косозубая зубчатая передача
Классы МПК: | F16H55/08 профилирование F16H1/08 с винтовыми, шевронными или подобными зубьями |
Автор(ы): | Попов В.А., Долбенко Е.Т., Ламухин А.М., Скорохватов Н.Б., Синев О.В., Пименов В.Н. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Северсталь" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-05-28 публикация патента:
27.01.2004 |
Косозубая зубчатая передача относится к тяжелому машиностроению и может быть использована в редукторах прокатных станов, размольном оборудовании горнообогатительных комбинатов, тепловых электростанций, цементной промышленности и других объектах народного хозяйства. Косозубая зубчатая передача содержит шестерню и колесо с выпуклыми у головок и вогнутыми у ножек участками профиля зубьев. Выпукло-вогнутые участки профиля выполнены разделенными эвольвентным участком профиля одинаковой высоты на головке и ножке зубьев. Выпукло-вогнутые участки профиля зубьев выполнены в нормальном сечении передачи в виде дуг окружности с радиусом
n. Начало радиуса
n выпуклого и вогнутого участков профиля зубьев расположено на линии зуба, содержащей полюс зацепления. Конец одного радиуса расположен на вершинной линии эвольвентной поверхности головок зубьев, а конец второго радиуса - на нижней линии эвольвентной поверхности ножек зубьев. Высотные размеры выпукло-вогнутых участков профиля на головке и ножке зубьев выбраны по определенным зависимостям. Технический результат - повышение изгибной и контактной прочностей, плавности работы и технологичности. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222123/961.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222123/961.gif)
Формула изобретения
Косозубая зубчатая передача, содержащая шестерню и колесо с выпуклыми у головок и вогнутыми у ножек участками профиля зубьев, отличающаяся тем, что выпукло-вогнутые участки профиля зубьев выполнены разделенными эвольвентным участком профиля одинаковой высоты на головке и ножке зубьев, при этом выпукло-вогнутые участки профиля зубьев выполнены в нормальном сечении передачи в виде дуг окружности с радиусом, определяемым по зависимости![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-23t.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-24t.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222123/961.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-25t.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-26t.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-27t.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-28t.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к тяжелому машиностроению и может быть использовано в редукторах прокатных станов, размольном оборудовании горнообогатительных комбинатов, тепловых электростанций, цементной промышленности и других объектах народного хозяйства. Известна передача но ГОСТ 13755-81 "Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные. Исходный контур". Главным недостатком этой передачи является недостаточная устойчивость исходной геометрии активных поверхностей зубьев, следствием которой является существенное снижение контактной прочности и кинематической точности передачи в процессе ее эксплуатации. Известна модифицированная эвольвентная передача по патенту 2128303, которая обладает более высокой устойчивостью исходной геометрии активных поверхностей зубьев, чем передача по ГОСТ 13755-81. Однако в связи с тем, что дуговые участки профиля зубьев передачи по патенту 2128303 выполнены в торцовом сечении, требуется для каждого числа зубьев колес одного модуля своя червячная фреза. Кроме этого, профилирование выпукло-вогнутых участков зубьев червячной фрезы для зубообработки модифицированной эвольвентной передачи является непростой задачей, так как дуги профильной окружности в торцовом сечении передачи превращаются в неканонические кривые. Поэтому в индивидуальном производстве передач по патенту 2128303 их себестоимость существенно возрастает. Известна также передача по ГОСТ 15023-76 "Передачи Новикова цилиндрические с двумя линиями зацепления. Исходный контур", которая по технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близка к предлагаемой передаче, поэтому принята в качестве прототипа. Прототип обладает более устойчивой исходной геометрией активных поверхностей зубьев, чем передача эвольвентного типа, поэтому при модулях до 16 мм она обладает повышенной контактной прочностью активных поверхностей зубьев и кинематической точностью. Однако прототип, передача М.Л. Новикова, обладает следующими недостатками:1. Передача М.Л. Новикова, как правило, применяется с небольшими модулями, до 16 мм /ГОСТ 15023-76 на Передачи Новикова предусматривает модули до 16 мм включительно/, а широко распространенными модулями, например в тяжелом и металлургическом машиностроении, являются модули 20
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222006/247.gif)
1. Обеспечение двухпарного зацепления зубьев во всех относительных положениях шестерни и колеса. 2. Замена точечного контакта между выпукло-вогнутыми участками у вершины и корня зубьев на линейный. 3. Существенное увеличение радиусов кривизны выпукло-вогнутых участков профиля зубьев. Этот технический результат достигается тем, что выпукло-вогнутые участки профиля зубьев выполнены разделенными эвольвентным участком профиля одинаковой высоты на головке и ножке зубьев. Выпукло-вогнутые участки профиля зубьев выполнены в нормальном сечении передачи в виде дуг окружности с радиусом, определяемым по зависимости
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-2t.gif)
где ha э - высота эвольвентного участка профиля на головке зуба.
