RU2713537C1 - Зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев - Google Patents
Зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев Download PDFInfo
- Publication number
- RU2713537C1 RU2713537C1 RU2019104782A RU2019104782A RU2713537C1 RU 2713537 C1 RU2713537 C1 RU 2713537C1 RU 2019104782 A RU2019104782 A RU 2019104782A RU 2019104782 A RU2019104782 A RU 2019104782A RU 2713537 C1 RU2713537 C1 RU 2713537C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gear
- teeth
- wheel
- angle
- involute
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
- F16H1/02—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion
- F16H1/04—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Gears, Cams (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения. Зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев состоит из колеса с внешними зубьями с прямолинейной образующей и шестерни с зубьями, эвольвентными в среднем торцевом сечении, на боковой поверхности которых реализована пространственная геометрия, учитывающая комплексное действие перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки. Обеспечивается повышение нагрузочной и компенсирующей способности зубчатых передач с внешним зацеплением. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для соединения валов тяжело нагруженных и высокоскоростных механизмов, взаимодействующих в условиях комплексного действия перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки.
Известна цилиндрическая зубчатая передача (А.с. 785569 СССР МКИ F16H 1/08; опубл. 07.12.1980. - Бюл. №45) с зубьями, продольная линия которых выполнена в виде дуги окружности и эвольвентным профилем зубьев, которые с целью снижения чувствительности к погрешностям межосевого расстояния выполнены с равными радиусами окружностей продольных линий, проходящих через верхнюю и нижнюю активные точки профиля зуба, а профили зубьев в сечениях, параллельных торцовому идентичны.
Аналог не обеспечивает требуемого технического результата так, как в процессе профилирования боковой поверхности зубьев не учитывается пространственный характер контактирования зубьев в соединении, что приводит к точечному характеру контактирования зубьев, а при превышении допустимого рабочего угла перекоса к кромочному контакту зубьев.
Наиболее близким аналогом изобретения, которое заявляется является зубчатый венец (А.с. 1087720 СССР МКИ F16H 1/04; F16H 55/17; F16D 3/18, опубл. 23.04.1984. - Бюл. №15) с внешними зубьями, звольвентными в среднем торцовом сечении венца и бочкообразными в сечении поверхностью делительного цилиндра, боковая поверхность зубьев которого с целью снижения чувствительности к монтажным погрешностям выполняется с большей величиной бочкообразности, за счет того, что линия пересечения боковых поверхностей зубьев плоскостью, касательной к делительному цилиндру, представляет собой участки эвольвент, основные окружности которых касательны к среднему торцовому сечению венца и имеют диаметр, кратный модулю зубьев.
Зубчатый венец работает при наличии перекоса зубчатых колес, что приводит к повороту одного зубчатого колеса относительно другого, при этом выбираются или уменьшаются радиальные зазоры в соединении. В результате приложения крутящего момента на зубьях зубчатого венца возникает усилие, направленное по нормали к боковой поверхности. Усилие, создает момент, изгибающий зубья. Поверхность впадин предложенного зубчатого венца представляет собой прямой круговой цилиндр соосный с делительным цилиндром, что исключает подрезание зубьев в крайних торцовых сечениях при профилировании боковой поверхности зубьев для компенсации повышенных углов перекоса. За счет исключения подрезания зубьев появляется возможность увеличить длину зуба и высоту зуба в крайних торцовых сечениях.
Предложенная конструкция зубчатого венца обеспечивает беззазорность в зубчатом соединении или близкое к равномерному распределение зазоров в соединении и синхронность вращения зубчатых колес, за счет чего снижаются динамические нагрузки. Кроме того, прочность зубьев зубчатого венца увеличивается, что позволяет более рационально использовать металл и уменьшить массу приводов различных машин.
Признаками наиболее близкого аналога, которые совпадают с признаками заявляемого изобретения являются:
1. Внешние зубья.
2. Эвольвентные в среднем торцовом сечении.
Наиболее близкий аналог не обеспечивает необходимого технического результата так, как при профилировании боковой поверхности зубьев шестерни учитывается только угол перекоса продольных осей шестерни и колеса. Вместе с тем комплексное действие перемещений и поворотов элементов зубчатых передач, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки может привести к точечно-кромочному характеру контактирования зубьев и как следствие к снижению нагрузочной и компенсирующей способностей зубчатого соединения.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования зубчатого соединения за счет изменения геометрии боковой поверхности зубьев шестерни, профилирование которых осуществляется с учетом комплексного действия перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки.
Поставленная задача решается тем, что реализуется зубчатое соединение, состоящее из колеса с внешними эвольвентными зубьями с прямолинейной образующей и шестерни с пространственной геометрией боковой поверхности зубьев, которая учитывает комплексное действие перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки.
Признаком, который отличает заявленное зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев, является учет при профилировании боковой поверхности зубьев всех перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки. Учет при профилировании боковой поверхности зубьев шестерни всех перемещений и поворотов позволяет создавать зубчатые соединения с большей компенсирующей и нагрузочной способностью при тех же габаритных размерах деталей или уменьшать габаритные размеры деталей соединения при сохранении нагрузочной способности.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид внешнего зубчатого соединения; на фиг. 2 показан зуб шестерни с пространственной геометрией боковой поверхности.
