RU2109187C1

RU2109187C1 - Gear train

Info

Publication number: RU2109187C1
Application number: RU96113847A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Коровин; Е.Г. Макаров
Original assignee: Макаров Евгений Геннадьевич
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: gear train includes two helical gear wheels with parallel shafts. Tooth profile in end section of one of gear wheels is made over the envelope of family of curves describing the profile of end section of tooth of second gear wheel in different positions at relative rotation of wheels. Spiral angles are of the same direction and are related by the following relationship: $$$, where $$$ and $$$ are spiral angles of first and second gear wheels at diameters $$$ and $$$, respectively; U is gear ratio and $$$ and $$$ are diameters of circles on which contact points of first and second wheels lie. Proposed gear train has positive gear ratio; linear contact is effected over tooth flanks. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению. The invention relates to mechanical engineering.

Известно зацепление зубчатых колес с параллельными осями вращения [1]. Зубья обоих колес имеют одинаковый шаг и одно направление навивки спирали. Профиль и шаг зубьев таковы, что поворот первого зубчатого колеса в одном направлении вызывает смещение поверхности ножки зуба этого колеса относительно поверхности ножки зуба второго колеса, побуждая последний к вращению в том же направлении. Known gearing with parallel axes of rotation [1]. The teeth of both wheels have the same pitch and one direction of spiral winding. The profile and pitch of the teeth are such that turning the first gear in one direction causes a displacement of the surface of the tooth leg of this wheel relative to the surface of the tooth leg of the second wheel, causing the latter to rotate in the same direction.

При воздействии на первое зубчатое колесо крутящим моментом другого направления вращение на второе колесо не передается и оба колеса оказываются заблокированными от поворота. Передача обладает самоторможением и ведущим может быть только один из валов и только при одном направлении вращения. When the first gear is subjected to a torque of a different direction, the rotation on the second wheel is not transmitted and both wheels are blocked from rotation. The transmission has self-braking and the drive can be only one of the shafts and only with one direction of rotation.

Известно также устройство для передачи движения между двумя параллельными осями вращения и с внешним зацеплением, в котором шестерни внешнего зацепления являются косозубыми с винтовой линией, имеющей одинаковые угол наклона и направление, и вращаются в одинаковом направлении синхронно [2]. A device for transmitting motion between two parallel axes of rotation and with external gearing is also known, in which the gears of the external gearing are helical with a helix having the same angle and direction, and rotate in the same direction synchronously [2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является зубчатое зацепление косозубых колес, в котором для передачи вращения между параллельными валами и для получения передачи и с положительным, и с отрицательным передаточным отношением как при внешнем, так и при внутреннем зацеплении, боковая поверхность зуба одного колеса образована винтовым движением участка винтовой линии вершины зуба другого колеса [3]. The closest in technical essence and the achieved effect is the gearing of the helical gears, in which the side surface of the tooth of one wheel is used to transmit rotation between parallel shafts and to obtain gear with both positive and negative gear ratios with both external and internal gearing formed by the helical movement of the helical portion of the top of the tooth of another wheel [3].

При образовании боковой поверхности зуба одного колеса винтовым движением участка винтовой линии вершины зуба другого колеса может возникнуть такая ситуация, что одна из винтовых линий на боковой поверхности зуба второго колеса при подобном движении опишет поверхность, которая будет пересекаться с поверхностью, описываемой участком винтовой линии вершины того же зуба. Это означает, что возникнет интерференция зубьев колес при их вращении. Зубчатое зацепление, образованное подобным образом, обладает еще одним негативным свойством: зубья второго колеса контактируют не боковой поверхностью, а вершиной (это следует из способа образования сопряженной поверхности). When the lateral tooth surface of one wheel is formed by the helical movement of the helical portion of the tooth tip of the other wheel, a situation may arise such that one of the helical lines on the lateral tooth surface of the second wheel describes a surface that intersects with the surface described by the helical portion of the top of the tooth same tooth. This means that there will be interference between the teeth of the wheels during their rotation. Toothed gearing, formed in this way, has one more negative property: the teeth of the second wheel are contacted not by the side surface, but by the apex (this follows from the method of forming the mating surface).

Изобретение направлено на получение зубчатой передачи с положительным передаточным отношением и на осуществление линейного контакта по боковым поверхностям зубьев. The invention is aimed at obtaining a gear transmission with a positive gear ratio and at making linear contact on the lateral surfaces of the teeth.

