Зубчатая передача и способ ее изготовления
Группа изобретений относится к зубчатым передачам. Зубчатая передача (1) содержит первую шестерню (3) и вторую шестерню (5). Зубчатая передача (1) сконструирована таким образом, что зуб (7) первой шестерни и зуб (9) второй шестерни контактируют друг с другом надлежащим образом в плоскости зацепления при работе в заданном состоянии. Часть (10, 11) снижения жесткости сформирована на первой базовой части (6), чтобы избежать неправильного контакта в плоскости зацепления, когда зубчатая передача (1) работает в другом состоянии. Также заявлен способ ее изготовления. Обеспечивается повышение эффективности передачи энергии. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 13 ил.
Область техники
Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к зубчатой передаче, включающей пару шестерней, сцепленных друг с другом, и к способу ее изготовления.
Уровень техники
В публикации JP 2011-179565 А описана зубчатая передача, содержащая пару шестерней, сцепленных друг с другом. Согласно принципам JP 2011-179565, каждая шестерня содержит ступицу, посаженную на вал, и зубчатый венец, соединенный со ступицей, и изменение точки контакта между поверхностями зубьев шестерней, происходящее из-за отклонения валов, поглощается посредством деформации зубчатого венца.
В каждой из публикаций JP 2007-285327 А и JP 2007-205480 А описана зубчатая передача, в которой зазор по окружности между шестернями снижен. В каждой из зубчатых передач, описанных в JP 2007-285327 и JP 2007-205480, верхняя поверхность каждого зубца шестерни является суженной, и шестерню толкают в осевом направлении посредством упругого элемента.
В традиционном уровне техники, поверхности зубьев шестерней сконструированы, чтобы достигать хорошего состояния контакта в соответствии с ожидаемыми рабочими условиями. В традиционном уровне техники, таким образом, эффективность передачи шестерней может становиться менее эффективной при изменении рабочих условий. Такое снижение в эффективности передачи может быть предотвращено посредством применения к шестерне зубчатого венца, представленного в JP 2011-179565. Тем не менее, зубчатый венец, представленный в JP 2011-179565, не может быть применен ко всем типам шестерней, в то же время удовлетворяя всем требованиям для шестерней, таким как жесткость, крутящий момент передачи, и т.д. Вдобавок, производственные издержки шестерней могут быть увеличены в результате введения зубчатого венца, представленного в JP 2011-179565.
Сущность изобретения
Аспекты вариантов осуществления настоящего изобретения были получены с учетом вышеприведенных технических проблем, и, таким образом, целью вариантов осуществления настоящего изобретения является предложение зубчатой передачи, которая может предотвратить снижение эффективности передачи энергии, и способа для изготовления зубчатой передачи посредством простых процедур.
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предложена зубчатая передача, содержащая: первую шестерню, включающую первую базовую часть и зубья первой шестерни, сформированные на первой базовой части; и вторую шестерню, включающую вторую базовую часть и зубья второй шестерни, сформированные на второй базовой части. Первая базовая часть первой шестерни расположена вокруг первого элемента вала, а вторая базовая часть второй шестерни расположена вокруг второго вала таким образом, что зубья второй шестерни сцеплены с зубьями первой шестерни. Зубчатая передача спроектирована таким образом, что зуб первой шестерни и зуб второй шестерни контактируют друг с другом в самом предпочтительном состоянии в плоскости зацепления при работе в заданном состоянии. Часть снижения жесткости сформирована на первой базовой части, чтобы избежать увеличения в площади контакта между боковой поверхностью зуба первой шестерни и зуба второй шестерни в плоскости зацепления, когда зубчатая передача работает в состоянии, отличающемся от заданного состояния.
В неограничивающем варианте осуществления, жесткость части снижения жесткости, сформированной на первой базовой части, может быть ниже, чем жесткость второй базовой части второй шестерни.
В неограничивающем варианте осуществления, часть снижения жесткости сформирована из материала с более низким модулем Юнга, чем таковой у оставшейся части первой базовой части.
В неограничивающем варианте осуществления, момент сопротивления сечения части снижения жесткости ниже, чем таковой у оставшейся части первой базовой части.
В неограничивающем варианте осуществления, часть снижения жесткости может быть сформирована на первой базовой части таким образом, чтобы частично снижать толщину первой базовой части.
В неограничивающем варианте осуществления, часть снижения жесткости может включать желобок, и желобок может быть сформирован на по меньшей мере одной из поверхностей первой базовой части.
В неограничивающем варианте осуществления, погрешность угла профиля каждого из зубьев первой шестерни может быть настроена по отдельности таким образом, что площадь контакта между боковой поверхностью зуба первой шестерни и зуба второй шестерни в плоскости зацепления становится больше, чем площадь контакта между поверхностью головки зуба первой шестерни и зуба второй шестерни в плоскости зацепления, когда зубчатая передача работает в состоянии, отличающемся от заданного состояния.
В неограничивающем варианте осуществления, толщина боковой поверхности зуба каждого из зубьев первой шестерни может увеличиваться по отдельности от толщины, сконструированной для работы в заданном состоянии, или толщина поверхности головки зуба каждого из зубьев первой шестерни может уменьшаться по отдельности от толщины, сконструированной для работы в заданном состоянии.
