RU2116532C1 - Spiral gear transmission - Google Patents
Spiral gear transmission Download PDFInfo
- Publication number
- RU2116532C1 RU2116532C1 RU95118478A RU95118478A RU2116532C1 RU 2116532 C1 RU2116532 C1 RU 2116532C1 RU 95118478 A RU95118478 A RU 95118478A RU 95118478 A RU95118478 A RU 95118478A RU 2116532 C1 RU2116532 C1 RU 2116532C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gear
- tooth
- wheel
- involute
- teeth
- Prior art date
Links
Landscapes
- Gears, Cams (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в редукторах ля производств различных машин и механического оборудования. The present invention relates to mechanical engineering and can be used in gearboxes for the production of various machines and mechanical equipment.
Известна эвольвентная передача, которая обладает недостаточной плавностью и низкой контактной выносливостью боковых поверхностей зубьев, особенно передач твердостью ниже 300 нв. Объясняется это достаточной устойчивостью исходной геометрии эвольвентных боковых поверхностей зубьев, тем, что эвольвентные боковые поверхности зубьев в процессе эксплуатации изнашиваются неравномерно: у вершины и корня зубьев, где максимальное скольжение, имеет место максимальный износ, по мере приближения к полюсной линии (середине зуба) износ уменьшается и на полюсной линии, где чистое качение, износ практически отсутствует. Known involute gear, which has insufficient smoothness and low contact endurance of the tooth flanks, especially gears with hardness below 300 nv. This is explained by the sufficient stability of the initial geometry of the involute lateral surfaces of the teeth, the fact that the involute lateral surfaces of the teeth wear out unevenly during operation: at the apex and root of the teeth, where the maximum slip, maximum wear occurs, as you approach the pole line (middle of the tooth) wear decreases on the pole line, where the rolling is pure, wear is practically absent.
В результате неравномерного износа нарушается плавность работы передачи, которая сопровождается динамическими силами и шумом, а мешающие плавной работе передачи участки боковой поверхности зубьев, расположенные в зоне полюсной линии, выкрашиваются, питтингуют. В этом состоит механизм образования питтинга. As a result of uneven wear, the smoothness of the transmission operation is disrupted, which is accompanied by dynamic forces and noise, and the parts of the tooth lateral surface located in the zone of the pole line that interfere with the smooth operation of the transmission are painted and pitted. This is the mechanism of pitting formation.
Известны различные модификации зубьев, например, модификация фирмы Пикард (Клепиков В.Д. "Шевинг-процесс", Машгиз, 1946 г.) и модификация профиля головки зуба по ГОСТ 13755-68 "Зацепления зубчатые. Исходный контур цилиндрических зубчатых колес", а так же по стандарту СЭВ 308-76 "Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные. Исходный контур". Various tooth modifications are known, for example, a modification by Picard (Klepikov V.D. "Sheving process", Mashgiz, 1946) and a modification of the tooth head profile according to GOST 13755-68 "Gearing. Initial contour of spur gears", and also according to the standard SEV 308-76 "Gear involute cylindrical gears. Initial contour".
Однако все эти модификации боковых поверхностей зубьев эвольвентных передач касаются только головок зубьев, на которых срезается до 45% эвольвентной поверхности головок, поэтому модифицированные участки головок зубьев являются несопряженными с соответствующими им участками ножек зубьев как на шестерне, так и на колесе. However, all these modifications of the lateral surfaces of the teeth of involute gears concern only the tooth heads, on which up to 45% of the involute surface of the heads is cut, so the modified parts of the tooth heads are not conjugate with the corresponding sections of the tooth legs on both the gear and the wheel.
Естественно, несопряженность этих участков боковых поверхностей зубьев отрицательно сказывается на работоспособности зубчатой передачи, хотя в определенной мере благодаря указанным модификациям немного улучшаются эксплуатационные свойства эвольвентной зубчатой передачи, так как направленность изменения исходной геометрии - верная. Naturally, the discontinuity of these sections of the tooth flanks negatively affects the efficiency of the gear transmission, although to some extent, due to these modifications, the operational properties of the involute gear transmission are slightly improved, since the direction of the change in the initial geometry is correct.
Известна также эвольвентная зубчатая передача с профильной модификацией боковых поверхностей зубьев путем замены эвольвентных участков профиля дугой окружности, близкой к эвольвенте (Ю.Н. Сухоруков "Модификация эвольвентных цилиндрических зубчатых колес", Киев: Техника, 1992 г., стр. 68; М.Д.Генкин, М.А.Рыжов, Н.М.Рыжов "Повышение надежности тяжелонагруженных зубчатых передач", М.: Машиностроение, 1981 г., стр. 11-12, 22-23, рис. 1-8 и рис. 1.17). Also known is involute gear transmission with profile modification of tooth flanks by replacing involute sections of the profile with an arc of a circle close to involute (Yu.N. Sukhorukov "Modification of involute spur gears", Kiev: Technique, 1992, p. 68; M. D. Genkin, M. A. Ryzhov, N. M. Ryzhov "Improving the reliability of heavily loaded gears", M .: Mechanical Engineering, 1981, pp. 11-12, 22-23, Fig. 1-8 and Fig. 1.17).