Для этого в зубчатой передаче, состоящей из косозубых колес с параллельными осями, профиль зуба в торцевом сечении одного из колес выполнен по огибающей семейства кривых, которые описывают профиль торцевого сечения зуба второго колеса в различных положениях при относительном вращении колес, а углы наклона зубьев имеют одинаковое направление и связаны следующей зависимостью:
tgb₁=U•tgb₂•d₁/d₂,
где
b₁ и b₂ - углы наклона зубьев первого и второго колес на диаметрах d₁ и d₂ соответственно;
U - передаточное отношение;
d₁ и d₂ - диаметры окружностей, на которых находятся контактирующие точки зубьев первого и второго колес соответственно.To this end, in a gear train consisting of helical gears with parallel axes, the tooth profile in the end section of one of the wheels is made along the envelope of a family of curves that describe the end section profile of the tooth of the second wheel in different positions with relative rotation of the wheels, and the angle of inclination of the teeth have the same direction and are related by the following relationship:
tgb ₁ = U • tgb ₂ • d ₁ / d ₂ ,
Where
b ₁ and b ₂ - the angle of inclination of the teeth of the first and second wheels at diameters d ₁ and d _2, respectively;
U is the gear ratio;
d ₁ and d ₂ are the diameters of the circles on which there are contact points of the teeth of the first and second wheels, respectively.

На фиг. 1 изображен способ образования торцового профиля зуба одного из колес; на фиг. 2 - сечение зубчатых колес плоскостью, перпендикулярной осям колес и проходящей через одну из точек контакта. In FIG. 1 shows a method of forming an end profile of a tooth of one of the wheels; in FIG. 2 - section of the gears with a plane perpendicular to the axles of the wheels and passing through one of the contact points.

Зубчатая передача включает зубчатые колеса 1 и 2 с осями вращения 3 и 4. Профиль зуба в торцевом сечении одного из колес, например колеса 2, выполнен по огибающей семейства кривых. Данные кривые описывают профиль торцового сечения зуба другого колеса 1 в различных положениях при относительном вращении колес (фиг. 1). Зубчатые венцы колес 1 и 2 ограничены окружностями вершин и впадин. Для обеспечения синхронного вращения зубчатых колес 1 и 2 зубчатые венцы выполнены косозубыми с одинаковым направлением наклона зубьев. Углы наклона зубьев колес 1 и 2 могут быть как равными друг другу, так и различными и связаны следующей зависимостью:
tgb₁=U•tgb₂•d₁/d₂,
где
b₁ и b₂ - углы наклона зубьев первого и второго колес на диаметрах d₁ и d₂ соответственно;
U - передаточное отношение;
d₁ и d₂ - диаметры окружностей, на которых находятся контактирующие точки зубьев первого и второго колес соответственно.The gear transmission includes gears 1 and 2 with axes of rotation 3 and 4. The tooth profile in the end section of one of the wheels, for example, wheel 2, is made along the envelope of the family of curves. These curves describe the profile of the end section of the tooth of another wheel 1 in various positions with relative rotation of the wheels (Fig. 1). The gear rims of wheels 1 and 2 are bounded by circles of peaks and troughs. To ensure synchronous rotation of the gears 1 and 2, the gear rims are helical with the same direction of inclination of the teeth. The angle of inclination of the teeth of the wheels 1 and 2 can be either equal to each other, or different and are related by the following relationship:
tgb ₁ = U • tgb ₂ • d ₁ / d ₂ ,
Where
b ₁ and b ₂ - the angle of inclination of the teeth of the first and second wheels at diameters d ₁ and d _2, respectively;
U is the gear ratio;
d ₁ and d ₂ are the diameters of the circles on which there are contact points of the teeth of the first and second wheels, respectively.

