RU2057267C1

RU2057267C1 - Gear transmission

Info

Publication number: RU2057267C1
Application number: RU93013849A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Петрович Гребенюк
Original assignee: Геннадий Петрович Гребенюк
Priority date: 1993-04-07
Filing date: 1993-04-07
Publication date: 1996-03-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: gear transmission has spiral gear wheels. The teeth of the gears have heads. The curvature radius of the tooth head in cross-section of the wheel is equal to the curvature radius of the answered tooth spaces. The profile of the tooth in the normal section is ellipse. The great axis of the ellipse is directed over the radius. The cosine of tooth inclination angle is equal to the ratio of the small axis of the ellipse to the great axis. EFFECT: improved design. 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к косозубым зубчатым передачам с зацеплением, обеспечивающим повышенную нагрузочную способность передач. The invention relates to mechanical engineering, in particular to helical gears with gearing, providing increased load capacity of the gears.

Известна зубчатая передача с зацеплением М.Л.Новикова [1]
Недостатком известной передачи является пониженная нагрузочная способность, повышенный износ зацепления, нетехнологичность изготовления (выпуклые и вогнутые зубья нарезаются различным инструментом), что ухудшает вибрационные и шумовые показатели зацепления. Кроме того, зацепление Новикова имеет концентраторы напряжений, что ухудшает надежность передач.Known gear transmission with gearing ML Novikov [1]
A disadvantage of the known transmission is a reduced load capacity, increased wear of the gearing, low manufacturing quality (convex and concave teeth are cut with various tools), which affects the vibrational and noise characteristics of gearing. In addition, Novikov gearing has stress concentrators, which impairs the reliability of the gears.

Наиболее близкой к предлагаемой является зубчатая передача, содержащая колеса, зубья которых выполнены с головками и межзубовыми впадинами, при этом в поперечном сечении колес радиус кривизны головки зуба выбран равным радиусу кривизны сопрягаемой с ней межзубовой впадины [2]
Недостатком этой передачи является неравномерная скорость вращения колеса, так как циклически изменяется передаточное число зубчатого зацепления, отсутствие плавности и неразрывного зацепления, невозможность передачи значительных крутящих моментов.Closest to the proposed one is a gear train containing wheels, the teeth of which are made with heads and interdental cavities, while in the cross section of the wheels the radius of curvature of the tooth head is chosen equal to the radius of curvature of the interdental cavity mating with it [2]
The disadvantage of this transmission is the uneven speed of rotation of the wheel, since the gear ratio of the gearing cyclically changes, the lack of smoothness and inextricable gearing, the inability to transmit significant torques.

Указанные недостатки устраняются тем, что в зубчатой передаче, содержащей колеса, зубья которых выполнены с головками и межзубовыми впадинами, при этом в поперечном сечении колес радиус кривизны головки зуба равен радиусу кривизны сопрягаемой с ней межзубовой впадины, колеса выполнены косозубыми, в нормальном сечении зуба профиль последнего представлен эллипсом с радиальным расположением его большой оси, а косинус угла наклона зубьев равен отношению малой оси эллипса к большой оси. These disadvantages are eliminated by the fact that in a gear transmission containing wheels whose teeth are made with heads and interdental cavities, while in the cross section of the wheels the radius of curvature of the tooth head is equal to the radius of curvature of the interdental cavity mating with it, the wheels are helical, in the normal section of the tooth profile the latter is represented by an ellipse with a radial arrangement of its major axis, and the cosine of the angle of inclination of the teeth is equal to the ratio of the minor axis of the ellipse to the major axis.

Применение эллиптического сечения зубьев обосновано тем, что если виток эллиптического сечения рассекать плоскостью под углом наклона к оси вала и проходящей через большую ось эллипса, то при определенном угле наклона этой плоскости сечения образуется окружность радиусом, равным большой полуоси эллиптического сечения вала. В этом случае малая ось эллипса увеличивается до размера большой оси. The use of an elliptical tooth section is justified by the fact that if the turn of the elliptical section is cut with a plane at an angle of inclination to the axis of the shaft and passing through the major axis of the ellipse, then at a certain angle of inclination of this plane of the section, a circle with a radius equal to the major axis of the elliptical section of the shaft is formed. In this case, the small axis of the ellipse increases to the size of the major axis.

Учитывая, что большая полуось а (фиг.1) высота головки зуба величина постоянная, то малая полуось определяется из зависимости отношения осей эллипса от угла наклона зубьев. Given that the semi-major axis a (Fig. 1) the height of the tooth head is constant, then the semi-minor axis is determined from the dependence of the ratio of the axes of the ellipse on the angle of inclination of the teeth.