Зубчатое соединение (фиг. 1) состоит из зацепляющихся в условиях наличия перемещений и перекосов колеса 1 с внешними эвольвентными зубьями 2 с прямолинейной образующей (на чертеже не показана) и шестерни 3 с наружными зубьями 4.
Из фиг. 1 видно, что с шестерней связаны подвижные системы координат S1(x1, y1, z1) и с зубчатым колесом связана подвижная система координат S2(x2, y2, z2). А так же выбрано расположение неподвижной, абсолютной системы координат S (X, Y, Z) - начало координат, которой совпадает с полюсом зацепления Р.
Зубья колес во время эксплуатации взаимодействуют при наличии погрешностей изготовления, монтажа и перемещений, вызванных деформациями, которые возникают под действием рабочей нагрузки. Оси системы координат зубчатого колеса параллельны осям абсолютной системы координат, а начало координат лежит на оси OY. Вращение колеса 1 осуществляется относительно оси O2z2 подвижной системы координат S2(x2, y2, z2).
Все возможные погрешности, деформации и перемещения сведены к суммарным значениям перемещений и поворотов и сообщаются подвижной системе координат S1(x1, y1, z1) связанной с шестерней 3. Вращение шестерни 3 осуществляется относительно оси подвижной системы координат
Вид зуба 4 шестерни 3 показан на фиг. 2, его боковая поверхность разделена на две части 5 и 6, профилирование каждой из которых осуществляется с учетом комплексного действия перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки в соответствии с системой уравнений:
где x1, y1, z1 - координаты контактной точки на боковой поверхности зуба шестерни;
φ1 - угол поворота шестерни;
φ2 - угол поворота колеса;
rb2 - радиус основной окружности колеса;
ϕ2 - угол развернутости эвольвентного профиля колеса;
ϕс_2Р - угол смещения начала эвольвенты колеса, таким образом чтобы эвольвента проходила через полюс зацепления.
z2 - координата по ширине зубчатого венца колеса.
Axi, Ayi, Azi - постоянные коэффициенты, зависящие от величин суммарных перемещений и суммарных углов перекоса:
где φxΣ - суммарный угол поворота шестерни относительно оси x1;
ΔxΣ, ΔyΣ, ΔzΣ - суммарные перемещения относительно трех координатных осей абсолютной системы координат;
R1, R2 - радиусы делительных окружностей соответственно шестерни и колеса.
Боковая поверхность зубьев шестерни образована совокупностью контактных линий 7 (фиг. 2). Контактные линии 7 представляют собой плавные кривые. Значения координат точек контактных линий определяются в результате решения системы уравнений. Боковая поверхность зубьев шестерни разделена на две части 5 и 6, что связано с особенностями относительных движений элементов зубчатого соединения во время работы при комплексном действии перемещений и поворотов, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки.
Зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев работает следующим образом.
При вращении вокруг своих продольных осей в условиях наличия перемещений и перекосов осей (фиг. 1) колесо 1 и шестерня 3 контактируют боковыми поверхностями зубьев. При этом зуб 4 шестерни 3 совершает пространственное движение относительно зуба 2 колеса 1. Между зубьями в пределах контактной зоны возникает линейный или близкий к линейному контакт зубьев. При приложении нагрузки контактные линии превращаются в поверхность соприкосновения.
Реализация данного зубчатого соединения позволяет за счет применения предложенной универсальной пространственной геометрии боковой поверхности зубьев компенсировать все возможные перемещения и повороты элементов зубчатого соединения, вызванные наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки. При этом в соединении исключается кромочный контакт зубьев, а взаимодействие зубьев осуществляется в пределах пятна контакта зубьев с обеспечением линейного или близкого к линейному характера контактирования зубьев, что позволяет получать соединения с большей компенсирующей и нагрузочной способность при тех же габаритных размерах деталей или уменьшать габаритные размеры деталей соединения при сохранении нагрузочной способности.
Предложенное зубчатое соединение может быть использовано для соединения валов тяжело нагруженных и высокоскоростных механизмов, взаимодействующих в условиях комплексного действия перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки.
