RU2773835C1

RU2773835C1 - Cylindrical gearwheel

Info

Publication number: RU2773835C1
Application number: RU2021130522A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Федорович Прокофьев
Original assignee: Геннадий Федорович Прокофьев
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2022-06-14

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: cylindrical gearwheel has a shape of a cylinder, a hub with a keyway groove and a rim with gears. The shape of a cylinder is obtained by a generatrix, when it is rotated around the axis. Gears, relatively to the generatrix, are made in the form of an ellipse element, expressed by a ratio

, where: B is the width of the gearwheel rim, A is the largest convexity in x=B/2, x is the distance from the end of the gearwheel to the point in question, A and B/2 are ellipse semi-axes.

EFFECT: increase in the reliability of a gear transmission is achieved.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в цилиндрических зубчатых передачах.The invention relates to mechanical engineering and can be used in spur gears.

Зубчатая передача относится к передачам зацеплением с непосредственным контактом ведущего и ведомого звеньев. Она состоит из двух зубчатых колес, каждое из которых включает ступицу со шпоночные пазом и обод, на котором выполнены зубья, образуя зубчатый венец. Меньшее зубчатое колесо называется шестерней, а большее - колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и к колесу. Классификация зубчатых передач дана на стр. 130 (рис. 6.2) в книге Г.Ф. Прокофьев, Н.И. Дундин, Н.Ю. Микловцик. Конструирование приводов технологических машин: учебное пособие для вузов - 2-е изд., испр. и доп. - Архангельск: ИД САФУ 2014. - 504 с.Gear transmission refers to gearing with direct contact between the driving and driven links. It consists of two gears, each of which includes a hub with a keyway and a rim on which the teeth are made, forming a ring gear. The smaller gear is called the pinion and the larger one is called the wheel. The term "gear" refers to both the gear and the wheel. The classification of gears is given on page 130 (Fig. 6.2) in the book by G.F. Prokofiev, N.I. Dundin, N.Yu. Miklovtsik. Designing drives for technological machines: a textbook for universities - 2nd ed., Corrected. and additional - Arkhangelsk: ID NArFU 2014. - 504 p.

Наибольшее применение в технике нашли цилиндрические зубчатые передачи. В них каждое из двух зубчатых колес имеет форму цилиндра, полученного образующей прямой при вращении ее вокруг оси.Cylindrical gears have found the greatest application in engineering. In them, each of the two gears has the shape of a cylinder, obtained by forming a straight line when it rotates around an axis.

В поперечном сечении зубья могут иметь различный профиль, откуда произошло название зацепления. Циклоидное зацепление - боковые поверхности зубьев выполнены в виде циклоиды. Оно нашло применение в часовых механизмах и в передачах, требующих высокую точность.In cross section, the teeth can have a different profile, hence the name of the engagement. Cycloid engagement - the side surfaces of the teeth are made in the form of a cycloid. It has found application in clockwork and gears requiring high precision.

Эвольвентное зацепление - боковые поверхности зубьев выполнены в виде эвольвенты. Это основное зацепление в машиностроении, так как обладает большей прочностью, чем циклоидное зацепление и более технологично в изготовлении. Зацепление Новикова - боковые поверхности зубьев выполнены в виде цилиндров. Оно сложнее в изготовлении, так как требуется специальное оборудование и применяется в основном в оборонной промышленности. В предложенном техническом решении вид зацепления не имеет значения и может быть любым.Involute engagement - the lateral surfaces of the teeth are made in the form of an involute. This is the main gear in mechanical engineering, as it has greater strength than the cycloid gear and is more technologically advanced in manufacturing. Novikov's engagement - the lateral surfaces of the teeth are made in the form of cylinders. It is more difficult to manufacture, as it requires special equipment and is used mainly in the defense industry. In the proposed technical solution, the type of engagement does not matter and can be anything.

По расположению зубьев относительно образующей цилиндрические зубчатые передачи могут быть прямозубые, косозубые и шевронные. В прямозубых передачах зубья расположены параллельно образующей. Достоинства - простота изготовления и отсутствие боковых сил. Недостатки - повышенный износ, шум при больших скоростях, значительные габаритные размеры. Применяют при малых и средних окружных скоростях в основном в открытых передачах.According to the location of the teeth relative to the generatrix, cylindrical gears can be spur, helical and chevron. In spur gears, the teeth are parallel to the generatrix. Advantages - ease of manufacture and the absence of lateral forces. Disadvantages - increased wear, noise at high speeds, significant overall dimensions. They are used at low and medium circumferential speeds, mainly in open gears.

В косозубых передачах зубья расположены под углом к образующей. Достоинства -плавность зацепления, меньший шум, пониженные динамические нагрузки. Основной недостаток косозубых колес по сравнению с прямозубыми - наличие осевой силы, стремящейся сдвинуть колесо с валом вдоль его оси, что усложняет работу подшипниковых узлов. Рекомендуемый угол наклона зубьев β=8…18°. Менее восьми градусов угол β выполнять не рекомендуется, так как в этом случае эффект незначительный. При β>18° возникают большие осевые силы.In helical gears, the teeth are located at an angle to the generatrix. Advantages - smooth engagement, less noise, reduced dynamic loads. The main disadvantage of helical gears compared to spur gears is the presence of an axial force that tends to move the wheel with the shaft along its axis, which complicates the operation of bearing assemblies. Recommended angle of teeth β=8…18°. Less than eight degrees, the angle β is not recommended, since in this case the effect is negligible. At β>18°, large axial forces arise.

