Зубчатая муфта

 

(19) КЦ (11) (51}5 F1603 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5058808/27 (22) 14.08.92 (46) 30.10.93 Бюл. Йв 39-40 (71) Производственное объединение "Электрост альт яжмаш" (72) Робер АИ„Шмидров Ю.П„Уткин Б.С„Строкова

В.И. (73) Производственное объединение "Электростапьтяжмаш" (54) ЗУБЧАТАЯ МУФТА (57) Использование: может быть использовано в приводах различного оборудования для соединения валов с угловым перекосом осей. Сущность изобретения: зубчатая муфта содержит насаженные на валы 1 и 2 зубчатые втулку 3 и обойму 4, входящие в зацепление. На внутренней зубчатой поверхности обоймы и на наружной зубчатой поверхности втулки выполнены кольцевые канавки 5 и

8, делящие поверхности на два соответствующих зубчатых венца 6,7 и 9,10. Размеры зубчатых венцов втулки и обоймы связаны с углом перекоса втулки в обойме и диаметром окружности выступов зубчатых венцов втулки ипи впадин обоймы определенными соотношениями. Кроме того, втулка 3 может быть вьвтолнена в виде набора по меньшей мере двух втулок концентрично установленных друг в друге. Благодаря зацеплению.каждого из зубчатых вееров втулки только с одним зубчатым венцом обоймы каждый зуб обоих зубчатых венцов втулки испытывает нагрузку, проходя через одну зону нагружения также как и каждый эуб зубчатых венцов . обоймы. 1эл. ф-лы12ил.

2002136

Изобретение относится к машиностроению и касается усовершенствования конструкции зубчатой муфты. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано в привОдах раэличногооборудования для соединения валов с угловым перекосом осей, Известна зубчатая муфта, содержащая втулку C HBplæíoé эубчатОЙ поверхностью и входящую с ней в зацепление своей внутренней зубчатой поверхностью обойму (1), Недостатком такой конструкции является то, что для обеспечения возможности увеличения угла перекоса втулки в обойме необходимо увеличить боковые зазоры в зацеплении. При этом увеличиваются нагрузки на зубья, уменьшается количество зубьев, участвующих в передаче усилий.

Известна зубчатая муфта, содержащая втулку с наружной зубчатой поверхностью и входящую с ней в зацепление своей внутренней зубчатой поверхностью, разделенной кольцевой канавкой на два.венца, обоЙму(2).

Недостаток известной конструкции эуб- 25 чатой Муфты заключается в том, что зубчатый венец втулки за определенное время

Ъ работы находится под нагрузкой вдвое большее количество циклов по продолжиг тельности, нежели зубчатые венцы обоймы

Это снижает долговечность втулки муфты, а следовательно, и муфты в целом, Причина заключается в том, по зубчатая втулка, имеющая один венец, входит в зацепление с каждым из двух зубчатых венцов обоймы, разделенных кольцевой канавкой, т,е, при вращении муфты за один ее оборот каждый зуб зубчатого венца втулки испытывает нагрузку в двух зонах нагружения, т,е, с каждым из зубчатых венцов обоймы, каждая из 40 которых охватывает часть окружности венца втулки; а каждый зуб каждого зубчатого венца обоймы нагружаемся теми же усилиями, но при прохождении только однОЙ 30ны, являющейся половинной частью зоны иа- 45 гружения втулки, Другим недостатком указанной конструкции является ограничение возможности углового перекоса до величины, определяемой размерами втулки и обоймы муфты. 50

Целью изобретения является повышение долговечности муфты за счет равномерности распределения нагрузок между зубчатыми венцами втулки и обоймы и уменьшение вдвое продолжительности цикла нагружения зубьев зубчатой втулки, Целью изобретения является также увеличение угла перекоса зубчатой втулки в обойме эа пределы, определяемые заданными соотношениями, связывающими диаметр окружности выступов венцов втулки. (или впадин обоймы) и угол перекоса с размерами венцов.

