RU2019761C1 - Helical gearing - Google Patents

Helical gearing Download PDF

Info

Publication number
RU2019761C1
RU2019761C1 SU4938212A RU2019761C1 RU 2019761 C1 RU2019761 C1 RU 2019761C1 SU 4938212 A SU4938212 A SU 4938212A RU 2019761 C1 RU2019761 C1 RU 2019761C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gear
slots
gears
ring
width
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.Н. Федосеев
А.С. Гребенников
Н.В. Вальнин
Original Assignee
Институт машиноведения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт машиноведения РАН filed Critical Институт машиноведения РАН
Priority to SU4938212 priority Critical patent/RU2019761C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2019761C1 publication Critical patent/RU2019761C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Gears, Cams (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: helical gearing has helical gear-wheels. Each toothing is provided with ring slots width of which is equal to integer number of axial steps. The ring slots are arranged on the toothings uniformly. Minimum number of slots is defined by a relationship proposed. EFFECT: enhanced longevity. 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых механизмах различного назначения для снижения их вибрации. The invention relates to mechanical engineering and can be used in gear mechanisms for various purposes to reduce their vibration.

Известна косозубая передача, содержащая зубчатые колеса, ширина венцов которых кратна осевому шагу. Known helical transmission containing gears, the width of the rims of which is a multiple of the axial pitch.

Однако выбором ширины зубчатого колеса, кратной осевому шагу, снижение уровня вибрации передачи достигается за счет устранения только одного возмущающего фактора - переменной жесткости по фазе зацепления. Более того, в ряде случаев такой выбор вообще не приводит к снижению уровня вибрации передачи. However, by choosing the width of the gear wheel, which is a multiple of the axial step, the reduction of the vibration level of the transmission is achieved by eliminating only one disturbing factor - variable stiffness in the engagement phase. Moreover, in some cases, this choice does not lead to a decrease in the level of transmission vibration.

Наиболее близкой к предлагаемой заявке по технической сущности является цилиндрическая передача, содержащая косозубые колеса с кольцевыми прорезями, ширина зубчатых венцов которых равна целому числу осевых шагов и расстояние до прорезей от одноименных торцов зубчатых колес выбирается в зависимости от ширины колес. Closest to the proposed application by technical nature is a cylindrical gear containing helical gears with ring slots, the width of the gear rims of which is an integer number of axial steps and the distance to the slots from the ends of the gears of the same name is selected depending on the width of the wheels.

Недостатком данной зубчатой передачи является то, что снижение вибрации, вызываемой различными возмущающими факторами, возможно лишь на зубцовой частоте. The disadvantage of this gear transmission is that the reduction of vibration caused by various disturbing factors is possible only at the gear frequency.

Целью изобретения является снижение уровня вибрации косозубой передачи одновременно на всех гармониках зубцовой частоты. The aim of the invention is to reduce the level of vibration of the helical gear at the same time at all harmonics of the tooth frequency.

Поставленная цель достигается тем, что в косозубой цилиндрической передаче, содержащей зубчатые колеса с кольцевыми прорезями, ширина зубчатых венцов которых равна целому числу осевых шагов и расстояние до прорезей от одноименных торцов зубчатых колес выбирается в зависимости от ширины колес, зубчатые венцы колес разделены кольцевыми прорезями на равные части, минимальное количество прорезей выбрано из соотношения

Figure 00000001
cos K
Figure 00000002
Zωt +
Figure 00000003
(i - 1)
Figure 00000004
= 0 ,
K=1, 2, 3..., где n - количество кольцевых прорезей,
К - номер гармоники зубцовой частоты, на которой желательно снизить уровень вибрации передачи,
i - номер участка зубчатого венца, отсчитываемого от торца колеса со стороны входа зубьев в зацепление;
εβ- коэффициент осевого перекрытия.This goal is achieved in that in a helical gear transmission containing gears with ring slots, the width of the gears of which is an integer number of axial steps and the distance to the slots from the same ends of the gears is selected depending on the width of the wheels, the gears of the wheels are divided by ring slots into equal parts, the minimum number of slots is selected from the ratio
Figure 00000001
cos K
Figure 00000002
Zωt +
Figure 00000003
(i - 1)
Figure 00000004
= 0,
K = 1, 2, 3 ..., where n is the number of ring slots,
K is the harmonic number of the tooth frequency, at which it is desirable to reduce the vibration level of the transmission,
i is the number of the part of the ring gear, measured from the end of the wheel from the input side of the teeth into engagement;
ε β is the axial overlap coefficient.

