RU2241878C2

RU2241878C2 - Gear transmission

Info

Publication number: RU2241878C2
Application number: RU2002110616/11A
Authority: RU
Inventors: А.И. Нечаев (RU); А.И. Нечаев; М.А. Нечаев (RU); М.А. Нечаев
Original assignee: Сибирский государственный технологический университет
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2004-12-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: gear transmission has several same steps including gear wheel and wheel. Each subsequent gear wheel and each subsequent wheel is shifted with respect to the previous one by the same step. The number of steps in the gear transmission and the coefficient of overlapping of the gear transmission are related as ε = ε_cn, where ε is the given coefficient of overlapping of the gear wheel, ε_c is the coefficient of overlapping of the step, and n is the number of steps in the gear transmission. The angular step between the teeth of the gear wheel and wheel of each step ranges from 40 to 90^o. The gears can be provided with convex profiles of the teeth. The wheels can be provided with concave teeth.

EFFECT: enhanced efficiency.

2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено как для понижения, так и повышения частоты вращения рабочих органов машин и механизмов.The invention relates to the field of engineering and is intended both to lower and increase the frequency of rotation of the working bodies of machines and mechanisms.

Известна передача (см. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. - М.: Наука, 1975. - С.463, рис. 20.44), которая состоит из шестерни и колеса, набранных из нескольких одинаковых шестерен и нескольких одинаковых колес. Причем каждая последующая шестерня и каждое последующее колесо смещены относительно предыдущих на один и тот же шаг. Известная передача набрана из нескольких стандартных эвольвентных передач.A known transmission (see Artobolevsky II Theory of mechanisms and machines. - M .: Nauka, 1975. - P.463, Fig. 20.44), which consists of gears and wheels, recruited from several identical gears and several identical wheels. Moreover, each subsequent gear and each subsequent wheel is shifted relative to the previous ones by the same step. The known gear is composed of several standard involute gears.

Недостатком известной передачи является то, что при работе на повышение частоты вращения ведомого вала эта передача обладает следующими недостатками. В передаче с эвольвентными профилями зубьев сила с одного профиля зуба на другой профиль зуба передается под стандартным углом 20° , вследствие чего только одна составляющая этой силы сообщает движение ведомому колесу, другая же вызывает дополнительные вредные сопротивления трения в зубчатых колесах.A disadvantage of the known transmission is that when working to increase the speed of the driven shaft, this transmission has the following disadvantages. In a transmission with involute tooth profiles, the force from one tooth profile to another tooth profile is transmitted at a standard angle of 20 °, as a result of which only one component of this force imparts movement to the driven wheel, while the other causes additional harmful friction drags in the gears.

В мелкомодульных эвольвентных передачах основным критерием нагрузочной способности передачи является изгибная прочность зубьев, которая во многих случаях не удовлетворяет поставленным требованиям, и вторым критерием нагрузочной способности передачи являются контактные напряжения, зависящие от кривизны сопрягаемых профилей зубьев.In small-module involute gears, the main criterion for the transmission load capacity is the flexural strength of the teeth, which in many cases does not meet the requirements, and the second criterion for the transmission load capacity is contact stress, which depends on the curvature of the mating tooth profiles.

Известна зубчатая передача, содержащая составные колеса, образованные соединенными между собой дисками, зубья которых смещены относительно друг друга в плоскости вращения, причем толщина зубьев каждого диска прямо пропорциональна числу дисков, состоящих каждое из колес зубчатой передачи, число зубьев каждого диска обратно пропорционально числу дисков каждого колеса, а шаг смещения зубьев соседних дисков определен как произведение постоянного числа π на модуль зацепления (А.с. №911069, МКИ F 16 Н 11/02).A gear train is known, comprising composite wheels formed by interconnected disks, the teeth of which are offset relative to each other in the plane of rotation, the tooth thickness of each disk being directly proportional to the number of disks consisting of each of the gear wheels, the number of teeth of each disk is inversely proportional to the number of disks of each wheels, and the tooth displacement pitch of adjacent disks is defined as the product of a constant number π by the engagement module (AS No. 911069, MKI F 16 H 11/02).