Недостатком этой известной круговой формы профильной модификации зубьев эвольвентной передачи является также несопряженность модифицированных участков головок и ножек зубьев, так как центр окружности радиуса R, рис 1.17, не находится на делительной окружности зубчатого колеса и не находится в полюсе зацепления. The disadvantage of this known circular shape of the profile modification of involute gear teeth is also the disjointness of the modified parts of the heads and legs of the teeth, since the center of the circle of radius R, Fig. 1.17, is not on the pitch circle of the gear and is not in the gearing pole.
Поэтому эффективность круговой формы модификации является недостаточной, хотя и несколько выше эффективности прямолинейной формы модификации. Therefore, the efficiency of the circular modification form is insufficient, although somewhat higher than the efficiency of the rectilinear modification form.
Известна косозубая зубчатая передача с канавкой (углублением) вдоль начальной (полюсной) линии зуба, которая наиболее близка к предлагаемой передаче по технической сущности и достигаемому эффекту и поэтому принята за прототип (Ю. Н. Сухоруков "Модификация эвольвентных цилиндрических зубчатых колес", Киев: Техника 1992 г., стр.68). Known helical gear with a groove (recess) along the initial (pole) line of the tooth, which is closest to the proposed transmission in terms of technical nature and the achieved effect and therefore adopted as a prototype (Yu. N. Sukhorukov "Modification of involute spur gears", Kiev: Technique 1992, p. 68).
Однако прототип обладает следующими недостатками:
обладает недостаточной контактной выносливостью боковых поверхностей зубьев, так как эвольвентные участки не модифицированы и в процессе эксплуатации изнашиваются неравномерно.However, the prototype has the following disadvantages:
possesses insufficient contact endurance of the tooth flanks, since involute sections are not modified and wear out unevenly during operation.
Максимальный износ имеет место у вершины и корня зуба, так как здесь максимальные величины скорости скольжения, а по мере приближения к углублению (канавке вдоль начальной линии) износ существенно уменьшается, так как на участках эвольвентной поверхности, примыкающих к углублению, скольжение плавно переходит в качение, обладающее коэффициентом трения на порядок меньшим, чем коэффициент трения скольжения. The maximum wear occurs at the apex and root of the tooth, since here the maximum values of the sliding speed, and as you approach the recess (the groove along the initial line), wear decreases significantly, since in the areas of the involute surface adjacent to the recess, the slip smoothly turns into rolling having a coefficient of friction an order of magnitude smaller than the coefficient of sliding friction.
В результате неравномерного износа боковых поверхностей зубьев менее изношенные участки эвольвентной поверхности, примыкающие к углублению, будут подвержены питтингу, как перегруженные и мешающие плавной работе передачи, т.е. механизм образования питтиинга разрушить таким образом не удается. As a result of uneven wear on the tooth flanks, less worn involute surfaces adjacent to the recess will be subject to pitting as overloaded gears that interfere with smooth operation, i.e. the mechanism of formation of pitting cannot be destroyed in this way.
Зубья прототипа обладают недостаточной изгибной прочностью, так как выполнение углублений на обеих боковых сторонах зубьев и на одной высоте зуба ослабляет его изгибную прочность. The teeth of the prototype have insufficient bending strength, since the implementation of the recesses on both sides of the teeth and at the same height of the tooth weakens its bending strength.
Неравномерный износ боковых поверхностей зубьев прототипа приводит к возникновению циклической кинематической погрешности передачи с зубцовой частотой, к пульсации передаточного числа, повышению динамики и шума. Uneven wear of the lateral surfaces of the teeth of the prototype leads to the appearance of a cyclic kinematic transmission error with a gear frequency, to a pulsation of the gear ratio, and to an increase in dynamics and noise.
Целью предлагаемого изобретения является повышение контактной выносливости боковых поверхностей зубьев, изгибной прочности зубьев и плавности работы косозубой зубчатой передачи. The aim of the invention is to increase the contact endurance of the lateral surfaces of the teeth, the flexural strength of the teeth and the smoothness of the helical gear transmission.
Поставленная цель достигается тем, что эвольвентные боковые поверхности зубьев дополнительно содержат в торцовой плоскости передачи активные участки в виде дуг окружности, выпуклой у головки и вогнутой у ножки с увеличенной высотой головки и ножки зубьев. This goal is achieved in that the involute lateral surfaces of the teeth additionally contain active sections in the end plane of the transmission in the form of circular arcs convex at the head and concave at the head with an increased height of the head and tooth leg.
Центр дуг совмещен с полюсом зацепления, а величина радиуса выполнена равной расстоянию от полюса зацепления до начальной контактной точки эвольвентного участка. The center of the arcs is aligned with the engagement pole, and the radius is made equal to the distance from the engagement pole to the initial contact point of the involute section.
Углубления на активных эвольвентных участках выполнены с дуговым профилем и примыкают с внутренней стороны к делительной окружности шестерни, а на колесе углубления примыкают с внешней стороны к делительной окружности колеса, в околополюсной зоне на месте, наиболее подверженном образованию питтинга. The recesses in the active involute sections are made with an arc profile and are adjacent from the inside to the pitch circle of the gear, and on the wheel, the recesses are adjacent from the outside to the pitch circle of the wheel, in the near-pole zone at the place most prone to pitting.