Сопоставительный анализ заявляемой косозубой передачи с прототипом показывает, что рассматриваемая передача отличается наличием на венце каждого зубчатого колеса кольцевых прорезей, делящих эти венцы на равные части, при этом минимальное число прорезей определяется расчетным путем с использованием зависимости, предложенной в формуле изобретения. A comparative analysis of the inventive helical gear with the prototype shows that the gear in question is distinguished by the presence of ring slots on the rim of each gear wheel, dividing these crowns into equal parts, while the minimum number of slots is determined by calculation using the dependence proposed in the claims.

Таким образом, заявляемая передача соответствует критерию "Новизна". Thus, the claimed transmission meets the criterion of "Novelty."

При сравнении заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не удалось выявить в этих решениях признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". When comparing the proposed solution with other technical solutions in the art, it was not possible to identify in these solutions the features that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences".

Зависимость для определения минимального числа кольцевых прорезей на зубчатых венцах получена из следующих соображений. The dependence for determining the minimum number of ring slots on the gears is obtained from the following considerations.

Известно, что эвольвентное косозубое колесо шириной В мысленно можно представить в виде набора колес бесконечной малой ширины dB, повернутых в плоскости вращения одно относительно другого на бесконечно малый угол dα. Этим и объясняется порядок расположения контактных линий на поле зацепления пары косозубых колес, показанном на фиг.1 (Величина угла поворота колеса dα в зависимости от угла наклона зуба βo на основном цилиндре радиуса r и ширины dB выражается как
dα =

Figure 00000005
.It is known that an involute helical wheel with a width B can be imagined in the form of a set of wheels of infinite small width dB, rotated in the plane of rotation one relative to the other by an infinitesimal angle d α . This explains the order of the location of the contact lines on the field of engagement of the pair of helical gears shown in Fig. 1 (The value of the angle of rotation of the wheel d α depending on the angle of inclination of the tooth β o on the main cylinder of radius r and width dB is expressed as
d α =
Figure 00000005
.

Таким образом, на каждом участке шириной dB контактные линии сдвинуты по фазе относительно соседнего участка на величину dα (фиг.4).Thus, in each section with a width of dB, the contact lines are out of phase relative to the neighboring section by the value of d α (Fig. 4).

Если зубчатый венец колеса разделить на равные участки кольцевыми прорезями, (торцoвые сечения фиг.5э), то сдвиг фаз контактных линий для такой зубчатой передачи на этих участках можно определить как α = =2πεβ/n+1. При этом сдвиг фазы контактных линий любого выделенного i-го участка αi i = (

Figure 00000006
) относительно первого участка (фаза контактных линий которого принята за ноль и отнесена к началу входа очередной пары зубьев в зацепление) определяется как
αi =
Figure 00000007
(i - 1).If the ring gear of the wheel is divided into equal sections by ring slots, (end sections of FIG. 5e), then the phase shift of the contact lines for such a gear transmission in these sections can be defined as α = 2πε β / n + 1. Moreover, the phase shift of the contact lines of any selected i-th section α i i = (
Figure 00000006
) relative to the first section (the phase of the contact lines of which is taken to be zero and assigned to the beginning of the entry of the next pair of teeth into engagement) is defined as
α i =
Figure 00000007
(i - 1).

Таким образом, можно утверждать, что зубчатый венец составлен из n зубчатых участков (колес), каждый из которых повернут относительно другого на угол αi .Thus, it can be argued that the ring gear is composed of n toothed sections (wheels), each of which is rotated relative to the other by an angle α i .

Связав фазу φi возмущающей силы вида Ficos(Z ωt+φi ), где Z - число зубьев колеса, ω - оборотная частота, с фазой di, характеризующей положение контактных линий на поле зацепления для рассматриваемого i-го участка колеса, выделенного кольцевыми прорезями, можно утверждать, что сдвиг по фазе между возмущающими силами, действующими на i-тых участках, однозначно соответствует сдвигу по фазе между контактными линиями этих участков.Having connected the phase φ i of the disturbing force of the form F i cos (Z ωt + φ i ), where Z is the number of teeth of the wheel, ω is the revolution frequency, with the phase d i characterizing the position of the contact lines on the engagement field for the ith section of the wheel under consideration, distinguished by annular slots, it can be argued that the phase shift between the disturbing forces acting on the ith sections clearly corresponds to the phase shift between the contact lines of these sections.