В неограничивающем варианте осуществления, погрешность угла профиля каждого из зубьев второй шестерни может быть настроена по отдельности таким образом, что площадь контакта между поверхностью головки зуба второй шестерни и зуба первой шестерни в плоскости зацепления становится больше, чем площадь контакта между боковой поверхностью зуба второй шестерни и зуба первой шестерни в плоскости зацепления, когда зубчатая передача работает в состоянии, отличающемся от заданного состояния.
В неограничивающем варианте осуществления, толщина боковой поверхности зуба каждого из зубьев второй шестерни может уменьшаться по отдельности от толщины, сконструированной для работы в заданном состоянии, или толщина поверхности головки зуба каждого из зубьев второй шестерни может увеличиваться по отдельности от толщины, сконструированной для работы в заданном состоянии.
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предложен способ изготовления зубчатой передачи, в которой зубья первой шестерни, расположенные на первом валу, и зубья второй шестерни, расположенные на втором валу, сцеплены для передачи энергии, состоящий в том, что: формируют первую шестерню и вторую шестерню таким образом, что зуб первой шестерни и зуб второй шестерни контактируют друг с другом в самом предпочтительном состоянии в плоскости зацепления при работе зубчатой передачи в заданном состоянии; сравнивают площадь контакта между боковой поверхностью зуба первой шестерни и зуба второй шестерни в плоскости зацепления с площадью контакта между поверхностью головки зуба первой шестерни и зуба второй шестерни в плоскости зацепления, во время работы зубчатой передачи в состоянии, отличающемся от заданного состояния; и после этого, формируют часть снижения жесткости на первой базовой части первой шестерни, сформированной вокруг первого вала, в случае, когда площадь контакта между боковой поверхностью зуба первой шестерни и зуба второй шестерни в плоскости зацепления больше, чем площадь контакта между поверхностью головки зуба первой шестерни и зуба второй шестерни в плоскости зацепления; или формируют часть снижения жесткости на второй базовой части второй шестерни, сформированной вокруг второго вала, в случае, когда площадь контакта между боковой поверхностью зуба первой шестерни и зуба второй шестерни в плоскости зацепления меньше, чем площадь контакта между поверхностью головки зуба первой шестерни и зуба второй шестерни в плоскости зацепления.
В неограничивающем варианте осуществления, часть снижения жесткости может быть сформирована посредством снижения толщины первой базовой части или второй базовой части.
Таким образом, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, зубчатая передача спроектирована таким образом, что зуб первой шестерни и зуб второй шестерни контактируют друг с другом в самом предпочтительном состоянии в плоскости зацепления при работе в заданном состоянии. Вдобавок, часть снижения жесткости сформирована на первой базовой части. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, таким образом, можно избежать увеличения в площади контакта между боковой поверхностью зуба первой шестерни и зуба второй шестерни в плоскости зацепления, даже когда зубчатая передача работает в состоянии, отличающемся от заданного состояния. По этой причине, снижение эффективности передачи зубчатой передачи может быть предотвращено посредством такого снижения жесткости только одной из шестерней, в то же время сохраняя предпочтительную жесткость зубчатой передачи.
Краткое описание чертежей
Признаки, аспекты и преимущества примерных вариантов осуществления настоящего изобретения станут более понятны со ссылкой на дальнейшее описание и прилагаемые чертежи, которые не должны ограничивать изобретение никоим образом.
Фиг. 1 - вид в перспективе, показывающий один из примеров зубчатой передачи, к которой применено настоящее изобретение;
Фиг. 2 - схематическая иллюстрация, показывающая ситуацию зубчатой передачи, в которой первый вращающийся вал наклонен продольно;
Фиг. 3 - схематическая иллюстрация, показывающая ситуацию зубчатой передачи, в которой первый вращающийся вал наклонен вбок;
Фиг. 4 - схематическая иллюстрация, показывающая плоскость зацепления зубчатой передачи;
Фиг. 5 - график, показывающий результат фундаментального испытания для исследования изменений в эффективности передачи зубчатой передачи во время приложения низкого крутящего момента к вращающемуся валу;
Фиг. 6 - график, показывающий результат фундаментального испытания для исследования изменений в эффективности передачи зубчатой передачи во время приложения высокого крутящего момента к вращающемуся валу;
Фиг. 7 - график, показывающий результат первого повторного испытания для исследования изменений в эффективности передачи зубчатой передачи во время снижения жесткости первой шестерни;
Фиг. 8 - график, показывающий результат второго повторного испытания для исследования изменений в эффективности передачи зубчатой передачи во время снижения жесткости первой шестерни;
Фиг. 9 - график, показывающий результат третьего повторного испытания для исследования изменений в эффективности передачи зубчатой передачи во время снижения жесткости первой шестерни;
Фиг. 10 - вид в перспективе, показывающий один из примеров части снижения жесткости, сформированной на зубчатой передаче, показанной на фиг. 1;
Фиг. 11 - вид в поперечном разрезе, показывающий пример, в котором части снижения жесткости сформированы на обеих поверхностях первой шестерни;
Фиг. 12 - вид в поперечном разрезе, показывающий пример, в котором часть снижения жесткости сформирована на одной из поверхностей первой шестерни; и
Фиг. 13 - вид в поперечном разрезе, показывающий пример, в котором часть снижения жесткости сформирована на другой поверхности первой шестерни.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
В дальнейшем, примерные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи. Теперь, обращаясь к фиг. 1, показан один из примеров зубчатой передачи согласно настоящему изобретению. Зубчатая передача 1 содержит первый вращающийся вал 2, первую шестерню 3, сформированную на первом вращающемся валу 2 таким образом, чтобы вращаться интегрально вместе с ним, второй вращающийся вал 4, продолжающийся параллельно первому вращающемуся валу 2, и вторую шестерню 5, сформированную на втором вращающемся валу 4 таким образом, чтобы вращаться интегрально вместе с ним и чтобы быть сцепленной с первой шестерней 3. Наружный диаметр (или делительная окружность) первой шестерни 3 больше, чем наружный диаметр (или делительная окружность) второй шестерни 5. На фиг. 1, несмотря на то, что в качестве примера изображена геликоидальная шестерня, в которой зубья шестерни установлены под заданным углом относительно центральной оси, настоящее изобретение также может быть применено к другим типам шестерней, таким как цилиндрическая прямозубая шестерня, в которой зубья сформированы параллельно центральной оси.
