Коническая зубчатая передача

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в высоконагруженных зубчатых передачах. Коническая зубчатая передача содержит ведущий и ведомый валы с пересекающимися осями, и установленные на валах конические зубчатые колеса с круговыми зубьями и равными делительными шагами зацепления в среднем нормальном сечении зубьев каждого из колес, причем вогнутая боковая поверхность каждого зуба зубчатого колеса ведущего вала выполнена в виде модифицированной сферической эвольвенты. Величина модификации вогнутой боковой поверхности круговых зубьев зубчатого колеса ведущего вала выполнена непрерывно увеличивающейся от расчетной точки вогнутой боковой поверхности зуба к ее периферии. Обеспечивается повышение надежности и долговечности работы конической зубчатой передачи. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в высоконагруженных зубчатых передачах, в частности в передачах центрального и углового приводов авиационных двигателей.

Конические зубчатые передачи, применяемые в центральных и угловых приводах авиационных газотурбинных двигателей и трансмиссиях вертолетов, обладая низкой массой и габаритами, работают при высоких значениях угловых скоростей и передаваемого крутящего момента. В процессе работы передачи происходит деформация элементов привода (валы, подшипники, зубчатые колеса) на величину от 0,01 мм до 0,15 мм, что приводит к смещению фактического положения контактирующих поверхностей относительно теоретического (расчетного) и, как следствие, к нарушению их сопряженности, возникновению кромочного контакта с высокими контактными напряжениями и росту амплитуды кинематической погрешности передачи.

Для снижения чувствительности передачи к нарушению сопряженности контактирующих поверхностей применяется модификация, т.е. преднамеренное изменение рабочей поверхности ведущего колеса передачи по сравнению с номинальной (расчетной) поверхностью.

Известна коническая зубчатая передача, содержащая ведущий и ведомый валы с пересекающимися осями и установленные на валах конические зубчатые колеса с круговыми зубьями и равными делительными шагами зацепления в среднем нормальном сечении зубьев каждого из колес, причем вогнутая боковая поверхность каждого зуба зубчатого колеса ведущего вала выполнена в виде модифицированной сферической эвольвенты (SU 1401199, 1988 г.).

В известной передаче модифицированная боковая поверхность зубьев выполнена таким образом, чтобы обеспечить вращение плоскости зацепления зубьев без проскальзывания относительно основных конусов зубьев, при этом линия касания эвольвентных поверхностей зубьев будет перемещаться внутри поля зацепления. Такое выполнение обеспечивает повышение несущей способности и плавности работы передачи.

Однако в известной конической зубчатой передаче при модификации боковой поверхности зуба не предусмотрена компенсация смещения фактического положения контактирующих поверхностей, обусловленная деформацией элементов передачи, что ограничивает возможности использования этой передачи в качестве центрального и углового приводов авиационных двигателей.

Известна коническая зубчатая передача, содержащая ведущий и ведомый валы с пересекающимися осями и установленные на валах конические зубчатые колеса с круговыми зубьями и равными делительными шагами зацепления в среднем нормальном сечении зубьев каждого из колес, причем вогнутая боковая поверхность каждого зуба зубчатого колеса ведущего вала выполнена в виде модифицированной сферической эвольвенты (SU 1020666, 1983 г.).

В известной конической зубчатой передаче модифицированная боковая поверхность каждого зуба представляет собой сочетание активных поверхностей с линейным и точечным касанием, расположенных последовательно по длине зуба. Такое выполнение модификации боковой поверхности позволяет повысить изгибную прочность зубчатого колеса за счет снижения концентрации напряжения на торцевых участках зубьев. Но при этом известная зубчатая передача характеризуется высокими значениями амплитуды кинематической погрешности передачи, являющейся основным фактором, определяющим уровень возбуждения колебаний зубчатых колес.

