабочей поверхности зуба 7.

0 При работе зубчатой передачи пятно контакта возникает на поверхности 6 фланка у торца 2, плавно входит на рабочую поверхность зуба 7 и плавно выходит из зацепления по поверхности 5 фланка у тор5 ца 1. При этом благодаря скосам 3 и 4 первоначально в работу вступает поверхность ножки зуба и заканчивает зуб свою работу пятном контакта на ножке зуба. Так как пятно контакта находится вблизи опасного по

0 излому сечения на зубе, изломная прочность торцов большего колеса повышается вместе с несущей способностью передачи. Пример. Для редуктора ТСН00.620 изготовлены холодной накаткой составные

5 зубчатые колеса ТСН 653-1, а сопрягаемые с ними шестерни были нарезаны на зубо- фрезерном станке.

Основные параметры приведены в таблице.

0 Ведомое (большее) зубчатое колесо передачи изготавливалось с накатанным зубчатым венцом, который закреплялся на ступице из чугуна или композита. Замеры отклонения средней длины общей нормали

5 на колесе показал, что точность колеса значительно хуже последней 12-й, степени точности в 4-8 раз.

Накатка зубчатых передач осуществлялась таким образом, что у торцов зубьев

образовывались скосы, длина которых по вершине зуба составляла 4 мм при высоте зуба 4,5 мм, а глубина на торце с рабочей стороны составляла 2 мм.

Накатка зубчатых колес осуществлялась таким образом, что при приближении к торцам зубчатого колеса толщина зуба плавно уменьшалась.

При обработке полученных значений уменьшения толщины зуба получено, что они достаточно близки к параболической зависимости

(Г3(|-Гох)2

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Зубчатая передача точечного зацепления, содержащая зацепляющиеся шестерню и колесо с фланкированными рабочими поверхностями зубьев одного из них и с глубиной фланкирования, выбранной по заданной величине кинематической погрешности передачи, отличающаяся тем, что, с целью повышения нагрузочной способности низкоточных передач с шириной колеса, меньшей ширины шестерни, фланкированными выполнены рабочие поверхности зубьев колеса, участок сопряжения фланкированной части рабочей поверхности с нефланкированной в окружном сечении зуба с криволинейной образующей в виде кривой второго порядка, глубина фланкирования выбрана в интервале между допуском на циклическую погрешность зубцовой частоты передачи и допуском на ее местную кинематическую погрешность, а длина (V фланкированной рабочей поверхности зубьев выбрана из условия

П П1 .;-ЙфГГ

A-B-(HRc}(KFv-1)

0

5

0

5

0

5

0

где J - приведенный момент инерции деталей передачи;

Дф - глубина фланкирования на торце зуба;

Kpv заданный коэффициент, учитывающий динамику зацепления;

А и В - заданные коэффициенты соответственно геометрии и качества выполнения передачи и прочности в зависимости от материала колеса;

HRc - твердость упомянутого материала;

/J - угол наклона зуба;

П - радиус начальной окружности шестерни;

щ- заданное число оборотов шестерни.

2.Передача по п. 1, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что на торцах зубьев колеса выполнены образованные соосной с колесам конической поверхностью фаски с высотой в радиальном направлении колеса, равной высоте головок зубьев, и с шириной в осевом направлении колеса, большей или равной 0,8 высоты зубьев.

3.Передача по пп. 1 и 2, о т л и ч a tout а я с я тем, что глубина фланкирования со стороны входа зуба в зацепление выбрана большей глубины фланкирования со стороны выхода зуба из зацепления на величину допуска на циклическую погрешность зубцовой частоты передачи.

4.Передача по пп. 1-3, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что зубья колеса выполнены по длине с уменьшающейся от середины к торцам толщиной так, что на расстоянии длины фланкированной части от соответствующего торца зуба уменьшение толщины последнего находится в пределах допуска или на циклическую погрешность зубцовой частоты передачи, или на местную кинематическую погрешность передачи.

Ь

-

и.

/ /Л

tq

«

ta

Изобретение относится к машиностроению, к зубчатым передачам низкой точности. Цель изобретения - повышение нагрузочной способности низкоточных передач с шириной колеса, меньшей ширины шестерни, - достигается за счет улучшения динамики пересопряжения и снижения нагрузок на торцах зубьев. Зубья колеса в рай- оне торцов 2, 1 выполнены с фланкированными рабочими поверхностями, а участок сопряжения этих поверхно2 стей с нефланкированной частью выполнен в окружном сечении зуба с криволинейной образующей. Глубина и длина фланкированной части зуба определены соотношениями в зависимости от допусков на погрешности изготовления, геометрии, качества передачи и т.д. На торцах зубьев колеса могут быть выполнены фаски 3,4 с размерами, определенными в зависимости от высоты головок зубьев. Глубина фланкирования со стороны входа зуба в зацеплении может быть выполнена большей глубины фланкирования со стороны выхода на величину допуска на циклическую погрешность зубцовой частоты. Зубья могут быть выполнены по длине с уменьшающейся от середины к торцам толщиной с градиентом уменьшения на . длине фланкированной части, выбранным в пределах допусков на погрешность передачи. При работе передачи фланкированные участки обеспечивают плавное пересопряжение зубьев. Выполнение фасок 3, 4 повышает изломную прочность зубьев. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. сл С