Зубчатая муфта а.п.попова

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1393945

А1 (5!) 4 F 16 D 3/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ /

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ О

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4063606/31-27 (22) 25.02.86 (46) 07.05.88. Бюл. 1Ф 17 (71) Николаевский кораблестроительный институт им. адм. С.О. Макарова (72) А.П. Попов (53) 621.825.5(088.8) (56) Попов А.П. Зубчатые формы в судовых агрегатах. — Л,: Судостроение, 1985, с. 240. (54) ЗУБЧАТАЯ МУФТА А.П. ПОПОВА (57) Изобретение относится к области машиностроения, в частности к соединениям валов судовых машин. Цель— повышение нагруэочной и компенсирующей способностей путем уменьшения неравномерности распределения нагрузки между зубьями при перекосе осей.

Зубчатая муфта состоит из обоймы 1 с прямыми зубьями 2 и втулки 3 с бочкообразными (или прямыми) зубьями 4, Зубчатые венцы втулки 3 и обоймы 1 выполнены с дугообразными выемками на торцах. Выемки расположены в диаметрально противоположных зонах и смещены относительно друг друга на угол 90 . Зубья втулки с максимальной длиной находятся в зацеплении с зу-: бьями обоймы наименьшей длины. Зубья обоймы максимальной длины зацепляются с эубями втулки наименьшей длины в зоне, отстоящей от предыдущих на угол 90 . 7 ил.

С:

Ф

° °

CA

СО

CrO

CO

4ь

Сл

1393945

Изобретение относится к машиностроению, в частности к судовому машиностроению.

Цель изобретения — повышение на груэочной и компенсирующей возможностей путем уменьшения неравномерности распределения нагрузки между зубьями при перекосе осей.

На фиг. 1 изображена зубчатая муф- 10 та, общий вид; на фиг. 2 — разрез

А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — схема распределения нормальных боковых зазоров между ненагруженными зубьями при . перекосе осей; на фиг. 4 и 5 — кри1 вые распределения зазоров и усилий

: между зубьями стандартной зубчатой, муфты и предлагаемой муфты при пере косе осей; на фиг. 6 — форма развертки делительного цилиндра втулки зубчатой муфты; на фиг. 7 — то же, для

1 обоймы зубчатой муфты.

Зубчатая муфта состоит иэ обоймы 1 с прямыми зубьями 2 и втулки 3 с бочкообразными (или прямыми) зубьями 4. 25

| Причем ось 5 втулки перекошена, на угол ф относительно оси обоймы 1. В

1 сечении (фиг. 2) .бочкообразный зуб втулки, находящийся"в плоскости перекоса осей, является ненагруженным 30 и расположен симметрично относительно зубьев обоймы расстоянии 2 (J величина нормального бокового зазора).

Зубчатые венцы втулки 3 и обоймы 1 ( выполнены с дугообразными выемками 6 (На торцах. Это обеспечивает создание венцов с зубьями переменной длины.

Выемки 6 расположены в венцах в улки 4{) и обоймы в двух диаметрально противоположных зонах и смещены одна относио тельно другой на угол 90 . Причем для прямых зубьев втулки и обоймы длина зубьев определяется из выражения

2дБ-bh(i-cos 4)

icos q а для бочкообразных зубьев втулки и прямых зубьев обоймы длина зубьев определяется иэ,выражения

2 Б-R g (1 — cos (1)

ip с os q где b(p) — длина произвольно взятых зубьев, мм;

b — заданная (максимальная) . длина зубьев, мм1

R — радиус бочкообразности зубьев втулки, мм; угол перекоса осей, рад; угол поворота относительно оси, отстоящей от плоскости перекоса осей на

lt угол 2 + l rpap; ,(„. — угол зацепления, град, ВБ — зазор между контактными поверхностями равнонагруженной части зубьев при перекосе осей, принимаемый .bg для прямых зубьев дБ

4 для бочкообразных зубьев г

Ву

Выполнение зубчатых венцов втулки и обоймы с зубьями переменной длины обеспечивает снижение неравномерности распределения нормальных боковых зазоров между. зубьями, снижает неравномерность распределения усилий.

