RU2128305C1

RU2128305C1 - Gear train

Info

Publication number: RU2128305C1
Application number: RU93055753A
Authority: RU
Inventors: Семен Михайлович Пекарский
Original assignee: Семен Михайлович Пекарский
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1999-03-27

Abstract

FIELD: drives with gear wheels made from metals, nonmetallic materials and their combination. SUBSTANCE: teeth of at least one gear wheel are connected by links for taking up the bending and/or dynamic loads as flexible couplings. These links may be made integral with teeth or with teeth and body of gear wheel. Links may be made in form of circular or segment cover plates connected with teeth or with teeth and gear wheel body either rigidly or movably. EFFECT: reduction of impact loads and dynamic moment; damping of vibrations; enhanced strength of teeth; reduction of irregularity of load concentration along length of teeth. 7 cl, 11 dwg

Description

Предложенная зубчатая передача рассмотрена на примере одной зубчатой пары и может включать неограниченное число зубчатых пар или колес. The proposed gear transmission is considered on the example of one gear pair and may include an unlimited number of gear pairs or wheels.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в передачах преимущественно с цилиндрическими, коническими зубчатыми колесами, выполненными из металла, неметаллических материалов (пластмассы, полимеры) их сочетания (армирование), в металлополимерных зубчатых передачах. The invention relates to mechanical engineering and can be used in transmissions mainly with spur, bevel gears made of metal, non-metallic materials (plastics, polymers), their combinations (reinforcement), in metal-polymer gears.

Известны зубчатые передачи, содержащие сопрягаемые зубчатые колеса [1]. Known gears containing mating gears [1].

Недостатки этих зубчатых передач заключаются в следующем:
1. Возможность возникновения значительных дополнительных динамических (ударных) нагрузок и колебаний при недостаточной точности изготовления и деформации зубьев в процессе зацепления.The disadvantages of these gears are as follows:
1. The possibility of significant additional dynamic (shock) loads and vibrations with insufficient precision manufacturing and deformation of the teeth in the engagement process.

2. Возможность поломки зубьев вследствие больших единичных перегрузок передачи, в частности ударных, или хотя бы и относительно небольших, но длительно действующих перегрузок, вызывающих развитие усталостных трещин и концентрацию напряжений растяжения в области переходной кривой малого радиуса у основания зубьев. 2. The possibility of tooth breakage due to large single gear overloads, in particular shock, or at least relatively small, but long-acting overloads causing the development of fatigue cracks and the concentration of tensile stresses in the region of the transition curve of small radius at the base of the teeth.

3. Усталостный характер поломки зубьев под действием переменной изгибающей и динамической нагрузки, которая при каждом очередном входе зуба в зацепление возрастает от нуля, т.е. имеет место циклическая нагрузка, при которой тот же материал разрушается значительно скорее, чем при постоянной нагрузке [2]. 3. The fatigue nature of tooth breakage under the action of a variable bending and dynamic load, which at each subsequent tooth engagement increases from zero, ie there is a cyclic load at which the same material is destroyed much faster than with a constant load [2].

4. Сложность изготовления точных передач. 4. The complexity of manufacturing accurate gears.

5. Резко выраженная неравнопрочность между пластмассовыми и металлическими зубьями и низкие характеристики усталостной и контактной прочности в металлополимерных передачах. 5. A pronounced unevenness between plastic and metal teeth and low characteristics of fatigue and contact strength in metal-polymer gears.

Наиболее близким к изобретению является зубчатая передача, включающая по меньшей мере одно зубчатое колесо со связью, например, в виде торцевых кольцевых накладок, соединенных с корпусом зубчатого колеса жестко [3]. Closest to the invention is a gear including at least one gear with a link, for example, in the form of end ring pads connected rigidly to the gear housing [3].

И эти зубчатые передачи имеют недостатки перечисленные выше. And these gears have the disadvantages listed above.