Ширина углублений определяется по зависимости:
где Г - глубина углубления, которая определяется по зависимости:
Г=0,02 • m+0,4,
где
m - модель передачи:
r =0,4 • m - радиус кривизны профиля углубления.The width of the recesses is determined by the dependence:
where G is the depth of the recess, which is determined by the dependence:
G = 0.02 • m + 0.4,
Where
m - transmission model:
r = 0.4 • m is the radius of curvature of the profile of the recess.
Длина углубления выполнена равной длине зуба
Шестерня и колесо спарены таким образом, что боковая поверхность зуба шестерни или колеса, содержащая углубление, сопряжена с боковой стороной зуба колеса или шестерни без углубления.The length of the recess is made equal to the length of the tooth
The gear and the wheel are paired in such a way that the side surface of the tooth of the gear or wheel containing the recess is mated to the side of the tooth of the wheel or gear without the recess.
Признаки, отличающие предложенную конструкцию передачи от прототипа, являются не только новыми, но и существенными, так как придают предложенной передаче новые качества:
модифицированные и дополнительные участки боковой поверхности зубьев шестерни и колеса предложенной передачи выполнены сопряженными, т.е. стали взаимоогибаемыми;
взаимодействие между модифицированными участками зубьев предложенной передачи стало осуществляться без скольжения, при чистом качении;
предложенная передача приобрела повышенную устойчивость геометрии боковых поверхностей зубьев и в процессе эксплуатации профиль зубьев существенно не изменяется;
выполнение углублений только на одной боковой стороне зубьев позволило предотвратить питтинг на другой стороне первых сопряженных зубьев без выполнения углублений на парных зубьях, следствием чего явилось существенное повышение изгибной прочности зубьев в сравнении с прототипом.The features that distinguish the proposed transmission design from the prototype are not only new, but also significant, as they give the proposed transmission new qualities:
the modified and additional sections of the lateral surface of the gear teeth and the wheels of the proposed transmission are made conjugate, i.e. become mutually flexible;
the interaction between the modified tooth sections of the proposed transmission began to be carried out without sliding, with pure rolling;
the proposed transmission has acquired increased stability of the geometry of the tooth flanks and during operation the tooth profile does not change significantly;
the implementation of the recesses on only one side of the teeth prevented pitting on the other side of the first mating teeth without performing the recesses on the pair of teeth, which resulted in a significant increase in the flexural strength of the teeth in comparison with the prototype.
Предложенная передача поясняется чертежом, на котором изображена схема зацепления зубьев шестерни и колеса, геометрические параметры на зубьях и актонометрия зуба колеса с расположением на его боковой поверхности контактных линий, пересекающих углубление. The proposed transmission is illustrated by the drawing, which shows the gearing of the gear teeth of the gears and wheels, the geometric parameters on the teeth and the actonometry of the tooth of the wheel with the location on the side surface of the contact lines crossing the recess.
На предлагаемом чертеже приняты следующие обозначения:
1 - шестерня, 2 - колесо, 3(4) - зуб шестерни(колеса), 5 - углубление в теле зуба колеса, 6, 7, 8, 9 - контактные линии на зубе колеса, r1(r2) - делительный радиус шестерни (колеса), О1(О2) - ось вращения шестерни (колеса), ω1(ω2) - угловая скорость шестерни (колеса), m - нормальный модуль, αt - угол зацепления в торцовом сечении передачи, P - полюс зацепления, b2 - длина зуба колеса, ab, сd - дуговые участки активной боковой поверхности у ножки и головки зуба, hj(hэ)- высота дугового (эвольвентного) участка боковой поверхности зуба,
rk1(rk2) - радиус входной (выходной) точки k1(k2), соответствующей началу (концу) зацепления зуба 3 шестерни 1 с зубом 4 колеса 2.In the proposed drawing, the following notation:
1 - gear, 2 - wheel, 3 (4) - gear tooth (wheels), 5 - recess in the body of the tooth of the wheel, 6, 7, 8, 9 - contact lines on the tooth of the wheel, r 1 (r 2 ) - dividing radius gears (wheels), О 1 (О 2 ) - axis of rotation of gears (wheels), ω 1 (ω 2 ) - angular speed of gears (wheels), m - normal module, α t - angle of engagement in the transmission end section, P - engagement pole, b 2 - the length of the tooth of the wheel, ab, cd - the arc sections of the active lateral surface at the legs and head of the tooth, h j (h e ) - the height of the arc (involute) section of the tooth lateral surface,
r k1 (r k2 ) is the radius of the input (output) point k 1 (k 2 ) corresponding to the beginning (end) of the engagement of tooth 3 of gear 1 with tooth 4 of wheel 2.
k1(k2) - начало (конец) зацепления зуба шестерни 1 с зубом колеса 2, Δ - величина, на которую увеличены головки и ножки зубьев шестерни и колеса,
βв - основной угол наклона линии зуба.k 1 (k 2 ) is the beginning (end) of the gear tooth gear 1 with the tooth of the wheel 2, Δ is the value by which the heads and legs of the gear teeth and wheels are increased,
β in - the main angle of inclination of the tooth line.
