RU2009386C1

RU2009386C1 - Gear set

Info

Publication number: RU2009386C1
Authority: RU
Inventors: Лев Абрамович Малкин
Original assignee: Лев Абрамович Малкин
Priority date: 1991-08-15
Filing date: 1991-08-15
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: end profile of one of gears (or profiles of both gears) is described by a continuous curve (or straight line) located inside the tooth contour formed by mating profile and the tangent to the mating profile at the point on the gear centroide. The helical gear set may be made both with parallel and intersecting axes both with internal and external engagement. A gear-with-rack engagement is also possible. The teeth engagement occurs only at the point continuously located on a common generatrix of pitch surfaces. EFFECT: improved efficiency. 4 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к зубчатым зацеплениям и может быть использовано в машиностроении и приборостроении. The invention relates to gears and can be used in mechanical engineering and instrumentation.

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. Known gear pairs designed to work in drives, gearboxes, multipliers. They serve to transfer energy from one shaft to another. In this case, it is possible both to change the angular velocities and the values of the transmitted moments.

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. In known gear pairs, the conjugate tooth profiles slip over each other during the rotation of the wheels. This circumstance determines the main friction losses during the operation of the mechanisms and, accordingly, reduces their efficiency.

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. It is known, for example, that a 1% change in the efficiency of a gear pair (from η = 0.98 to η = 0.99) can double the efficiency of a planetary gearbox.

Известно зацепление Малкина Л. А. , касающееся зубчатых пар с некруглыми центроидами и с перемещающимся полюсом зацепления [1] . Known gearing L. Malkin, relating to gear pairs with non-circular centroids and with a moving gear pole [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). Known gearing Novikov M. L., related to pairs with special gearing. In Novikov gearing, the contact of the teeth occurs at a point. The contact point moves along the line of engagement parallel to the axles of the wheels (with cylindrical wheels).

Недостатком известного решения является то, что точка находится на постоянном расстоянии от полюса зацепления и поэтому происходит проскальзывание зубьев (с постоянной скоростью). A disadvantage of the known solution is that the point is at a constant distance from the mesh pole and therefore the teeth slip (at a constant speed).

Цель изобретения - повышение КПД за счет исключения проскальзывания между зубьев. The purpose of the invention is to increase efficiency by eliminating slippage between the teeth.

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. This goal is achieved in that the gear pair, including two pointwise contacting the teeth of the helical gear elements, the end profiles of which are outlined by smooth lines, has at least one of the elements in which the end profiles of the teeth have the form of smooth curves or straight lines tangent to the conjugate profile at the points on the centroid of the wheel and the circuits passing inside, formed by mating profiles.

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. In FIG. 1 shows the interaction of two teeth; in FIG. 2 - initial circular cylinders and line of engagement, axonometry; in FIG. 3 - end profiles; in FIG. 4 - a pair of external gearing; in FIG. 5 - a pair of internal gearing; in FIG. 6 - end profiles of teeth with internal gearing; in FIG. 7 - scan of the initial cylinder with traces of the section of the teeth.

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. Depicted in FIG. 1 two teeth (the remaining teeth are removed for clarity) can serve as an example of physical performance. The engagement begins at the pole R. The helical lines of the teeth themselves are the helical lines Ra and Rv. These helical lines roll over one another during operation. The interaction of the teeth occurs without their mutual slipping.

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. In FIG. 2 shows the geometrical place of contact of the teeths that is motionless in space — the engagement line to-to. Helix lines (also shown in Fig. 2) must have equal, but opposite in direction, angles β.

При любом повороте колес зубья контактируют в одной из точек к, расположенной на общей образующей к-к. At any rotation of the wheels, the teeth contact in one of the points k located on the common generatrix k-k.

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.In FIG. 2 shows circular initial cylinders (with radii r ₁ and r ₂ ). However, this can be not only circular cylinders, but also surfaces mutually rolling over each other with a common generatrix k-k, which is the line of engagement, and the pole of engagement P is the projection of this line on the plane of the drawing.

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. Depicted in FIG. 3 end profiles provide rolling of the teeth along helical (Ra and Rv in Fig. 1) and contact on the engagement line ak-k. To do this, the sections (shaded) between the mates (dashed line) and the real profile are “removed” on the tooth. This real profile is outlined inside the conjugate and touches it at point P on the centroid.

Следует иметь ввиду, что в случае работы сопряженных профилей (без "удаления") касание зубьев периодически происходит и на расстоянии от полюса Р. It should be borne in mind that in the case of mating profiles (without "removal"), the teeth touch periodically also occurs at a distance from the P pole.

На фиг. 4 показано внешнее зацепление с постоянным передаточным числом. Зацепление здесь показано с боковыми зазорами, которые, однако, не являются теоретически необходимыми. In FIG. 4 shows an external gearing with a constant gear ratio. The engagement is shown here with lateral clearances, which, however, are not theoretically necessary.

