Зубчатая передача Советский патент 1992 года по МПК F16H1/08 

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к зубчатым прямозубым цилиндрическим эвольвентным передачам, к зубчатым прямозубым коническим эвольвентным передачам, к зубчатым винтовым цилиндрическим эвольвентным передачам, к зубчатым винтовым коническим эвольвентным передачам, к зубчатым цилиндрическим передачам с зацеплением Новикова и к зубчатым коническим передачам с зацеплением Новикова, а также другим передачам с эвольвентным профилем зубьев и с профилем зубьев за- цепления(Новикова,

Известны зубчатые прямозубые цилиндрические звбльвентные передачи, зубчатые прямозубые конические эвольвентные передачи, зубчатые винтовые цилиндрические эвольвентные передачи, зубчатые винтовые конические эвольвентные передачи, зубчатые цилиндрические передачи с зацеплением Новикова, зубчатые конические передачи с зацеплением Новикова, содержащие сопряженные зубчатые колеса. Эти передачи применяются для Передачи крутящего момента в различных механизмах и машинах и могут обеспечивать постоянство передаточного отношения.

Т&ердость активных боковых поверхностей зубьев каждого колеса выполнена постоянной и равномерной по всей боковой поверхности, что может способствовать сохранению жесткости и стабильности конструкции, а также обеспечивать им определенные нагрузочную способность, КПД и долговечность (ресурс).

Однако в силу принципиальной особенности формы боковых поверхностей зубьев этих зубчатых передач, а также особенности принципа зацепления их сопряженных колес постоянство твердости боковых поверхности зубьев колес может оказать отрицательное влияние на сам фактор зубчатого зацепления, в результате в процессе эксплуатации этих зубчатых передач геометрические параметры и форма боковых поверхностей и зубьев в целом будут изменяться, тем самым будет ослабляться конструкция зубчатых передач. Как известно, при зацеплении зубьев колес таких зубчатых передач (как эвольвентных передач, так и передач с зацеплением Новикова), зубчатые колеса которых получаются методом обкатки производящей рейкой, изготовленной по исходному контуру, в процессе эксплуатации их происходит обкатка сопряженных

сл С

vi сл

fc

00

sJ

боковых поверхностей относительно друг друга, которая сопровождается также относительным скольжением участков активных боковых поверхностей, расположенных за делительной окружностью (делительной по- верхностью) колес. В результате этого междусопряженнымибоковымиповерхностями зубьев колес возникает трение качения и трение скольжения, которые приводят к износу сопряженных боковых поверхностей, снижают нагрузочную способность КПД, сокращают срок службы зубчатых передач. Для уменьшения трения между сопряженными боковыми поверхностями зубьев, повышения нагрузочной спо- собности, КПД и долговечности зубчатой передачи сопрягаемые боковые поверхности зубьев колес подвергают различным видам упрочнения, при которых боковые поверхности зубьев получаются постоян- ной и равномерной прочностью по всей поверхности. Однако упрочненные поверхности с постоянной и равномерной прочностью также подвергаются разрушению аналогично описанному э зависимости от различных факторов нагрузки и усталостного процесса, в некоторых случаях даже подвергаются более интенсивному разрушению, например при больших контактных напряжениях происходит явление усталост- ного выкрашивания. Таким образом, в указанных зубчатых передачах (зубчатые колеса которых получаются по принципу обкатки производящей рейкой, изготовленной по исходному контуру) боковые поверхно- сти сопрягаемых зубьев имеют такую форму, что зацепление зубьев колес (в процессе эксплуатации зубчатой передачи) сопровождается качением и скольжением относительно друг друга сопряженных боковых поверхностей, при этом между сопряженными боковыми поверхностями возникают трение качения и трение скольжения, которые способстсуют снижению КПД, разрушению этих боковых поверхностей за счет износа, снижению нагрузочной способности и сокращению срока службы зубчатой передачи; этому способствует также наличие постоянства и равномерности твердости боковых поверхностей зубьев колес, что в сочетании с формой профиля боковых поверхностей зубьев колес передач служит причиной возникновения других различных видов разрушения боковых поверхностей зубьев и ускорению выхода из строя эубча- той передачи.

Целью изобретения является повышение нагрузочной способности, КПД и долговечности зубчатой передачи

Указанная цель достигается тем, что в известной зубчатой передаче, содержащей зубчатые колеса, твердость активной боковой поверхности зубьев каждого колеса выполнена переменной с максимальным значением твердости на участке активной боковой поверхности, расположенном между кромкой зуба у основания зуба со стороны одного торца и кромкой зуба у вершины зуба со стороны противоположного торца, в том числе на делительной окружности колеса, превышающим на 15-20% значение твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса, причем с плавным уменьшением твердости указанного участка в направлении к основанию и вершине зуба до значения твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса, а зубчатые колеса установлены с возможностью зацепления по участкам с максимальным значением твердости, при этом зубчатая передача может быть выполнена с эвольвентным зацеплением, а также с зацеплением Новикова.