Первая шестерня включает первую базовую часть 6, также известную, как зубчатый венец, диск и ступицу, которые расположены на первом вращающемся валу 2, и зубья 7 первой шестерни, сформированные на наружной круглой поверхности первой базовой части 6. Например, первая базовая часть 6 первой шестерни 3 может быть закреплена на шпонке на первом вращающемся валу 2 таким образом, чтобы вращаться интегрально с первым вращающимся валом 2, в то же время имея возможность совершать возвратно-поступательное движение на первом вращающемся валу 2. Вместо этого, первая базовая часть 6 первой шестерни 3 также может быть сформирована интегрально с первым вращающимся валом 2, чтобы вращаться интегрально с первым вращающимся валом 2, в то же время будучи лишенной возможности совершать возвратно-поступательное движение на первом вращающемся валу 2.
Подобным образом, вторая шестерня 5 включает вторую базовую часть 8, расположенную на втором вращающемся валу 4, и зубья 9 второй шестерни, сформированные на наружной круглой поверхности второй базовой части 8. Как и в первой шестерне 3, вторая базовая часть 8 второй шестерни 5 может не только быть закреплена на шпонке на втором вращающемся валу 4, но и сформирована интегрально со вторым вращающимся валом 4.
Как первая шестерня 3, так и вторая шестерня 5 являются эвольвентными шестернями, и спецификации шестерней и точности поверхностей зубьев 7 первой шестерни и зубьев 9 второй шестерни настроены в соответствии с заданными рабочими условиями, на основании значения режима входной энергии, определяемого крутящим моментом передачи и скоростью вращения. В частности, спецификации первой шестерни 3 и второй шестерни 5, такие как углы наклона линии зуба и углы профиля зубьев 7 первой шестерни и зубьев 9 второй шестерни, установлены на основании максимального входного крутящего момента на зубчатой передаче 1 и заданного значения режима входной энергии, которые прикладываются к зубчатой передаче 1 чаще всего. Вдобавок, точности поверхностей или профили поверхностей зубьев 7 первой шестерни и зубьев 9 второй шестерни, то есть, погрешности в углах наклона линии зуба и углах профиля зубьев 7 первой шестерни и зубьев 9 второй шестерни настроены таким образом, что зубья 7 первой шестерни и зубья 9 второй шестерни контактируют друг с другом в наиболее предпочтительном состоянии, когда зубчатая передача 1 работает на заданной входной энергии, которая прикладывается к зубчатой передаче чаще всего. Здесь, определение "погрешность угла профиля" является разницей между самым большим углом профиля и самым маленьким углом профиля в направлении глубины зуба (как определено в JISB 1757-2: 2010), а определение "погрешность угла наклона линии зуба" является разницей между самым большим углом наклона линии зуба и самым маленьким углом наклона линии зуба в направлении линии зуба.
В частности, точности поверхности зубьев 7 первой шестерни и зубьев 9 второй шестерни настроены, чтобы оптимизировать состояние контакта между зубьями 7 первой шестерни и зубьями 9 второй шестерни на основании результатов эксперимента, проведенного во время передачи энергии, которая прикладывается к зубчатой передаче 1 чаще всего. Результаты такого эксперимента включают в себя: отклонения первой базовой части 6, второй базовой части 8, зубьев 7 первой шестерни и зубьев 9 второй шестерни; деформации и смещения первого вращающегося вала 2 и второго вращающегося вала 4 и подшипников (не показаны), поддерживающих первый вращающийся вал 2 и второй вращающийся вал 4; и деформации оболочек (не показаны), удерживающих подшипники.
То есть, при передаче энергии, отличающейся от вышеупомянутой заданной энергии, которая прикладывается к зубчатой передаче 1 чаще всего, отклонения и деформации первой базовой части 6, второй базовой части 8, зубьев 7 первой шестерни и зубьев 9 второй шестерни первого вращающегося вала 2 и второго вращающегося вала 4 могут отличаться от таковых в случае передачи заданной энергии, прикладываемой к зубчатой передаче 1 чаще всего.