При образовании боковой поверхности зубьев одного из колес подобным образом контакт между зубьями будет осуществляться по линии, кроме этого зубья будут контактировать своими боковыми поверхностями. Поверхности зубьев колес 1 и 2 в любой точке контакта имеют общую нормаль, проходящую с одной стороны относительно осей 3 и 4. Для уменьшения концентрации напряжений у корня ножки зуба переход к окружности впадин выполнен по плавной кривой. Если в качестве профиля зуба колеса 1 выбрать эвольвенту, то огибающая семейства данных эвольвент также будет являться эвольвентой. Таким образом можно получить эвольвентную передачу с положительным передаточным отношением. Возможно получение как реверсивной, так и нереверсивной передачи, а так же передачи, у которой ведущим может быть только одно зубчатое колесо и только в одном направлении. When the side surface of the teeth of one of the wheels is formed in a similar way, the contact between the teeth will be carried out along the line, in addition, the teeth will contact with their side surfaces. The tooth surfaces of the wheels 1 and 2 at any point of contact have a common normal, passing on one side relative to the axes 3 and 4. To reduce the stress concentration at the root of the tooth leg, the transition to the circumference of the depressions is made along a smooth curve. If the involute is selected as the tooth profile of the wheel 1, then the envelope of the involute data family will also be the involute. In this way, an involute transmission with a positive gear ratio can be obtained. It is possible to obtain both reverse and non-reverse gears, as well as gears in which the drive can have only one gear wheel and in only one direction.

Механизм работает следующим образом. При приложении крутящего момента к колесу 1 зубья этого колеса, воздействуя на зубья колеса 2, побуждают последнее к вращению в том же направлении. Для объяснения этого можно рассмотреть отдельное сечение зубчатых колес плоскостью, перпендикулярной осям валов и проходящей через одну из точек контакта К. Сила F, действующая на зубчатый элемент колеса 2 со стороны зубчатого элемента колеса 1, направлена по общей нормали данных элементов 5, а так как общая нормаль проходит с одной стороны относительно осей 3 и 4, то сила создает крутящий момент относительно оси 4 в направлении вращения колеса 1 (фиг. 2). При относительном вращении колес точки контакта в рассматриваемом сечении будут меняться, но общая нормаль всегда будет проходить с одной стороны относительно осей 3 и 4. Это будет происходить с некоторой разницей во времени и в каждом другом сечении зубчатых колес плоскостью, перпендикулярной осям валов. Геометрическим местом точек, образованным всеми контактирующими в данный момент времени точками, является линия, которая при относительном вращении колес перемещается в направлении, параллельном осям колес. The mechanism works as follows. When torque is applied to the wheel 1, the teeth of this wheel, acting on the teeth of the wheel 2, induce the latter to rotate in the same direction. To explain this, we can consider a separate section of the gears with a plane perpendicular to the axes of the shafts and passing through one of the contact points K. The force F acting on the gear element of the wheel 2 from the side of the gear element of the wheel 1 is directed along the general normal of these elements 5, and since the general normal passes on one side with respect to axles 3 and 4, then the force creates a torque relative to axis 4 in the direction of rotation of the wheel 1 (Fig. 2). With relative rotation of the wheels, the contact points in the considered section will change, but the general normal will always pass on one side relative to the axes 3 and 4. This will occur with some difference in time and in each other section of the gears with a plane perpendicular to the axes of the shafts. The geometric place of the points formed by all the points in contact at a given moment in time is a line that, with relative rotation of the wheels, moves in a direction parallel to the axles of the wheels.

Источники информации:
1. Австралия, патент N 626462, кл. F 16 H 1/08, опубл. 30.07.92. (США патент N 5129276, кл. F 16 H 1/18, F 16 H 1/20, опубл. 14.07.92.)
2. Франция, заявка N 2609768, кл. F 16 H 1/08, F 16 H 55/02, опубл. 22.07. 88.Sources of information:
1. Australia, patent N 626462, class. F 16 H 1/08, publ. 07/30/92. (US patent N 5129276, CL F 16 H 1/18, F 16 H 1/20, publ. 14.07.92.)
2. France, application N 2609768, cl. F 16 H 1/08, F 16 H 55/02, publ. 07/22. 88.

3. СССР, авт. св. N 163857, кл. F 16 H 1/08, 1964. 3. USSR, ed. St. N 163857, cl. F 16 H 1/08, 1964.

Claims

A gear transmission, consisting of two helical gears with parallel rotation axes, characterized in that the tooth profile in the end section of one of the wheels is made along the envelope of a family of curves describing the end section profile of the tooth of the second wheel in various positions with relative rotation of the wheels, and the tilt angles teeth have one direction and are connected by the following relationship:
tgb ₁ = u • tgb ₂ • d ₁ / d ₂ ,
where b ₁ and b ₂ are the angles of inclination of the teeth of the first and second wheels at diameters d ₁ and d _2, respectively;
u is the gear ratio;
d ₁ and d ₂ are the diameters of the circles on which there are contact points of the teeth of the first and second wheels, respectively.