Ш - ширина углубления,
Г - глубина углубления,
r - радиус кривизны профиля углубления,
l-l - полюсная линия на зубе колеса,
R - радиус дуговых участков боковой поверхности зубьев в торцовой плоскости передачи.W - the width of the recess,
G is the depth of the recess,
r is the radius of curvature of the profile of the recess,
ll - pole line on the tooth of the wheel,
R is the radius of the arc sections of the lateral surface of the teeth in the end plane of the transmission.
Предложенная передача содержит шестерню 1 и колесо 2. Боковые поверхности зубьев 3 и 4 имеют активные участки bc в виде эвольвенты с углублениями 5 по одному углублению на каждом зубе 3 и 4. The proposed transmission contains gear 1 and wheel 2. The lateral surfaces of the teeth 3 and 4 have active sections bc in the form of an involute with recesses 5, one recess on each tooth 3 and 4.
Боковые поверхности 3, 4 содержат в торцовой плоскости передачи активные участки ab и сd в виде дуг окружности радиуса R выпуклой у головки и вогнутой у ножки зубьев 3,4. Центр дуг ab и cd совмещен с полюсом зацепления Р. Величина радиуса R равна расстоянию от полюса зацепления P до начальной контактной точки k1 эвольвентного участка bc. Углубления 5 на активных эвольвентных участках bc имеют дуговой профиль с радиусом r и примыкают с внутренней стороны к делительной окружности радиуса r1 шестерни 1 и с внешней стороны к делительной окружности радиуса r2 колеса 2 в околополюсной зоне на месте, наиболее подверженном образованию питтинга.The lateral surfaces 3, 4 contain in the end plane of the transmission the active sections ab and cd in the form of arcs of a circle of radius R convex at the head and concave at the tooth leg 3,4. The center of the arcs ab and cd is aligned with the link pole P. The radius R is equal to the distance from the link pole P to the initial contact point k 1 of the involute portion bc. The recesses 5 in the active involute sections bc have an arc profile with radius r and are adjacent from the inside to the pitch circle of radius r 1 of gear 1 and from the outside to the pitch circle of radius r 2 of wheel 2 in the near-polar zone at the place most prone to pitting.
Ширина углублений 5 определяется по зависимости:
Глубина углубления 5 определяется по зависимости: Г-0,02 • m+0,4, а радиус кривизны r профиля углубления 5 составляет: r=0,4•m.The width of the recesses 5 is determined by the dependence:
The depth of the recess 5 is determined by the dependence: G-0.02 • m + 0.4, and the radius of curvature r of the profile of the recess 5 is: r = 0.4 • m.
Длина углубления 5 равна длине зуба b2.The length of the recess 5 is equal to the length of the tooth b 2 .
Шестерня 1 и колесо 2 спарены таким образом, что боковая поверхность зуба 3 шестерни 1 или колеса 2, содержащая углубления 5, сопряжена с боковой стороной зуба 4 колеса 2 или шестерни 1 без углубления 5. The gear 1 and the wheel 2 are paired so that the side surface of the tooth 3 of the gear 1 or the wheel 2 containing the recesses 5 is mated to the side of the tooth 4 of the wheel 2 or the gear 1 without the recess 5.
Зависимость, по которой определяется ширина углубления, представляет собой соотношения хорды ш, радиуса r и высоты сегмента Г окружности (см. И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев " Справочник по математике" М., 1955., стр. 169). The dependence by which the width of the recess is determined is the ratio of the chord w, radius r, and height of the segment G of the circle (see I. N. Bronstein, K. A. Semendyaev, "A Handbook of Mathematics" M., 1955., p. 169) .
Зависимость, по которой определяют глубину углубления, представляет собой прямую линию
Высота головки (ножки) зуба определяется по зависимости:
hг(н)= m+Δ,
где Δ - величина, на которую увеличена по высоте головка (ножка) зуба.Dependence, which determine the depth of the recess, is a straight line
The height of the head (legs) of the tooth is determined by the dependence:
h g (n) = m + Δ,
where Δ is the value by which the head (leg) of the tooth is increased in height.
Пример конкретного выполнения передачи. An example of a specific transfer.
Полушеврон главного редуктора клети N 3 прокатного стана 2000 имеет следующие геометрические параметры:
m = 30 мм - модуль нормальный,
Z1=29 - число зубьев шестерни,
Z2=122 - число зубьев колеса,
α = 20° - угол главного профиля,
β = 31,3675° - угол наклона зубьев,
b2 = 700 мм - ширина полушеврона зубчатого венца;
a = 2600 мм - межосевое расстояние передачи;
r1=456,757 мм - радиус делительной окружности шестерни.The half-chevron of the main gearbox stand N 3 of the rolling mill 2000 has the following geometric parameters:
m = 30 mm - the module is normal,
Z 1 = 29 - the number of gear teeth,
Z 2 = 122 - the number of teeth of the wheel,
α = 20 ° - the angle of the main profile,
β = 31.3675 ° - the angle of inclination of the teeth,
b 2 = 700 mm - the width of the half-chevron of the ring gear;
a = 2600 mm is the center distance of the transmission;
r 1 = 456.757 mm is the radius of the pitch circle of the gear.