Задачей заявляемого изобретения является:
1. Снижение ударных нагрузок и динамического момента, а также демпфирование колебаний.The objective of the invention is:
1. Reducing shock loads and dynamic momentum, as well as damping vibrations.

2. Повышение прочности зубьев. 2. Increasing tooth strength.

3. Уменьшение неравномерности концентрации нагрузки по длине зубьев. 3. Reducing the uneven concentration of the load along the length of the teeth.

4. Создание металлополимерной передачи максимальной равнопрочности за счет повышения характеристик усталостной и контактной прочности. 4. The creation of metal-polymer transmission of maximum equal strength by improving the characteristics of fatigue and contact strength.

5. Устранение или уменьшение указанных недостатков, т.е. уменьшение дополнительных динамических (ударных) нагрузок за счет уменьшения деформации зубьев в процессе зацепления у зубчатых колес со связями. 5. The elimination or reduction of these disadvantages, ie reduction of additional dynamic (shock) loads by reducing tooth deformation during gearing of gears with links.

6. Повышение прочности зубьев на сопротивление усталости при изгибе вследствие снижения ударных нагрузок за счет соединения всех зубьев кольцевыми связями, которые разгружают концентраторы напряжения у корня зубьев зубчатых колес со связями. 6. Increasing the strength of the teeth on the resistance to fatigue during bending due to the reduction of shock loads due to the connection of all the teeth with ring bonds, which unload the stress concentrators at the root of the teeth of the gear wheels with bonds.

Это достигается тем, что в зубчатой передаче, включающей зубчатые колеса, из которых по меньшей мере одно со связями, зубья, соединенные связями, выполнены с возможностью восприятия нагрузок всеми зубьями как упругие муфты, причем:
- связи зубчатых колес выполнены заодно целое с зубьями или с зубьями и корпусом зубчатого колеса или в виде накладок кольцевых, или сегментообразных, соединенных с зубьями или с зубьями и корпусом зубчатого колеса жестко или с возможностью перемещений;
- зубчатые колеса со связями выполнены с кольцевыми канавками с одного или обеих торцов и сообщающимися с впадинами зубчатых колес, при этом дно канавки выполнено, например, по радиусу;
- ширина выступающей над связями части зубьев одного из зацепляющихся зубчатых колес выполнена меньше, чем расстояние между связями зубьев другого зубчатого колеса;
- в передаче с по меньшей мере одним зубчатым колесом со связями, выполненным, например, из полимера и сопряженным с металлическим зубчатым колесом, наружный диаметр связей этого зубчатого колеса меньше или равен диаметру окружности выступов;
- зубья одного из зацепляющихся зубчатых колес соединены связью с одной из торцевых сторон, а зубья другого зубчатого колеса соединены связью с противоположной торцевой стороны.This is achieved by the fact that in a gear transmission, including gears, of which at least one with links, the teeth connected by links are made with the possibility of perception of loads by all teeth as elastic couplings, moreover:
- the links of the gears are made integrally with the teeth or with the teeth and the gear housing or in the form of ring-shaped, or segmented, connected to the teeth or with the teeth and gear housing rigidly or with the possibility of movement;
- gears with connections made with annular grooves from one or both ends and communicating with the cavities of the gears, while the bottom of the groove is made, for example, in radius;
- the width of the protruding part of the teeth of one of the engaging gears is smaller than the distance between the connections of the teeth of another gear;
- in a transmission with at least one gear wheel with connections made, for example, of polymer and mated to a metal gear, the outer diameter of the connections of this gear is less than or equal to the diameter of the circumference of the protrusions;
- the teeth of one of the engaging gears are connected by a connection on one of the end faces, and the teeth of the other gears are connected by a connection on the opposite end side.

Следует обратить внимание на наличие причинно-следственной связи между совокупностью вышеперечисленных существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом. You should pay attention to the presence of a causal relationship between the totality of the above essential features of the claimed invention and the achieved technical result.