Наиболее близким аналогом изобретения является коническая зубчатая передача, содержащая ведущий и ведомый валы с пересекающимися осями и установленные на валах конические зубчатые колеса с круговыми зубьями и равными делительными шагами зацепления в среднем нормальном сечении зубьев каждого из колес, причем вогнутая боковая поверхность каждого зуба зубчатого колеса ведущего вала выполнена в виде модифицированной сферической эвольвенты (WO 2013140217, 2013 г.).

В известной передаче вогнутая боковая поверхность каждого зуба имеет эвольвентный контактный участок, а модифицированная поверхность выполнена с увеличивающимся радиусом кривизны по направлению к обеим концевым частям зуба, т.е. величина модификации вогнутой боковой поверхности зуба уменьшается от средней линии к вершине и корню зуба.

Такое выполнение вогнутой боковой поверхности каждого зуба позволяет уменьшить величину потерь на трение в зацеплении конических зубьев и тем самым повысить механический коэффициент полезного действия передачи, но не обеспечивает компенсацию смещения фактического положения зубчатых колес и контактирующих поверхностей их зубьев, обусловленного деформацией элементов привода. При высоких значениях амплитуды кинематической погрешности передачи, под воздействием резонансных колебаний, возбуждаемых в ободьях зубчатых колес полигармонической силой в зацеплении, может произойти усталостное разрушение зубчатых колес.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается предлагаемым изобретением, заключается в повышении прочностной надежности и долговечности работы конической зубчатой передачи в условиях высоких значений угловых скоростей и передаваемого крутящего момента.

Техническим результатом изобретения является уменьшение амплитуды кинематической погрешности передачи при сохранении допустимых значений контактных напряжений на периферийных участках конических зубьев за счет снижения чувствительности передачи к нарушению сопряженности контактирующих поверхностей конических зубчатых колес.

Технический результат достигается за счет того, что коническая зубчатая передача содержит ведущий и ведомый валы с пересекающимися осями и установленные на валах конические зубчатые колеса с круговыми зубьями и равными делительными шагами зацепления в среднем нормальном сечении зубьев каждого из колес, причем вогнутая боковая поверхность каждого зуба зубчатого колеса ведущего вала выполнена в виде модифицированной сферической эвольвенты. Величина модификации Δ вогнутой боковой поверхности круговых зубьев зубчатого колеса ведущего вала выполнена непрерывно увеличивающейся от расчетной точки вогнутой боковой поверхности зуба к ее периферии и определена следующим соотношением:

,

где

х - координата на вогнутой боковой поверхности по длине зуба;

у - координата на вогнутой боковой поверхности по высоте зуба;

mn - нормальный модуль передачи;

bw - ширина зубчатого венца на делительном конусе;

b - параметр модификации по высоте зуба, зависящий от задаваемых при проектировании условий работы и конструктивных особенностей передачи и выбираемый в пределах от 20 мкм до 75 мкм;

с - параметр модификации по длине зуба, зависящий от задаваемых при проектировании условий работы и конструктивных особенностей передачи и выбираемый в пределах от 30 мкм до 300 мкм. Коническая зубчатая передача может быть выполнена так, что значения параметров модификации вогнутой боковой поверхности круговых зубьев зубчатого колеса ведущего вала определены следующей системой неравенств:

αkrc+dkr<b<αijc+dij,

αrib+dri<с<αjkb+djk,

где

αij - коэффициент, выбираемый в пределах от 0,05 до 8,0;

αkr - коэффициент, выбираемый в пределах от 0,04 до 11,0;

dij - экспериментально определенная константа, выбираемая в пределах от минус 50 мкм до 120 мкм;

dkr - экспериментально определенная константа, выбираемая в пределах от минус 40 мкм до 140 мкм;

αjk - коэффициент, выбираемый в пределах от 8 до 15;

αri - коэффициент, выбираемый в пределах от 6,5 до 17;

dri - экспериментально определенная константа, выбираемая в пределах от 120 мкм до 250 мкм;

djk - экспериментально определенная константа, выбираемая в пределах от 100 мкм до 280 мкм.

