Зубчатая муфта

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для соединения валов машин и механизмов. Цель изобретения - повышение нагрузочной способности за счет выравнивания неравномерности распределения усилий между зубьями при перекосе осей. Зубчатая муфта содержит обойму 1 с прямыми зубьями 2 и втулку с бочкообразными зубьями 4, находящуюся в зацеплении с обоймой. При работе муфты с перекосом осей деформация зубьев, подвергающихся повышенной нагрузке, уменьшается на заданную величину вследствие утолщений 12 на боковых поверхностях зубьев. На менее нагружаемых зубьях нагрузка будет выше, чем при номинальной толщине зуба. Таким образом обеспечивается перераспределение нагрузки и снижение неравномерности распределения усилий между зубьями. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (51) 5 F 16 D 3/13

ОПИСАНИЕ ИЗОбРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4142341/31-27 (22) 05.11 ° 86 (46) 15.03.90. Бюл. ))- 10 (71) Николаевский кораблестроительный институт им. адм.С.О. Макарова (72) А.Л. Попов (53) 621.825 ° 5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1291747, кл. F 16 D 3/18, 1984. (54) ЗУБЧАТАЯ МУФТА (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для соединения валов машин и механизмов. Цель изобретения — повышение нагрузочкой способности за счет выравнивания неравномерности распределе2 ния усилий между зубьями при перекосе осей. Зубчатая муфта содержит обойму 1 с прямыми зубьями 2 и втулку с бочкообразными зубьями 4, находящуюся в зацеплении с обоймой. При работе муфты с перекосом осей деформация зубьев, подвергающихся повышенной нагрузке, уменьшается на заданную величину вследствие утолщений 12 на боковых поверхностях зубьев. На менее нагружаемых зубьях нагрузка будет выше, чем при номинальной толщине зуба. Таким образом обеспечивается перераспределение нагрузки и снижение неравномерности распределения усилий между зубьями. 1 s.ï.ô-лы,, 8 ил ° О

1550245

50 где»(— угол поворота произвольно рассматриваемой сопряженной пары зубьев, отсчитываемый от плоскости максимального нагружения зубьев, лежащей в плоскости XOY (фиг.1 и 3); радиус бочкообразности зубьев; угол перекоса осей.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для соединения валов машин и механиз- мов.

Цель изобретения — повышение нагрузочной способности путем выравнивания неравномерности распределения усилий между зубьями при перекосе осей.

1О

На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая зубчатая муфта при перекосе осей втулки и обоймы; на фиг.2— сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3— схема распределения нормальных боковых зазоров между бочкообразными зубьями втулки и прямыми зубьями обоймы при перекосе осей; на фиг. 4 — бочкообразный зуб втулки с утолщениями, расположенный между прямыми зубьями 20 обоймы, сечение; на фиг. 5 — бочкообразный зуб втулки с утолщениями и двумя кольцевыми канавками, сечение; на фиг. 6 — бочкообразный зуб втулки с утолщениями, расположенный между прямыми зубьями обоймы с утолщениями, сечение; на фиг. 7 — бочкообразный зуб втулки с утолщениями, расположенный между прямыми зубьями обоймы с утолщениями и с двумя кольцевыми 30 канавками, сечение; на фиг. 8 — расчетная схема для определения величины утолщения бочкообразных зубьев втулки, Зубчатая муфта состоит из обоймы

1 с прямыми зубьями 2 и втулки 3 с бочкообразными зубьями 4 (фиг. 1).

Ось 5 втулки 3 перекошена относительно оси 6 обоймы 1 на угол » . B среднем ненагруженном положении по отно- 40 шению к прямым зубьям 2 и 7 обоймы бочкообразный зуб втулки 3 изображен на фиг. 2. Соотношение распределения нормальных боковых зазоров между зубьями при перекосе осей в данном 45 случае имеет вид

С, = — (1 — cos» ), (R

Таким образом, для бочкообразного о зуба 8 при У = V,= 0 нормальный бокоI вой зазор равен С = С» = 0 и этот (о зуб находится в непосредственном соприкосновении с прямым зубом обоймы. Следующий бочкообразный зуб 9 (фиг. 3) при Ч = 4 характеризуется величиной зазора

Rg

C = ѻ(! — (1 — cos2 4 )

1

Бочкообразный зуб 10 при Ч = »( имеет зазор

С» = С»(» = — (1 — cos Ч ). к» г 2

Бочкообразный эуб 11, лежащий в плоскости, отстоящей от плоскости перекоса осей на угол, имеет нормальный боковой зазор при »(= ((/2, равный (l

С»(! = С» = R /2. и

В соответствии с распределением нормальных боковых зазоров между зубьями при перекосе осей, выраженным формулой (1), усилия распределяются между зубьями при передаче муфтой вращательного момента следующим образом: максимальное усилие воспринимается зубом 8, а минимальное— зубом 11 при условии полного выбора г зазора С» „ = R 4 /2 при нагружении.

