Зубчатая передача

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в конструкции роторно-лопастных двигателей в качестве механизма синхронизации движения соосных валов лопастей и выходного вала. Зубчатая передача включает овальные зубчатые колеса 1, 2, установленные в зацеплении друг с другом с возможностью вращения вокруг своих осей вращения 4, жестко зафиксированных в пространстве. Овальным зубчатым колесам придана форма, имеющая две оси симметрии. Большая ось симметрии 5 проходит через точки 6 их периметра, максимально удаленные от оси вращения 4. Малая ось симметрии 7 проходит через точки 8 периметра, максимально близкие к оси вращения. Все овальные зубчатые колеса выполнены одинаковыми. Периметр их делительной линии составлен из четырех дугообразных участков одинаковой длины, плавно и непосредственно сопряженных друг с другом. Участки, расположенные диаметрально, одинаковы по форме. Участки овальных зубчатых колес, содержащие точки 6 периметра, максимально удаленные от оси вращения, выполнены выпуклыми и им придана форма эллипса. Соединяющие их участки делительной линии симметричны относительно малой оси 7 симметрии, и каждый из них содержит точку 8 периметра овального зубчатого колеса, наименее удаленную от оси вращения 4. Технический результат - увеличение долговечности и нагрузочной способности овальных колес зубчатой передачи механизма синхронизации роторно-лопастного двигателя. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в конструкции роторно-лопастных двигателей, в качестве механизма синхронизации движения соосных валов лопастей и выходного вала.

Известна зубчатая передача, включающая овальные зубчатые колеса, установленные в зацеплении друг с другом с возможностью вращения вокруг своих осей вращения, жестко зафиксированных в пространстве, используемая в конструкции роторно-лопастного двигателя (RU, патент №2215159, 13.09.01), в которой делительная линия овальных колес заменяется дугами двух окружностей, а делительная линия эталонного овального колеса является гипоциклоидой.

Главный недостаток такой зубчатой передачи состоит в том, что ни кривая, образованная сопряжением дуг двух окружностей, ни гипоциклоида не являются точной формой делительной линии овального колеса, поэтому передача быстро изнашивается из-за проскальзывания в зацеплении. Кроме того, передача имеет пониженную нагрузочную способность, так как невелико количество зубьев, находящихся одновременно в зацеплении.

Известна зубчатая передача, включающая овальные зубчатые колеса, установленные в зацеплении друг с другом с возможностью вращения вокруг своих осей вращения, жестко зафиксированных в пространстве, используемая в конструкции роторно-лопастного двигателя (RU, патент №2063526, 10.07.96), в которой в качестве делительной линии овальных колес использована парабола.

Главный недостаток передачи - пониженная нагрузочная способность, так как парабола не является оптимальной формой длительной линии овального колеса.

Зубчатая передача, включающая овальные зубчатые колеса, установленные в зацеплении друг с другом с возможностью вращения вокруг своих осей вращения, жестко зафиксированных в пространстве, при этом овальным зубчатым колесам придана форма, имеющая две оси симметрии, большая из которых проходит через точки их периметра, максимально удаленные от оси вращения, а малая проходит через точки их периметра, максимально близкие к оси вращения (RU, патент 2043521, 10.09.95), в которой в качестве делительной линии овальных колес использован эллипс.

При небольших относительных перемещениях лопастей такая передача работает практически без проскальзывания, так как делительная линия овального колеса в этом случае практически не отличается от эллипса, особенно, в случае отношения длины малой полуоси овального колеса (в) к длине большой полуоси овального колеса (а), в/а>0,5. Недостаток эллиптических овальных колес состоит в том, что они быстро изнашиваются, а нагрузочная способность их значительно уменьшается при увеличении относительного перемещения лопастей роторно-лопастного двигателя.

Задачей настоящего изобретения является увеличение долговечности и нагрузочной способности овальных колес зубчатой передачи механизма синхронизации роторно-лопастного двигателя. Сложность задачи отыскания оптимальной формы делительной линии овальных колес роторно-лопастного двигателя состоит в том, что выразить делительную линию полностью с помощью аналитического выражения невозможно.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в отыскании оптимальной формы делительной линии овальных колес зубчатой передачи механизма синхронизации роторно-лопастного двигателя, обеспечивающей работу зубчатой передачи без проскальзывания в зацеплении и позволяющей получить максимально возможное количество зубьев, находящихся в зацеплении одновременно.