Недостатком известной передачи является то, что передача силы с одного зуба на другой происходит под стандартным углом 20° и это вызывает дополнительные вредные сопротивления трения и неудовлетворительные контактные напряжения.A disadvantage of the known transmission is that the transfer of force from one tooth to another occurs at a standard angle of 20 ° and this causes additional harmful frictional resistance and unsatisfactory contact stresses.

Изобретение решает задачу повышения качественных показателей передачи: увеличение изгибной прочности зубьев, повышение кпд и уменьшение контактных напряжений для эксплуатации передачи как с уменьшением, так и с увеличением частоты вращения ведомого вала.The invention solves the problem of improving the quality of transmission: increasing the flexural strength of the teeth, increasing the efficiency and decreasing contact stresses for operating the transmission both with a decrease and an increase in the speed of the driven shaft.

Технический результат заключается в увеличении изгибной прочности зубьев, увеличении кпд передачи и уменьшении контактных напряжений, при этом угол зацепления эвольвентных профилей зубьев выполнен меньше 20° .The technical result consists in increasing the bending strength of the teeth, increasing the transmission efficiency and reducing contact stresses, while the engagement angle of the involute tooth profiles is made less than 20 °.

Для достижений указанного технического результата в зубчатой передаче, содержащей несколько одинаковых ступеней, включающих шестерню и колесо, где каждая последующая шестерня и каждое последующее колесо смещены относительно предыдущих на один и тот же шаг, согласно изобретению соотношение числа ступеней в зубчатой передаче и коэффициента перекрытия зубчатой передачи устанавливается в соответствии с зависимостьюTo achieve the specified technical result in a gear train containing several identical steps, including a gear and a wheel, where each subsequent gear and each subsequent wheel are shifted relative to the previous ones by the same step, according to the invention, the ratio of the number of steps in the gear and the gear overlap ratio set according to dependency

ε =ε _с• n,ε = ε _s • n,

где, ε - заданный коэффициент перекрытия зубчатой передачи;where, ε is the specified gear overlap coefficient;

ε _с - коэффициент перекрытия ступени;ε _{with the} coefficient of overlap of the stage;

n - число ступеней в зубчатой передаче,n is the number of steps in the gear,

при этом угловой шаг между зубьями шестерни и колеса каждой ступени выполнен в диапазоне от 40 до 90° .while the angular pitch between the gear teeth and the wheels of each stage is made in the range from 40 to 90 °.

На шестернях выполнены выпуклые профили зубьев, а на колесах -прямолинейные, где угол давления профилей зубьев составляет не более 8° .Convex tooth profiles are made on the gears, and rectilinear on the wheels, where the pressure angle of the tooth profiles is not more than 8 °.

На шестернях выполнены выпуклые профили зубьев, а на колесах -вогнутые.Convex tooth profiles are made on the gears, and concave on the wheels.

Установлено, что при последовательном уменьшении угла зацепления α ω <20° происходит также последовательное уменьшение длины практической линии зацепления, которой ограничивается большое число зубьев на шестерне передачи с коэффициентом перекрытия ε >1. Например, при угле зацепления α ω =10° число зубьев z₁=25; при угле зацепления α ω =8° число зубьев z₁=31; при угле зацепления α ω =6° число зубьев z₁=42. Использовать передачу с большим числом зубьев на шестерне не рационально, так как она имеет низкую изгибную прочность зубьев.It was found that with a successive decrease in the angle of engagement α ω <20 °, there is also a sequential decrease in the length of the practical line of engagement, which limits a large number of teeth on the gear wheel with an overlap coefficient ε> 1. For example, when the angle of engagement α ω = 10 °, the number of teeth z ₁ = 25; when the angle of engagement α ω = 8 °, the number of teeth z ₁ = 31; when the angle of engagement α ω = 6 °, the number of teeth z ₁ = 42. Use a gear with a large number of teeth on the gear is not rational, since it has a low bending strength of the teeth.

Предложенная передача содержит ступени с малым числом зубьев на шестернях.The proposed transmission contains steps with a small number of teeth on the gears.