Фиг. 2 показывает ситуацию зубчатой передачи 1, наблюдаемой в направлении II, показанном на фиг. 1, в которой первый вращающийся вал 2 наклонен продольно относительно центра O вращения первой шестерни 3 в результате изменения входной энергии во время передачи крутящего момента. В этой ситуации, первая шестерня 3 наклонена продольно относительно второй шестерни 5. Соответственно, в области зацепления, время начала зацепления между зубьями 7 первой передачи 3 и зубьями 9 второй передачи 5 может происходить раньше или позже ожидаемого времени. Подобным образом, время разъединения между зубьями 7 первой передачи 3 и зубьями 9 второй передачи 5 может также происходить раньше или позже ожидаемого времени.
Так как винтовые зубья сцеплены в пересеченных ориентациях в плоскости зацепления пары шестерней в пределах области зацепления, боковая поверхность зуба одного из винтовых зубьев ведущей шестерни сначала приходит в контакт с поверхностью головки зуба одного из винтовых зубьев ведомой шестерни в одной точке с одной стороны пары шестерней. Площадь контакта между винтовыми зубьями постепенно возрастает до максимума, а затем постепенно снижается. В конечном счете, поверхность головки зуба упомянутого одного из винтовых зубьев ведущей шестерни приходит в контакт с боковой поверхностью зуба упомянутого одного из винтовых зубьев ведомой шестерни, и площадь контакта между винтовыми зубьями далее снижается до тех пор, пока винтовые зубья не разорвут контакт в одной точке с противоположной стороны. Если время начала зацепления между винтовыми зубьями происходит преждевременно или с опозданием в случае разрегулировки пары геликоидальных шестерней, в области зацепления, площадь контакта любой одной из поверхности головки зуба и боковой поверхности зуба ведущей шестерни с винтовым зубом ведомой шестерни становится больше, чем площадь контакта другой из них с винтовым зубом ведомой шестерни. В частности, площадь контакта между винтовыми зубьями рассчитывается, как накопленная величина площади контакта, от начала контакта зубьев до завершения контакта зубьев.
В дальнейшем объяснении, состояние контакта зубьев, в котором площадь контакта боковой поверхности зуба становится больше, чем площадь контакта поверхности головки зуба, будет называться "боковым контактом", состояние контакта зубьев, в котором площадь контакта поверхности головки зуба становится больше, чем площадь контакта боковой поверхности зуба, будет называться "контактом с головкой".
Фиг. 3 показывает ситуацию зубчатой передачи 1, наблюдаемой в направлении III, показанном на фиг. 1, в которой первый вращающийся вал 2 наклонен вбок относительно центра O вращения первой шестерни 3 в результате изменения входной энергии или тому подобного. В данной ситуации, первая шестерня 3 наклонена вбок относительно второй шестерни 5, и, следовательно, зуб 7 первой шестерни 3 в области зацепления вставлен глубоко между зубьями 9 второй шестерни 5. Следовательно, первая шестерня 3 приводится в боковой контакт, а вторая шестерня 5 приводится в контакт с головкой.
В случае пары цилиндрических шестерней, зубья шестерней сцепляются параллельно друг другу в плоскости зацепления, линия контакта наклонена, когда вращающийся вал(ы) наклонен/наклонены в результате изменения во входной энергии или тому подобного. Следовательно, также могут быть вызваны поясненные выше боковой контакт или контакт с головкой зубьев шестерни.
Фиг. 4 показывает смещение площади контакта зуба 7 первой шестерни в плоскости зацепления зубчатой передачи 1 в результате произошедшего бокового контакта. На фиг. 4, штриховой овал представляет площадь контакта зубьев 7 первой шестерни в случае, в котором зубья 7 первой шестерни приводятся в контакт с зубьями 9 второй шестерни в самом предпочтительном состоянии, а сплошной овал представляет площадь контакта зубьев 7 первой шестерни в случае, в котором боковая поверхность зубьев 7 первой шестерни приводится в контакт с зубьями 9 второй шестерни неправильно (то есть, в случае бокового контакта). Как описано, винтовые зубья сцеплены в поперечных ориентациях в плоскости зацепления, и зацепление между зубом 7 первой шестерни 3 и зубом 9 второй шестерни 5 развивается в направлении вдоль спиралеобразной кривой. В примере, показанном на фиг. 4, зацепление между зубом 7 первой шестерни и зубом 9 второй шестерни развивается в направлении от правого нижнего угла до верхнего левого угла, как показано стрелкой. В частности, в области зацепления, боковая поверхность зубьев 7 первой шестерни сначала приходит в контакт с поверхностью головки зуба 9 второй шестерни, и, в конечном счете, поверхность головки зуба 7 первой шестерни приходит в контакт с боковой поверхностью зуба 9 второй шестерни.