На фиг. 5 показано внутреннее зацепление с центроидами в виде окружностей. In FIG. 5 shows the internal gearing with centroids in the form of circles.

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. In FIG. Figure 6 shows the involute profile of the small wheel and the special (real) profile of the larger wheel, outlined by a straight line located tangentially at point P to the involute of the larger tooth (dotted line). It is known that in classical internal involute gearing, the tooth of the larger wheel has a concave profile. Making a real profile straightforward is technologically convenient. The "removed" teeth are shaded.

На фиг. 7 представлена схема для вывода коэффициента перекрытия в предлагаемых колесах - развертка начального цилиндра. In FIG. 7 is a diagram for deriving the overlap coefficient of the proposed wheels — a scan of the initial cylinder.

Предлагаемая зубчатая пара работает следующим образом. The proposed gear pair works as follows.

При вращении зуб одного колеса передает усилие зубу второго колеса. During rotation, the tooth of one wheel transfers force to the tooth of the second wheel.

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. Touching occurs not as in ordinary helical gears - along the contact line obliquely intersecting the lateral surface of the tooth, but at a point invariably located on the common generatrix of the initial surfaces. In the case of a pair of wheels with parallel axles, the projection of the k-k line (line of engagement) onto the end plane is the pole of engagement R.

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.In conventional helical gears, any tooth sections with planes perpendicular to the axles of the wheels have conjugate profiles (for example, involute circles). In the engagement process, the mating profiles touch not only at the engagement pole, but also at a distance from it. They slip through each other at a speed (for external gearing) equal to
V _ck = L _ri (ω ₁ + ω ₂ ), where L _ri is the distance from the pole P to the point of contact and;
ω ₁ and ω ₂ - the angular velocity of the wheels.

В заявляемом техническом решении точка контакта профилей всегда лежит на линии к-к, т. е. всегда совпадает с полюсом зацепления Р. In the claimed technical solution, the contact point of the profiles always lies on the k-k line, that is, it always coincides with the gearing pole R.

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.The value of L _ri = L _pk = 0, therefore, when the proposed wheels rotate, their tooth profiles do not slip over each other. This fact is key to increasing the efficiency of the proposed pair. The possibility of contacting at other points in addition to the pole of engagement P is excluded.

Непрерывность зацепления обеспечивается расположением зубьев по винтовым линиям, что обуславливает последовательное зацепление профилей, смещенных по винтовой. The continuity of engagement is ensured by the location of the teeth along helical lines, which leads to sequential engagement of profiles offset along the helical.

Геометрическое место точек контакта, отнесенное к поверхности зуба, - винтовая линия. При вращении колес эти винтовые линии перекатываются друг по другу. The geometrical location of the contact points related to the tooth surface is a helix. When the wheels rotate, these helical lines roll over each other.

Для обеспечения плавности зацепления необходимо смещение торцовых профилей на величину не менее чем Т (фиг. 7). To ensure smooth engagement, it is necessary to offset the end profiles by an amount not less than T (Fig. 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.In FIG. 7 shows a scan of the initial cylinder and shows the traces of the cross section of two teeth. To provide the necessary overlap coefficient ε =

>1; it is necessary that b˙tg β> t _m , where b is the width of the wheel;
β is the angle of inclination of the tooth;
t _m is the end step of the wheel.

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. The design of the pair can be carried out using elements of involute engagement. For example, one of the wheels is made as standard - involute, and the other - the teeth are made with special profiles.

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. The proposed gear pair can be made both with parallel axles (cylindrical wheels), and with intersecting axes (bevel wheels). As a centroid, not only circles, but also other curves can be used. (56) 1. USSR author's certificate N 67425, cl. F 16 H 3/43, 1944.

2. Авторское свидетельство СССР N 109113, кл. F 16 H 1/00, 1956. 2. USSR author's certificate N 109113, cl. F 16 H 1/00, 1956.

Claims

1. A gear pair containing helical gears with a point engagement system, the tooth end profiles of which are outlined by smooth lines, characterized in that, in order to increase the efficiency by reducing tooth slippage for wheels with external gearing, the tooth end profiles of at least one of the helical gears the wheels are in the form of smooth curves relating to the mating profiles at the points on the centroid of the wheel and passing inside the contours formed by mating profiles or for wheels with internal gearing, the tooth end profiles wheels with internal teeth are in the form of smooth curves or straight tangent conjugate profiles at points on the centroid of the wheel and passing inside the contours formed by the conjugate profiles.

2. A gear pair according to claim 1, characterized in that the centroids have the shape of circles, and the axles of the wheels are parallel to each other.

3. A gear pair according to claim 1, characterized in that the axles of the wheels intersect.

4. A gear pair according to claim 1, characterized in that one of its elements is made in the form of a rail.