Существенность отличительных признаков конической зубчатой передачи подтверждается тем, что только совокупность всех конструктивных признаков, описывающая изобретение, позволяет обеспечить достижение технического результата изобретения - уменьшение амплитуды кинематической погрешности передачи при сохранении допустимых значений контактных напряжений на периферийных участках конических зубьев за счет снижения чувствительности передачи к нарушению сопряженности контактирующих поверхностей конических зубчатых колес.

Пример реализации изобретения поясняется чертежами, где

на фиг. 1 изображен общий вид конической зубчатой передачи;

на фиг. 2 показан общий вид кругового конического зуба с модифицированной вогнутой боковой поверхностью;

на фиг. 3 - модификация вогнутой боковой поверхности зуба в сечении делительным конусом;

на фиг. 4 - модификация вогнутой боковой поверхности зуба в среднем нормальном сечении;

на фиг. 5 - контурный график допускаемых сочетаний параметров модификации с и b;

на фиг. 6 - график распределения контактных напряжений по линии делительного конуса;

на фиг. 7 - график кинематической погрешности зацепления.

Коническая зубчатая передача (фиг. 1) содержит ведущий вал 1 с зубчатым колесом 2 и ведомый вал 3 с зубчатым колесом 4, расположенные с пересекающимися осями (не показаны). Установленные на валах конические зубчатые колеса 2 и 4 выполнены с круговыми зубьями 5 (фиг. 2) и равными делительными шагами зацепления t0 в среднем нормальном сечении зубьев 5 каждого из колес 2 и 4 (фиг. 3).

Вогнутая боковая поверхность 6 каждого кругового зуба 5 зубчатого колеса 2 ведущего вала 1 выполнена в виде модифицированной сферической эвольвенты, которая отстоит от номинальной поверхности 7 на величину модификации Δ (фиг. 4), которая измеряется по нормали к номинальной поверхности 7 и определена следующим соотношением:

,

где

х - координата на вогнутой боковой поверхности по длине зуба;

у - координата на вогнутой боковой поверхности по высоте зуба;

mn - нормальный модуль передачи;

bw - ширина зубчатого венца на делительном конусе;

b - параметр модификации по высоте зуба, зависящий от задаваемых при проектировании условий работы и конструктивных особенностей передачи и выбираемый в пределах от 20 мкм до 75 мкм;

с - параметр модификации по длине зуба, зависящий от задаваемых при проектировании условий работы и конструктивных особенностей передачи и выбираемый в пределах от 30 мкм до 300 мкм.

Причем величина модификации Δ вогнутой боковой поверхности 6 круговых зубьев 5 зубчатого колеса 2 ведущего вала 1 выполнена непрерывно увеличивающейся от расчетной точки 8 вогнутой боковой поверхности 6 к ее периферии по длине и высоте зуба. Расчетной точкой 8 согласно ГОСТ 19325-73, «Передачи зубчатые конические», Термины, определения и обозначения, Госстандарт России, 01.01.1975 г., п. 147, является точка на делительной линии зуба, через которую должна пройти активная действующая линия поверхности зуба конического зубчатого колеса с криволинейными зубьями.

Значения параметров модификации b и с вогнутой боковой поверхности 6 круговых зубьев 5 зубчатого колеса 2 ведущего вала 1 могут быть определены в указанных выше пределах в соответствии со следующей системой неравенств:

αkrc+dkr<b<αijс+dij,

αrib+dri<с<αjkb+djk,

где

αij - коэффициент, выбираемый в пределах от 0,05 до 8,0;

αkr - коэффициент, выбираемый в пределах от 0,04 до 11,0;

dij - экспериментально определенная константа, выбираемая в пределах от минус 50 мкм до 120 мкм;

dkr - экспериментально определенная константа, выбираемая в пределах от минус 40 мкм до 140 мкм;

αjk - коэффициент, выбираемый в пределах от 8 до 15;

αri - коэффициент, выбираемый в пределах от 6,5 до 17;

dri - экспериментально определенная константа, выбираемая в пределах от 120 мкм до 250 мкм;

djk - экспериментально определенная константа, выбираемая в пределах от 100 мкм до 280 мкм.