Следовательно, чем меньше нормальные боковые зазоры между прямыми и бочкообразными зубьями f-11, тем равномернее распределение усилий между ними при нагружении зубчатой муфты. Указанное можно достичь утолщением 12 (фиг. 3) средней части бочкообразных зубьев на величину Д S с одной стороны зуба. Величина утолщения зуба »» 8 с двух сторон равна Д S = 2ЙБ, . В результате утолщения средней части зубча 11 на величину A S нормальный боковой зазор С между бочкообраз»f

Ч ным зубом 11 втулки и прямым зубом ! (! обоймы равен (фиг. 3) С». = С вЂ” AS< ° !

Аналогичная картина наблюдается при рассмотрении зубьев 8-10, где не показаны средние утолщенные участки зубьев с целью исключения загромождения фиг. 3. На фиг. 4 показан бочкообразный зуб 4 втулки длиной Ь с утолщениями 13 в средней части величиной 5 S 1, расположенными посредине между прямыми зубьями 2 и („ обойВ

MA((c y MAkc где (.! — суммар

45 откуда

М 2R Y г

3 3

5 155 мы, Длина С утолщенного участка зуба 4 определяется из выражения С =

= 2R ñîa -, где(1. — параметрический угол, характеризующий количество зубьев, находящихся в зацеплении.

Утолщенные участки зубьев длиной С описаны радиусом R1 который по своей величине меньше радиуса бочкообразности R. Фиг. 5 отличается от фиг. 4 тем, что средние утолщенные участки бочкообразных зубьев 4, очерченные радиусом Г!, отделены от торцовых участков зуба, очерченных радиусом бочкообразностч R, двумя кольцевыми канавками 14. Выполнение конструкции втулки, состоящей из трех венцов (фиг. 5), позволяет повысить податливость зубьев каждого из венцов вследствие уменьшения их длины. На фиг. 6 показаны бочкообразный зуб 4 с утолщением в средней части, который заключен между прямыми зубьями втулки, выполненными также утолщенными на средних участках 14 на величину Л Бг, с одной стороны зуба. Фиг.7 отличается от фиг. 6 тем, что утолщенные средние участки прямых зубьев обоймы отделены от торцовых участков зубьев кольцевыми канавками 15.

Рассмотрим обоснование выбора величин R Д$ и 4 Б2. В предлагаемой конструкции зубчатой муфть. снижение неравномерности распределения усилий между зубьями обусловлены перераспределением нагрузки с наиболее нагруженных на наименее нагруженные или ненагруженные зубья вследствие их утолщения на средних участках, например с зуба 8 на зуб 11 (фиг. 3). Обозначим через F усилие,,действующее на зуб

11, а через Р. = Š— усилие на зубе 8. Тогда контактные напряжения

ebz соответственно на зубьях 11 (2 и 8 пропорциональны:

R = R (2) ! Fz

Иэ выражения (2) очевидно, что так как Г > Г, то радиус R! всегда меньше радиуса бочкообразности. Величина утолщения бочкообразных зубьев выбирается иэ условия Л Б (R F /2.

При Д S = RF /2 (фиг. 3) зубья 8

f и 11 одновременно вступают в контакт.

Однако зуб 8 в отличие от зуба 11 касается сопряженного с ним прямого зуба обоймы в двух точках: одна из этих

5 точек (точка а) показана на фиг. 3, другой точкой является точка d (фиг.3).

Докажем контакт бочкообразного зуба 8 с прямым зубом обоймы в точке Х, обратившись к Лиг. 8. На фиг. 8 показан бочкообразный зуб 8, который в отличие от фиг, 3 разделен кольцевыми канавками 16 на три части. Из фиг. 8 следует что ad = а Ь + Ь v ° Величи-! (/ Я( (У на а Ь = х /2R, где х = Ь/2, Ь 22"(/

С учетом х и Ь окончательно получаем а Ь = R F /2. Если принять bd = Rf /2, то a Ú! = к /(.

При малых углах перекоса (((!/ С1 в судостроении) a Õ = а сГ (фиг. 3) .

20 В силу сказанного а Ь = bd = а Ъ, (/ — о

= Ь о. Таким образом, при и S!