Все это позволяет перераспределите прилагаемую зубчатую передачу нагрузку и сосредоточивать основную нагрузку на указанном участке- активной боковой поверхности с максимальным значением твердости, а затем рассеиёать эту нагрузку по всей активной боковой поверхности зуба и даже за ее пределы, Благодаря этому в процессе эксплуатации зубчатой передачи указанные участки с максимальным значением твердости будут подвергаться меньшей деформации (но тем не менее деформация на этом участке будет). По мере удаления от участка активной боковой поверхности зуба с максимальным значением твердости в направлении к основанию-и вершине зуба будут увеличиваться размеры площади участков активной бокйво.й поверхности зуба с плавно уменьшающимся значением твердости, на которые будут передаваться нагрузка и деформация от указанного участка с максимальным значением твердости и в результате удельная нагрузка на участок с максимальным значением твердости будет плавно уменьшаться к границам активной боковой поверхности. Так как твердость активной боковой поверхности зубьев переменна и ее максимальное значение имеется на участке активной боковой поверхности зуба, расположенном между кромкой зуба у основания зуба со стороны одного торца и кромкой зуба у вершины зуба со стороны противоположного торца, в том числе на делительной окружности колеса, то благодаря этому износ зубьев будет на участке активной боковой поверхности зуба с максимальным значением твердости наименьшим, или по крайней мере иметь примерно близкое значение по всей активной боковой поверхности зубьев. Выполнение на активной боковой поверхности зуба каждого колеса участка с максимальным значением твердости на 15-20% превышающим значение твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса позволит существенно повлиять на эффект зацепления, при котором линейчатый контакт зубьев будет максимально приближаться к точечному контакту, причем такое увеличение твердости в пределах возможности современной технологии и технических средств. Выполнение с возможностью зацепления зубчатых колес по участкам с максимальным значением твердости активных боковых поверхностей зубьев позволит передавать приложенную на зубчатую передачу основную нагрузку по участкам активных боковых поверхностей с максимальным значением твердости и плавно распределить эту нагрузку по остальным участкам зубьев с плавно уменьшающейся твердостью к границам активной боковой поверхности зубьев. Применение указанного технического решения в зубчатой передаче в виде эвольвентной зубчатой передачи, а также в зубчатых передачах, зубчатые колеса которых получаются по принципу обкатки производящей рейкой, изготовленной по исходному контуру позволит максимально приблизить в этих передачах принцип линейчатого контакта при зацеплении сопряженных зубьев колес к принципу точечного контакта, т. е. обеспечит производить зацепление зубьев в основном по контактным линиям и максимально уменьшить тем самым трение скольжения между сопряженными активными поверхностями зубьев и значительно уменьшить их износ за счет наличия на активных боковых поверхностях зубьев указанных участков с максимальным значением твердости и за счет плавного уменьшения этой твердости к границам активных боковых поверхностей зубьев, позволит также повысить нагрузочную способность, КПД и долговечность зубчатой передачи. Выполнение зубчатой передачи с зацеплением Новикова (истинной передачи с зацеплением Новикова) позволит рохра- нить стабильность точечного контакта сопряженных зубьев при их зацеплении, а также позволит повысить нагрузочную способность, КПД и долговечность за счет наличия на указанных участках активных боковых поверхностях зубьев максимальной твердости, расположенных на делительной окружности зубчатых колес

(преимущественно) и ее плавного уменьшения этой твердости к границам активных боковых поверхностей зубьев Если в изве- 5 стных аналогичных зубчатых передачах активная боковая поверхность зубьев каждого колеса выполнена с постоянной твердостью, и эта твердость дает только опреде0 ленный эффект, ограничивающийся самим принципом зацепления (наличием относительного качения и скольжения сопряженных поверхностей как эвольвентного, так и зацепления Новикова), то в предлагаемой

5 зубчатой передаче положительный эффект этого принципа значительно будет расширяться за счет выполнения активной боковой поверхности зубьев каждого колеса с переменной твердостью с максимальным

0 значением твердости на определенном только участке (для винтовых зубчатых передач - на участке активной боковой поверхности, расположенном на делительной окружности колеса, преимущественно, а

5 для прямозубых зубчатых передач на участке активной боковой поверхности зубьев каждого колеса, расположенном между кромкой зуба у основания зуба со стороны одного торца и кромкой зуба у вершины

0 зуба со стороны противоположного торца, в том числе на делительной окружности колеса, превышающим на 15-20% значение « твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса, причем с плавным умень5 шением твердости указанного участка в направлении к основанию и вершине зуба до значения твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса.

