Зубчатая пара

 

Изобретение относится к зубчатым колесам и может быть использовано в приводах и редукторах. Цель изобретения - повышение КПД за счет исключения возможности взаимного проскальзывания между зубьями. Это достигается тем, что торцовой профиль одного из колес (или профили обоих колес) очерчен плавной кривой (или прямой), расположенной внутри контура зуба, образованного сопряженным профилем и касательной к сопряженному профилю в точке на центроиде колеса. Предлагаемая пара косозубчатых колес может выполняться как с параллельными, так и с пересекающимися осями как с внешним, так и с внутренним зацеплением. Возможно также зацепление колеса с рейкой. Особенностью предлагаемой пары является геометрия зацепления. Касание зубьев происходит только в точке, неизменно расположенной на общей образующей начальных поверхностей. Это обстоятельство исключает взаимное проскальзывание зубьев и потери на трение скольжения. 3 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к зубчатым зацеплениям и может быть использовано в машиностроении и приборостроении.

Известны зубчатые пары, предназначенные для работы в приводах, редукторах, мультипликаторах. Они служат для передачи энергии от одного вала другому. При этом возможно как изменение угловых скоростей, так и величин передаваемых моментов.

В известных зубчатых парах сопряженные профили зубьев в процессе вращения колес проскальзывают друг по другу. Это обстоятельство определяет главные потери на трение при работе механизмов и соответственно снижает их КПД.

Известно, например, что изменение КПД зубчатой пары на 1% (от η= 0,98 до η= 0,99) может повысить КПД планетарного редуктора в два раза.

Известно зацепление Малкина Л. А. , касающееся зубчатых пар с некруглыми центроидами и с перемещающимся полюсом зацепления [1] .

Известно зацепление Новикова М. Л. , относящееся к парам со специальным зацеплением. В зацеплении Новикова контакт зубьев происходит в точке. Точка контакта перемещается по линии зацепления, параллельной осям колес (при цилиндрических колесах).

Недостатком известного решения является то, что точка находится на постоянном расстоянии от полюса зацепления и поэтому происходит проскальзывание зубьев (с постоянной скоростью).

Цель изобретения - повышение КПД за счет исключения проскальзывания между зубьев.

Указанная цель достигается тем, что зубчатая пара, включающая два точечно контактирующих зубьями косозубчатых элемента, торцевые профили которых очерчены плавными линиями, имеет по меньшей мере один из элементов, в котором торцовые профили зубьев имеют формы плавных кривых или прямых, касательных с сопряженным профилем в точках на центроиде колеса и проходящих внутри контуров, образованных сопряженными профилями.

На фиг. 1 изображено взаимодействие двух зубьев; на фиг. 2 - начальные круговые цилиндры и линия зацепления, аксонометрия; на фиг. 3 - торцовые профили; на фиг. 4 - пара внешнего зацепления; на фиг. 5 - пара внутреннего зацепления; на фиг. 6 - торцовые профили зубьев при внутреннем зацеплении; на фиг. 7 - развертка начального цилиндра со следами сечения зубьев.

Изображенные на фиг. 1 два зуба (остальные зубья удалены для наглядности изображения) могут служить примером физического выполнения. Зацепление начинается в полюсе Р. Геометрическим местом контактов на самих зубьях служат винтовые линии Ра и Рв. Эти винтовые линии в процессе работы перекатываются одна по другой. Взаимодействие зубьев происходит без их взаимного проскальзывания.

На фиг. 2 показано неподвижное в пространстве геометрическое место контактов зубьев - линия зацепления к-к. Винтовые линии (также показанные на фиг. 2) должны иметь равные, но противоположные по направлению, значения углов β.

При любом повороте колес зубья контактируют в одной из точек к, расположенной на общей образующей к-к.

На фиг. 2 изображены круговые начальные цилиндры (с радиусами r₁ и r₂). Однако это могут быть не только круговые цилиндры, но и взаимно перекатывающиеся друг по другу поверхности с общей образующей к-к, которая является линией зацепления, а полюс зацепления Р - проекция этой прямой на плоскости чертежа.

Изображенные на фиг. 3 торцовые профили обеспечивают перекатывание зубьев по винтовым (Ра и Рв на фиг. 1) и контакт на линии зацепления ак-к. Для этого на зубе "удалены" участки (заштрихованные) между сопряженными (пунктир) и реальным профилем. Этот реальный профиль очерчен внутри сопряженного и касается его в точке Р на центроиде.

Следует иметь ввиду, что в случае работы сопряженных профилей (без "удаления") касание зубьев периодически происходит и на расстоянии от полюса Р.