хк1 =-67,89 мм, yk1=2171,183 мм - координаты K1 в системе XO2Y.x k1 = -67.89 mm, y k1 = 2171.183 mm - coordinates K 1 in the XO 2 Y system.
Ширина углубления на эвольвентном участке боковой поверхности зуба:
Глубина углубления: Г=0,02 • m+0,4=0,02 • 30+0,4=1 мм.The width of the recess in the involute section of the tooth lateral surface:
Depth of deepening: G = 0.02 • m + 0.4 = 0.02 • 30 + 0.4 = 1 mm.
Радиус кривизны профиля углубления: r=0,4 • m=12 мм. The radius of curvature of the profile of the recess: r = 0.4 • m = 12 mm.
Высота эвольвентного участка на боковой поверхности зуба составляет:
hэ=2(r1-rk-1)=2(456,757-433,17)= 47,174 мм.The height of the involute area on the lateral surface of the tooth is:
h e = 2 (r 1 -r k-1 ) = 2 (456.757-433.17) = 47.174 mm.
По конструктивным соображениям, а именно, выбираем максимальную величину дугового участка hg по высоте, обеспечивающую необходимый минимальный радиальный зазор в передаче, равный 0,25 m. Это условие выполняется при hg=9 мм.For design reasons, namely, we select the maximum value of the arc section h g in height, providing the necessary minimum radial clearance in the transmission equal to 0.25 m. This condition is satisfied when h g = 9 mm.
Тогда общая высота активного участка боковой поверхности зубьев составит:
h0=hэ+2hg=47,174+2•9=65,174 мм.Then the total height of the active section of the lateral surface of the teeth will be:
h 0 = h e + 2h g = 47.174 + 2 • 9 = 65.174 mm.
Величина R дуговых участков определяется как расстояние от полюса зацепления Р до точки К1:
где
αt определяется из известного соотношения:
Для изготовления предложенной передачи заготовку шестерни (колеса) устанавливают на столе зубофрезерного станка, по широко известной технологии настраивают кинематические цепи станка для нарезания шестерни (колеса) с параметрами, указанными в примере конкретного выполнения предложенной передачи.The value of R arc sections is defined as the distance from the pole of engagement P to the point K 1 :
Where
α t is determined from the known relation:
For the manufacture of the proposed transmission, the gear blank (wheel) is mounted on the table of the gear hobbing machine, according to well-known technology, the kinematic chains of the machine for cutting the gear (wheel) are adjusted with the parameters specified in the example of the specific implementation of the proposed transmission.
На суппорте станка устанавливают червячную фрезу с исходным контуром, соответствующим исходному контуру предложенной передачи, и методом обкатки по широко известной технологии нарезают зубья шестерни (колеса). A worm milling cutter with an initial contour corresponding to the initial contour of the proposed gear is installed on the machine support, and gear teeth (wheels) are cut using the well-known technology.
В результате получают зубчатую передачу, у которой модифицированные, дуговые участки боковой поверхности зубьев шестерни выполнены сопряженными, т. е. взаимоогибаемыми с соответствующими участками зубьев колеса. As a result, a gear train is obtained in which the modified arc sections of the lateral surface of the gear teeth are conjugated, i.e. mutually bent with the corresponding sections of the gear teeth.
Далее выполняют углубления на одной боковой стороны зубьев на том же зубофрезерном станке, только методом единичного деления. Then, deepenings are performed on one side of the teeth on the same gear milling machine, only by the single division method.
Для этого, не снимая зубчатое колесо со стола станка, на суппорте устанавливают фрезерную головку, которую станок имеет для нарезания зубчатых колес с помощью модульной концевой фрезы. To do this, without removing the gear from the machine table, a milling head is installed on the support, which the machine has for cutting gears using a modular end mill.
В этой головке закрепляют пальцевую фрезу с контуром, соответствующим профилю нарезаемого углубления: r=0,4 • m=12 мм. Далее по широко известной технологии прорезают методом единичного деления углубления в теле каждого зуба, при этом фреза, вращаясь вокруг собственной оси, перемещается в направлении винтовой линии зуба. Углубления нарезают только на одной боковой стороне зубьев шестерни (колеса). A finger mill with a contour corresponding to the profile of the cut recess is fixed in this head: r = 0.4 • m = 12 mm. Further, according to the well-known technology, the grooves in the body of each tooth are cut by the method of single division, while the mill, rotating around its own axis, moves in the direction of the helix of the tooth. The recesses are cut on only one side of the gear teeth (wheels).