Claims (16)
- Зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев, состоящее из колеса с эвольвентными зубьями с прямолинейной образующей и шестерни с зубьями эвольвентными в среднем торцовом сечении, отличающееся тем, что профилирование боковой поверхности зубьев шестерни осуществляется с учетом комплексного действия перемещений и поворотов элементов зубчатого соединения, вызванных наличием погрешностей изготовления, погрешностей монтажа и деформаций под действием рабочей нагрузки в соответствии с системой уравнений:
- где x1, y1, z1 - координаты контактной точки на боковой поверхности зуба шестерни;
- φ1 - угол поворота шестерни;
- φ2 - угол поворота колеса;
- rb2 - радиус основной окружности колеса;
- ϕ2 - угол развернутости эвольвентного профиля колеса;
- ϕc_2P - угол смещения начала эвольвенты колеса таким образом, чтобы эвольвента проходила через полюс зацепления;
- z2 - координата по ширине зубчатого венца колеса;
- Axi, Ayi, Azi - постоянные коэффициенты, зависящие от величин суммарных перемещений и суммарных углов перекоса:
- где φxΣ - суммарный угол поворота шестерни относительно оси x1;
- ΔxΣ, ΔyΣ, ΔzΣ - суммарные перемещения относительно трех координатных осей абсолютной системы координат;
- R1, R2 - радиусы делительных окружностей соответственно шестерни и колеса.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019104782A RU2713537C1 (ru) | 2019-02-20 | 2019-02-20 | Зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019104782A RU2713537C1 (ru) | 2019-02-20 | 2019-02-20 | Зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2713537C1 true RU2713537C1 (ru) | 2020-02-05 |
Family
ID=69625591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019104782A RU2713537C1 (ru) | 2019-02-20 | 2019-02-20 | Зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2713537C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1087720A1 (ru) * | 1983-01-25 | 1984-04-23 | Предприятие П/Я В-2869 | Зубчатый венец |
RU2199046C2 (ru) * | 2001-04-11 | 2003-02-20 | Марийский государственный технический университет | Цилиндрическая зубчатая передача |
RU2491458C2 (ru) * | 2008-09-02 | 2013-08-27 | Фойт Патент Гмбх | Зубчатое колесо |
WO2017100517A1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-06-15 | Gear Innovations Llc | Conjugate gears with continuous tooth flank contact |
RU2703094C2 (ru) * | 2018-03-20 | 2019-10-15 | Евгений Николаевич Хрусталев | Способ хрусталева е.н. повышения контактной и изгибной выносливости эвольвентного зубчатого зацепления и эвольвентное зубчатое зацепление для его осуществления |
-
2019
- 2019-02-20 RU RU2019104782A patent/RU2713537C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1087720A1 (ru) * | 1983-01-25 | 1984-04-23 | Предприятие П/Я В-2869 | Зубчатый венец |
RU2199046C2 (ru) * | 2001-04-11 | 2003-02-20 | Марийский государственный технический университет | Цилиндрическая зубчатая передача |
RU2491458C2 (ru) * | 2008-09-02 | 2013-08-27 | Фойт Патент Гмбх | Зубчатое колесо |
WO2017100517A1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-06-15 | Gear Innovations Llc | Conjugate gears with continuous tooth flank contact |
RU2703094C2 (ru) * | 2018-03-20 | 2019-10-15 | Евгений Николаевич Хрусталев | Способ хрусталева е.н. повышения контактной и изгибной выносливости эвольвентного зубчатого зацепления и эвольвентное зубчатое зацепление для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109751386B (zh) | 一种反渐开线齿轮传动啮合的设计计算方法 | |
US11002353B2 (en) | Cycloidal pin wheel harmonic transmission device | |
CN108533715B (zh) | 一种用于谐波齿轮传动的双向共轭齿形设计方法 | |
RU2416748C1 (ru) | Эксцентриково-циклоидальное зацепление зубчатых профилей с криволинейными зубьями | |
US3180172A (en) | Gear wheels and racks | |
CN109707822B (zh) | 一种应用于机器人、探测器的小模数谐波传动啮合齿形的设计方法 | |
CN104565333B (zh) | 自动消除限转角齿轮齿侧间隙的方法 | |
US10018257B2 (en) | Roller screw mechanism and associated manufacturing method | |
JP2019500562A (ja) | 連続歯元面接触方式の共役歯車 | |
GB2442392A (en) | Gear drive | |
JPS62278368A (ja) | 低騒振歯車 | |
CN102588558A (zh) | 一种凹、凸环面渐开线齿轮及其设计、加工方法 | |
KR20130053411A (ko) | 정격 부하가 최적화된 베벨 기어 치형 | |
CN104819266A (zh) | 无退刀槽圆弧螺旋线混合型人字齿轮及其加工方法 | |
CN110242704B (zh) | 一种基于滚动摩擦的传动装置及其传动方法 | |
CN105626816A (zh) | 一种单列减变速一体化圆柱正弦活齿机构 | |
JP2008281184A (ja) | 遊星ローラねじ装置 | |
CN109446666B (zh) | 一种凹凸齿线联轴器的设计方法 | |
Kacalak et al. | Innovative design of non-backlash worm gear drives | |
CN113032923B (zh) | 一种柔轮及其齿形设计方法和谐波减速器 | |
RU2713537C1 (ru) | Зубчатое соединение с внешним зацеплением зубьев | |
JP7226772B2 (ja) | シャフト-ハブ接続部 | |
RU2713691C1 (ru) | Зубчатое соединение с внутренним зацеплением зубьев | |
CN108533681B (zh) | 平行轴内啮合传动的平-凸啮合纯滚动齿轮机构 | |
CN108533683B (zh) | 用于交叉轴传动的凸-凸啮合纯滚动螺旋锥齿轮机构 |