Зубчатая передача (варианты)

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для передачи вращения в одном направлении. Зубчатая передача состоит из двух зубчатых прямозубых колес (1, 2) с параллельными осями вращения. Рабочий профиль зуба в торцевом сечении одного из колес выполнен по огибающей семейства кривых, описывающих профиль зуба в торцевом сечении второго колеса в различных положениях при относительном вращении колес. Зубья в виде несимметричных сегментов попарно расположены в плоскостях, перпендикулярных осям вращения колес, и в торцевой плоскости на обоих колесах. Каждый последующий зуб смещен относительно предыдущего на один и тот же угловой шаг и в одном направлении. Число зубьев первого колеса равно числу зубьев второго колеса и выбирается по определенной зависимости. Вариант зубчатой передачи предусматривает в плоскости зуба первого колеса на втором колесе располагать несколько равносмещенных зубьев, количество которых также связано определенным соотношением. Такое выполнение позволяет устранить осевые нагрузки на подшипники передачи, уменьшить габариты и продлить срок службы зубчатой передачи. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в конструкциях машин для передачи вращения в одном направлении.

Известна зубчатая передача, состоящая из двух косозубых колес с параллельными осями вращения (А.с. СССР №163857, Патент FR №2609768, кл. F16Н 1/08). Недостатком первой передачи является низкая надежность и большой неравномерный износ, так как зубья колес контактируют не боковыми поверхностями, а вершинами. Для второй передачи характерно наличие больших осевых нагрузок на опоры колес, а также повышенного износа боковых поверхностей, за счет большого угла наклона винтовых линий зубьев колес.

Наиболее близкой по своей технической сущности является зубчатая передача, состоящая из двух зубчатых колес с параллельными осями вращения (RU 2109187, кл. F16Н 1/08).

Недостатком данной передачи является то, что она может быть выполнена только с косозубым зацеплением, недостатком которого является возникновение больших осевых усилий, вызывающих дополнительные нагрузки на подшипники, в которых установлены валы зубчатых колес.

Техническая сущность, достигаемая данным изобретением, заключается в том, чтобы устранить осевые нагрузки на подшипники передачи, уменьшить габариты и продлить срок службы зубчатой передачи.

Сущность в первом варианте достигается тем, что в зубчатой передаче, состоящей из двух зубчатых прямозубых колес с параллельными осями вращения, рабочий профиль зуба в торцевом сечении одного из колес выполнен по огибающей семейства кривых, описывающих профиль зуба в торцевом сечении второго колеса в различных положениях при относительном вращении колес, зубья в виде несимметричных сегментов попарно расположены в плоскостях, перпендикулярных осям вращения колес, и в торцевой плоскости на обоих колесах каждый последующий зуб смещен относительно предыдущего на один и тот же угловой шаг и в одном направлении, при этом число зубьев первого колеса равно числу зубьев второго колеса и определяется следующей зависимостью:

где

z₁, z₂ - число зубьев первого и второго колеса, соответственно;

u - передаточное отношение;

- число зубьев первого колеса, размещаемых на угле поворота 2π.

Техническая сущность по второму варианту достигается тем, что в зубчатой передаче, состоящей из двух зубчатых прямозубых колес с параллельными осями вращения, рабочий профиль зуба в торцевом сечении одного из колес выполнен по огибающей семейства кривых, описывающих профиль зуба в торцевом сечении второго колеса в различных положениях при относительном вращении колес, зубья в виде несимметричных сегментов попарно расположены в плоскостях, перпендикулярных осям вращения колес, и в торцевой плоскости на обоих колесах каждый последующий зуб смещен относительно предыдущего на один и тот же угловой шаг и в одном направлении, при этом в плоскости зуба первого колеса на втором колесе расположено несколько равносмещенных зубьев, количество которых определяется из следующего соотношения:

z_2пл=z₂/u=z₁,

где Z_2пл - число зубьев второго колеса, расположенных в одной плоскости с зубом первого колеса;

z₂ - число зубьев второго колеса: z₂=u·z₁;

z₁ - число зубьев первого колеса;

u - целочисленное передаточное отношение.

На фиг.1 изображен способ образования торцового профиля зуба одного из колес.

На фиг.2 - сечение зубчатых колес плоскостью, перпендикулярной осям колес и проходящей через одну из точек контакта.

На фиг.3 - общий вид первого зубчатого колеса по первому варианту.

На фиг.4 - общий вид второго зубчатого колеса по первому варианту.

На фиг.5 - общий вид зубчатой передачи по первому варианту.

На фиг.6 - общий вид первого зубчатого колеса по второму варианту.

На фиг.7 - общий вид второго зубчатого колеса по второму варианту.

На фиг.8 - общий вид зубчатой передачи по второму варианту.