Однако полученное выражение для сдвига фаз αi справедливо лишь для первой гармоники зубцовой частоты, т.к. осевой (торцoвый) шаг колеса соответствует периоду с зубцовой частотой, т.е. 2 π . Для любой К-той гармоники фазовые соотношения будут иметь вид
αi = K

Figure 00000008
(i - 1). (1)
Для компенсации возмущающих сил, возникающих в каждой части зубчатого колеса, образованной кольцевыми прорезями, необходимо чтобы их фазовые соотношения удовлетворяли условию:
Figure 00000009
FicosK(Z ω t + φi) = 0. (2)
Условие (2) должно выполняться независимо от физической природы возникновения возмущающих сил (переменная жесткость по углу поворота колеса, ударный вход зубьев в зацепление и т.д.). В силу того, что зубчатое колесо (ведомое и ведущее) разделено прорезями на равные участки, т.е. на равные по ширине пары зубчатых "независимых" передач, можно утверждать, что все Fi равны между собой по амплитуде, а поэтому условие (2) перепишем в виде
F
Figure 00000010
cosK(Z ω t + φi) = 0. (3)
Или в силу однозначного соответствия между φi и αi условие (2) запишем как:
F
Figure 00000011
cosK(Z ω t + αi) = 0. (4)
Окончательно выражение (4) с учетом (1) имеет вид
Figure 00000012
cos K
Figure 00000013
Zωt +
Figure 00000014
(i - 1)
Figure 00000015
= 0 . (5)
Механизм компенсации возмущающих сил можно пояснить иным способом.However, the obtained expression for the phase shift α i is valid only for the first harmonic of the tooth frequency, because the axial (end) step of the wheel corresponds to the period with the gear frequency, i.e. 2 π. For any Kth harmonic, the phase relations will have the form
α i = K
Figure 00000008
(i - 1). (1)
To compensate for the disturbing forces arising in each part of the gear formed by annular slots, it is necessary that their phase relations satisfy the condition:
Figure 00000009
F i cosK (Z ω t + φ i ) = 0. (2)
Condition (2) must be satisfied regardless of the physical nature of the occurrence of disturbing forces (variable stiffness in the angle of rotation of the wheel, impact input of the teeth into gearing, etc.) Due to the fact that the gear wheel (driven and driving) is divided by cuts into equal sections, i.e. equal to the width of the pair of gears of "independent" gears, it can be argued that all F i are equal in amplitude, and therefore we rewrite condition (2) in the form
F
Figure 00000010
cosK (Z ω t + φ i ) = 0. (3)
Or, due to the unambiguous correspondence between φ i and α i, condition (2) can be written as:
F
Figure 00000011
cosK (Z ω t + α i ) = 0. (4)
Finally, expression (4), taking into account (1), has the form
Figure 00000012
cos K
Figure 00000013
Zωt +
Figure 00000014
(i - 1)
Figure 00000015
= 0. (5)
The mechanism of compensation of disturbing forces can be explained in another way.

Если взять две одинаковые пары зубчатых колес для примера шириной В1,2 = 1,5 Рх, работающих синфазно, то поля зацепления для каждой из них будут идентичны (фиг.1 и 2). После поворота второй пары зубчатых колес относительно первой на угол, соответствующий 180о по зубчатой частоте, контактные линии на втором поле займут положение, указанное на фиг.2 пунктирными линиями.If we take two identical pairs of gears for an example of a width of 1.2 = 1.5 P x operating in phase, then the engagement fields for each of them will be identical (Figs. 1 and 2). After the rotation of the second pair of gears relative to the first by an angle corresponding to the gear 180 by the frequency, the contact line on the second field will take the position shown in Figure 2 by dotted lines.

Общее поле зацепления (фиг.3) может быть получено, если соединить колеса двух пар рассматриваемых передач. Из фиг.3 видно, что полученное таким образом поле зацепления соответствует полю зубчатой передачи с колесами шириной В = В1 + В2, получаемому с помощью кольцевой прорези. Следовательно, можно утверждать, что собранная пара состоит из двух пар колес, развернутых одно относительно другого соответственно на 180о, т.е. работающих в противофазе при возмущении на зубцовой частоте.The common field of engagement (figure 3) can be obtained by connecting the wheels of two pairs of gears in question. Figure 3 shows that the thus obtained field of engagement corresponds to the field of the gear transmission with wheels of width B = B 1 + B 2 obtained using an annular slot. Therefore, it can be argued that the assembled pair consists of two pairs of wheels deployed one relative to the other respectively 180 ° , i.e. working in antiphase with a perturbation at the gear frequency.