Когда зубчатая передача 1 работает надлежащим образом, как показано штриховым овалом, в области зацепления, боковая поверхность зуба и поверхность головки зуба 7 первой шестерни контактирует по существу равным образом с зубом 9 второй шестерни через линию делительной окружности. Напротив, когда боковой контакт вызван изменением во входной энергии или тому подобным, как показано сплошным овалом, в области зацепления, площадь контакта боковой поверхности зуба 7 первой шестерни становится больше, чем площадь контакта поверхности головки зуба 7 первой шестерни. Подобным образом, когда контакт зуба вызван изменением во входной энергии или тому подобным, в области зацепления, площадь контакта поверхности головки зуба 7 первой шестерни становится больше, чем площадь контакта боковой поверхности зуба 7 первой шестерни.
Потеря энергии зубчатой передачи может быть рассчитана посредством умножения коэффициента трения поверхности зуба шестерни на нагрузку, прикладываемую к зубу шестерни, и скорость проскальзывания на поверхности зуба шестерни. Так как скорость проскальзывания возрастает пропорционально расстоянию от линии делительной окружности, эффективность передачи зубчатой передачи может быть снижена в случае бокового контакта и контакта зуба.
Изобретатели настоящего изобретения экспериментальным образом обнаружили изменения в эффективности передачи зубчатой передачи 1 в зависимости от состояния контакта. В первом фундаментальном испытании, эффективность передачи зубчатой передачи 1 была рассчитана, как отношение энергии, прикладываемой ко второму вращающемуся валу 4, к энергии, детектируемой с первого вращающегося вала 2. В частности, в первом фундаментальном испытании, эффективность передачи зубчатой передачи 1 была получена во время настройки входной энергии на втором вращающемся валу 4 таким образом, чтобы достичь наиболее предпочтительного состояния контакта зубьев.
Затем, во втором фундаментальном испытании, эффективность передачи зубчатой передачи 1 была получена посредством приложения такой же энергии ко второму вращающемуся валу 4 во время временной настройки погрешности в угле профиля зубьев 7 первой шестерни таким образом, чтобы вызвать боковой контакт. В частности, боковой контакт первой шестерни 3 может быть вызван увеличением угла профиля боковой поверхности зуба каждого из зубьев 7 первой шестерни, или снижением угла профиля поверхности головки зуба каждого из зубьев 7 первой шестерни.
Напротив, в третьем фундаментальном испытании, эффективность передачи зубчатой передачи 1 была получена посредством приложения такой же энергии ко второму вращающемуся валу 4 во время временной настройки погрешности в угле профиля зубьев 7 первой шестерни таким образом, чтобы вызвать контакт с головкой. В частности, контакт с головкой первой шестерни 3 может быть вызван увеличением угла профиля поверхности головки зуба каждого из зубьев 7 первой шестерни, или снижением угла профиля боковой поверхности зуба каждого из зубьев 7 первой шестерни.
Другие спецификации первой шестерни 3 и второй шестерни 5 не были изменены в фундаментальных испытаниях с первого по третье.
Результаты фундаментальных испытаний показаны на фиг. 5 и 6. На фиг. 5 и 6, вертикальная ось индивидуально представляет эффективность передачи зубчатой передачи 1, а горизонтальная ось индивидуально представляет скорость вращения первого вращающегося вала 2 или второго вращающегося вала 4. В частности, фиг. 5 показывает результаты случая, в котором входной крутящий момент на втором вращающемся валу 4 был низким, а фиг. 6 показывает результаты случая, в котором входной крутящий момент на втором вращающемся валу 4 был высоким. На фиг. 5 и 6, "◆" представляет результат первого фундаментального испытания, "■" представляет результат второго фундаментального испытания, а "▲" представляет результат третьего фундаментального испытания.
Как видно из фиг. 5 и 6, эффективность передачи зубчатой передачи 1 снижалась в случае контакта с головкой и бокового контакта независимо от крутящего момента передачи и скорости вращения вала.
Изобретатели настоящего изобретения также экспериментальным образом обнаружили изменения в эффективности передачи зубчатой передачи 1 в зависимости от жесткости или твердости первой базовой части 6 первой шестерни 3.
В первом повторном испытании, эффективность передачи зубчатой передачи 1 была получена в состоянии, как в первом фундаментальном испытании, во время временного снижения жесткости первой базовой части 6, и результат показан на фиг. 7. Во втором повторном испытании, эффективность передачи зубчатой передачи 1 была получена в состоянии, как во втором фундаментальном испытании, во время временного снижения жесткости первой базовой части 6, и результат показан на фиг. 8. В третьем повторном испытании, эффективность передачи зубчатой передачи 1 была получена в состоянии, как в третьем фундаментальном испытании, во время временного снижения жесткости первой базовой части 6, и результат показан на фиг. 9. На фиг. 7, "◇" представляет результат первого повторного испытания, а "◆" представляет результат первого фундаментального испытания, на фиг. 8, "□" представляет результат второго повторного испытания, а "■" представляет результат второго фундаментального испытания, и на фиг. 9 "Δ" представляет результат третьего повторного испытания, а "▲" представляет результат третьего фундаментального испытания.
Как видно из фиг. 7 и 9, даже если жесткость первой базовой части 6 была снижена, эффективность передачи зубчатой передачи 1 не изменилась в случае, в котором зубчатая передача 1 работала в правильном состоянии контакта зубьев, и в случае, в котором зубчатая передача 1 работала в состоянии контакта с головкой.
