Циклоидное зубчатое зацепление Советский патент 1992 года по МПК F16H1/06 F04C2/16 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых зацеплениях рабочих органов объемных роторных машин, гидродвигателей, компрессоров, счетчиков, а также в силовых передачах.

Известно циклоидальное зубчатое зацепление рабочих органов объемной роторной машины с ведущим и ведомым роторами, установленными в корпусе, каждый из взаимоогибаемых профилей роторов которого имеет головку, очерченную удлиненной гипоциклоидой, ножку,образованную удлиненной эпициклоидой,очерченной точкой окружности вершин другого профиля, и сопряженный с ними боковой участок, очерченный нормальной эпициклоидой.

Недостатком известного зубчатого зацепления является малый коэффициент торцового перекрытия, который определяется малой длиной линии зацепления и малым количеством зубьев, которые можно разместить по длине окружности образующей шестерни (торцовое сечение роторов), так как зуб имеет большой угол раствора. Кроме того, при применении этого зацепления в винтовых машинах они имеют малую осевую герметичность из-за большой щели, образованной между гребнем расточки корпуса (обоймы) и верхней точкой линии зацепления роторов. 8 то же время известно, что если коэффициент перекрытия меньше единицы, то необходимо применять синхронизирующие шестерни. А применение указанного зацепления для прямозубых роторов без синхронизирующих шестерен возможно для небольших относительных глубин нарезки роторов. Все это уменьшает КПД машины. Кроме того, малая осевая герметичность дополнительно уменьшает объемный КПД машины. Все в совокупности уменьшает КПД машины и увеличивает ее габариты и массу.

Цель изобретения - повышение КПД машины, уменьшение ее габаритов и массы путем применения зубчатых зацеплений раСО

с

XJ VJ Ю 4

sj

О

бочих органов с большой относительной глубиной нарезки и малым количеством зубьев при условии обеспечения коэффициента торцового перекрытия, большего единицы обеспечения высокого объемного КПД.

Поставленная цель достигается тем, что боковые участки зуба образуются эвольвентой, а головка зуба образуется укороченной эпициклоидой, очерченной точкой сопряже- ния эвольвенты бокового участка с удлиненной эпициклоидой ножки другого профиля.

Важными для практического применения частными случаями данного зубчатого зацепления являются следующие два.

Первый случай. Линия зацепления профилей зубьев выходит за линию зацепления эвольвент боковых участков, то есть за пределы отрезка гтрямой между точками ее касания с основными окружностями. Точка перехода удлиненной эпициклоиды ножки совпадает с корнем эвольвенты, то есть с точкой эвольвенты, у которой профильный угол а 0. При этом укороченная эпициклоида головки сопрягается с эвольвентой по касательной, что хорошо, как для плавной работы роторов, так и для технологии их нарезания.

Заметим, когда главным является получение наибольшего коэффициента пере- крытия, то точку перехода удлиненной эпициклоиды ножки 8 эвольвенту следует брать выше корня эвольвенты, при этом получается более крутой профиль (можно разместить большее количество зубьев на роторе), но плавность перехода укорояен- ной эпициклоиды головки в эвольвенту нарушается. Чем ближе точка перехода к центроиде (начальной окружности), тем больше циклоидальные участки и меньше эвольвентный. В предельном случае, когда точка перехода взята на центроиде, укороченная эпициклоида превращается в нормальную эпициклоиду, а эвольвентный участок стягивается в точку, и профиль ста- новится чисто циклоидальным, аналогичным известному профилю.

Второй случай, когда эвольвента бокового участка зуба продляется до ее пересечения с окружностью вершин, в эгом случае точка перехода удлиненной эпициклоиды ножки совпадает с нижней точкой активного участка эвольвенты, а укороченная эпициклоида головки вырождается в точку на окружности вершин.

Отметим, что большая относительная глубина нарезки роторов позволяет получить коэффициент перекрытия Ј 1 при малом количестве зубьев, то есть трудоемкость изготовления роторов уменьшается.

Это также преимущество предлагаемого профиля.

Следует отметить, что предлагаемое зацепление обладает высокой нагрузочной способностью, так как в начале и конце линии зацепления профилей в контакте находятся одновременно две точки: образующая точка на окружности вершин одного профиля контактирует с удлиненной эпициклоидой ножки другого профиля, а образующая точка перехода удлиненной эпициклоиды ножки в эвольвенту одного профиля контактирует с укороченной эпициклоидой головки другого профиля. Это снижает контактное напряжение между профилями зубьев. В средине линии зацепления контакт профилей происходит в одной точке, но эго точка касания эвол ьвент, которые, как известно, нашли широкое применение в силовых передачах.°

Для объемных роторных машин обычно образующие шестерни рабочих органов идентичны, но данный метод профилирования подходит и для разных ведущей и ведо- мых шестерен, то есть с разными диаметрами центроид.