Во время работы предложенной передачи шестерня 1 вращается вокруг оси О1 и вращает колесо 2 вокруг оси О2. Работают как бы две передачи одновременно: одна с выпукло-вогнутым линейным контактом в виде дуги окружности радиуса R, перемещающейся (дуги), катящейся от одного торца передачи к другому параллельно осям передачи, а вторая эвольвентная передача с линейным контактом и выпуклой по выпуклой эвольвентными боковыми поверхностями зубьев 3 шестерни 1 и зубьев 4 колеса 2.During operation of the proposed transmission, gear 1 rotates around axis O 1 and rotates wheel 2 around axis O 2 . As it were, two gears work simultaneously: one with a convex-concave linear contact in the form of an arc of a circle of radius R moving (arcs) rolling from one end of the transmission to another parallel to the transmission axes, and the second involute transmission with a linear contact and convex along the convex involute side surfaces of teeth 3 of gear 1 and teeth 4 of wheel 2.
У предложенной передачи длина контактных линий незначительно уменьшена из-за выполнения углублений на боковой поверхности зубьев, что, естественно, хотя и незначительно, увеличивает контактные напряжения. In the proposed transmission, the length of the contact lines is slightly reduced due to the implementation of the recesses on the lateral surface of the teeth, which, of course, although slightly, increases the contact stress.
Однако замена эвольвентных участков боковой поверхности у вершины и корня зубьев, контактирующих с максимальным скольжением при выпуклой поверхности по выпуклой, на выпукло-вогнутые поверхности, взаимодействующие с чистым качением, не только компенсирует весьма незначительное увеличение контактных напряжений, но и существенно снижает контактные напряжения на боковых поверхностях зубьев. However, the replacement of involute portions of the lateral surface at the apex and root of the teeth in contact with the maximum slip when the convex surface is convex, with convex-concave surfaces interacting with pure rolling, not only compensates for a very slight increase in contact stresses, but also significantly reduces contact stresses on the lateral tooth surfaces.
Чтобы убедиться в этом, рассмотрим соотношение нагрузочных способностей дугового участка боковой поверхности зубьев и эвольвентного участка, который расположен на месте углубления, на полюсной линии l-l, от которой начинается углубление 5 как на шестерни, так и на колесе, и распространяется в противоположных направлениях. To verify this, we consider the ratio of the load capacities of the arc section of the tooth lateral surface and the involute section, which is located at the recess, on the pole line l-l, from which the recess 5 begins on both the gear and the wheel, and propagates in opposite directions.
Контактные напряжения сдвига в передачи с эвольвентным зацеплением могут быть определены по формуле Герца-Беляева:
(Петрусевич А.И.,"Передачи" в книге "Детали машин", Машгиз, 195 г., стр. 152),
где g - нагрузка на один см длины полоски контакта, кгс/см;
E=2,15•106 кгс/см2- приведенный модуль упругости шестерни и колеса,
ρ - приведенный радиус кривизны активных боковых поверхностей зубьев шестерни и колеса, см.Contact shear stresses in gears with involute gearing can be determined by the Hertz-Belyaev formula:
(Petrusevich A.I., “Transmissions” in the book “Machine Details”, Mashgiz, 195, p. 152),
where g is the load per cm of the length of the contact strip, kgf / cm;
E = 2,15 • 10 6 kgf / cm 2 - reduced modulus of elasticity of the gear and wheel,
ρ is the reduced radius of curvature of the active side surfaces of the gear teeth and wheels, see
Если обозначить контактное напряжение сдвига в эвольвентной передаче через τэ , а в передаче с выпукло-вогнутым и тоже линейным контактом через τвв , то при прочих равных условиях получим их соотношение:
Приведенный радиус кривизны в полюсе зацепления эвольвентной передачи определяется из соотношения:
где ρ1= r1•sinαt= 17,91 см
ρ2= r2•sinαt= 84,0435 см
Приведенный радиус кривизны ρвв делительных винтовых линий шестерни и колеса, принятый в качестве усредненного вместо винтовых линий на головке и ножке дуговых участков, определяется из соотношения:
где
The reduced radius of curvature in the gearing pole of involute transmission is determined from the relation:
where ρ 1 = r 1 • sinα t = 17.91 cm
ρ 2 = r 2 • sinα t = 84.0435 cm
The reduced radius of curvature ρ cc of dividing helical lines of the gear and wheel, taken as averaged instead of helical lines on the head and leg of the arc sections, is determined from the relation:
Where
Сопоставление контактных напряжений сдвига в эвольвентной передаче с выпукло - вогнутым контактом:
Следовательно, контактные напряжения сдвига в предложенной передаче на участке с выпукло-вогнутым контактом меньше, чем в эвольвентной передаче в 2,18 раза при прочих равных условиях.Comparison of contact shear stresses in involute gear with convex - concave contact:
Therefore, the contact shear stresses in the proposed transmission in the area with a convex-concave contact are less than in the involute transmission by 2.18 times, ceteris paribus.
Это означает, что нагрузочная способность одного дугового выпукло-вогнутого участка контакта зубьев предложенной передачи больше в
а поскольку в предложенной передаче параллельно действуют два дуговых участка - в 2 • 4,76 = 9,5 раз, чем нагрузочная способность эвольвентной боковой поверхности зубьев прототипа в зоне полюсной линии.This means that the load capacity of one arc convex-concave section of the contact of the teeth of the proposed transmission is greater in
and since in the proposed transmission two arc sections operate in parallel - 2 • 4.76 = 9.5 times the load capacity of the involute lateral surface of the teeth of the prototype in the zone of the pole line.