Тем не менее, как видно из фиг. 8, эффективность передачи зубчатой передачи 1 была улучшена посредством снижения жесткости первой базовой части 6 в случае, в котором зубчатая передача 1 работала в состоянии бокового контакта. Таким образом, в результате второго повторного испытания, изобретатели подтвердили факт, состоящий в том, что разница между площадью контакта боковой поверхности зуба и площадью контакта поверхности головки зуба была уменьшена посредством снижения жесткости первой базовой части 6 в случае, в котором зубчатая передача 1 работала в состоянии бокового контакта. То есть, было подтверждено, что площадь контакта зубьев 7 первой шестерни была перемещена со стороны боковой поверхности зуба в сторону поверхности головки зуба.
Чтобы улучшить эффективность передачи зубчатой передачи 1, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, часть 10 снижения жесткости в виде желобка сформирована в первой базовой части 6 первой шестерни 3, что может вызвать боковой контакт. В первой шестерне 3, следовательно, жесткость и момент сопротивления сечения первой базовой части 6 частично снижен посредством части 10 снижения жесткости, чтобы быть ниже, чем жесткость оставшейся части и жесткость второй базовой части 8 второй шестерни 5. Тем не менее, жесткость первой базовой части 6 все еще остается достаточной, чтобы передавать максимальный входной крутящий момент на зубчатой передаче 1.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, таким образом, базовая часть 6 первой шестерни 3 деформируется во время передачи энергии, тем самым предотвращая смещение контактной части зуба 7 первой шестерни. То есть, в зубе 7 первой шестерни, разница между площадью контакта боковой поверхности зуба и площадью контакта поверхности головки зуба может быть снижена. По этой причине, снижение эффективности передачи зубчатой передачи 1 может быть предотвращено. Вдобавок, снижение эффективности передачи зубчатой передачи 1 может быть предотвращено посредством снижения жесткости только одной из шестерней.
Способ изготовления зубчатой передачи 1 будет пояснен далее в материалах настоящей заявки. Во-первых, первую шестерню 3 и вторую шестерню 5 формируют таким образом, чтобы достигать заданной спецификации и точностей поверхности зуба. В частности, первую шестерню 3 и вторую шестерню 5 формируют таким образом, чтобы достигать наиболее предпочтительного состояния контакта зубьев при передаче заданной энергии, прикладываемой к зубчатой передаче 1 чаще всего. Затем, первую шестерню 3 и вторую шестерню 5 собирают, чтобы сформировать зубчатую передачу 1, и величину разрегулировки измеряют во время передачи энергии, отличающейся от заданной энергии. Величина разрегулировки включает параллельность между первым вращающимся валом 2 и вторым вращающимся валом 4. Такая параллельность может быть измерена не только экспериментально, но и посредством моделирования.
Затем, профиль зуба каждого из зубьев 7 первой шестерни и зубьев 9 второй шестерни получают посредством измерения или на основании конструкторских значений. После этого, контактные части зуба 7 первой шестерни и зуба 9 второй шестерни в плоскости зацепления, и площади контакта зуба 7 первой шестерни и зуба 9 второй шестерни в плоскости зацепления получают по отдельности посредством моделирования. После этого, шестерню, вызывающую боковой контакт, определяют на основании контактных частей и площадей контакта. В частности, в зубьях 7 первой шестерни 3, площадь контакта между боковой поверхностью зуба и зубом 9 второй шестерни в плоскости зацепления сравнивается с площадью контакта между поверхностью головки зуба и зубом 9 второй шестерни в плоскости зацепления. По выбору, в зубьях 9 второй шестерни 5, площадь контакта между боковой поверхностью зуба и зубом 7 первой шестерни в плоскости зацепления сравнивается с площадью контакта между поверхностью головки зуба и зубом 7 первой шестерни в плоскости зацепления. Например, при условии, что площадь контакта боковой поверхности зуба 7 первой шестерни больше, чем площадь контакта поверхности головки зуба 7 первой шестерни, первую шестерню 3 определяют, как шестерню, которая, как ожидается, вызывает боковой контакт. В данном случае, часть 10 снижения жесткости формируют на базовой части 6 первой шестерни 3, чтобы частично снизить толщину базовой части 6. В частности, желобок или отверстие(я) формируют на базовой части 6. Напротив, при условии, что площадь контакта боковой поверхности зуба 7 первой шестерни меньше, чем площадь контакта поверхности головки зуба 7 первой шестерни, часть 10 снижения жесткости формируют на второй базовой части 8 второй шестерни 5.
Далее в материалах настоящей заявки, примеры части 10 снижения жесткости будут пояснены со ссылкой на фиг. с 11 по 13. В дальнейших примерах, часть 10 снижения жесткости сформирована на базовой части 6 первой шестерни 3. В примере, показанном на фиг. 11, кольцеобразный желобок 11 сформирован на одной поверхности базовой части 6, а другой кольцеобразный желобок 11 сформирован на другой поверхности базовой части 6. В данном случае, когда по меньшей мере один из первого вращающегося вала 2, второго вращающегося вала 4, подшипника и оболочки, и т.д., деформируется во время передачи крутящего момента, базовая часть 6 искривляется так, чтобы зуб 7 первой шестерни в области зацепления смещался в направлении вращения вдоль спиралеобразной кривой. Вследствие этого, боковой контакт рассеивается. Иными словами, смещение контактной части зуба 7 первой шестерни в области зацепления может быть исправлено, чтобы предотвратить снижение эффективности передачи зубчатой передачи 1.