На фиг. 4 показано внешнее зацепление с постоянным передаточным числом. Зацепление здесь показано с боковыми зазорами, которые, однако, не являются теоретически необходимыми.

На фиг. 5 показано внутреннее зацепление с центроидами в виде окружностей.

На фиг. 6 показан эвольвентный профиль малого колеса и специальный (реальный) профиль большего колеса, очерченный прямой, расположенной касательно в точке Р к эвольвенте большего зуба (пунктир). Известно, что в классическом внутреннем эвольвентном зацеплении зуб большего колеса имеет вогнутый профиль. Сделать прямолинейным реальный профиль удобно технологически. "Удаленные" зубья заштрихованы.

На фиг. 7 представлена схема для вывода коэффициента перекрытия в предлагаемых колесах - развертка начального цилиндра.

Предлагаемая зубчатая пара работает следующим образом.

При вращении зуб одного колеса передает усилие зубу второго колеса.

Касание происходит не как в обычных косозубчатых парах - по контактной линии косо пересекающей боковую поверхность зуба, а в точке, неизменно расположенной на общей образующей к-к начальных поверхностей. В случае пары колес с параллельными осями проекция линии к-к (линия зацепления) на торцовую плоскость является полюсом зацепления Р.

В обычных косозубчатых зацеплениях любые сечения зубьев плоскостями, перпендикулярными осям колес, имеют сопряженные профили (например эвольвенты окружности). В процессе зацепления сопряженные профили соприкасаются не только в полюсе зацепления, но и на расстоянии от него. Они проскальзывают друг по другу со скоростью (для внешнего зацепления), равной V_ск = L_ри( ω₁ + ω₂), где L_ри - расстояние от полюса Р до точки контакта и; ω₁ и ω₂ - угловые скорости колес.

В заявляемом техническом решении точка контакта профилей всегда лежит на линии к-к, т. е. всегда совпадает с полюсом зацепления Р.

Величина L_ри = L_рк = 0, поэтому при вращении предлагаемых колес не происходит проскальзывания профилей их зубьев друг по другу. Это обстоятельство является ключевым для повышения КПД предлагаемой пары. Возможность контактирования в других точках помимо полюса зацепления Р исключается.

Непрерывность зацепления обеспечивается расположением зубьев по винтовым линиям, что обуславливает последовательное зацепление профилей, смещенных по винтовой.

Геометрическое место точек контакта, отнесенное к поверхности зуба, - винтовая линия. При вращении колес эти винтовые линии перекатываются друг по другу.

Для обеспечения плавности зацепления необходимо смещение торцовых профилей на величину не менее чем Т (фиг. 7).

На фиг. 7 изображена развертка начального цилиндра и на ней показаны следы сечения двух зубьев. Для обеспечения необходимого коэффициента перекрытия ε = > 1; необходимо, чтобы b˙tg β> t_m, где b - ширина колеса; β- угол наклона зуба; t_m - торцовой шаг колеса.

Конструкция пары может быть осуществлена с применением элементов эвольвентного зацепления. Например, одно из колес выполняется как стандартное - эвольвентное, а у другого - зубья изготавливают со специальными профилями.

Предлагаемая зубчатая пара может быть выполнена как с параллельными осями (цилиндрические колеса), так и с пересекающимися осями (конические колеса). В качестве центроид могут быть использованы не только окружности, но и другие кривые. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 67425, кл. F 16 H 3/43, 1944.

2. Авторское свидетельство СССР N 109113, кл. F 16 H 1/00, 1956.

Формула изобретения

1. ЗУБЧАТАЯ ПАРА, содержащая косозубые колеса с точечной системой зацепления, торцевые профили зубьев которых очерчены плавными линиями, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД за счет уменьшения проскальзывания зубьев для колес с внешним зацеплением, торцевые профили зубьев по меньшей мере одного из косозубых колес имеют форму плавных кривых, касающихся сопряженных профилей в точках на центроиде колеса и проходящих внутри контуров, образованных сопряженными профилями или для колес с внутренним зацеплением торцевые профили зубьев колеса с внутренними зубьями имеют форму плавных кривых или прямых касательных сопряженных профилей в точках на центроиде колеса и проходящих внутри контуров, образованных сопряженными профилями.

2. Зубчатая пара по п. 1, отличающаяся тем, что центроиды имеют формы окружностей, а оси колес параллельны между собой.

3. Зубчатая пара по п. 1, отличающаяся тем, что оси колес пересекаются.

4. Зубчатая пара по п. 1, отличающаяся тем, что один из ее элементов выполнен в виде рейки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7