Выполнение углового шага между зубьями шестерни и колеса каждой ступени в диапазоне от 40 до 90° позволяет увеличить изгибную прочность зубчатой передачи. Для уменьшения силы дополнительных вредных сопротивлений трения уменьшена длина участков скольжения контактируемых профилей зубьев за счет уменьшения высоты эвольвентных зубьев шестерен и колес.Performing an angular step between the gear teeth and wheels of each step in the range from 40 to 90 ° allows you to increase the bending strength of the gear transmission. To reduce the force of additional harmful frictional resistance, the length of the sliding sections of the contacted tooth profiles is reduced by reducing the height of the involute teeth of the gears and wheels.

Использование (вместо эвольвентных профилей зубьев) профилей зубьев передачи по А.с. №506714, в которой линией зацепления является улитка Паскаля, позволяет увеличить кпд передачи, так как изменение параметра улитки Паскаля позволяет использовать угол давления профилей зубьев менее 8° , что значительно уменьшает влияние сил трения.Using (instead of involute tooth profiles) transmission tooth profiles according to A.S. No. 506714, in which the line of engagement is a Pascal cochlea, allows to increase the transmission efficiency, since changing the parameter of the Pascal cochlea allows the use of a tooth profile pressure angle of less than 8 °, which significantly reduces the effect of friction forces.

Выполнение на шестернях выпуклых профилей зубьев, а на колесах вогнутых (модификация профилей М.Л.Новикова) позволяет уменьшить контактные напряжения.Performing convex tooth profiles on gears and concave ones on wheels (modification of M.L. Novikov profiles) allows to reduce contact stresses.

На фиг.1 показана зубчатая передача, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.2; на фиг.3 - условные развертки шестерен: а - для двух шестерен, б - для трех шестерен; на фиг.4 - смещение трех шестерен на величину τ ; на фиг.5 - зубчатая передача с выпуклыми рабочими поверхностями на зубьях 3 и с вогнутыми или прямолинейными на зубьях 4, общий вид; на фиг.6 - сечение А-А на фиг.5.Figure 1 shows a gear transmission, a General view; figure 2 is a section aa in figure 2; figure 3 - conditional reamers of gears: a - for two gears, b - for three gears; figure 4 - the offset of the three gears by the value of τ; figure 5 - gear with convex working surfaces on the teeth 3 and with concave or rectilinear on the teeth 4, General view; Fig.6 is a section aa in Fig.5.

Зубчатая передача содержит, например, две ступени, первая ступень состоит из шестерни а и колеса с, вторая ступень - из шестерни b и колеса d (фиг.1 и 2), образуя зубчатую шестерню 1 и зубчатое колесо 2 передачи. Шестерни а, b и колеса c, d имеют зубья 3 и 4 и жестко соединены друг с другом с помощью, например, шпоночного 5 или шлицевого соединения. Причем каждое последующая шестерня b и каждое последующее колесо d смещены относительно предыдущих шестерни a и колеса c на один и тот же шагA gear transmission contains, for example, two stages, the first stage consists of gear a and gear c, the second step consists of gear b and gear d (Figs. 1 and 2), forming gear gear 1 and gear gear 2. Gears a, b and wheels c, d have teeth 3 and 4 and are rigidly connected to each other using, for example, key 5 or spline connection. Moreover, each subsequent gear b and each subsequent wheel d are shifted relative to the previous gear a and wheel c by one and the same step

τ =π D/(zn),τ = π D / (zn),

где D - диаметр начальной окружности шестерни (колеса);where D is the diameter of the initial circumference of the gear (wheel);

z - число зубьев шестерни (колеса);z is the number of gear teeth (wheels);

n - число ступеней.n is the number of steps.

Прямолинейные зубья 3 ступенчатой шестерни 1 и прямолинейные зубья 4 ступенчатого колеса 2 зафиксированы на винтовых линиях левого и правого направлений.Rectilinear teeth 3 of gear 1 and rectilinear teeth 4 of gear 2 are fixed on helical lines of the left and right directions.

Контактные напряжения зависят от геометрии сопрягаемых поверхностей, которые выражаются тремя схемами: 1. выпуклость и выпуклость; 2. выпуклость и плоскость; 3. выпуклость и вогнутость.Contact stresses depend on the geometry of the mating surfaces, which are expressed by three schemes: 1. convexity and convexity; 2. bulge and plane; 3. convexity and concavity.