Из известных соотношений эллипса следует
2а=G₁H+G₂H; c=OG₁=OG₂; b²+c²=a², где а=R высота головки зуба большая полуось эллипса;
b малая полуось эллипса;
с фокус эллипса.From the known relations of the ellipse it follows
2a = G ₁ H + G ₂ H; c = OG ₁ = OG ₂ ; b ² + c ² = a ² , where a = R the height of the tooth head is the major axis of the ellipse;
b minor axis of the ellipse;
with focus ellipse.

Анализируя последнее уравнение, находим, что для преобразования эллипса в окружность необходимо С=0, тогда b²+0=a², т.е. b=a. Но так как а величина постоянная, то b увеличивается до величины а при следующих условиях.Analyzing the last equation, we find that for the transformation of an ellipse into a circle, C = 0 is necessary, then b ² + 0 = a ² , i.e. b = a. But since a is a constant value, b increases to a value under the following conditions.

Задавая DF= a (фиг.3 и 4) и решая прямоугольный Δ DEF, находим, что DE: DF=cos α2b:2a=b:a, где α угол наклона зубьев колеса. Соответственно, b:a=cos α
Таким образом, для получения мгновенного момента зацепления в торцовом сечении в виде полуокружности с максимальным контактом зуба и впадины косинус угла наклона зубьев косозубого зацепления с эллиптическим сечением зубьев равен отношению малой оси к большой оси эллипса.Setting DF = a (Figs. 3 and 4) and solving the rectangular Δ DEF, we find that DE: DF = cos α2b: 2a = b: a, where α is the angle of inclination of the teeth of the wheel. Accordingly, b: a = cos α
Thus, to obtain an instantaneous moment of engagement in the end section in the form of a semicircle with maximum contact of the tooth and the trough, the cosine of the angle of inclination of the teeth of the helical gearing with an elliptical section of the teeth is equal to the ratio of the minor axis to the major axis of the ellipse.

При повороте зубчатой пары мгновенный контакт зуба и впадины перемещается вдоль оси вращения до тех пор, пока очередной зуб колеса не войдет в зацепление с впадиной шестерни, создавая аналогичный момент зацепления. Максимальный контакт выступа и впадины (фиг.2) обеспечивается в любой момент вращения шестерни и колеса. When the gear pair is rotated, the instantaneous contact of the tooth and the cavity moves along the axis of rotation until the next tooth of the wheel engages with the gear cavity, creating a similar engagement moment. The maximum contact of the protrusion and the cavity (figure 2) is provided at any moment of rotation of the gear and wheel.

При этом ширина зубчатого зацепления определяется необходимым коэффициентом перекрытия в зависимости от шага зацепления и угла наклона зубьев. The width of the gearing is determined by the necessary overlap coefficient depending on the pitch of the gearing and the angle of inclination of the teeth.

Сохраняя положительные качества зацепления Новикова, т.е. уменьшая до допустимого минимума значение угла наклона зубьев в косозубом зацеплении, одновременно можно достичь практически максимального возможного увеличения пятна контакта зубьев и впадин с той положительной особенностью, что это пятно контакта распределено равномерно по всей высоте соприкасаемых зубьев, так как радиус головки зуба равен радиусу ножки зуба по всей поверхности сопрягаемых колеса и шестерни. Указанное преимущество позволяет значительно повысить контактную выносливость рабочих поверхностей зубьев. Retaining the positive qualities of Novikov gearing, i.e. reducing the angle of inclination of the teeth in the helical gear to an acceptable minimum, at the same time, it is possible to achieve almost the maximum possible increase in the contact spot of the teeth and troughs with the positive feature that this contact spot is evenly distributed over the entire height of the teeth in contact, since the radius of the tooth head is equal to the radius of the tooth leg over the entire surface of the mating wheels and gears. This advantage allows you to significantly increase the contact endurance of the working surfaces of the teeth.

Для устранения возможного заклинивания от нагрева при работе зубчатого зацепления предусмотрена расширенная межзубовая впадина, а также лыска по всей длине вершины головки зуба. To eliminate possible jamming from heating during the operation of the gearing, an expanded interdental cavity is provided, as well as a flat along the entire length of the top of the tooth head.

Кроме того, вследствие хороших условий смазки предлагаемая зубчатая передача обладает повышенной износостойкостью зубьев и пониженными потерями на трение в зацеплении. In addition, due to good lubrication conditions, the proposed gear transmission has increased wear resistance of the teeth and reduced friction losses in gearing.