Исключение любого из перечисленных существенных признаков не позволит получить достигаемый технический результат или уменьшить его. The exclusion of any of the listed essential features will not allow to obtain the achieved technical result or to reduce it.

Так, выполнение зубьев, соединенных связями, с возможностью восприятия изгибающих и/или динамических нагрузок всеми зубьями по типу упругих муфт (с выемками у оснований впадин зубчатых колес, с кольцевыми канавками, сообщающимися с впадинами зубчатых колес...), позволяет зубчатой передаче работать как упругая муфта с металлическими упругими элементами или неметаллическими для пластмассовых колес, причем изгибную и/или динамическую нагрузку воспринимают все зубья одного или обеих зубчатых колес (в зависимости от того, одно или оба зубчатых колеса выполнены в виде упругой муфты). So, the implementation of teeth connected by bonds, with the possibility of perceiving bending and / or dynamic loads with all teeth as elastic couplings (with recesses at the base of the valleys of the gears, with ring grooves communicating with the valleys of the gears ...), allows the gear transmission to work as an elastic coupling with metal elastic elements or non-metallic for plastic wheels, moreover, all the teeth of one or both gears perceive a bending and / or dynamic load (depending on whether one or both gears x wheels are designed as elastic couplings).

При этом обеспечиваются
1. Снижение ударных нагрузок, уменьшение динамического момента и демпфирование колебаний трением в зубьях.At the same time,
1. Reducing shock loads, reducing dynamic moment and damping friction vibrations in the teeth.

2. Повышение прочности зубьев:
2.1. На сопротивление контактной усталости активных поверхностей зубьев вследствие снижения ударных нагрузок и уменьшения динамического момента.2. Increasing tooth strength:
2.1. On the resistance to contact fatigue of the active surfaces of the teeth due to the reduction of shock loads and the reduction of the dynamic moment.

2.2. На сопротивление "усталости" при изгибе:
- вследствие снижения ударных нагрузок и уменьшения динамического момента;
- вследствие распределения изгибающих и динамических нагрузок на все зубья зубчатого колеса, при этом у корня зубьев испытывается напряжение не переменное (не циклическое) от действия изгибающих и динамических сил, а поэтому характер напряжения у корней зубьев, в зоне его концентрации, не носит усталостный характер и, следовательно, ресурс таких зубчатых колес значительно больше.2.2. The resistance to "fatigue" during bending:
- due to the reduction of shock loads and dynamic momentum
- due to the distribution of bending and dynamic loads on all the teeth of the gear wheel, while the root of the teeth is tested stress is not variable (not cyclical) from the action of bending and dynamic forces, and therefore the nature of the stress at the roots of the teeth, in the area of its concentration, is not fatigue and, therefore, the resource of such gears is much greater.

2.3. За счет выполнения выемок у основания впадин, увеличения радиуса переходной кривой (у основания зубьев) и уменьшения тем самым концентрации напряжения в этих местах. 2.3. Due to the excavation at the base of the depressions, increasing the radius of the transition curve (at the base of the teeth) and thereby reducing the stress concentration in these places.

3. Уменьшение неравномерности концентрации нагрузки по длине зуба путем упругой самоустановки сопряженных зубьев за счет выполнения устраняющих избыточную связь и увеличивающих подвижность зуба кольцевых канавок, сообщающихся с впадинами зубьев. 3. Reducing the uneven concentration of the load along the length of the tooth by elastic self-alignment of the mating teeth by performing annular grooves that eliminate excessive communication and increase tooth mobility, communicating with tooth cavities.

4. Возможность исключения упругих муфт, т.к. каждая предложенная передача выполняет эти функции. 4. The possibility of exclusion of elastic couplings, as Each proposed transmission performs these functions.

Перечисленные в пп. 1 - 3 достигаемые технические результаты позволяют также уменьшить габаритные размеры зубчатых колес, уровень шума, повысить ресурс передачи, упростить и удешевить технологию. Listed in paragraphs 1-3 achieved technical results also allow to reduce overall dimensions of gear wheels, noise level, increase transmission resource, simplify and reduce the cost of technology.

