модифицированная эвольвентная зубчатая передача
Классы МПК: | F16H1/06 с параллельными осями F16H55/08 профилирование |
Автор(ы): | Корышев А.Н., Стрельников Н.Н., Попов В.А. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-12-16 публикация патента:
27.03.1999 |
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в редукторах и трансмиссиях для привода различных машин и оборудования. Шестерня (колесо) модифицированной эвольвентной зубчатой передачи имеет криволинейную модификацию профилей головок зубьев в виде дуги окружности. Модифицированные участки профиля головок зубьев колеса (шестерни) выполнены сопряженными с соответствующими им участками профиля на ножке зуба шестерни (колеса) в торцeвом сечении передачи. При этом центр профильной окружности модифицированных участков совмещен с полюсом зацепления. Радиус
t профильной окружности определяется по зависимости
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303t.gif)
где
абсциссa точки k1 пересечения окружности вершин эвольвентных участков k1в профилей зубьев колеса с линией зацепления l-l;
t- торцевoй делительный угол профиля зуба. При этом величина части коэффициента торцового перекрытия, определяемая эвольвентными участками профилей, выполнена не менее 1,1 для прямозубой и более 1,0 для косозубой передач. Такое выполнение модифицированной эвольвентной зубчатой передачи позволяет повысить нагрузочную способность и ресурс кинематической точности передачи. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128106/961.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303t.gif)
где
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-2t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128024/945.gif)
Формула изобретения
Модифицированная эвольвентная зубчатая передача, содержащая шестерню и колесо с криволинейной модификацией профилей головок зубьев в виде дуги окружности, отличающаяся тем, что модифицированные участки профиля головок зубьев колеса (шестерни) выполнены сопряженными с соответствующими им участками профиля на ножке зубьев шестерни (колеса) в торцевом сечении передачи, при этом центр дуги окружности модифицированных участков совмещен с полюсом зацепления, а радиус профильной окружности определяется по зависимости![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-49t.gif)
где
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-50t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128024/945.gif)
при этом величина части коэффициента торцевого перекрытия, определяемая эвольвентными участками профилей, выполнена не менее 1,1 для прямозубой и более 1,0 для косозубой передач.
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в редукторах и трансмиссиях для привода различных машин и оборудования, например, в главных редукторах прокатных станов и главных передачах рудо- и углеразмольных мельниц. Широко известная эвольвентная передача (см. Я.И.Дикер. "Эвольвентное зацепление". - М., 1935 г.), обладающая следующими недостатками:- вследствие неравномерного износа активных поверхностей зубьев (в полюсе зацепление чистое качение, поэтому здесь износ практически отсутствует, а у вершины и корня зуба -максимальное скольжение, поэтому здесь зубья существенно изнашиваются) имеют место пульсация передаточного числа, снижение кинематической точности передачи, возникают динамические нагрузки, что в конечном счете приводит передачу к выходу из строя по контактной или по изгибной прочности зубьев. Также широко известна модифицированная эвольвентная передача, конструкция которой определена рекомендациями действующего ГОСТ 13755-81 "Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные". По рекомендациям ГОСТ 13755-81 модификации подвергается только головка зубьев шестерни и колеса, при линия модификации - прямая, а коэффициенты высоты и глубины модификации составляют соответственно 0,45 и 0,008 от модуля передачи. Следовательно, модифицированные участки профилей зубьев выводятся из зацепления, являются несопряженными, а сопряженные участки профилей (эвольвентные) по высоте зуба составляют 1,1 модуля вместо двух модулей передачи, немодифицированной по ГОСТ 13755-81. В связи с этим такая модифицированная зубчатая передача требует осторожную длительную приработку, так как из зацепления выведено 45% активной поверхности зубьев передачи. Однако, несмотря на этот недостаток, модификация зубьев даже таким примитивным путем является полезной, так как облегчает процесс перехода эвольвентной поверхности к более устойчивой форме и способствует более плавной работе передачи после необходимой осторожной и длительной приработки. Известна также эвольвентная зубчатая передача с криволинейной модификацией профилей зубьев колес (а.с. 945524 F 16 H 1/06), которая отличается тем, что модифицированный участок (опять только на головках зубьев) профиля описан кривой радиусом (0,3 - 0,8) mn, при этом длина модифицированного участка профиля выбрана из условия
h = C
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128047/183.gif)
где C - коэффициент, учитывающий среду и материал зубчатых колес;
H - средняя твердость колес передачи в единицах шкалы Виккерса. Передача по а.с. 945524 по технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близка к предлагаемой передаче, поэтому принята в качестве прототипа. Передача по а.с. 945524, прототип, обладает всеми теми же недостатками, что и эвольвентная передача, модифицированная по рекомендациям ГОСТ 13755-81:
- модифицированный участок головки зуба колеса выведен из зацепления с ножкой зуба шестерни, а модифицированный участок головки зуба шестерни выведен из зацепления с ножкой зуба колеса, следовательно, в зацеплении осталась только средняя часть зуба с эвольвентным профилем, поэтому нагрузочная способность передачи существенно снижена и передача требует осторожную и длительную приработку;
- кривая модификации назначена валюнтаристически, не является тем устойчивым профилем, который сохраняется после приработки передач. Более того, кривая модификации по а.с. 945524 не может иметь сопряженную поверхность на соответствующем участке зуба колеса (шестерни), так как не удовлетворяются требования основной теоремы зацепления, теоремы Виллиса (см. Ф.Л. Литвин. "Теория зубчатых передач". - М., 1960 г., стр. 18-20), по которой нормаль к каждой точке контакта должна проходить через одну и ту же точку - полюс зацепления;
- передача, модифицированная по а.с. 945524, имеет коэффициент торцового перекрытия 1-1,1, это означает, что нагрузка от шестерни к колесу передается одной парой зубьев, одним зубом шестерни и одним зубом колеса, поэтому нагрузочная способность такой передачи существенно ограничена. Из-за указанных недостатков прототип обладает низкими нагрузочной способностью и ресурсом плавной работы. Целью и задачами предлагаемого изобретения являются повышение нагрузочной способности и ресурса кинематической точности (плавности работы) передачи. Техническим результатом, за счет которого решаются поставленная цель и задача, является обеспечение сопряженности модифицированных участков профилей зубьев сразу после ее изготовления, существенное повышение устойчивости исходной геометрии активных поверхностей зубьев и обеспечение двухпарного зацепления зубьев во всех относительных положениях шестерни и колеса. Этот технический результат достигается тем, что модифицированные участки профиля головок зубьев колеса (шестерни) выполнены сопряженными с соответствующими им участками профиля на ножке зубьев шестерни (колеса) в торцовом сечении передачи. При этом центр профильной окружности модифицированных участков совмещен с полюсом зацепления, а радиус окружности определяется по зависимости
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-4t.gif)
где
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-5t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128024/945.gif)
1. Коэффициент торцового перекрытия предложенной передачи во всех фазах зацепления равен числу два вместо 1,1 (1,0) (см. ГОСТ 13755-81), следовательно, во всех фазах зацепления имеет место двухпарное зацепление, что положительно влияет на нагрузочную способность передачи. 2. Модифицированные участки профилей зубьев предложенной передачи являются сопряженными с линейным контактом, так как нормаль в любой точке контакта, являясь радиусом профильной дуги окружности, проходит через одну и ту же точку - полюс зацепления, а у прототипа модифицированные участки выведены из зацепления. 3. Предложенная передача обладает повышенной устойчивостью исходной геометрии, так как на периферийных участках эвольвентного профиля, где происходит максимальный износ зубьев, скольжение заменено чистым качением, что естественно повышает ресурс плавной работы и КПД передачи. Предложенная передача поясняется чертежами: на фиг. 1 изображена схема зацепления зубьев шестерни и колеса в торцовом сечении передачи, а на фиг. 2 изображена расчетная схема для определения координат входной и выходной точек контакта эвольвентных участков профилей зубьев. На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения:
1 - шестерня;
2 - колесо;
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128106/961.gif)
k1 В и KB" - эвольвентные участки профиля зуба;
АК1, BC и aK, B"C" дуговые участки профиля зуба;
r1, r2 - делительные радиусы шестерни и колеса;
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128024/945.gif)
P - полюс зацепления;
l-l - линия зацепления;
C - радиальный зазор;
K1(K2) - входная (выходная) точка контакта эвольвентного участка профиля;
rэa1 и (rэa2) - радиус вершин эвольвентного участка профиля зуба шестерни (колеса);
aw - межосевое расстояние;
O1,O2 - оси вращения шестерни и колеса;
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-6t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-7t.gif)
YO2X - система координат. Предложенная передача содержит шестерню 1 (фиг. 1) и колесо 2 с криволинейной модификацией профилей головок зубьев и виде дуги окружности. Модифицированные участки AK1, aK профиля головок зубьев колеса 2 (b" c" шестерни 1) выполнены сопряженными с соответствующими им участками AK1, A"K" профиля на ножке зубьев шестерни 1 (B"C" колеса) в торцовом сечении передачи. При этом центр P профильной окружности модифицированных участков AK1, aK, A"K", BC, B"C", b"c" совмещен с полюсом P зацепления. Радиус
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128106/961.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-8t.gif)
где
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-9t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128024/945.gif)
m = 30 мм - модуль нормальный;
Z1 = 38, Z2 = 112 - числа зубьев шестерни и колеса;
a = 2600 мм - межосевое расстояние;
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128024/945.gif)
X1=X2=0 - коэффициент смещения исходного контура;
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128040/946.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-10t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-11t.gif)
Угол зацепления в торцовом сечении передачи