Для пояснения механизма выравнивания нагрузок между зубьями рассмотрим зубчатую муфту, которая имеет, например, число зубьев Z, равное 16. Тогда в одной четверти зубчатой муфты по окружности находится 4 зуба (фиг.3).

На схеме распределения нормальных боковых зазоров между прямыми зубьями втулки и обоймы указанной зубчатой муфты, оси которых перекошены по отношению друг к другу на угол, в одном секторе зубчатой муфты с углом .

ll охвата — (в трех других секторах

2 распределение зазоров аналогично), зуб 7 втулки, находящейся в плоскости, отстоящей от плоскости перекоса

Г осей на угол †находится в непо2 средственном соприкосновении с прямым зубом 8 обоймы. Однако следующий зуб 9 втулки характеризуется по отношению к зубу 10 обоймы определенной величиной нормального бокового зазора. В дальнейшем, по мере приближения к плоскости перекоса осей, величина нормального бокового зазора между зубьями втулки и обоймы возрастает, зубья 11 и 12 и, наконец, эуб

13 втулки, отстоящий от зуба 7

t (фиг. !) на угол —, имеет максимальную величину нормального боковоЪ4 го зазора, равную — . Распределение нормальных боковых зазоров между

1393945 ненагруженными прямыми зубьями втулки и обоймы подчиняется закону

C(qP — (1-cos q), Ь!!! где — угол поворота относительно оси (фиг. 4 и 5), отстоящей от плоскости перекоса осей.

При нагружении зубчатой муфты крутящим моментом первой начинает воспринимать усилия сопряженная пара зубьев 7 и 8 втулки и обоймы, затем ,9 и 10 и т.д. Последним вступает в контакт с зубом обоймы эуб 13 втулки при условии, если величина крутящего 15 момента достаточна для того, чтобы деформация наиболее нагруженной пары

Ь зубьев 7 и 8 оказалась вьппе

Предположим, что необходимо сбли- 2р зить зуб 13 (фиг. 3) с зубом 14 обоймы на величину Л $, Укаэанному сближению зубьев 13 и 14 препятствуют зубья 7 и 8, между которыми уже выбран нормальный боковой зазор, поэтому 25 зуб 7 не может перемещаться. Для того, чтобы зуб 7 сблизился с зубом 8 на величину ЛЯ, необходимо, как следует из фиг. 3, укоротить правую половину зуба 7 на величину участка 15, З0 равного аЬ (y), а всю длину зуба 7 уменьшить на величину двух частков

)5 и 16, равных между собой, т.е. на

2 Ь(V). При этом зазор между зубьями 7 и 8 в результате сближения на величину ДЯ становится равным нулю;

Так как следующий эуб 9 втулки

by находится на расстоянии C(q)= — (I2

-сов! ) от зуба IO обоймы, то для того, чтобы сблизить зуб 9 с зубом 10 до их соприкосновения на величину 8$ необходимо уменьшить длину зуба 9 с двух сторон на величину участков 17 и 18, которые по длине короче участ- 4> ков 15 и 16 зуба 7.

Для сближения очередного зуба 11 втулки с зубом 12 обоймы на величину

BS необходимость в уменьшении длины зуба 11 отпадает, так как минимальная величина зазора между зубьями Il и 12 равна l!S. Зуб 11 втулки (фиг.Э) характеризуется углом поворота = Ц.. о

Зуб 13 втулки, расположенный в плоскости перекоса осей, параллелен зубу 14 обоймы и характеризуется макЬ4> симальной величиной зазора — ко2 торий при сближении на величину ЙЯ

ycos y (3) уменьшается до д $! — — — -д$, следонаЬч тельно, надобность в уменьшении дли-. ны зуба 13 также отпадает.

В действительности число зубьев может быть равно не только )6, но может быть и больше 16. В таких случаях процесс постепенного уменьшения длины зубьев втулки продолжается до тех пор, пока из числа рассматриваемых и зубьев втулки, расположенных в одной четверти по окружности зубчатой муфты, не найдется такой эуб m, который по отношению к зубу m+I обоймы характеризуется величиной зазора

ВS, определяемого углом поворота ! = о.