Зубчатая передача включает зубчатые колеса 1 и 2 с осями вращения 3 и 4. Со стороны передачи вращения от ведущего колеса к ведомому профиль поверхности зуба в торцевом сечении одного из колес, например колеса 1, выполнен по огибающей семейства кривых. Данные кривые описывают рабочий профиль торцевого сечения поверхности зуба другого колеса 2 в различных положениях при относительном вращении одного из колес, что обеспечивает условие сопряженности рабочих профилей зубьев колес (фиг.1, 2). В торцевом сечении профили поверхностей зубьев обоих колес, не участвующие в передаче вращения, могут быть выполнены произвольными. Зубчатые венцы колес ограничены окружностями вершин и впадин. Для обеспечения синхронного вращения зубчатых колес 1 и 2 зубчатые венцы выполнены из одинакового числа прямозубых зубьев, расположенных по угловому шагу на обоих колесах в одном направлении. Числа зубьев колес и передаточное отношение зубчатой передачи связаны следующей зависимостью:

где

z₁, z₂ - число зубьев первого и второго колеса, соответственно;

u - передаточное отношение;

- число зубьев первого колеса, размещаемых на угле поворота 2π.

При образовании боковой поверхности зубьев одного из колес подобным образом контакт между зубьями будет осуществляться по линии, кроме этого, зубья будут контактировать своими боковыми поверхностями. Поверхности зубьев колес 1 и 2 в любой точке контакта имеют общую нормаль 5, проходящую с одной стороны относительно осей 3 и 4. Для уменьшения концентрации напряжений у корня ножки зуба переход к окружности впадин может быть выполнен по плавной кривой. Если в качестве рабочего профиля зуба колеса 1 выбрать эвольвенту, то рабочим профилем зуба колеса 2 также будет являться эвольвента. Таким образом, можно получить эвольвентную передачу с положительным передаточным отношением. В передаче ведущим может быть первое или второе зубчатое колесо с вращением только в одном направлении.

Механизм работает следующим образом. При приложении крутящего момента к колесу 1 зубья этого колеса, воздействуя на зубья колеса 2, побуждают последнее к вращению в том же направлении. Для объяснения этого можно рассмотреть отдельное сечение зубчатых колес плоскостью, перпендикулярной осям валов и проходящей через одну из точек контакта К. Сила F, действующая на зубчатый элемент колеса 2 со стороны зубчатого элемента колеса 1, направлена по общей нормали данных элементов 5, а так как общая нормаль проходит с одной стороны относительно осей 3 и 4, то сила создает крутящий момент относительно оси 4 в направлении вращения колеса 1 (фиг.2). При относительном вращении колес точки контакта профилей пары сопряженных зубьев в рассматриваемом сечении будут меняться, перемещаясь от окружности впадин к окружности вершин у одного колеса и в противоположном направлении у другого колеса, но общая нормаль всегда будет проходить с одной стороны относительно осей 3 и 4. Это будет происходить с некоторой разницей во времени и в каждом другом сечении зубчатых колес плоскостью, перпендикулярной осям валов и совпадающей с торцовой плоскостью той пары зубьев колес, которая в данный момент времени находится в зацеплении. Геометрическим местом точек, образованным всеми контактирующими в данный момент времени точками боковых поверхностей пары зубьев, является прямая линия, которая при относительном вращении колес перемещается в направлении, параллельном осям колес.

1. Зубчатая передача, состоящая из двух зубчатых прямозубых колес с параллельными осями вращения, отличающаяся тем, что рабочий профиль зуба в торцевом сечении одного из колес выполнен по огибающей семейства кривых, описывающих профиль зуба в торцевом сечении второго колеса в различных положениях при относительном вращении колес, зубья в виде несимметричных сегментов попарно расположены в плоскостях, перпендикулярных осям вращения колес, и в торцевой плоскости на обоих колесах, каждый последующий зуб смещен относительно предыдущего на один и тот же угловой шаг и в одном направлении, при этом число зубьев первого колеса равно числу зубьев второго колеса и определяется следующей зависимостью:

z₁=z₂=u·z_1(2π),

где z₁, z₂ - число зубьев первого и второго колес соответственно;

u - передаточное отношение;

z_1(2π) - число зубьев первого колеса, размещаемых на угле поворота 2π.

2. Зубчатая передача, состоящая из двух зубчатых прямозубых колес с параллельными осями вращения, отличающаяся тем, что рабочий профиль зуба в торцевом сечении одного из колес выполнен по огибающей семейства кривых, описывающих профиль зуба в торцевом сечении второго колеса в различных положениях при относительном вращении колес, зубья в виде несимметричных сегментов попарно расположены в плоскостях, перпендикулярных осям вращения колес, и в торцевой плоскости на обоих колесах, каждый последующий зуб смещен относительно предыдущего на один и тот же угловой шаг и в одном направлении, при этом в плоскости зуба первого колеса на втором колесе расположено несколько равносмещенных зубьев, количество которых определяется из следующего соотношения:

z_2пл=z₂/u=z₁,

где z_2пл - число зубьев второго колеса, расположенных в одной плоскости с зубом первого колеса;

z₂ - число зубьев второго колеса: z₂=u·z₁;

z₁ - число зубьев первого колеса;

u - целочисленное передаточное отношение.