Выполнение связей зубчатых колес как одно целое с зубьями или с зубьями и корпусом, позволяет увеличить возможность замены металлических зубчатых колес на пластмассовые или металлополимерные зубчатые передачи, при изготовлении которых возможно применить следующие перспективные методы, позволяющие снизить трудоемкость, уменьшить расход электроэнергии, режущего и измерительного инструмента, увеличить коэффициент использования материала, а также высвободить производственные площади, большое количество металлорежущих станков и улучшить условия труда:
1. Литье под давлением;
2. Экструзия;
3. Центробежное и центровакуумное литье;
4. Полимеризация в форме;
5. Горячая накатка.The connection of gears as a whole with the teeth or with the teeth and the housing allows you to increase the possibility of replacing metal gears with plastic or metal-polymer gears, in the manufacture of which it is possible to apply the following promising methods to reduce the complexity, reduce energy consumption, cutting and measuring tools , increase the utilization of the material, as well as free up production space, a large number of metal-cutting machines and it working conditions:
1. Injection molding;
2. Extrusion;
3. Centrifugal and centrifugal casting;
4. Polymerization in the form;
5. Hot knurling.

Возможно выполнение связей как одно целое с зубьями или с зубьями и корпусом методом накатки и для металлических зубчатых колес. Метод накатки и/или механической обработки зубьев используется и при производстве зубчатых колес без связей или, например, с последующим зубокалиброванием и жестким соединением зубьев со связями (накладками кольцевыми или сегментными) диффузионной сваркой или точечной, склеиванием и последующей механической обработкой выемок, торцевых кольцевых канавок и т.д. Отделку термически неупрочненных зубьев цилиндрических колес производят также зубошевингованием, а термически упрочненных зубьев - зубошлифованием или чистовой обработкой лезвийным инструментом. Для серийного производства рекомендуется зубохонингование. It is possible to carry out ties as a whole with the teeth or with the teeth and the body by knurling method and for metal gears. The method of rolling and / or machining the teeth is also used in the production of gears without bonds or, for example, with subsequent gear calibration and rigid connection of teeth with bonds (ring or segment overlays) by diffusion welding or spot welding, gluing and subsequent mechanical processing of recesses, end ring grooves etc. Finishing of thermally hardened teeth of cylindrical wheels is also carried out by gear-shaving, and of thermally hardened teeth by gear-grinding or finishing with a blade tool. For serial production, gear honing is recommended.

Соединение связей (накладок) с зубьями с возможностью перемещений производится, например, с помощью штифтового (заклепочного) соединения. The connection of the links (pads) with the teeth with the possibility of movement is made, for example, using a pin (rivet) connection.