На фиг.1 показан профиль зубчатого зацепления рабочих органов {образующие шестерни - торцовое сечение рабочих органов) объемной роторной машины в разрезе. Приведен пример четырехзубых образующих шестерен для относительной глубины нарезки -рг 3, где De (Di) - диаметр окружно-

сти вершикг- а-ладин) ротора. Угол зацепления эвольвенГ принят равным

as - 20° ,и где точка перехода эвольвенты в удлиненную эпициклоиду ножки взята для профильного угла а - 0 , то есть совпадает с корнем эвольвенты . Коэффициент торцового перекрытия в этом случае равен Ј 1,03.

На фиг.2 - схема контакта профиля ведущего ротора (ВЩ) с профилем ведомого (8М) в торцовом сечении. Циклоидальное зубчатое зацепление рабочих органов объемных роторных машин имеет ведущий 1 и ведомый 2 роторы. Профиль ABCD зуба ВЩ 1 в торцовом сечении взаимоогибаемый с профилем abed зуба ВМ 2. Участок АВ головки профиля ВЩ выполнен по укороченной эпициклоиде, которая вычерчивается точкой b при качении центроиды (начальной окружности) 6 на центроиде 7, где точка b - любая точка участка ЬР эвольвенты ЬРс , выбираемая из конструктивных и техно/ю- гических соображений, и обычно задаваемая профильным углом а, меньшим угла зацепления эвольвент as ,который также

задается из конструктивных и технологических соображений. Точка Р - полюс зацепления. Точка А является точкой перехода укороченной эпициклоиды АВ в окружность вершин. Точка В эвольвенты ВРС находится как точка сопряжения с точкой b эвольвенты ЬРс. Точка В является точкой перехода эвольвенты ВРС в укороченную эпициклоиду ВА. Точка С эвольвенты СРВ выбирается также как и точка b из конструктивных и технологических соображений, она является точкой перехода эвольвенты СРВ в удлиненную эпициклоиду CD, которая вычерчивается точкой d при качении центроиды 6 по центроиде 7. Точка D является точкой перехода удлиненной эпициклоиды CD в окружность впадины. Точка d является точкой перехода укороченной эпициклоиды cd в окружность вершин. Укороченная эпициклоида cd вычерчивается точкой С при качении центроиды 7 по центроиде 6. Точка с является точкой перехода укороченной эпициклоиды cd в эвольввенту с РЬ. Точка с эвольвенты сРЬ находится как точка , сопряженная с точкой С эвольвенты СРВ, Удли- ненная эпициклоида Ьа вычерчивается точкой А при качении центроиды 7 по центроиде 6. Точка а является точкой перехода удлиненной эпициклоиды Ьа в окружности впадин.

Необходимо соблюдать условие равенства суммы радиусов центроид 6 и 7 межцентровому расстоянию и сумме радиуса окружности вершин одного ротора и радиуса окружности впадин другого ротора, В общем случае радиусы центроид разные, то есть роторы имеют разное число зубьев, и положение точки b на эвольвенте сРЬ и положение точки С на эвольвенте СРВ разные, то есть профили роторов разные. Для объ- емных роторных машин с двумя роторами выгодно применять одну и ту же геометрию

ВЩ и ВМ, это позволяет применять для нарезки роторов один и тот же инструмент. Для этого необходимо, что радиусы центроид б и 7 были равны между собой, угол зацепления «s был один и тот же,из первого и второго условий следует равенство радиусов основных окружностей. Также необходимо, чтобы положение точек С и b на соответствующих эвольвентах было одно и то же, то есть, чтобы профильный угол а для них был один и тот же.

Объемная роторная машина работает следующим образом. При вращении роторов 1 и 2 обьемы жидкости, заключенные между ними и корпусом 3 и ограниченные взаимоогибаемыми профилями ABCD и abed, перемещаются из всасывающей камеры 4 в нагнетательную камеру 5. Использование описанного профиля при изготовлении цилиндрических зубчатых передач увеличивает КПД и уменьшает габариты, массу самого зацепления и машины, а также снижает трудоемкость их изготовления.

Формула изобретения

Циклоидальное зубчатое зацепление, содержащее зацепляющиеся между собой зубчатые роторы с взаимоогибаемыми профилями зубьев, имеющими головку, очерченную трохоидой, ножку, образованную удлиненной эпицик оидой, очерненной точкой окружности вершин другого профиля, и сопряженный с ними боковой участок, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД, боковые участки зуба образуются эвольвентой, а головка зуба образуется укороченной эпициклоидой, очерченной точкой сопряжения эвольвенты бокового участка с удлиненной эпициклоидой ножки другого профиля.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых зацеплениях рабочих органов объемных роторных машин. Цель изобретения - повышение КПД. Это достигается за счет того, что разработан профиль, применимый для больших относительных глубин нарезки роторов, обеспечивающий коэффициент перекрытия, больший единицы при малом количестве зубьев, что позволяет в ряде случаев обходиться без синхронизирующих шестерен. Кроме того, за счет увеличения теоретический герметичности зацепления повышен объемный КПД машины. 2 ил.