Это достигается тем, что зубчатой муфте. содержащей насаженные на валы втулку с наружной зубчатой поверхностью и обойму, входящую с ней в зацепление своей внутренней.зубчатой поверхностью, разделенной на два венца кольцевой канавкой, согласно изобретению на наружной поверхности втулки выполнена кольцевая канавка, делящая ее на два венца, каждый иэ которых одновременно входит в зацепление только с одним зубчатым венцом на внутренней поверхности обоймы в диаметрально и противоположно расположенных зонах, симметричных относительно кинематического центра муфты, при этом размеры зубчатых венцов втулки и обоймы связаны с углом перекоса втулки в обойме и диаметром окружности выступов зубчатых венцов втулки (или впадин обоймы) следующими соотношениями:

d з1п в = а1(1 + cos в) + б т (1 + cos а) +

+2(с+ П)

П+ Ь1cos ак ат

° е а

sin m где в — угол перекоса зубчатой втулки с охватывающей ее обоймой:

d — диаметр окружности выступов зубчатых венцов втулки (или впадин обоймы) в среднем сечении зубьев; ат — расстояние междузубчатыми венцами втулки; с — расстояние с каждой стороны относительно кинематического центра муфты между наружным торцом зубчатого венца втулки и внутренним — обоймы при их соосном положении;

П вЂ” перекрытие зуба втулки (обо мы) торцовой внутренней плоскостью зуба обоймы (втулки) при угловом перекосе осей втулки и обоймы;

hz — высота зуба обоймы;

К вЂ” коэффициент условного наибольшего перекрытия по высоте зубьями втулки зубьев обоймы; 0 К < 1, Кроме того, в зубчатрй муфте втулка выполнена в виде набора по меньшей мере двух концентрично установленных друг в друге зубчатых втулок, на наружной и внутренней поверхностях которых, кроме внутренней поверхности втулки. Насаживаемой на вал, выполнены упомянутые кольцевые канавки.

2002136

20 соединение валов, угол перекоса между которыми значительно превышает величину 30

П + Ь1 cos ах а1

sin cu

Такое конструктивное выполнение зубчатой муфты обеспечит равномерность распределения нагрузок между зубчатыми венцами втулки и зубчатыми венцами обоймы и уменьшение вдвое продолжительности цикла нагружения зубьев зубчатой втулки.

Это достигается благодаря выполнению согласно формуле изобретения наружной зубчатой поверхности втулки.

Вследствие этого при вращении муфты эа один ее оборот каждый зуб обоих зубчатых венцов втулки испытывает нагрузку, проходя каждый только через одну зону нагружения, также как и каждый зуб зубчатых венцов обоймы, Такая схема нагружения зубчатых венцов втулки и обоймы позволяет повысить долговечность втулки, а следовательно, муфты в целом.

Выполнение зубчатых венцов втулки и обоймы с размерами, определяемыми предлагаемыми соотношениями, позволит повысить долговечность муфты при заданных углах перекоса соединяемых валов, При этом выполнение втулки муфты согласно п.2 формул ы позволит увеличить угол перекоса втулки в обойме, что обеспечит угла, определяемого упомянутыми выше соотношениями.

На фиг.1 изображена зубчатая муфта, продольный разрез; на фиг,2 — зубчатая муфта с втулкой, выполненной в виде набора втулок (кинематические центры совмещены); на фиг.3 — то же (кинематические центры смещены); на фиг,4 — комплект из двух зубчатых муфт с параллельным смещением соединяемых валов (кинематические центры муфт смещены); на фиг.5 — схема . зацепления ближайших зубчатых венцов втулки и обоймы при перекосе и соосном их положении; на фиг.б — то же, при перекосе втулки и обоймы; на фиг.7 — схема зацепления зубчатых венцов втулки и обоймы, расположенных по разные стороны от кинематического центра; на фиг.8 — то же, с большим расстоянием (а1) между зубчатыми венцами втулки и обоймы; на фиг.9 — зоны нагружения (Л и П) зубчатых венцов втулки и обоймы при их перекосе; на фиг.10 — эпюра распределения нагрузок на зубьях венцов втулки, в зоне Л: на фиг,11 — то же, в зоне П; на фиг.12 — графики длительности нагружения каждого из зубьев каждого зубчатого венца втулки (обоймы) при передаче крутящего момента за один оборот муфты: а — то же, в зоне "Л" б — то же. в зоне "П"

55 в — то же, flo всей делительной окружности с полным углом поворота р, равного 2П.