Из этого следует, что зубья втулки, принадлежающие одному сектору зубчатой муфты с углом охвата

7f

2 являются неодинаковыми по длине. Причем наиболее нагруженный зуб имеет минимальную длину Ь„,д (фиг. 2), а наименее нагруженный он может быть

H ненагруженным) зуб — максимальную длину Ь „„,, равную первоначальной длине зубьев b. Кроме того, уменьшение зубьев от длины Ь до длины Ьщ„„ происходит в пределах угла р = ц„.

Определим закон изменения длины прямых зубьев втулки с учетом их сближения на величину В S. Из рассмотрения фиг. 3 (зубья 9 и 10) очевидно, что величина сближения зуба 9 с зубом 10, обусловленная уменьшением длины зубьев, равна >S(q),и имеет вид и $(1р) =й Я- (1-cos p) .. (1 )

Величина уменьшения длины зуба 9 втулки, равная 2ЯЬ(у), определяется из рассмотрения прямоугольного треугольника аЬс:

2 Ь 2ас 2ас

2аЬ=

81п ф л

) zan(V) (2) ! усов у где аЬ=йЬ(Ц);

ac=8 S(q); (=ycos щ

sin y при малых углах равен Ч „.

Л, Тогда длина Ь() укороченного зуба 9 втулки с учетом выражений (!) и (2) равна:

Ь(! )=Ь-2йд(! )=

l393945

Таким образом, выражение (3) явпяется исходным для определения закона изменения длины зубьев предлагаемой зубчатой муфты. В этом выражении не5 известной величиной является задаваемая в процессе проектирования величина сближения зубьев >lS, которую выбирают следующим образам. Если принять

b9 t0

hS= —, что исключает неравномерность распределения зазоров и усилий между зубьями, то в этом случае длина зубьев b(q), как следует иэ (3), равна нулю, Поэтому в качестве вели-15 чины сближения зубьев следует выбиЬ рать такую величины д $ (— при ко-.

2 торой вследствие иэменення длины зубьев их напряженное состояние не 20 изменяется. В результате проделанных расчетов установлено, что величину сближения зубьев следует назначать исходя из соотношения д Б (— .

Ъ

4 25

Очевидно, что закон распределения деформаций между нагруженными зубьями определяется законом распре деления нормальных боковых зазоров между ними. ЗО

Кривая l9 (фнг. 4) представляет собой закон распредепения нормальных боковых зазоров между зубьями при перекосе осей, а кривые 20 и 21

35 распределение усилий между зубьями, соответствующее указанному закону распределения зазоров. Причем кривая

20 характеризует случай, когда деформация наиболее нагруженной пары зу- 40

bp бьев больше . —, а кривая 21 характерна для случая, когда деформация максимально нагруженной пары зубьев меньше

Ь|Р

Таким образом, чем.меньше величины нормальных боковых зазоров между зубьями, тем ниже неравномерность распределения усилий между ними. ТеоЬ ретически при — 0 все зубья втул2 ки контактируют с зубьями обоймы, и в этом случае усилия распределяются равномерно между ними, однако практически это осуществить очень трудно. В то же время представляется возможным уменьшить величины нормаль" ных боковых зазоров между зубьями путем их сближения эа счет изменения. длины зубвев.

Кривая 22 (фиг. 5) характеризует изменение зазоров между зубьями втулки и обоймы с учетом изменения их длины. Как видно, при q -- g, зазоры между зубьями равны нулю и лишь начиИ ная от < = ip до Ц вЂ” зазоры между о 2 зубьями изменяются по закону формулы (1). В соответствии с распределением зазоров (кривая 22) распределяются усилия между зубьями (кривая 23). На дуге окружности радиусом

r (фиг. 5) с углом охвата q = tp усилия равномерно распределены между зубьями, а на дуге охвата от ц= (р до \

И

Ч= — наблюдается неравномерность .

2 распределения усилий.

Схематический характер распределения боковых зазоров между зубьями (фиг. 3) аналогичен характеру распределения зазоров между зубьями, нахо,дящимися в секторе зубчатой муфты, который расположен диаметрально противоположно рассматриваемому сектору зубьев. Вся разница заключается лишь в том, что.зубья в диаметрально противоположнп расположенном секторе контактирует не правыми торцами, а левыми, При повороте зубчатой муфты на угол — в зону максимального перекоf

2 са зубьев попадают зубья втулки, имеющие длину. С целью сохранения эффекта, направленного на снижение неравномерности распределения усилий между зубьями при перекосе осей, необходимо, чтобы с длинными зубьями втулки контактировали короткие зубья обоймы. При этом длина зубьев обоймы определяется аналогично длине зубьев втулки.