Сущность предложенного поясняется схематическими чертежами, где на фиг. 1 изображена передача сопряженных зубчатых колес со связями; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез зубчатой передачи с зубчатым колесом со связями, сопряженным с обычным зубчатым колесом; на фиг. 4 - разрез зубчатой передачи, в которых зубья одного из сопрягаемых колес соединены связью с одной из торцевых сторон, а зубья другого зубчатого колеса соединены связью с противоположной торцевой стороны; на фиг. 5 - увеличенный зуб колеса, соединенный со связями штифтовым (заклепочным) соединением с возможностью относительного перемещения при упругих деформациях; на фиг. 6 - вид Г с вырывом; на фиг. 7 - изображена передача из пластмассовых зубчатых колес со связями, выполненными за одно целое с зубьями, корпусом по одному из методов, перечисленных выше; на фиг. 8 - разрез Б-Б на фиг. 7; на фиг. 9 - разрез зубчатой передачи с пластмассовым зубчатым колесом со связями, выполненным за одно целое с зубьями, корпусом и сопряженным, например, с металлическим обычным зубчатым колесом без связей; на фиг. 10 - металлополимерная зубчатая передача с металлическим колесом без связей и полимерным зубчатым колесом; на фиг. 11 - разрез В-В на фиг. 10. The essence of the proposed is illustrated by schematic drawings, where in FIG. 1 shows the transmission of mating gears with links; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a sectional view of a gear train with a gear wheel with links coupled to a conventional gear wheel; in FIG. 4 is a sectional view of a gear train in which the teeth of one of the mating wheels are connected by a connection to one of the end faces, and the teeth of the other gear wheel are connected by a connection from the opposite end side; in FIG. 5 - an enlarged tooth of the wheel connected to the links with a pin (rivet) connection with the possibility of relative movement with elastic deformations; in FIG. 6 - view of G with a breakout; in FIG. 7 - shows the transmission of plastic gears with ties made in one piece with the teeth, the housing according to one of the methods listed above; in FIG. 8 is a section BB in FIG. 7; in FIG. 9 is a sectional view of a gear train with a plastic gear wheel with links made in one piece with the teeth, the housing and the conjugate, for example, with a conventional metal gear wheel without links; in FIG. 10 - metal-polymer gear with a metal wheel without ties and a polymer gear; in FIG. 11 is a section bb in FIG. ten.

Зубчатая передача содержит сопрягаемые зубчатые колеса - ведущее 1 и ведомое 2, - из которых по меньшей мере одно зубчатое колесо выполнено с возможностью восприятия нагрузок но типу упругих муфт. The gear transmission contains mating gears - the leading 1 and the driven 2, of which at least one gear is made with the possibility of the load perception of the type of elastic couplings.

Зубчатое колесо состоит из корпуса 3, зубьев 4 и связей 5, выполненных в виде накладок кольцевых или сегментных либо за одно целое с зубьями 4, или с зубьями 4 и корпусом 3, причем корпус 3 колеса включает выемки 6 у оснований впадин зубчатых колес и кольцевые канавки 7 с одного или обеих торцов. Кольцевые канавки 7 сообщаются с впадинами зубчатых колес. Связи 5 соединены с зубьями жестко или с возможностью перемещений, например, в виде штифтового (заклепочного) соединения 8 (фиг. 5 и 6). The gear wheel consists of a housing 3, teeth 4 and links 5, made in the form of annular or segment overlays or integrally with teeth 4, or with teeth 4 and housing 3, and the housing 3 of the wheel includes a recess 6 at the base of the valleys of the gears and ring grooves 7 from one or both ends. The annular grooves 7 communicate with the cavities of the gears. The connection 5 is connected to the teeth rigidly or with the possibility of movement, for example, in the form of a pin (rivet) connection 8 (Fig. 5 and 6).

Причем ширина выступающей над связями 5 части зубьев колеса 1 выполнена меньше, чем расстояние между связями зубьев колеса 2 (фиг. 2 и 8). Moreover, the width of the part of the teeth of the wheel 1 protruding above the connections 5 is made smaller than the distance between the connections of the teeth of the wheel 2 (Fig. 2 and 8).

Наружные диаметры связей 5 с одной или обеих торцевых сторон сопряженных зубчатых колес 1 и 2 выполнены таким образом, что разность между диаметром окружности выступов и наружного диаметра связей 5 ведущего зубчатого колеса 1 меньше, чем эта разность для ведомого зубчатого колеса 2 (фиг. 1). The outer diameters of the links 5 from one or both end faces of the mating gears 1 and 2 are made in such a way that the difference between the circumference of the protrusions and the outer diameter of the links 5 of the driving gear 1 is less than this difference for the driven gear 2 (Fig. 1) .