Вторая схема имеет меньшие контактные напряжения, чем первая, а третья схема - чем вторая.The second circuit has lower contact voltages than the first, and the third circuit than the second.

В зубчатых передачах контактные напряжения определяются по формулеIn gears, contact stresses are determined by the formula

где

- приведенный радиус кривизны сопрягаемых поверхностей зубьев: ρ ₁ и ρ ₂ - радиусы кривизны рабочих поверхностей зубьев шестерни a и колеса c; знак "+" для третьей схемы; знак "-" для первой схемы.Where

- the reduced radius of curvature of the mating surfaces of the teeth: ρ ₁ and ρ ₂ are the radii of curvature of the working surfaces of the teeth of the gear a and wheel c; the + sign for the third pattern; the "-" sign for the first pattern.

Приведенный радиус кривизны для второй схемы:The reduced radius of curvature for the second scheme:

Из формулы (1) видно, что чем больше приведенный радиус кривизны, тем меньше контактные напряжения рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса.From formula (1) it can be seen that the larger the reduced radius of curvature, the lower the contact stresses of the working surfaces of the gear teeth of the gear and wheel.

Для решения задачи уменьшения контактных напряжений сопрягаемых рабочих поверхностей зубьев на шестернях a и b выполнены выпуклые рабочие поверхности, а на колесах c и d - плоские или вогнутые так, что для каждой точки контакта взаимоогибаемых поверхностей соблюдается основная теорема зацепления

, где

- вектор нормали к поверхностям сопряженных зубьев в точке контакта;

- вектор относительной скорости.To solve the problem of reducing the contact stresses of the mating working surfaces of the teeth, the convex working surfaces are made on gears a and b, and on the wheels c and d they are flat or concave so that for each contact point of mutually bent surfaces the main gearing theorem is observed

where

is the normal vector to the surfaces of the mating teeth at the point of contact;

is the relative velocity vector.

Во время работы зубья 3 шестерен a и b передают вращение на зубья 4 колес c и d. При этом зубья 3 и 4, противоположно расположенные в ступенях а и c, b и d, поочередно вступают в зацепление друг с другом. Передача вращательного движения осуществляется последовательно с первой ступени на вторую ступень и т.д., причем зацепление зубьев последующей ступени перекрывает зацепление зубьев предыдущей ступени, а зацепление зубьев последней ступени перекрывает зацепление зубьев первой ступени.During operation, the teeth 3 of the gears a and b transmit the rotation to the teeth of the 4 wheels c and d. In this case, the teeth 3 and 4, oppositely located in steps a and c, b and d, alternately engage with each other. Rotational motion is transmitted sequentially from the first stage to the second stage, etc., with the gearing of the teeth of the next stage overlapping the gearing of the teeth of the previous stage, and the gearing of the teeth of the last stage overlaps the gearing of the teeth of the first stage.

Рассмотренную передачу можно отнести к косозубой передаче, т.к. прямолинейные зубья предложенной передачи расположены на винтовых линиях левого и правого направлений на цилиндрических поверхностях шестерни и колеса.The transmission in question can be attributed to helical gearing, because the straight teeth of the proposed transmission are located on helical lines of the left and right directions on the cylindrical surfaces of the gear and wheel.

Данная передача не имеет осевых сил, на которые расходуется часть мощности, подведенной к ведущему валу в косозубой передаче.This transmission does not have axial forces, which consumes part of the power supplied to the drive shaft in a helical gear.

Claims

1. A gear transmission containing several identical steps, including a gear and a wheel, where each subsequent gear and each subsequent wheel is shifted relative to the previous ones by the same step, characterized in that the ratio of the number of steps in the gear and the gear overlap ratio is set to according to dependency

ε = ε _with n,

where ε is the specified gear overlap coefficient;

ε _c is the step overlap coefficient;

n is the number of steps in the gear,

while the angular pitch between the gear teeth and the wheels of each stage is made in the range from 40 to 90 °.

2. The transmission according to claim 1, characterized in that the gears have convex tooth profiles, and the wheels are straight, where the pressure angle of the tooth profiles is not more than 8 °.

3. The transmission according to claim 1, characterized in that convex tooth profiles are made on the gears and concave on the wheels.