Когда вызывается деформация вышеупомянутых элементов, в плоскости зацепления, контактная часть зуба 7 первой шестерни также может быть смещена в направлении ширины первой шестерни 3. Чтобы предотвратить снижение эффективности передачи зубчатой передачи 1 в результате такого смещения вдоль ширины контактной части зуба 7 первой шестерни, как проиллюстрировано на фиг. 12 и 13, кольцеобразный желобок 11 также может быть сформирован только на одной поверхности базовой части 6. В частности, кольцеобразный желобок 11 сформирован на той же стороне базовой части 6, в которой направлено смещение вдоль ширины контактной части зуба 7 первой шестерни. В данном случае, базовой части 6 позволено искривляться, чтобы наклонять зуб 7 первой шестерни в плоскости зацепления в том же направлении, в котором направлено смещение вдоль ширины контактной части зуба 7 первой шестерни. По этой причине, сгибания зуба 7 первой шестерни можно избежать, даже если зуб 7 первой шестерни нагружен неравномерно.
В данном случае, базовая часть 6 также искривляется посредством деформации вышеупомянутых элементов, чтобы зуб 7 первой шестерни в области зацепления смещался в направлении вращения вдоль спиралеобразной кривой. Следовательно, боковой контакт рассеивается, чтобы предотвратить снижение эффективности передачи зубчатой передачи 1.
Если вторая шестерни 5 диаметрально меньше, желобок или тому подобное может не быть сформирован на второй базовой части 8, чтобы снизить толщину второй базовой части 8, в то же время достигая требуемой спецификации шестерни, даже если ожидается, что боковой контакт будет вызван во второй шестерне 5. В данном случае, погрешность угла профиля каждого из зубьев 7 первой шестерни 3, которая может вызвать контакт с головкой, может быть настроена таким образом, чтобы толщина боковой поверхности зуба увеличивалась. В качестве альтернативы, погрешность угла профиля каждого из зубьев 9 второй шестерни 5, которая может вызвать боковой контакт, может быть настроена таким образом, чтобы толщина поверхности головки зуба увеличивалась. Вместо этого, погрешность угла профиля каждого из зубьев 7 первой шестерни 3, которая может вызвать контакт с головкой, может быть настроена таким образом, чтобы толщина поверхности головки зуба уменьшалась. В качестве альтернативы, погрешность угла профиля каждого из зубьев 9 второй шестерни 5, которая может вызвать боковой контакт, может быть настроена таким образом, чтобы толщина боковой поверхности зуба уменьшалась.
В поясненном выше случае, погрешности угла профиля зубьев 7 первой шестерни 3 и зубьев 9 второй шестерни 5 настраивают в пределах диапазона, возможного для достижения наиболее предпочтительного состояния контакта зубьев.
По этой причине, даже если ожидается возникновение бокового контакта второй шестерни 5, снижение эффективности передачи зубчатой передачи 1 может быть предотвращено посредством такой настройки погрешностей угла профиля зубьев 7 первой шестерни 3 и зубьев 9 второй шестерни 5, в то же время сохраняя предпочтительное состояние контакта зубьев.
Чтобы сохранить жесткость первой базовой части 6 первой шестерни 3 в требуемом диапазоне, глубина и ширина желобка 11 могут быть изменены произвольным образом. Вдобавок, первая базовая часть 6 может быть сформирована из материала с низким модулем Юнга, чтобы снизить ее жесткость. Например, первая базовая часть 6 может быть частично сформирована из алюминиевого сплава, магниевого сплава, усиленного углеродным волокном пластика или тому подобного. В данном случае, оставшаяся часть первой базовой части 6 может быть сформирована из низкоуглеродистой стали.
Несмотря на то, что был описан вышеприведенный примерный вариант осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение не должно ограничиваться описанным примерным вариантом осуществления, и что различные изменения и модификации могут быть сделаны в пределах духа и объема настоящего изобретения. Например, настоящее изобретение также может быть применено к зубчатой передаче, в которой одна из шестерней является шестерней с внутренним зацеплением, наружная поверхность которой соединена с цилиндрическим штоком. Вдобавок, настоящее изобретение также может быть применено к зубчатой передаче, в которой одному из валов запрещено вращаться.