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
где ha g(hf g) - высота выпуклого /вогнутого/ участка профиля на головке /ножке/ зубьев, rk1 01 - радиус точки пересечения окружности вершин эвольвентных участков профилей зубьев колеса с линией зацепления, начало которого совмещено с осью шестерни,
r1 - делительный радиус шестерни,
m - нормальный модуль передачи. Высотные размеры эвольвентных участков профиля на головке и ножке зубьев определяются по зависимости
ha э=ha э=r1-rk1 01
где hf э - высота эвольвентного участка профиля на ножке зубьев. Признаки, отличающие предложенную передачу от прототипа, являются новыми и существенными. 1. Прототип может применяться только до модуля 16 мм включительно из-за недостаточной изгибной и контактной прочности зубьев, а предлагаемая передача может применяться до модуля 50 мм по ряду модулей действующего ОСТ 1597. 2. Изгибная прочность предложенной передачи как минимум больше в два раза в сравнении с изгибной прочностью, зубьев прототипа, так как нагрузка в предложенной передаче передается двумя парами зубьев вместо одной пары зубьев у прототипа. 3. Контактная прочность активных поверхностей зубьев предлагаемой передачи существенно выше контактной прочности прототипа, так как радиусы кривизны выпукло-вогнутых участков профилей зубьев больше в предлагаемой передаче в 1,5 раза. Так для прототипа радиус кривизны профиля головки зуба по ГОСТ 15023-76 составляет 1,15 модуля, а у предлагаемой передачи 1,76 модуля /см. пример конкретного выполнения предложенной передачи/. Передача нагрузки от шестерни колесу двумя парами зубьев одновременно в предложенной передаче вместо одной пары зубьев у прототипа также снижает контактные напряжения, благодаря чему повышается контактная прочность предложенной передачи. Предложенная передача поясняется чертежами
- на фиг.1 изображена схема предложенной передачи в нормальном сечении,
- на фиг.2 изображен исходный контур предложенной передачи,
- на фиг.3 представлена расчетная схема предложенной передачи. На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - шестерня, 2 - колесо, 3 - головка зуба, 4 - ножка зуба, 5 - профиль зуба, 6 - зуб,
hэ - эвольвентный участок профиля. ha э - эвольвентный участок профиля на головке зуба. hf э - эвольвентный участок профиля зуба на его ножке,
ha g(hf g - выпуклый (вогнутый) дуговой участок профиля на головке (ножке) зуба.
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222123/961.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
Р - полюс зацепления,
K1 - начало зацепления эвольвентных участков профилей зубьев,
К2 - конец зацепления зубьев,
r1, r2 - делительный радиуc шестерни, колеса,
rk1 01 - радиус окружности, на которой расположена начальная точка зацепления эвольвентных участков профилей зубьев, с центром на оси шестерни,
m - модуль нормальный,
l-l - линия зацепления,
O1, O2 - ось шестерни, колеса,
XO2Y - система координат,
ra1, ra2 - радиус окружности вершин зубьев шестерни, колеса,
xk1, yk1 - координаты точки К1,
xk2, yk2 - координаты точки К2,
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222077/969.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222077/969.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222123/961.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-3t.gif)
где ha э - высота эвольвентного hэ участка профилями 5 на головке 3 зубьев 6,
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222123/961.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222123/961.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222123/961.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
где ha g(hf g) - высота выпуклого /вогнутого/ участка профиля 5 на головке 3 /ножке 4/ зубьев 6. rk1 01 - радиус точки пересечения окружности вершин ra2 эвольвентных участков ha э профилей 5 зубьев 6 колеса 2 с линией l-l зацепления с началом радиуса rk1 01 на оси O1 шестерни 1,
r1 - делительный радиус шестерни 1,
m - модуль нормальный. Высотные размеры эвольвентных участков hэ профиля 5 на головке 3 ha э и ножке 4 hf э зубьев 6 определяются по зависимости ha э=hf э=r1-rk1 01,
где hf э - высота эвольвентного участка профиля 5 на ножке 4 зубьев 6. Зависимость, по которой определяется
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222123/961.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-4t.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-5t.gif)
Зависимости, по которым определяются высотные размеры выпукло-вогнутых участков ha g и hf g получены следующим образом: ha g выполнена на месте "мертвой зоны" на ножке зубьев и определяется по очевидной зависимости, фиг. 3, ha g=hм э=rk1 01-(r1-m)=rk1 01-r1+m, а hf g увеличена на величину радиального зазора 0,25
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
ha э=hf э=r1-rk1 01. Пример конкретного выполнения предложенной передачи для шестеренных валков "800" чистовой клети прокатного стана 2000. Исходные данные: m=30 мм, z1=z2=31, u=1,
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222011/946.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-6t.gif)
Определяем угол зацепления в торцовом сечении шестеренных валков
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-7t.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222002/176.gif)
Диаметр основной окружности
db1 = db2 = d1
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