Зубчатая муфта содержит насаженные на вал 1 и 2, имеющие взаимное угловое смещение с0 относительно кинематического центра К, зубчатые втулки 3 и обойму 4, входящие в зацепление друг с другом, Выполненная на внутренней зубчатой поверхности обоймы 4 кольцевая канавка 5 делит ее на два зубчатых венца 6 и 7, а выполненная на наружной зубчатой поверхности втулки 3 канавка 8 делит ее на два зубчатых венца 9 и 10, Каждый из зубчатых венцов 9 и 10 втулки входит в зацепление только с одним, ближайшим к нему или расположенным с противоположной стороны от кинематического центра К, зубчатым венцом обоймы 4 в диаметрально и противоположно расположенных зонах, симметричных относительно. кинематического центра К: зубчатый венец

9 (или 10) зубчатой втулки 3 с зубчатым венцом 6 обоймы 4. При этом размеры зубчатых венцов втулки 3 и обоймы 4 связаны с углом перекоса в втулки в обойме и диаметром d делительной окружности зубчатых венцов 9 и 10 втулки и зубчатых венцов 6 и

7 обоймы 4 следующими соотношениями:

d sin со= а (1+ cos в)+ Ь1(1+ cos а)+

+2(с+ П), (Ь1 s1nco+2 hz 1-K — d 1 — созе где в — угол перекоса зубчатой втулки в охватывающей ее обойме;

d — диаметр окружности выступов зубчатых венцов втулки (или впадин обоймы) в среднем сечении зубьев; а1 — расстояние между зубчатыми венцэми втулки; с — расстояние между наружным торцом зубчатого венца втулки и внутренним— обоймы при их соосном положении (с каждой стороны относительно кинематического центра муфты);

П вЂ” перекрытие зуба втулки (обоймы) торцовой внутренней плоскостью зуба обоймы (втулки) при угловом перекосе осей втулки и обоймы;

hz — высота зуба обоймы;

К вЂ” коэффициент условного наибол ьшего перекрытия по высоте зубьями втулки зубьев обоймы; 0 (К < 1.

Для удержания смазки в зоне зацепления и предохранения ее от загряэнсни .

2002136 торцовой стороны между обоймой 4 и ступицей втулки установлен узел 11 уплотнения, Втулка 3 может быть выполнена в виде набора по меньшей мере двух концентрично установленных друг в друге зубчатых вту- 5 лок 12 и 13, на наружной и внутренней поверхностях которых, кроме внутренней. поверхности втулки 13, насаживаемой на вал 1, выполнены упомянутые канавки. Оси втулок в наборе однонаправленно смещены 10

В плоскости расположения осей соединяемых валов, Кинематические центры зубчатых пар (втулка-обойма, втулка-втулка) могут совпадать (фиг.2) или быть смещены (фиг.3). 15

Кроме mro, соединение двух и более втулок в единый сборочный узел возможно использовать для соединения валов не только с угловым, но и с параллельным смещением валов (фиг.4). 20

Устройство работает следующим обра-, зом.

При передаче кругящего момента зубчатал втулка 3, расположенная с перекосом относительно обоймы 4 из-за смещения со- 25, единяемых валов 1 и 2, передает с помощью зубчатых венцов 9 и 10 втулки З,усилие на зубья венцов 6 и 7 обоймы 4.

При этом каждый иэ зубчатых венцов 9 и 10 втулки 3, например 9, входит в зацеп= 30 ление только с одним из зубчатых венцов 6 и 7 обоймы 4, ближайшим к нему (или удаленным от него), например с венцом 6, Б процессе вращения муфты за один ее оборот каждый зуб зубчатых венцов 9 и 10 35 испытывает нагрузку, прохоця через одну зону нагружения, также как л каждый зуб зубчатых венцов 6 и 7 обоймы 3, При этом в муфте имеются две зоны загрузок Л и П по одной зоне на каждом соответствующем 40 венце 9 и 10 (фиг.9), Каждая из этих эон представляет собой часть делительной окружности, на которой располагаются точки приложения усилий контактирующих зубьев протяженностью а, А другая часть дели- 45 тельной окружности фпротяженностью

360 — a представляет собой зону разгрузки

Л или П (фиг.10 и 11).