Поставленная цель по повышению контактной выносливости боковых поверхностей зубьев косозубой передачи достигнута благодаря тому, что модифицированные участки предложенной передачи выполнены сопряженными, взаимоогибаемыми, с выпукло-вогнутым контактом. The goal of increasing the contact endurance of the lateral surfaces of the teeth of the helical gear is achieved due to the fact that the modified sections of the proposed gear are made conjugate, mutually flexible, with a convex-concave contact.
Сопряженность, взаимоогибание модифицированных участков предложенной передачи основаны на том, что зацепление на этих участках удовлетворяет требованиям основной теоремы зацепления: профили, передающие вращение между параллельными осями, должны быть таковы, чтобы общая нормаль к профилям в точке их касания проходила через полюс зацепления (Ф.Л.Литвин, Теория зубчатых зацеплений, М., 1960 г., стр. 19.)
В предложенной передаче дуговые участки профиля очерчены в торцовой плоскости передачи радиусом с центром в полюсе зацепления, поэтому на всей протяженности дугового участка есть бесконечное множество нормалей к бесконечному множеству точек контакта (в дуге окружности) и все они проходят через полюс зацепления, так как являются радиусами одной и той же окружности, центр которой выполнен совмещенным с полюсом зацепления.The conjugation and mutual bending of the modified sections of the proposed transmission are based on the fact that the meshing in these sections satisfies the requirements of the basic meshing theorem: the profiles that transmit rotation between parallel axes must be such that the general normal to the profiles at the point of contact passes through the meshing pole (F. L. Litvin, Theory of gears, M., 1960, p. 19.)
In the proposed transmission, the arc sections of the profile are outlined in the end plane of the transmission with a radius centered at the pole of the mesh, therefore, over the entire length of the arc section there are an infinite number of normals to an infinite number of contact points (in a circular arc) and they all pass through the pole of the mesh, since they are radii one and the same circle, the center of which is made combined with the pole of engagement.
Поэтому дуговые участки являются сопряженными с линейным выпукло-вогнутым контактом и обладают существенно более высокой контактной выносливостью боковых поверхностей зубьев в сравнении с прототипом. Therefore, the arc sections are associated with a linear convex-concave contact and have a significantly higher contact endurance of the tooth flanks in comparison with the prototype.
Кроме этого повышение контактной выносливости боковых поверхностей зубьев, а так же повышение плотности работы косозубой передачи, достигнуто благодаря тому, что предложенная конструкция боковых поверхностей зубьев обладает существенно более высокой устойчивостью исходной геометрии, т.е. в процессе эксплуатации передачи профили зубьев остаются практически эквидистантными исходным профилям. In addition, an increase in the contact endurance of the lateral surfaces of the teeth, as well as an increase in the work density of the helical gear, was achieved due to the fact that the proposed design of the lateral surfaces of the teeth has a significantly higher stability of the initial geometry, i.e. during transmission operation, tooth profiles remain almost equidistant to the original profiles.
Благодаря этому разрушен механизм образования питтинга, так как наиболее изнашивающиеся из-за скольжения участки боковой поверхности эвольвентных зубьев заменены выпукло-вогнутыми сопряженными поверхностями, взаимодействующими при чистом значении. Due to this, the pitting formation mechanism is destroyed, since the parts of the lateral surface of involute teeth that wear out due to slipping are replaced by convex-concave mating surfaces interacting at a pure value.
В результате износ участков, расположенных у вершин и корня зубьев, существенно сократился, так как коэффициент трения качения на порядок меньше коэффициента трения скольжения. As a result, the wear of the areas located at the tops and root of the teeth has been significantly reduced, since the coefficient of rolling friction is an order of magnitude smaller than the coefficient of sliding friction.
Повышение изгибной прочности зубьев предложенной передачи способствует выполнение углублений только на одной боковой стороне зубьев тем более, что углубления у прототипа выполнены с обеих сторон и примерно на одном среднем диаметре зубчатых колес, на одной высоте зубьев. Increasing the bending strength of the teeth of the proposed transmission contributes to the implementation of the recesses on only one side of the teeth, especially since the recesses of the prototype are made on both sides and about the same average diameter of the gears, at the same tooth height.
Плавность работы предложенной передачи повышена благодаря существенно более высокой устойчивости исходной геометрии боковых поверхностей зубьев, благодаря существенному снижению износа участков, расположенных у вершины и корня боковой поверхностью зубьев передачи. The smoothness of the proposed transmission is increased due to the significantly higher stability of the initial geometry of the tooth flanks, due to a significant reduction in wear of the areas located at the apex and root of the lateral surface of the gear teeth.
Замена трения скольжения на трение качения на указанных участках способствует коме всего прочего и повышению КПД передачи. Replacing sliding friction with rolling friction in these areas contributes to a coma of everything else and an increase in transmission efficiency.