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-12t.gif)
Основные диаметры шестерни и колеса
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-13t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-14t.gif)
Принимаем высоту модифицированного участка профиля на головке зуба колеса (шестерни), равной h" = 5 мм, поэтому высота эвольвентного участка профиля на головке зуба составит
hэa = m-h
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128168/697.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-15t.gif)
где
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-16t.gif)
dэa1 = d1+2hэa = 1367,333;
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128024/945.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-17t.gif)
dэa2 = d2+2hэa = 3932,666;
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128024/945.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/950.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128024/945.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-18t.gif)
В результате решения этих уравнений имеем
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-19t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-20t.gif)
В результате решения этих уравнений имеем
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-21t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-22t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-23t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-24t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/950.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128024/945.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-25t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-26t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-27t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-28t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-29t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-30t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-31t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-32t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128106/961.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-33t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-34t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-35t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-36t.gif)
где
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-37t.gif)
В стандартной, в том числе и в базовой передачах, активная поверхность зуба распространяется не на всю его высоту. У корня зуба есть участок профиля, который не является активным, то есть не принимает участие в передаче нагрузки от шестерни колесу, так как входная K1 и выходная K2 точки линии зацепления расположены не на межосевом перпендикуляре, а на некотором удалении от него в одну и другую стороны. Этот участок профиля представляет собой "мертвую" зону, которая в предлагаемом модифицированном зацеплении превращена в активный участок профиля зуба. Для определения высоты "мертвой" зоны в стандартной, базовой передаче сначала определим высоту активного участка профиля ножки зуба в базовой передаче (прототипе). Для этого решаем совместно уравнение окружности ra1 = 688,666 и уравнение прямой l-l
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-38t.gif)
Координаты точки kб2 базовой передачи составляют
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-39t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-40t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-41t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-42t.gif)
Следовательно, в базовой передаче высота "мертвой" зоны профиля зуба колеса составляет
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-43t.gif)
da1 = d1 + 2m + 2
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128047/183.gif)
da2 = d2 + 2m + 2
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128047/183.gif)
у шестерни
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-44t.gif)
у колеса
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-45t.gif)
Определяем диаметры впадин зубьев шестерни и колеса модифицированной передачи
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-46t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128047/183.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128047/183.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-47t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128047/183.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128047/183.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128303/2128303-48t.gif)
![модифицированная эвольвентная зубчатая передача, патент № 2128303](/images/patents/343/2128106/961.gif)
Класс F16H1/06 с параллельными осями
Класс F16H55/08 профилирование
червячная цилиндрическая передача с трехпарным зацеплением - патент 2529076 (27.09.2014) | |
узел крепления для кресла транспортного средства - патент 2516843 (20.05.2014) | ![]() |
цилиндрическая зубчатая передача и способ изготовления колес передачи - патент 2510472 (27.03.2014) | ![]() |
зубчатая передача (варианты) - патент 2502903 (27.12.2013) | ![]() |
зубчатое колесо - патент 2502004 (20.12.2013) | ![]() |
зубчатое колесо - патент 2494296 (27.09.2013) | ![]() |
зубчатое колесо - патент 2491458 (27.08.2013) | ![]() |
дифференциалы с лобовыми шестернями и встроенным передающим момент кольцом - патент 2487283 (10.07.2013) | ![]() |
зубчатое колесо - патент 2482356 (20.05.2013) | ![]() |
зубчатое колесо - патент 2481517 (10.05.2013) | ![]() |