Аналогичные рассуждения можно привести и для других сочетаний различного числа прорезей с учетом гармоник зубцовой частоты. Similar reasoning can be given for other combinations of different numbers of slots, taking into account harmonics of the tooth frequency.

На фиг. 1 и 2 изображены поля зацепления двух одинаковых пар косозубых колес с εβ = 1,5, на фиг.3 - поле зацепления передачи, образованной жестким соединением двух пар колес, на фиг.4 - участок поля зацепления передачи шириной dB, на фиг. 5 - пара косозубых цилиндрических колес с кольцевыми прорезями.In FIG. Figures 1 and 2 show the engagement fields of two identical pairs of helical gears with ε β = 1.5, Fig. 3 shows the gear engagement field formed by the rigid connection of two pairs of wheels, Fig. 4 shows a portion of the gear engagement field with a width of dB, Fig. 5 - a pair of helical cylindrical wheels with annular slots.

Передача содержит косозубые эвольвентные колеса 1, 2 с кольцевыми прорезями 3 на каждом из зубчатых венцов, ширина Bw которых равна целому числу осевых шагов. Прорези 3 разделяют зубчатые венцы колес 1, 2 на равные части 4. Минимальное количество необходимых для этого прорезей выбрано из соотношения

Figure 00000016
cos K
Figure 00000017
Zωt +
Figure 00000018
(i - 1)
Figure 00000019
= 0 ,
K = 1, 2, 3..., где n - число кольцевых прорезей,
К - номер гармоники зубцовой частоты, на которой необходимо снизить уровень вибрации,
i - номер участка зубчатого венца, отсчитываемого от торца со стороны входа зубьев в зацепление,
εβ- коэффициент осевого перекрытия.The transmission contains helical involute wheels 1, 2 with annular slots 3 on each of the gears, the width B w of which is equal to an integer number of axial steps. Slots 3 divide the ring gears of wheels 1, 2 into equal parts 4. The minimum number of slots required for this is selected from the ratio
Figure 00000016
cos K
Figure 00000017
Zωt +
Figure 00000018
(i - 1)
Figure 00000019
= 0,
K = 1, 2, 3 ..., where n is the number of ring slots,
K is the harmonic number of the tooth frequency at which it is necessary to reduce the level of vibration,
i is the number of the portion of the ring gear, counted from the end from the input side of the teeth into engagement,
ε β is the axial overlap coefficient.

Для снижения вибрации передачи, например, на 2-ой и 3-ей гармониках зависимость в развернутом виде дает
при = 1
cos2Z ω t + cos2Z ω t + cos3Z ω t -
- cos3Z ω t = 2cos2Z ω t
при = 2
cos2Z ω t + cos2Z ω t + cos2Z ω t +
+ cos3Z ω t + cos3Z ω t + cos3Z ω t =
= 3(cos2Z ω t + cos3Z ω t);
при = 3
cos2Z ω t - cos2Z ω t + cos2Z ω t -
- cos2Z ω t + cos3Z ω t - sin3Z ω t -
- cos3Z ω t + sin3Z ω t = 0.
To reduce the vibration of the transmission, for example, at the 2nd and 3rd harmonics, the dependence in the expanded form gives
at = 1
cos2Z ω t + cos2Z ω t + cos3Z ω t -
- cos3Z ω t = 2cos2Z ω t
at = 2
cos2Z ω t + cos2Z ω t + cos2Z ω t +
+ cos3Z ω t + cos3Z ω t + cos3Z ω t =
= 3 (cos2Z ω t + cos3Z ω t);
at = 3
cos2Z ω t - cos2Z ω t + cos2Z ω t -
- cos2Z ω t + cos3Z ω t - sin3Z ω t -
- cos3Z ω t + sin3Z ω t = 0.

Следовательно, минимальное число прорезей, обеспечивающее компенсацию возмущающих сил на 2 и 3 гармониках равно трем. Прорези делят зубчатые венцы на четыре равные части. Consequently, the minimum number of slots, providing compensation for disturbing forces at the 2nd and 3rd harmonics, is three. Slots divide the ring gears into four equal parts.