Ожидаемый экономический эффект от использования предложенной конструкции передачи складывается из эффекта повышения контактной выносливости примерно в 1,5 раза, снижения трудозатрат, повышения ресурса плавности работы передачи, снижения динамических нагрузок, а так же снижения энергозатрат, так как значительный процент зубчатых передач можно будет выполнять с твердостью ≈ 300 НВ вместо закаленных до высокой твердости. The expected economic effect of using the proposed transmission design consists of the effect of increasing contact endurance by about 1.5 times, reducing labor costs, increasing the service life of the transmission, reducing dynamic loads, as well as reducing energy consumption, since a significant percentage of gears can be performed with hardness ≈ 300 HB instead of hardened to high hardness.
Claims (1)
где Г - глубина углубления, которая определяется по зависимости
Г = 0,02 • m + 0,4,
где m - модуль,
r = 0,4m - радиус кривизны профиля углубления,
а длина углубления равна длине зуба, при этом шестерня и колесо спарены таким образом, что боковая поверхность зуба шестерни или колеса, содержащая углубление, сопряжена с боковой стороной зуба колеса или шестерни без углубления.A helical gear transmission containing a gear and a wheel, the side surfaces of the teeth of which have active sections in the form of an involute with recesses on the active involute sections on each tooth, characterized in that the side surfaces of the teeth additionally contain active sections in the end plane of the transmission in the form of circular arcs, convex at the head and concave at the legs with an increased height of the head and tooth legs, while the center of the arcs is aligned with the pole of engagement, and the radius is equal to the distance from the pole of engagement to the beginning contact point of the involute section, the recesses on the active involute sections have an arc profile and are adjacent from the inside to the pitch circle of the gear and from the outside to the pitch circle of the wheel, in the near-pole zone at the place most prone to pitting, with a width determined by the dependence
where G is the depth of the recess, which is determined by the dependence
G = 0.02 • m + 0.4,
where m is the module
r = 0.4m is the radius of curvature of the profile of the recess,
and the length of the recess is equal to the length of the tooth, while the gear and the wheel are paired so that the side surface of the tooth of the gear or wheel containing the recess is mated to the side of the tooth of the wheel or gear without the recess.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95118478A RU2116532C1 (en) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | Spiral gear transmission |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95118478A RU2116532C1 (en) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | Spiral gear transmission |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95118478A RU95118478A (en) | 1997-10-20 |
| RU2116532C1 true RU2116532C1 (en) | 1998-07-27 |
Family
ID=20173314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95118478A RU2116532C1 (en) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | Spiral gear transmission |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2116532C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008037008A1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-03 | Super Track Enterprises Pty Ltd | Sprocket with debris removing channel |
| US9291248B2 (en) | 2009-05-20 | 2016-03-22 | Miba Sinter Austria Gmbh | Gear wheel |
| CN105937602A (en) * | 2016-06-07 | 2016-09-14 | 中山爱耕压缩机有限公司 | Double-arc gear |
-
1995
- 1995-10-26 RU RU95118478A patent/RU2116532C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SU, 1357628 A1, 0 7.12.87. * |
| Сухоруков Ю.Н. Модификация эвольвентных цилиндрических зубчатых колес. - Киев: Техника, 1992, с 67 - 68. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008037008A1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-03 | Super Track Enterprises Pty Ltd | Sprocket with debris removing channel |
| US9291248B2 (en) | 2009-05-20 | 2016-03-22 | Miba Sinter Austria Gmbh | Gear wheel |
| CN105937602A (en) * | 2016-06-07 | 2016-09-14 | 中山爱耕压缩机有限公司 | Double-arc gear |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5341699A (en) | Zero dynamic increment gearing | |
| KR20180097630A (en) | A conjugate gear having continuous tooth flank contacts | |
| US6837123B2 (en) | Non-involute gears with conformal contact | |
| EP0029237B1 (en) | Improved low noise gearing | |
| US4651588A (en) | Low-excitation gearing | |
| EP0292559B1 (en) | Gear having small relative curvature at contact point | |
| US4051745A (en) | Multiple-contact type w-n gear | |
| EP0588870B1 (en) | Zero transmission error gearing | |
| JP4960387B2 (en) | A kind of gear pair for power transmission in a speed accelerator and a speed reducer and method of forming the same | |
| US4337056A (en) | Mechanical power transmission system | |
| US4233852A (en) | Mechanical power transmission system | |
| EP0206573A2 (en) | Limited slip differential | |
| JPS62151649A (en) | Face gear gearing | |
| US3881364A (en) | Low noise gearing | |
| KR20080108263A (en) | Toothing system of a gearwheel having involute roller toothing | |
| US4259875A (en) | High-torque low-noise gearing | |
| RU2116532C1 (en) | Spiral gear transmission | |
| RU2108509C1 (en) | Gear train | |
| JPH0215743B2 (en) | ||
| RU2160403C1 (en) | Spur gearing | |
| RU184504U1 (en) | GEAR WHEEL WITH HARMONIOUS TEETH PROFILE | |
| CA1145974A (en) | Low noise gearing | |
| RU2160858C1 (en) | Involute gearing | |
| KR102611385B1 (en) | Volumetric gear machine with spiral teeth | |
| SU1048197A1 (en) | Combined-type gear train |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091027 |