Основными факторами, определяющими условия работы передачи, являются частоты вращения зубчатых колес и величина передаваемого крутящего момента. Материал зубчатых колес и тип химико-термической обработки определяют допускаемые контактные напряжения на рабочей поверхности зубьев. В частности, при применении в качестве материала стали с цементацией предел контактной выносливости зубчатого колеса составляет [σк]=1500 МПа. Предельно допускаемая амплитуда кинематической погрешности передачи [AΔϑ]=120 uRad определяется, исходя из обеспечения сопротивления усталости обода при его резонансных колебаниях по узловым диаметрам.

На величину деформации элементов привода влияют такие его конструктивные параметры, как жесткость обода и диафрагмы колеса, жесткость валов передачи и подшипниковых опор. Деформация элементов привода может быть определена при помощи метода конечных элементов (Бате К., Вильсон Э. Численные методы анализа и метод конечных элементов. М.: Стройиздат, 1982. 447 с.).

На основе рассчитанных параметров деформации передачи с учетом допускаемых контактных напряжений и амплитуды кинематической погрешности осуществляется построение контурного графика допускаемых сочетаний параметров модификации с и b. На основании выбранного сочетания параметров модификации проектируется модифицированная вогнутая боковая поверхность 6 кругового зуба 5 конической зубчатой передачи.

График, представленный на фиг. 5, иллюстрирует множество возможных сочетаний параметров модификации с и b. По результатам численного эксперимента с использованием математической модели конической зубчатой передачи определено, что сочетания параметров с и b, расположенные в области S, обеспечивают работоспособность передачи по критерию допускаемых контактных напряжений, а расположенные в области R - по критерию допускаемой амплитуды кинематической погрешности. Сочетания параметров с и b, расположенные в области, ограниченной четырехугольником i-j-k-r и представляющей собой пересечение областей S и R, обеспечивают работоспособность передачи как по критерию допускаемых контактных напряжений, так и по критерию допускаемой амплитуды кинематической погрешности, что является отличительной особенностью настоящего изобретения.

Для наглядной иллюстрации влияния сочетаний параметров модификации с и b на работоспособность передачи из всех возможных сочетаний параметров модификации выбрана точка N, принадлежащая области S, точка Р, принадлежащая области R, точка О, принадлежащая одновременно области S и области R (область, ограниченная четырехугольником i-j-k-r), и точка М, расположенная вне области S и области R. Параметры модификации c и b для выбранных точек приведены в таблице фиг. 5.

Согласно графику на фиг.6 для передачи с параметрами модификации, соответствующими точкам М и Р, контактные напряжения превышают допускаемые значения, а с параметрами модификации, соответствующими точкам N и О, - не превышает допускаемые значения. Согласно графику на фиг. 7, для конической зубчатой передачи с параметрами модификации, соответствующими точкам М и N, амплитуда кинематической погрешности превышает допускаемые значения, а с параметрами модификации, соответствующими точкам Р и О, - не превышает допускаемые значения.

Таким образом, применение конической зубчатой передачи с параметрами модификации, соответствующими точке О, позволяет компенсировать несопряженность рабочих поверхностей зубьев вследствие деформации элементов привода под передаваемой нагрузкой, минимизировать контактные напряжения в передаче и уменьшить амплитуду кинематической погрешности, тем самым обеспечить надежную и долговечную работу передачи.