Активный эвольвентный участок профиля на ножке зубьев меньше модуля из-за так называемой "мертвой зоны", величина которой определяется по зависимости hм э=ha g=rk1 01-r1+m. "Мертвая зона" не участвует в работе, не является активной и представляет собой нижнюю часть эвольвентного профиля на ножке зубьев шестерни и колеса. Согласно данному изобретению на месте этой зоны выполнены вогнутые участки профиля, часть которых контактирует с выпуклыми участками, выполненными на головках зубьев за счет сокращения эвольвентного профиля на головках зубьев. Благодаря этому исключены из работы эвольвентные участки профиля, которые в базовом варианте работают с максимальным скольжением и поэтому существенно снижают устойчивость исходной геометрии активных поверхностей зубьев и снижают КПД базовой передачи. Выпукло-вогнутые участки работают с чистым качением, что, естественно, повышает не только устойчивость исходной геометрии, но и КПД передачи, так как снижаются потери мощности на трение из-за того, что коэффициент трения при качении на порядок меньше коэффициента трения при скольжении. Определяем координаты точки К1, фиг.3. представляющей собой точку пересечения окружности ra2 вершин эвольвентных профилей парного шестеренного валка с линией l-l зацепления. Для этого решаем совместно их уравнения
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-8t.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-9t.gif)
x2-295,438
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
xk1=-58,834; yk1=425,956. Определяем rk1 01 радиус точки K1 относительно оси шестерни
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-10t.gif)
Высота эвольвентного участка профиля на ножке /головке/ зубьев шестерни составляет
ha э=hf э=r1-rk1 01=21,357 мм. Высота "мертвой зоны" составляет
hм э=m-ha э=8,463 мм. Определяем коэффициент торцового перекрытия эвольвентного участка профиля при ha э=hf э=21,357. В этом случае диаметр вершин эвольвентных профилей составляет
da2=d1+2ha э=842,714 мм. Итак, коэффициент торцового перекрытия равен
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-11t.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-12t.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222002/176.gif)
Величина
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222402/958.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222402/958.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222402/958.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222402/958.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222402/958.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
Поэтому в данном случае определяем диаметр вершин эвольвентных участков профилей, при котором
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222402/958.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-13t.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-14t.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222002/176.gif)
Определяем диаметр вершин эвольвентных профилей с углом профиля
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222010/945.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222002/176.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-15t.gif)
Чтобы определить высотные размены эвольвентного и выпукло-вогнутого участков профиля зубьев предложенной передачи, сначала определяем координаты точки К1 начала зацепления при новом значении da1 э. Для этого снова решаем систему уравнений
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-16t.gif)
x2-295,4379
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
xk1=-47,814; y=421,094. Определяем rk1 01
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-17t.gif)
Определяем высоту эвольвентного участка на головке /ножке/ зубьев ha э= hf э=r1-rk1 01=18,09 мм. Высота выпуклого участка профиля на головке зубьев
ha g=rk1 01-rk1+m=11,91 мм. Высота вогнутого участка профиля на, ножке зубьев
hf g=rk1 01-rk1+1,25
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
hм э=rk1 01-(r1-m)=11,91 мм,
то есть ha g=hм э, следовательно, активные выпукло-вогнутые участки профилей выполнены равными hv э=11,91 мм. Согласно фиг. 2 радиус профильной окружности на исходном контуре составляет
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-18t.gif)
Диаметр вершин зубьев предложенной передачи
da1=da2=d1+2( ha э+ha g)=860 мм. Диаметр впадин зубьев предложенной передачи
df1=df2=d1-2( hf g+hf э)=725 мм. Высота зубьев предложенной передачи h=0,5(da1-df1)=67,5 мм. Толщина зубьев но постоянной хорде составляет
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-19t.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222738/2222738-20t.gif)
Изготовление предложенной передачи выполняют на зубофрезерном станке методом обкатки заготовки зубчатого колеса /шестерни/ и червячной фрезы при вертикальной подаче. Для этого заготовку колеса /шестерни/ но широко известной технологии устанавливают на столе станка, а червячную фрезу с исходным контуром, представленным на фиг.2, устанавливают на суппорте станка. Наклоняют суппорт на угол в зависимости от угла наклона линии зуба нарезаемого колеса и угла наклона линии витка производящего червяка фрезы. В результате обкатки заготовок и инструмента получают передачу, у которой выпукло-вогнутые и эвольвентные участки профиля зубьев шестерни выполнены сопряженными с соответствующими профилями зубьев колеса, так как образование этих поверхностей выполнено в соответствии с первым способом Оливье образования сопряженных активных поверхностей зубьев передач. Во время работы предложенной передачи шестерня 1, фиг.1, вращается вокруг оси O1 и вращает колесо 2 вокруг оси O2. Работают как бы две передачи: одна с выпукло-вогнутым контактом в виде дуги окружности радиуса
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222123/961.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222123/961.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
![косозубая зубчатая передача, патент № 2222738](/images/patents/246/2222123/961.gif)
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) | ![]() |
Класс F16H1/08 с винтовыми, шевронными или подобными зубьями