На фиг. 1 изображена предлагаемая

О зубчатая передача, содержащая зубчатые колеса 1, 2; на фиг. 2 - зуб одного зубчатого колеса, например 2; на фиг. 3 - зуб другого колеса, например 1.

На фиг. 1-3 показаны следующие обоз5 начении: ch, 62 делительные окружности Зубчатых колес 1, 2 соответственно, Ai, A2 - точки, расположенные на кромке зуба у основания зубьев со стороны одного торца (граничные точки активных боковых поверх0 иости зубьев); Bi, 62 - точки, расположенные на кромке зуба у вершины зуба со стороны противоположного торца (граничная точка активной боковой поверхности зуба) АО, С2, Во - точки расположенные на

5 делительной окружности колеса (например, колеса 2 на делительной окружности ), АО, Ci, Во - точки,расположенные на делительной окружности колеса (например, колеса 1), на целительной окружности ch, Ai, Ci, 81 - участок активной боковой поверхности зуба одного зубчатого колеса (например, колеса 1), имеющий максимальную твердость (преимущественно прямозубой зубчатой передачи); А2, С2, В2 - участок активной боковой поверхности зуба другого колеса (например, колеса 2), имеющий максимальную твердость; А0, С2, В0 - участок активной боковой поверхности зуба колеса, расположенный на делительной окружности, например зубчатого колеса 2 (преимущественно АО CiB0 - участок активной боковой поверхности зуба колеса, расположенный на де- лительной окружности, например зубчатого колеса 1; BiEiAiDi, A2D2B2E2 - активные боковые поверхности зубьев 3,4 соответственно.

Условий принято (для упрощения рас- суждения) считать, что изображенная на фиг. 1 зубчатая передача представляет собой приведенную зубчатую передачу, которая включает в себя понятия: зубчатая прямозубая цилиндрическая эвопьоентная передача, зубчатая прямозубая коническая эвольвентная передача, зубчатая винтовая цилиндрическая эвольвентная передача, зубчатая винтовая коническая-эвольвентная передача, зубчатая цилиндрическая пе- редача с зацеплением Новикова (истинная и псевдопередача Новикова), зубчатая коническая передача с зацеплением Новикова (истинная и псевдопередача Новикова). Изображенная на фиг. 1 зубчатая передача имеет сопряженные зубчатые колеса с бесконечно большим числом зубьев. Для зубча- тых конических передач (ДЛР эвольвентных зубчатых передач, для истинных и псевдопередач Новикова) угол делительного кону- са имеет бесконечное малое значение. Для зубчатых винтовых передач (для эвольвентных зубчатых передач, для истинных и псевдопередач Новикова) угол наклона линии зуба имеет бесконечное малое значение.

Поэтому изображенные на фиг. 2, 3 зубья колес представлены в виде геометрических фигур с прямолинейными контурами, т. е. фактические криволинейные контуры зубьев (как эвольвентные, так и зацепления Новикова) изображены прямыми линиями. Таким образом, на фиг. 1 изображена приведенная зубчатая передача, на фиг. 2, 3 - приведенные зубья сопрягаемых колес при- веденной зубчатой передачи. Кроме того, необходимо отметить, что истинными зубчатыми передачами с зацеплением Новикова являются только те зубчатые передачи, которые соответствуют теоретическим профи- лям зубьев, а не те, зубчатые колеса которых получены по принципу обкатки производящей рейкой, изготовленной по исходному контуру, последние называются псевдопередачами Новикова.

Зубчатая передача содержит сопряженные зубчатые колеса 1, 2, Твердость активной боковой поверхности BiEiAiDi (а также A2D2BaE2) зубьев 3, 4 каждого колеса (1, 2) выполнена переменной с максимальным значением твердости на участке AiCiBi активной боковой поверхности BiEiAiDi зуба 3 колеса 1, а также на участке А2С2В2 активной боковой поверхности A2D2B2E2, расположенном между кромкой 5 зуба 3 у основания зуба 3 Со стороны одного торца (между кромкой 6 зуба 4 у основания зуба 4) со стороны одного торца и кромкой 7 зуба 3 у вершины зуба 3 (кромкой 8 зуба 4 у вершины зуба 4) со стороны противоположного торца, в том числе на делительной окружности колеса 1 (а также на d2 колеса 2), т. е. на участке АО CiBo (а также на участке А0С2В0), превышающим на 15-20% значение твердости на неактивной боковой поверхности зуба 3 (а также зуба 4) колеса 1 (а также колеса 2), причем с плавным уменьшением твердости указанного участка AiBi (a также участков А2С2В2, АО CiBo , A0C2B0) в направлении к основанию и вершине зуба до значения твердости на неактивной боковой поверхности зуба 3(4) колеса 1 (колеса 2), В этой зубчатой передаче зубчатые колеса установлены с возможностью зацепления по участкам AiCiBi, A2C2B2, АО CiBi , А0С2В0 с максимальным значением твердости Предлагаемая зубчатая передача может быть и эвольаентной, или же с зацеплением НОРИКОВЭ (истинной и псевдопередачей).