На фиг. 10 и 11 изображена металлополимерная зубчатая передача, где полимерное зубчатое колесо 2 со связями 5 зацепляется с металлическим зубчатым колесом 1, при этом наружный диаметр связей 5 колеса 2 меньше или равен диаметру окружности выступов зубчатого колеса 1. Полимерное зубчатое колесо во многих случаях может заменить металлическое, так как обладает максимальной равнопрочностью. In FIG. 10 and 11, a metal-polymer gear is shown, where a polymer gear 2 with links 5 is engaged with a metal gear 1, while the outer diameter of the links 5 of the wheel 2 is less than or equal to the diameter of the circumference of the protrusions of the gear 1. In many cases, the polymer gear can replace the metal , since it has maximum equal strength.

Зубья зубчатого колеса 1 могут быть соединены связью 5 с одной из торцевых сторон. В этом случае зубья сопрягаемого зубчатого колеса 2 соединены связью с противоположной торцевой стороны (фиг. 4). The teeth of the gear wheel 1 can be connected by a link 5 with one of the end faces. In this case, the teeth of the mating gear 2 are connected by communication from the opposite end side (Fig. 4).

При работе зубчатой передачи изгибающие и динамические нагрузки воспринимаются всеми зубьями по типу упругих муфт, при этом происходят снижение ударных нагрузок, уровня шума передачи, динамического момента и демпфирование колебаний трением в зубьях, повышение прочности зубьев и ресурса передачи в целом, а также упрощение и удешевление таких зубчатых колес, вследствие этого обеспечивается реальная возможность уменьшить габаритные размеры передачи. During the operation of the gear transmission, bending and dynamic loads are perceived by all teeth as elastic couplings, while there is a decrease in shock loads, transmission noise level, dynamic moment and vibration damping by the teeth, increasing tooth strength and transmission life in general, as well as simplification and cheapening such gears, as a result of this provides a real opportunity to reduce the overall dimensions of the transmission.

У зубчатых колес со связями разгружаются концентраторы напряжений у корня зуба, что повышает несущую способность передачи, ее ресурс, упрощается и удешевляется технология производства таких зубчатых колес. In gears with couplings, stress concentrators are unloaded at the root of the tooth, which increases the bearing capacity of the transmission, its resource, and the technology for the production of such gears is simplified and cheapened.

Источники информации
1. Решетов Д.Н. Детали машин. - М.: Машиностроение, 1989, с. 150, рис. 10.1a, с. 428-435.Sources of information
1. Reshetov D.N. Machine parts. - M.: Mechanical Engineering, 1989, p. 150, fig. 10.1a, p. 428-435.

2. Наумов К.А. Сопротивление материалов. - М., 1959, с. 150. 2. Naumov K.A. Strength of materials. - M., 1959, p. 150.

3. GB, патент 1571628, 1980, кл. F 16 H 55/14. 3. GB, patent 1571628, 1980, cl. F 16 H 55/14.

Claims

1. A gear transmission comprising at least one gear wheel with links, characterized in that the teeth connected by links are made with the possibility of perceiving bending and / or dynamic loads by all teeth as elastic couplings.

2. The transmission according to claim 1, characterized in that the links of the gears are made integrally with the teeth or with the teeth and the gear housing, or in the form of ring or segment pads connected to the teeth or with the teeth and gear housing rigidly or with the ability to move.

3. The transmission according to claim 1 or 2, characterized in that the gears with connections are made with recesses at the base of the valleys of the gears.

4. The transmission according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the gears with connections are made with annular grooves from one or both ends and communicating with the cavities of the gears, and the bottom of the groove is made, for example, along the radius.

5. The transmission according to claim 1, or 2, or 3, or 4, characterized in that the width of the upper part of the teeth of the mating gears is made smaller and placed between the connections of the lower part of the teeth.

6. The transmission according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, characterized in that in the transmission with one gear wheel with ties made of polymer and engaged with a metal gear wheel, the outer diameter of the links of this gear wheel is smaller or equal to the diameter of the circumference of the protrusions.

7. The transmission according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, or 6, characterized in that the teeth of one of the engaging gears are connected by a connection to one of the end faces, and the teeth of the other gears are connected by a connection to the opposite front side.