1. Зубчатая передача (1), содержащая: первую шестерню (3), включающую первую базовую часть (6) и зубья (7) первой шестерни, сформированные на первой базовой части (6); и вторую шестерню (5), включающую вторую базовую часть (8) и зубья (9) второй шестерни, сформированные на второй базовой части (8); отличающаяся тем, что: первая базовая часть (6) первой шестерни (3) расположена вокруг первого элемента (2) вала; а вторая базовая часть (8) второй шестерни (5) расположена вокруг второго вала (4) таким образом, что зубья (9) второй шестерни сцеплены с зубьями (7) первой шестерни; при этом зубчатая передача (1) выполнена таким образом, что зуб (7) первой шестерни и зуб (9) второй шестерни контактируют друг с другом в самом предпочтительном состоянии в плоскости зацепления, когда первая шестерня (3) передает заданную энергию; причем площадь контакта между боковой поверхностью зуба (7) первой шестерни и зуба (9) второй шестерни в плоскости зацепления превышает площадь контакта между поверхностью головки зуба (7) первой шестерни и зуба (9) второй шестерни в плоскости зацепления, когда первая шестерня (3) передает энергию, отличную от заданной энергии; при этом на первой базовой части (6) сформирована часть (10, 11) снижения жесткости для частичного снижения жесткости первой базовой части (6).
2. Зубчатая передача (1) по п. 1, отличающаяся тем, что жесткость части (10, 11) снижения жесткости, сформированной на первой базовой части (6), ниже жесткости второй базовой части (8) второй шестерни (5).
3. Зубчатая передача (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что часть (10, 11) снижения жесткости сформирована из материала с более низким модулем Юнга, чем модуль Юнга у оставшейся части первой базовой части (6).
4. Зубчатая передача (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что момент сопротивления сечения части (10, 11) снижения жесткости ниже момента сопротивления сечения оставшейся части первой базовой части (6).
5. Зубчатая передача (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что часть (10, 11) снижения жесткости сформирована на первой базовой части (6) таким образом, чтобы частично уменьшать толщину первой базовой части (6).
6. Зубчатая передача (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что часть (10, 11) снижения жесткости включает в себя желобок (11), причем желобок (11) сформирован на по меньшей мере одной из поверхностей первой базовой части (6).
7. Зубчатая передача (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что погрешность угла профиля каждого из зубьев (7) первой шестерни настроена по отдельности таким образом, что площадь контакта между боковой поверхностью зуба (7) первой шестерни и зуба (9) второй шестерни в плоскости зацепления становится больше, чем площадь контакта между поверхностью головки зуба (7) первой шестерни и зуба (9) второй шестерни в плоскости зацепления, когда зубчатая передача (1) работает в состоянии, отличающемся от заданного состояния.
8. Зубчатая передача (1) по п. 7, отличающаяся тем, что толщина боковой поверхности зуба каждого из зубьев (7) первой шестерни увеличивается по отдельности от толщины, предназначенной для работы в заданном состоянии, или толщина поверхности головки зуба каждого из зубьев (7) первой шестерни уменьшается по отдельности от толщины, предназначенной для работы в заданном состоянии.
9. Зубчатая передача (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что погрешность угла профиля каждого из зубьев (9) второй шестерни настроена по отдельности таким образом, что площадь контакта между поверхностью головки зуба (9) второй шестерни и зуба (7) первой шестерни в плоскости зацепления становится больше, чем площадь контакта между боковой поверхностью зуба (9) второй шестерни и зуба (7) первой шестерни в плоскости зацепления, когда зубчатая передача (1) работает в состоянии, отличающемся от заданного состояния.
10. Зубчатая передача (1) по п. 9, отличающаяся тем, что толщина боковой поверхности зуба каждого из зубьев (9) второй шестерни уменьшается по отдельности от толщины, предназначенной для работы в заданном состоянии, или толщина поверхности головки зуба каждого из зубьев (9) второй шестерни увеличивается по отдельности от толщины, предназначенной для работы в заданном состоянии.
11. Способ изготовления зубчатой передачи (1), в которой зубья (7) первой шестерни (3), расположенные на первом валу (2), и зубья (9) второй шестерни (5), расположенные на втором валу (4), сцеплены для передачи энергии, отличающийся тем, что: формируют первую шестерню (3) и вторую шестерню (5) таким образом, что зуб (7) первой шестерни и зуб (9) второй шестерни контактируют друг с другом в самом предпочтительном состоянии в плоскости зацепления при работе зубчатой передачи (1) в заданном состоянии;
сравнивают площадь контакта между боковой поверхностью зуба (7) первой шестерни и зуба (9) второй шестерни в плоскости зацепления с площадью контакта между поверхностью головки зуба (7) первой шестерни и зуба (9) второй шестерни в плоскости зацепления, во время работы зубчатой передачи (1) в состоянии, отличающемся от указанного заданного состояния; и, затем,
формируют часть (10, 11) снижения жесткости на первой базовой части (6) первой шестерни (3), сформированной вокруг первого вала (2), в случае, когда площадь контакта между боковой поверхностью зуба (7) первой шестерни и зуба (9) второй шестерни в плоскости зацепления больше, чем площадь контакта между поверхностью головки зуба (7) первой шестерни и зуба (9) второй шестерни в плоскости зацепления; или
формируют часть (10, 11) снижения жесткости на второй базовой части (8) второй шестерни (5), сформированной вокруг второго вала (4), в случае, когда площадь контакта между боковой поверхностью зуба (7) первой шестерни и зуба (9) второй шестерни в плоскости зацепления меньше, чем площадь контакта между поверхностью головки зуба (7) первой шестерни и зуба (9) второй шестерни в плоскости зацепления.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что часть (10, 11) снижения жесткости формируют посредством уменьшения толщины первой базовой части (6) или второй базовой части (8).