1. Коническая зубчатая передача, содержащая ведущий и ведомый валы с пересекающимися осями, и установленные на валах конические зубчатые колеса с круговыми зубьями и равными делительными шагами зацепления в среднем нормальном сечении зубьев каждого из колес, причем вогнутая боковая поверхность каждого зуба зубчатого колеса ведущего вала выполнена в виде модифицированной сферической эвольвенты, отличающаяся тем, что величина модификации Δ вогнутой боковой поверхности круговых зубьев зубчатого колеса ведущего вала выполнена непрерывно увеличивающейся от расчетной точки вогнутой боковой поверхности зуба к ее периферии и определена следующим соотношением:

где

x - координата на вогнутой боковой поверхности по длине зуба;

y - координата на вогнутой боковой поверхности по высоте зуба;

mn - нормальный модуль передачи;

bw - ширина зубчатого венца на делительном конусе;

b - параметр модификации по высоте зуба, зависящий от задаваемых при проектировании условий работы и конструктивных особенностей передачи и выбираемый в пределах от 20 мкм до 75 мкм;

c - параметр модификации по длине зуба, зависящий от задаваемых при проектировании условий работы и конструктивных особенностей передачи и выбираемый в пределах от 30 мкм до 300 мкм.

2. Коническая зубчатая передача по п. 1, отличающаяся тем, что значения параметров модификации вогнутой боковой поверхности круговых зубьев зубчатого колеса ведущего вала определены следующей системой неравенств:

αkrc+dkr<b<αijc+dij,

αrib+dri<c<αjkb+djk,

где

αij - коэффициент, выбираемый в пределах от 0,05 до 8,0;

αkr - коэффициент, выбираемый в пределах от 0,04 до 11,0;

dij - экспериментально определенная константа, выбираемая в пределах от минус 50 мкм до 120 мкм;

dkr - экспериментально определенная константа, выбираемая в пределах от минус 40 мкм до 140 мкм;

αjk - коэффициент, выбираемый в пределах от 8 до 15;

αri - коэффициент, выбираемый в пределах от 6,5 до 17;

dri - экспериментально определенная константа, выбираемая в пределах от 120 мкм до 250 мкм;

djk - экспериментально определенная константа, выбираемая в пределах от 100 мкм до 280 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к зубчатым передачам. Зубчатая передача железнодорожного транспортного средства с системой параллельного карданного привода имеет косозубую шестерню и косозубое зубчатое колесо, которые вместе составляют пару.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых передачах, смазываемых твердыми смазочными материалами в порошкообразной дисперсной фазе.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых передачах. Зубчатая передача содержит сопряженные парные зубчатые колеса, каждое из которых состоит из тела и зубчатого венца с зубьями.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых передачах. Зубчатая передача содержит сопряженные парные зубчатые колеса, каждое из которых состоит из тела и зубчатого венца с зубьями.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в реверсивных зубчатых передачах, смазываемых твердыми смазочными материалами в порошкообразной дисперсной фазе.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых передачах, смазываемых твердыми смазочными материалами в порошкообразной дисперсной фазе.

Изобретение относится к зубчатым передачам, прежде всего для летательного аппарата с несущим винтом. Комплект зубчатых колес состоит из двух зубчатых колес, которые имеют в нормальном сечении два разных к началу зацепления угла зацепления.

Изобретение относится к планетарному механизму и способу производства такого планетарного механизма. Планетарный механизм (6) для летательного аппарата (1), способного к полету в неподвижной точке, содержит солнечную шестерню (7), которая поворачивается вокруг первой оси (A) и содержит множество первых зубьев (11); неподвижное коронное зубчатое колесо (8), содержащее множество вторых зубьев (12); и по меньшей мере две планетарные шестерни (9a, 9b, 9c, 9d, 9e), каждая из которых содержит множество третьих зубьев (13).