Максимальную твердость указанных участков, а также плавное уменьшение этой твердости к границам активной боковой поверхности зубьев можно обеспечить различными способами, известными в настоящее время, в том числе упрочнением лазерным лучом, который является наиболее прогрессивным и перспективным способом и позволяет обеспечить твердость поверхности на 15-20% больше, чем традиционные способы упрочнения, поэтому для достижения поставленной цели предложено использовать метод упрочнения указанных участков активных боковых поверхностей зубьев лазер- ным лучом. Применение упрочнения указанных участков лазерным лучом позволит обеспечить более прочной связью закаленной поверхности с основой, за счет образования шиловидной структуры в упрочненном слое материала. При этом получается взаимно прочно связанные микроучастки, которые в свою очередь име- . ют прочные связи с основой материала. Эти микроучастки имеют повышенную прочность (на 15-20 % большую твердость, чедуча стки, не обработанные лучом лазера) и

получаются они в виде шипов плотно связанных между собой и прочно врезанных своими остриями в тело, вглубь основы материала обработанной поверхности, в данном случае - боковых поверхностей зубьев. Таким образом предлагаемое технические решение усовершенствования зубчатой передачи, позволяет повысить нагрузочную способность, КПД и долговечность зубчатых передач с эвольвентным профилем зубьев, с профилем зубьев зацепления Новикова, цилиндрических, конических, прямозубых, винтовых, а также любых других их модификаций за счет выполнения с максимальным значением твердости конкретных участков для винтовых передач - участков, расположенных, преимущественно на делительной окружности колеса, для прямозубых-участков, расположенных между кромкой зуба у основания зуба со стороны одного торца и кромкой зуба у вершины зуба со стороны противоположного торца и с плавно уменьшающейся твердостью остальных участков активных боковых поверхностей зубьев от указанных участков к границам активных боковых поверхностей зубьев, а также обеспечения зацепления сопрягаемых зубьев по указанным участкам с максимальной твердостью.

При работе зубчатой передачи колеса 1, 2 вращаются и передают нагрузку на зубья 3, 4, причем максимальные удельные нагрузки возникают по делительным окружностям, расположенным на участках с максимальным значением твердости, т. е для прямозубых колес (для прямозубых эвольвентных зубчатых передач) зацепление зубьев 3, 4 происходит по участкам AiCiBi и А2СзВ2 (при зацеплении по этим участкам делительные окружности колес будут иметь переменные значения), а для вин- товых колес (для винтовых зубчатых передач, в том числе для зубчатых передач с профилем зубьев колес с зацеплением Новикова) зацепление зубьев 3. 4 происходит по участкам АО С1 Во 4iA0C2B0 Так как твердость зубьев переменна и ее максимальное

значение в зоне делительной окружности расположенной на указанных участках с максимальным значением твердости то из нос зубьев будет минимальным на указанном участке с максимальным значением твердости, ипи будет иметь примерно близкое значение по всей поверхности зубьев

В результате в зоне максимальных удельных нагрузок будет максимальная

твердость которая плавно уменьшается к границам активных бокобых поверхностей зубьев согласно уменьшающимся удельным нагрузкам

Предлагаемое техническое решение может найти широкое применение во всех основных еидах зубчатых передач как вновь изготавливаемых так и находящихся в эксплуатации

Формула иэобрете я

1 Зубчатая передача содержащая зубчатые колеса отличающаяся тем что с целью повышения нагрузочной способности, КПД и долговечности, твердость активной боковой поверхности зубьев каждого

колеса выполнена переменной с максимальным значением твердости на участке активной боковой поверхности расположенном между кромкой зуба у основания

зуба со стороны одного торца и кромкой

зуба у вершины зуба со стороны противопо- ложного торца, в том числе на делительной окружности колеса, превышающим на 15- 20% значение твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса, причем с

плавным уменьшением твердости указанного участка в направлении к основанию и вершине зуба до значения твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса, а зубчатые колеса установлены с возможностью зацепления по участкам с максимальным значением твердости

2. Зубчатая передача по п. 1, отличающаяся тем что она выполнена с эвольвентным зацеплением

3. Зубчатая передача по п 2, отличающаяся тем, что она выполнена с зацеплением Новикова.

У

у$йь&

фЩ$

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в силовых зубчатых передачах. Целью изобретения является повышение нагрузочной способности, КПД и долговечности путем снижения трения между зубьями. В зубчатой передаче твердость активной боковой поверхности зубьев каждого колеса выполнена переменной с максимальным значением твердости на делительной окружности, превышающим на 15-20% значение твердости на остальной не активной боковой поверхности зуба колеса. 2 з. п. ф-лы, 3 ил