При вращении зубчатых колес контактные линии 3 начинают перемещаться по полю зацепления и при повороте колеса на угол 2 π/Z вновь занимают исходное положение. Следовательно, процесс периодически повторяется с зубцовой частотой. With the rotation of the gears, the contact lines 3 begin to move along the field of engagement, and when the wheel is rotated through an angle of 2 π / Z, they again occupy the initial position. Therefore, the process is periodically repeated with a gear frequency.

При определенном подборе за счет кольцевых прорезей фазовых соотношений между возмущающими силами осуществляется взаимная компенсация этих сил независимо от источников их возникновения, т.к. поле зацепления участков, выделенных прорезями, идентичны по всем параметрам и отличаются лишь сдвигом фаз между контактными линиями. With a certain selection, due to the ring slots of the phase relationships between the disturbing forces, mutual compensation of these forces is carried out regardless of the sources of their occurrence, because the field of engagement of the areas identified by the slots are identical in all parameters and differ only in the phase shift between the contact lines.

Claims (1)

КОСОЗУБАЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА, содержащая зубчатые колеса с кольцевыми прорезями, ширина зубчатых венцов которых равна целому числу осевых шагов, отличающаяся тем, что, с целью снижения уровня вибрации передачи на зубцовой частоте, зубчатые венцы колес разделены кольцевыми прорезями на равные части, а минимальное количество прорезей выбрано из соотношения
Figure 00000020
cos K
Figure 00000021
Z
Figure 00000022
t
Figure 00000023
+
Figure 00000024
- 1)
Figure 00000025
= 0 ,
где n - число прорезей;
k - номер зубцовой частоты, на которой необходимо снизить уровень вибрации;
i - номер участка зубчатого венца, отсчитываемого от его торца со стороны входа зубьев в зацеплении;
εβ - коэффициент осевого перекрытия;
Z - число зубьев колеса;
ω - оборотная частота.
Scythe-free cylindrical gears containing gears with ring slots, the width of the gears of which is equal to an integer number of axial steps, characterized in that, in order to reduce the vibration level of the gear at the gear frequency, the gears of the wheels are divided by ring cuts into equal parts, and the minimum number of cuts selected from the ratio
Figure 00000020
cos K
Figure 00000021
Z
Figure 00000022
t
Figure 00000023
+
Figure 00000024
- 1)
Figure 00000025
= 0,
where n is the number of slots;
k is the number of the tooth frequency at which it is necessary to reduce the level of vibration;
i is the number of the part of the ring gear, measured from its end from the input side of the teeth in engagement;
ε β is the axial overlap coefficient;
Z is the number of teeth of the wheel;
ω is the reverse frequency.
SU4938212 1991-05-21 1991-05-21 Helical gearing RU2019761C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4938212 RU2019761C1 (en) 1991-05-21 1991-05-21 Helical gearing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4938212 RU2019761C1 (en) 1991-05-21 1991-05-21 Helical gearing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2019761C1 true RU2019761C1 (en) 1994-09-15

Family

ID=21575535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4938212 RU2019761C1 (en) 1991-05-21 1991-05-21 Helical gearing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2019761C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1698530, кл. F 16H 1/08, 1990. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0501522B1 (en) Wave gear drive
CA1279502C (en) Tooth profile of spline of strain wave gearing
US5456139A (en) Tooth profile arrangement to eliminate tooth intererence in extended contact harmonic drive devices
US5505668A (en) Gear system
US4899609A (en) Gears having a tooth-profile with a smaller relative of curvature at a contact point
JP2639847B2 (en) Planetary gearbox
EP0693640A1 (en) Internally meshing planetary gear structure of the flexible gear type
EP0974017A1 (en) Gear form constructions
EP0974016A1 (en) Gear form constructions
US4513637A (en) Gearing assembly
RU2019761C1 (en) Helical gearing
DE69912394T2 (en) GEARBOX REDUCTION WITH FLOATING TOOTH ELEMENTS
GB2229502A (en) Self-locking differential unit
ES2069692T3 (en) HIGH EFFICIENCY TRANSMISSION.
JPH0215743B2 (en)
EP0252612A2 (en) Oil pump
SU1663272A1 (en) Pacing wave transmission
SU1698530A1 (en) Spur-gear transmission
SU1627777A1 (en) Worm gearing
SU1002704A1 (en) Toothed gearing
KR870001604B1 (en) Method of transforming rotating movement to sliding movement using internal gear
JP2888699B2 (en) Flexible mesh gear meshing structure
SU1702033A1 (en) Toothed test wheel
RU1786318C (en) Variable-speed drive
JP2825007B2 (en) Differential gear assembly and assembly method thereof