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых передачах, смазываемых пластичными смазочными материалами. Зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями, на участках головок которых ширина их боковых поверхностей выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорционально зависящей от кратности парности зацепления.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых передачах, смазываемых пластичными смазочными материалами. Зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями, на участках головок которых ширина их боковых поверхностей выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорционально зависящей от кратности парности зацепления.

Изобретение относится к зубчатым передачам. Плоская волновая зубчатая передача содержит первое жесткое колесо внутреннего зацепления, второе жесткое колесо внутреннего зацепления и цилиндрическое гибкое колесо внешнего зацепления.

Изобретение относится к волновым зубчатым передачам. Волновая зубчатая передача (1) содержит два жестких зубчатых колеса внутреннего зацепления (2, 3), гибкое зубчатое колесо внешнего зацепления (4) и генератор волн (5).

Изобретение относится к волновым зубчатым передачам. Волновая зубчатая передача (1) содержит два жестких зубчатых колеса внутреннего зацепления (2,3), гибкое зубчатое колесо внешнего зацепления (4) и генератор волн (5).

Изобретение относится к волновым зубчатым передачам. Волновая зубчатая передача (1) содержит два жестких зубчатых колеса внутреннего зацепления (2, 3), гибкое зубчатое колесо внешнего зацепления (4) и генератор волн (5).

Изобретение относится к волновым зубчатым передачам. Волновая зубчатая передача (1) содержит два жестких зубчатых колеса внутреннего зацепления (2,3), гибкое зубчатое колесо внешнего зацепления (4) и генератор волн (5).

Изобретение относится к зубчатым передачам. Зубчатая передача железнодорожного транспортного средства с системой параллельного карданного привода имеет косозубую шестерню и косозубое зубчатое колесо, которые вместе составляют пару.

Изобретение относится к механизму блокировки дифференциала транспортного средства. В дифференциале крутящий момент от шестерен сателлитов на шестерни полуосей передается через промежуточные шестерни или блок-шестерни, каждая из которых находится в зацеплении с одной шестерней сателлитом и с одной шестерней полуосей.

Изобретение относится к области волновых зубчатых передач. Волновая зубчатая передача содержит три зубчатых колеса, два жестких и одно гибкое, и генератор волн.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам приработки червячных передач с использованием смазочной композиции. Способ приработки червячных передач заключается в проведении его в масляной ванне с добавлением в масло мелкодисперсной порошковой присадки.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к приводам. Волновой привод содержит корпус, выходной вал, волновую зубчатую передачу с гибким и жестким колесами, генератором волн, размещенным внутри гибкого колеса, через промежуточный редуктор связанным с ротором электродвигателя.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к редукторам или мультипликаторам. Волновая передача содержит входной и выходной валы, многорядную роликовую цепь, корпус с зубьями, звездочку для зацепления с роликами роликовой цепи, а также генератор волн. Цепь содержит звенья с шарнирами, в состав которых входят ролики. Число зубьев звездочки равно числу звеньев роликовой цепи. Генератор волн выполнен двухкулачковым, а звездочка выполнена двухвенцовой. Кулачки генератора волн и венцы звездочки расположены симметрично относительно зубьев корпуса. Зубья венцов звездочки выполнены одинаковыми и их вершины жестко соединены втулкой. Достигается увеличение нагрузочной способности. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в высоконагруженных зубчатых передачах. Коническая зубчатая передача содержит ведущий и ведомый валы с пересекающимися осями, и установленные на валах конические зубчатые колеса с круговыми зубьями и равными делительными шагами зацепления в среднем нормальном сечении зубьев каждого из колес, причем вогнутая боковая поверхность каждого зуба зубчатого колеса ведущего вала выполнена в виде модифицированной сферической эвольвенты. Величина модификации вогнутой боковой поверхности круговых зубьев зубчатого колеса ведущего вала выполнена непрерывно увеличивающейся от расчетной точки вогнутой боковой поверхности зуба к ее периферии. Обеспечивается повышение надежности и долговечности работы конической зубчатой передачи. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Наверх