= RV /2 = Ь d бочкообразный зуб 8 при перекосе осей касается прямого зуба обоймы не только в точке а, но

25 и в точке d . Поэтому во избежание указанного контакта зуба 8 в двух точках необходимо принять величину

ЙБ! (R Ó /2. В реальных условиях велиг, чину Л 8! необходимо определять из соотношения,г

Л 8, < R9 /2 -Д „„„... (3) которое также характеризует отсутствие контакта зуба в двух точках, но

35 уже при нагружении. Здесь Йма((с— максимальная деформация наиболее нагруженной пары зубьев, определяемая из выражения: ная податливость сопряженной пары зубьев;

FMä — усилие, действующее на наиболее нагруженную пару зубьев.

В результате численного анализа выражения (3) в широком диапазоне изменения параметров зубчатых муфт ус.тановлено, что величина и S! находит50 ся в следующих пределах-:

Rg К ( - /

6 3

Тогда величина утолщения зубьев

55 dS с двух сторон определяется из сотношения

1550245

При выборе величины Ь S необходимо также исходить из соотношения д St+

+ 6 Зг(R V Л 4 м кс

Муфта работает следующим образом.

При включении зубчатой муфты первым входит в контакт зуб 8, а последним — эуб 11, при этом зазоры, дефорМации и усилия между зубьями выглядят по другому, чем в муфте известной кон-10 струкции, что объясняется следующими обстоятельствами. Зуб 11 входит в контакт тогда, когда деформация зуба !

8 равна Сд„= Су„— Д S I, т.е. по сравнению с известной муфтой деформация зуба 8 уменьшается на величину 4 Я вследствие утолщения 12 бочкообразного зуба (фиг. 3). Уменьшение деформации зуба 8 на величину h S> вызывает снижение максимально действующей на- 20 груэки на этот зуб. Зато нагрузка, воспринимаемая зубом 11, где она минимальна, возрастает. Таким образом, В зубчатой муфте наблюдается перерас-. пределение нагрузки с наиболее нагру- 25 женного зуба 8 на менее нагруженный эуб 11, что сопровождается снижением неравномерности распределения усилий между зубьями, Распределение зазоров и нагруже- 30 ние зубьев 9 и 20 (фиг. 3) определяется в соответствии с распределением зазоров (деформаций ) и усилий между зубьями 8 и 11. Зуб 9, непосредственно прилегающий к зубу 8, харак( теризуется минимальным зазором С у

1 заключенным между крив олинеинои

1 (точка Ь) и прямолинейной образующими зубьев, Зуб 10, прилегающий к зубу 11, который находится в плоскос- 4р ти, отстоящей от плоскости перекоса осей на угол J характеризуется ми- Н нимальным зазором С,, заключенным г между выпуклой поверхностью утолщения 12 (точка д ) и прямолинейной 45 образующей зуба обоймы. Следовательно, зубья, прилегающие к зубу, определяемому углом о, „ характеризуются зазорами, заключенными между точками лежащими на поверхности утолщения

12 зубьев, и прямолинейными образующими зубьев обоймы. Зубья, прилегающие к зубу, определяемому углом II/2+

+dð, характеризуются зазорами между точками Ь, лежащими на криволинейных образующих бочкообразных зубьев, прямолинейными образующими зубьев обоймы, и эти зазоры зависят от величин утолщения зубьев.

При наличии кольцевых канавок (фиг. 5 и 7) работа предлагаемой зубчатой муфты аналогична работе зубчатой муфты без указанных канавок, но при этом максимально нагруженные зубья воздействуют не на всю длину зубьев, а попеременно на правые и левые венцы зубьев, вследствие чего повышается податливость указанных венцов и снижается неравномерность распределения усилий между зубьями.

Формула изобретения

1. Зубчатая муфта, содержащая втулку с наружными зубьями и охватывающую ее и кинематически связанную с ней обойму с зубьями на внутренней поверхности, отличающаяся тем, что, с целью повышения нагрузочной способности за счет выравнивания неравномерности распределения усилий между зубьями при перекосе осей, бочкообразные зубья втулки выполнены с утолщениями на средних участках боковых поверхностей, очерченными радиусом, меньшим по величине радиуса бочкообразности зубьев, а величина утолщения зубьев A S в среднем торцовом сечении определяется из соотношения

ВЧ/г 2КЧ г

3 - 3 где R — радиус бочкообразности зубьев; — угол перекоса осей.

2. Муфта по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что зубья обоймы на средних участках их боковых поверхностей выполнены с утолщениями и с прямолинейными боковыми участками.

1550245

1550245

Фиа 7

Составитель Г. Абрамова

Техред Л.Сердокова Корректор С.Шевкун

Редактор С. Лисина

Тираж 537

Заказ 260

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101