Таким образом, при повороте зубчатой муфты на один оборот в зону максимального перекоса зубьев дважды попадают короткие зубья втулки, находящиеся в зацеплении с длинными зубьями обоймы, и дважды короткие зубья обоймы, находящиеся в зацеплении с длинными зубьями втулки.

Ь

Определим угол с = у при dS= —, o 4 в пределах которого все зубья втулки соприкасаются с зубьями обоймы вследствие неодинаковой длины зубьев, При

1393945

1, величина gS(q)=0, в связи с чем из выражения (2) следует

Ь4

2аБ 4

cos y =1- =1—

О bV bV

=0,5, 5

It откуда ч"о 3

Форма развертки 24 делительного цилиндра втулки (фиг. 6) и форма развертки 25 делительного цилиндра обоймы (фиг. 7) получены по формуле (3)

Ь при 4 $= — . Кроме того, из располо15 жения этих раверток одна относительно другой (фиг. 6 и 7), следует, что при сборке предлагаемой зубчатой муфты короткие зубья втулки должны зацепляться с длинными зубьями обоймы, а короткие зубья обоймы, наоборот, с длинными зубьями втулки.

Снижение неравномерности распределения усилий между зубьями в предлагаемой зубчатой муфте, повьппение ее нагруэочной и компенсирующей способности осуществляется не только эа счет изменения длины зубьев, но и вследствие возрастания податливости укороченных зубьев. Предлагаемое решение полностью распространяется на зубчатую муфту с бочкообразными зубьями втулки и прямыми зубьями обой" мы. При этом зависимости (1) и (3) имеют вид

aS(V)=aS- (1-cos q);

Ry z

35 () 28S-Rì (1-cos p)

icos Ч

В качестве допускаемой величины сближения бочкообразных зубьев втул40 ки с прямыми зубьями обоймы следует

R ttt R Ч г принимать 8 S . При LI S=

4 4 угол Ц = ч„ при котором не изменяется длина зубьев, определяется иэ выраже45 ния (4) при tt1 S(q)=0 и равен

cos p,=l-0,5=0,5, откуда

V =— о 4

Таким образом, наличие бочкообразности у зубьев втулки позволяет по сравнению с прямыми зубьями вследствие разных углов < уменьшить в зчбчатой муфте количество зубьев, длина которых подлежит изменению, Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Зубчатая муфта, содержащая зубчатую обойму и находящуюся с ней в зацеплении зубчатую втулку, о т л и ч а ю щ а.я с я тем, что, с целью повышения нагрузочной и компенсирующей возможностей путем уменьшения неравномерности распределения нагрузки между зубьями при перекосе осей, зубчатые венцы втулки и обоймы выполнены с дугообразными выемками на торцах, расположенными в каждой из них в двух диаметрально противоположных зонах и смещенными одна относительно другой на угол 90, причем для прямых зубьев втулки и обоймы длина зубьев определяется из выражения

2d Я-ЬМ(1-соs Ч)

tttcos ц а для бочкообразных зубьев втулки и прямых зубьев обоймы длина зубьев определяется иэ выражения г г () 24S-R ttt (1-cos Ч)

g cosg где Ь(ч) — длина произвольно взятых зубьев, мм; д — заданная (максимальная) длина зубьев, мм;

R — радиус бочкообразности зубьев втулки, мм; — угол перекоса осей, град; р — угол поворота относительно оси, отстоящей от плос" кости перекоса осей на

ll угол — +а, град, d| — угол зацепления, град;

ВЯ вЂ” зазор между контактными поверхностями равнонагруженной части зубьев при перекосе осей, принимаемый для прямых зубьев t1 $ «(——

b4

4 для бочкообразных зубьев

4.1 ("4

М-А

Ф) !

393945

1393945

Составитель Г. Абрамова

Редактор В. Петрами Техред М.Ходанич Корректор Г. Решетник

Заказ )949/32

Подписное

Тирах 784

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Укгород, ул. Проектная, 4