Шевронное колесо представляет собой сдвоенное косозубое колесо. Описание его приведено на странице 135-136 вышеупомянутого источника. Оно взято за прототип. Достоинство - вследствие разного направления наклона зубьев на полушевронах осевые силы взаимно уравновешиваются на колесе и на подшипники не передаются. Это позволяет у шевронных колес увеличить угол наклона зубьев β=25…40°, что повышает прочность зубьев. Минусы шевронных колес - недостаточные плавность зацепления и длина линий контакта зубьев.The chevron wheel is a double helical gear. Its description is given on pages 135-136 of the above source. It is taken as a prototype. Dignity - due to the different directions of the inclination of the teeth on the half-chevrons, the axial forces are mutually balanced on the wheel and are not transferred to the bearings. This allows for chevron wheels to increase the angle of inclination of the teeth β=25…40°, which increases the strength of the teeth. Cons of chevron wheels - insufficient smoothness of engagement and the length of the contact lines of the teeth.

Известно цилиндрическое зубчатое колесо по патенту РФ №2717870 MПК F16H / Г.Ф. Прокофьев - №2019122847; заяв. 19.07.2019; опубл. 26.03.2020 Бюл. №9. Для повышения надежности работы зубчатой передачи за счет плавности зацепления зубьев и увеличения линии контакта зубья относительно образующей выполнены в виде синусоиды, выражаемой соотношением: у=A sin (180°⋅х/В); где А - наибольшая выпуклость при х=В/2, В - ширина обода зубчатого колеса, х - расстояние от торца зубчатого колеса до рассматриваемой точки. Цилиндрическое зубчатое колесо по патенту РФ №2717870 взято за прототип.Known spur gear according to the patent of the Russian Federation No. 2717870 MPK F16H / G.F. Prokofiev - No. 2019122847; dec. 07/19/2019; publ. 03/26/2020 Bull. No. 9. To improve the reliability of the gear transmission due to the smoothness of the teeth engagement and the increase in the contact line, the teeth relative to the generatrix are made in the form of a sinusoid, expressed by the ratio: y=A sin (180°⋅x/B); where A is the largest convexity at x = B / 2, B is the width of the gear rim, x is the distance from the end of the gear to the point in question. Cylindrical gear according to RF patent No. 2717870 is taken as a prototype.

Задача на которую направлено изобретение - дальнейшее повышение надежности работы зубчатой передачи за счет увеличения линии контакта зубьев. Это достигается тем, что зубья на ободе относительно образующей выполнены в виде участка эллипса, выражаемого соотношением

, где: В - ширина обода зубчатого колеса, А - наибольшая выпуклость при х=В/2, х - расстояние от торца зубчатого колеса до рассматриваемой точки, А и В/2 являются полуосями эллипса. На фиг. 1 показано зубчатое колесо предложенной конструкции. Оно включает зубья 1, обод 2, ступицу 3 со шпоночным пазом 4. Характер расположения каждого из зубьев относительно образующей показан в виде одной линии 5, выражающей элемент эллипса.The task to which the invention is directed is to further increase the reliability of the gear by increasing the line of contact of the teeth. This is achieved by the fact that the teeth on the rim relative to the generatrix are made in the form of an ellipse section, expressed by the ratio

, where: B is the width of the gear rim, A is the largest convexity at x = B / 2, x is the distance from the end of the gear to the point in question, A and B / 2 are the semi-axes of the ellipse. In FIG. 1 shows a gear wheel of the proposed design. It includes teeth 1, a rim 2, a hub 3 with a keyway 4. The nature of the location of each of the teeth relative to the generatrix is shown as a single line 5, expressing an ellipse element.

Для наглядности преимущества предложенного цилиндрического зубчатого колеса по сравнению с цилиндрическим зубчатым колесом рассмотренном в патенте №2717870 и шевронным зубчатым колесом на фиг. 2 приведены построенные графически принципиальные схемы зубчатых колес: 1 - предложенной конструкции, 2 - по патенту №2717870 и 3 - шевронное.For clarity, the advantages of the proposed spur gear in comparison with the spur gear discussed in patent No. 2717870 and herringbone gear in Fig. 2 shows the graphically constructed schematic diagrams of gears: 1 - the proposed design, 2 - according to patent No. 2717870 and 3 - chevron.

Как видим, длина линии контакта зубьев в предложенной конструкции наибольшая, следовательно эта конструкция обеспечивает наибольшую надежность работы зубчатой передачи.As you can see, the length of the contact line of the teeth in the proposed design is the largest, therefore, this design provides the greatest reliability of the gear transmission.

Работает зубчатое колесо предложенной конструкции следующим образом. Зубья ведущего зубчатого колеса входят в зацепление с зубьями ведомого зубчатого колеса, приводят его во вращение и передают вращательный момент. Плавность зацепления и большая длина контакта зубьев обеспечивают надежную работу зубчатой передачи, при этом боковые силы отсутствуют.The gear wheel of the proposed design works as follows. The teeth of the driving gear mesh with the teeth of the driven gear, cause it to rotate and transmit torque. The smooth meshing and long contact length of the teeth ensures reliable operation of the gear train, while there are no lateral forces.

Claims

Cylindrical gear, having the shape of a cylinder obtained by the generatrix when it rotates around the axis, as well as a hub with a keyway and a rim with teeth made on it, characterized in that the teeth relative to the generatrix are made in the form of an ellipse element, expressed by the ratio

, where: B is the width of the gear rim, A is the largest convexity at x = B / 2, x is the distance from the end of the gear to the point in question, A and B / 2 are the semiaxes of the ellipse.