Поставленная задача решается тем, что зубчатая передача, включающая овальные зубчатые колеса, установленные в зацеплении друг с другом с возможностью вращения вокруг своих осей вращения, жестко зафиксированных в пространстве, при этом овальным зубчатым колесам придана форма, имеющая две оси симметрии, большая из которых проходит через точки их периметра, максимально удаленные от оси вращения, а малая проходит через точки их периметра, максимально близкие к оси вращения, отличается тем, что овальные зубчатые колеса выполнены одинаковыми, причем периметр их делительной линии составлен из четырех дугообразных участков одинаковой длины, плавно и непосредственно сопряженных друг с другом, при этом участки, расположенные диаметрально, одинаковы по форме, кроме того, участки овальных зубчатых колес, содержащие точки их периметра, максимально удаленные от оси вращения, выполнены выпуклыми и им придана форма эллипса, а соединяющие их участки делительной линии симметричны относительно малой оси симметрии, при этом каждый из них содержит точку периметра овального зубчатого колеса, наименее удаленную от оси вращения. Кроме того, участкам делительной линии, выполненным симметричными относительно малой оси симметрии, придана форма эллипса.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Приведенные в отличительной части формулы изобретения признаки решают следующие функциональные задачи.

Признак «овальные зубчатые колеса выполнены одинаковыми...» обеспечивает («работая» в совокупности с другими признаками) возможность передачи вращения от одного колеса к другому с постоянным контактом, без подвижности осей вращения этих колес в пространстве.

Признаки ... «периметр их делительной линии составлен из четырех дугообразных участков одинаковой длины, плавно и непосредственно сопряженных друг с другом» обеспечивают («работая» в совокупности с признаками, характеризующими форму дугообразных участков) стабильность параметров зацепления контактирующих зубчатых колес, независимо от их угла поворота вокруг оси вращения, позволяют получить максимальное количество зубьев, находящихся в зацеплении одновременно. Кроме того, этот признак позволяет однозначно и наиболее оптимально задать форму колес, обеспечивающую стабильность качества зацепления, особенно в случае отношения длины малой полуоси овального колеса (в) к длине большой полуоси овального колеса (а), в/а>0,5.

Признаки «участки, расположенные диаметрально, одинаковы по форме» обеспечивают симметричность поверхности зубчатых колес относительно осей их вращения.

Признаки «участки, расположенные диаметрально, одинаковы по форме» обеспечивают симметричность поверхности зубчатых колес относительно осей их вращения.

Признаки ... «кроме того, участки овальных зубчатых колес, содержащие точки их периметра, максимально удаленные от оси вращения, выполнены выпуклыми и им придана форма эллипса, а соединяющие их участки делительной линии симметричны относительно малой оси симметрии, при этом, каждый из них содержит точку периметра овального зубчатого колеса, наименее удаленную от оси вращения» описывают форму дугообразных участков, обеспечивающую решение поставленной задачи.

Признаки второго пункта формулы изобретения описывают наиболее эффективную форму участка делительной линии, симметричного относительно малой оси симметрии, зубчатого колеса.

Техническая сущность изобретения поясняется чертежами и таблицей, при этом на фиг.1-3 показаны варианты выполнения передачи (от взаимодействия двух, до четырех зубчатых колес; на фиг.4 показана вариация формы зубчатого колеса, в зависимости от соотношения размеров длинной и короткой осей; на фиг.5 дана зависимость максимального углового взаимного перемещения лопастей (Δϕ) от отношения длины малой полуоси овального колеса (в) к длине большой полуоси овального колеса (а); на фиг.6 дана таблица полярных координат (ϕ и ρ/а) и длины делительной линии (l/а) овального колеса при в/а=0,63.

На чертежах показана зубчатая передача, включающая овальные зубчатые колеса 1, 2, 3, установленные в зацеплении друг с другом с возможностью вращения вокруг своих осей вращения 4, жестко зафиксированных в пространстве (число колес не ограничивается ничем, кроме рамок настоящего примера). Овальным зубчатым колесам придана форма, имеющая две оси симметрии, большая 5 из которых проходит через точки 6 их периметра, максимально удаленные от оси вращения 4, а малая 7 проходит через точки 8 периметра, максимально близкие к оси вращения. При этом все овальные зубчатые колеса передачи выполнены одинаковыми, а периметр их делительной линии составлен из четырех дугообразных участков одинаковой длины, плавно и непосредственно сопряженных друг с другом, при этом участки, расположенные диаметрально (т.е. напротив друг друга), одинаковы по форме. Кроме того, участки овальных зубчатых колес, содержащие точки их периметра 6 (максимально удаленные от оси вращения 4), выполнены выпуклыми и им придана форма эллипса, а соединяющие их участки делительной линии симметричны относительно малой оси симметрии 7, при этом каждый из них содержит точку 8 периметра овального зубчатого колеса, наименее удаленную от оси вращения 4.