Формула изобретения i. ЗУБЧАТАЯ МУФТА, содержащая насаженные на валы втулку с наружной зубчатой поверхностью и обойму, входящую с ней в зацепление своей внутренней зубчатой поверхностью, разделенной на два 55 венца кольцевой канавкой, отличающаяся тем, что на наружной поверхности втулки выполнена. кольцевая канавка, делящая ее на два венца, каждый из которых одновреПоэтому длительность нагружения каж-, дого из зубьев каждого зубчатого венца втулки (обоймы) составляет часть полного

60 а оборота муфты: t = — .

u 2л где n — число оборотов муфты, мин; а- длина дуги зоны нагрузок;

t — время участия каждого зуба в передаче крутящего момента для зубчатого венца 9 втулки 3 и зубчатого венца 6 обоймы 4 и для зубчатого венца 10 втулки 3 и зубчатого венца 7 обоймы 4.

Остальное время в течение каждого оборота муфты зубья втулки и обоймы не нагружены, поскольку они расположены в зонах Л и П разгрузки и проходят через них, а время одного оборота муфты составляет

toe = — (фиг.12а и 12б). Поскольку зоны

60 нагрузок для каждого из зубчатых венцов втулки (обоймы) сдвинуты друг относительно друга по делительной окружности на

180, такое же смещение в пространстве имеют и графики нагрузки различных зубчатых венцов (фиг,12в), Однако время действия нагрузок для обеих зубчатых венцов (и продолжительность участка каждого иэ зубьев в передаче нагрузки), время начала M окончания взаимодействия зубьев для обеих зубчатых венцов совпадают (фиг.12а).

Предложенная зубчатая муфта по сравнению с известными позволяет повысить долговечность муфты за счет равномерного распределения нагрузок между зубчатыми венцами втулки и обоймы и уменьшения вдвое продолжительности цикла нагружения зубьев зубчатой втулки, а также увеличить угол перекоса .втулки в обойме за пределы сверх величины угла, определяемые их размерами. (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 336443, кл. F 16 0 3/18, 1972, Ф

2. Авторское свидетельство СССР

N 709861, кл, F 16 О 3/18, 1980. менно входит в зацепление только с одним зубчатым венцом на внутренней поверхностй обоймы в диаметрально и противоположно расположенных зонах, симметричных относительно кинематического центра муфты, при этом размеры зубчатых венцов втулки и обоймы связаны с углом перекоса втулки в обойме и диаметром окружности выступов зубчатых венцов втулки или впадин обоймы следующими соотношениями.

2002136!

d з1па = а (1 = cosa>) +

Ь (1 +.созв) + 2(С + П), П+-.b>cosa < а <

b) ° з1пм + 2 1

$Мв где а - угол перекоса зубчатой втулки в охватывающей ее обойме; б - диаметр окружности выступов зубчатых венцов втулки или впадин обоймы в среднем сечении зубьев; а1- расстояние между зубчатыми венцами втулки;

С - расстояние (с каждой стороны относительно кинематического центра муфты) между наружным торцом зубчатого венца втулки и внутренним - обоймы при их соосном положении;

П - перекрытие зуба втулки (обоймы) торцевой внутренней плоскостью зуба обоймы (втулки) при угловом перекосе осей втулки и обоймы;

Ьр - высота зуба обоймы;

К вЂ” коэффициент условного наибольшего перекрытия по высоте зубьями втулки зубьев обоймы, О ь К< 1.

2.Муфта по п.1, отличающаяся тем, что втулка выполнена в виде набора по меньшей мере двух концентрично установленных одна в другой зубчатых втулок, на наружнрй и внутренней поверхностях ко15 торых, кроме внутренней поверхности втулки, насаживаемой на вал, выполнены упомянутые кольцевые канавки.

2(1П7 13 Ъ

2002136

ЭВМ

2002 13Г) 2002f36

ЩР7 уУиГ>У

c/2

Ф

f ° ° . ° :.

Э

°" !

Л ° ° ° ° Я

Ф ° ° ° ° ° ° °

Ю °

1 °

°

3 в

1й11 . фф