Специфическим недостатком заполюсных (дополюсных) зацеплений Новикова является необходимость удвоенного количества режущего инструмента, так как выпуклые и вогнутые зубья должны нарезаться различным инструментом, что повышает чувствительность к погрешностям сборки (неточности межосевого расстояния) и, как следствие, ухудшаются вибрационные и шумовые показатели. A specific drawback of Novikov’s polar (pre-polar) gears is the need to double the number of cutting tools, since convex and concave teeth must be cut with various tools, which increases the sensitivity to assembly errors (inaccuracies in the axle distance) and, as a result, vibration and noise indicators deteriorate.

Для устранения этого предлагается зубья колеса и шестерни обрабатывать одним инструментом, например фрезой, методом обкатки, что повышает эксплуатационные качества зацепления. To eliminate this, it is proposed to treat the teeth of the wheel and gear with one tool, for example, a milling cutter, by the method of running in, which improves the operational quality of the gearing.

На профиле зацепления Новикова имеются резкие изменения радиусов кривизны, например, в основании зуба шестерни, что способствует образованию концентраторов напряжения в теле шестерни. Это может привести к преждевременному разрушению шестерни. There are sharp changes in the radii of curvature on the Novikov gear profile, for example, at the base of the gear tooth, which contributes to the formation of stress concentrators in the gear body. This can lead to premature gear failure.

В предлагаемом зацеплении радиус кривизны по всему профилю не изменяется, что исключает наличие концентраторов напряжения и способствует долговечности работы механизма. In the proposed meshing, the radius of curvature over the entire profile does not change, which eliminates the presence of stress concentrators and contributes to the durability of the mechanism.

На фиг.2 изображена зубчатая пара с максимальным контактом по форме полуокружности зуба и впадины при мгновенном моменте зацепления в торцовом сечении; на фиг. 3 размещенные наклонно к оси вращения выступы и впадины эллиптической формы (профиля) на наружной образующей цилиндров шестерни и колеса в нормальном сечении; на фиг.4 разрез А-А на фиг.3. Figure 2 shows a gear pair with maximum contact in the form of a semicircle of the tooth and the cavity at an instantaneous moment of engagement in the end section; in FIG. 3 protrusions and depressions of an elliptical shape (profile) placed obliquely to the axis of rotation on the outer generatrix of the gear and wheel cylinders in a normal section; in Fig.4 a section aa in Fig.3.

Зубчатая передача содержит косозубые колеса 1 и 2. В поперечном сечении колес 1 и 2 радиус кривизны головки зуба равен радиусу кривизны сопрягаемой с ней межзубовой впадины, при этом в нормальном сечении (фиг.3) зуба профиль последнего представлен эллипсом (фиг.4) с радиальным расположением его большой оси, а косинус угла наклона зубьев равен отношению малой оси эллипса к большой оси. The gear contains helical gears 1 and 2. In the cross section of wheels 1 and 2, the radius of curvature of the tooth head is equal to the radius of curvature of the interdental cavity mating with it, while in the normal section (Fig. 3) of the tooth, the profile of the tooth is represented by an ellipse (Fig. 4) the radial arrangement of its major axis, and the cosine of the angle of inclination of the teeth is equal to the ratio of the minor axis of the ellipse to the major axis.

Зубчатая передача работает следующим образом. The gear transmission operates as follows.

При вращении колеса 1 зубья входят в зацепление с впадинами колеса 2 и вращение передается колесу 2. When the wheel 1 rotates, the teeth mesh with the depressions of the wheel 2 and the rotation is transmitted to the wheel 2.

Зацепление с эллиптическим профилем сечения зубьев может быть выполнено для внешнего и внутреннего зацепления, а также для передач с параллельными, пересекающимися и перекрещивающимися осями вращения. Gearing with an elliptical tooth section profile can be performed for external and internal gearing, as well as for gears with parallel, intersecting and intersecting rotation axes.

Claims

A gear transmission containing wheels whose teeth are made with heads and interdental cavities, wherein in the cross section of the wheels the radius of curvature of the tooth head is equal to the radius of curvature of the interdental cavity mating with it, characterized in that the wheels are helical, in the normal section of the tooth, the profile of the latter is represented by an ellipse with a radial arrangement of its major axis, and the cosine of the angle of inclination of the teeth is equal to the ratio of the minor axis of the ellipse to its major axis.