Описать с помощью математического выражения можно лишь половину длины делительной линии овального колеса, например дугу АВС (фиг.4). Дугой АВС однозначно задается форма оставшейся половины делительной линии овального колеса (дуги АД и СЕ).

В качестве дуги АВС может быть использована любая симметричная относительно полуоси а плавная кривая (парабола, циклоида, овалы Кассини, отрезки спиралей и т.д.), но только эллипс обеспечивает максимально возможное количество зубьев передачи, находящихся одновременно в зацеплении. Кроме того, эллипс, как идеальная линия овального колеса, превращается в окружность при в/а=1 и вырождается в отрезок длиной а при в/а=0.

При в/а<0,5 делительная линия овального колеса имеет точки перегиба. Наличие точек перегиба обеспечивает теоретическую работоспособность передачи при больших максимальных перемещениях лопастей, когда Δϕ стремится к 180°. Практически же значения Δϕ ограничиваются необходимостью установки оси вращения 4 в центре симметрии 0 овального колеса и, соответственно, ее диаметром. С учетом этого форма зубчатого колеса напоминает форму цифры «8».

При в/а>0,5 делительная линия овального колеса точек перегиба не имеет, поэтому зубья таких овальных колес могут быть нарезаны обычной зубчатой рейкой. Для улучшения технологичности изготовления овальных зубчатых колес может быть применена обкатка эталонными колесами.

Координаты средней точки делительной линии (ϕ_ср и ρ_ср), а также координаты точек на дугах АД и СЕ могут быть рассчитаны известными численными способами с любой заданной степенью точности.

Чем меньше отношение в/а, тем больше относительное перемещение лопастей Δϕ (фиг.2), но тем хуже нагрузочная способность зубчатой передачи, поэтому максимальный рабочий объем роторно-лопастного двигателя достигается при в/а=0,63. Значение в/а=0,63 соответствует относительное перемещение лопастей Δϕ=50°,00.

В таблице (фиг.6) приведены полярные координаты и соответствующие им относительные длины дуг (l/а), измеренных от точки «В» делительной линии овального колеса, получающиеся при в/а=0,63. Координаты рассчитаны численными методами с точностью до четырех знаков и могут использоваться при практическом изготовлении овальных колес механизма синхронизации роторно-лопастного двигателя.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Зубчатая передача собирается из зубчатых колес 1-3, которые устанавливают в зацеплении друг с другом с возможностью вращения вокруг своих осей вращения 4, жестко зафиксированных в пространстве (при этом длинные оси 5 любого из зубчатых колес перпендикулярны длинным осям контактирующих с ними колес - в данном примере, длинные оси 5 внешних 1 и 3 колес, перпендикулярны длинной оси колеса 2).

При вращении колеса 1 относительно оси 4 его зубья, находящиеся в зацеплении с зубцами колеса 2, передают вращение контактирующему с ним колесу, которое в свою очередь передает вращение колесу 3 и т.д., при этом в процессе вращения названных колес работа зубчатой передачи идет без проскальзывания в зацеплении и обеспечивается зацепление одновременно максимально возможного количества зубьев.

1. Зубчатая передача, включающая овальные зубчатые колеса, установленные в зацеплении друг с другом с возможностью вращения вокруг своих осей вращения, жестко зафиксированных в пространстве, при этом овальным зубчатым колесам придана форма, имеющая две оси симметрии, большая из которых проходит через точки их периметра, максимально удаленные от оси вращения, а малая проходит через точки их периметра, максимально близкие к оси вращения, отличающаяся тем, что овальные зубчатые колеса выполнены одинаковыми, причем периметр их делительной линии составлен из четырех дугообразных участков одинаковой длины, плавно и непосредственно сопряженных друг с другом, при этом участки, расположенные диаметрально, одинаковы по форме, кроме того участки овальных зубчатых колес, содержащие точки их периметра, максимально удаленные от оси вращения, выполнены выпуклыми и им придана форма эллипса, а соединяющие их участки делительной линии симметричны относительно малой оси симметрии, при этом каждый из них содержит точку периметра овального зубчатого колеса, наименее удаленную от оси вращения.

2. Зубчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что участкам делительной линии, выполненным симметричными относительно малой оси симметрии, придана форма эллипса.