SU1754987A1 - Зубчата передача - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к машиностроению и может быть использовано в силовых зубчатых передачах. Целью изобретени   вл етс  повышение нагрузочной способности , КПД и долговечности путем снижени  трени  между зубь ми. В зубчатой передаче твердость активной боковой поверхности зубьев каждого колеса выполнена переменной с максимальным значением твердости на делительной окружности, превышающим на 15-20% значение твердости на остальной не активной боковой поверхности зуба колеса. 2 з. п. ф-лы, 3 ил

Description

Изобретение относитс  к области машиностроени , преимущественно к зубчатым пр мозубым цилиндрическим эвольвентным передачам, к зубчатым пр мозубым коническим эвольвентным передачам , к зубчатым винтовым цилиндрическим эвольвентным передачам, к зубчатым винтовым коническим эвольвентным передачам , к зубчатым цилиндрическим передачам с зацеплением Новикова и к зубчатым коническим передачам с зацеплением Новикова, а также другим передачам с эвольвентным профилем зубьев и с профилем зубьев за- цеплени (Новикова,

Известны зубчатые пр мозубые цилиндрические звбльвентные передачи , зубчатые пр мозубые конические эвольвентные передачи, зубчатые винтовые цилиндрические эвольвентные передачи, зубчатые винтовые конические эвольвентные передачи, зубчатые цилиндрические передачи с зацеплением Новикова, зубчатые конические передачи с зацеплением Новикова , содержащие сопр женные зубчатые колеса. Эти передачи примен ютс  дл  Передачи крут щего момента в различных механизмах и машинах и могут обеспечивать посто нство передаточного отношени .

Т&ердость активных боковых поверхностей зубьев каждого колеса выполнена посто нной и равномерной по всей боковой поверхности , что может способствовать сохранению жесткости и стабильности конструкции , а также обеспечивать им определенные нагрузочную способность, КПД и долговечность (ресурс).

Однако в силу принципиальной особенности формы боковых поверхностей зубьев этих зубчатых передач, а также особенности принципа зацеплени  их сопр женных колес посто нство твердости боковых поверхности зубьев колес может оказать отрицательное вли ние на сам фактор зубчатого зацеплени , в результате в процессе эксплуатации этих зубчатых передач геометрические параметры и форма боковых поверхностей и зубьев в целом будут измен тьс , тем самым будет ослабл тьс  конструкци  зубчатых передач. Как известно, при зацеплении зубьев колес таких зубчатых передач (как эвольвентных передач, так и передач с зацеплением Новикова), зубчатые колеса которых получаютс  методом обкатки производ щей рейкой, изготовленной по исходному контуру, в процессе эксплуатации их происходит обкатка сопр женных

сл С

vi сл

fc

00

sJ

боковых поверхностей относительно друг друга, котора  сопровождаетс  также относительным скольжением участков активных боковых поверхностей, расположенных за делительной окружностью (делительной по- верхностью) колес. В результате этого междусопр женнымибоковыми поверхност ми зубьев колес возникает трение качени  и трение скольжени , которые привод т к износу сопр женных боковых поверхностей, снижают нагрузочную способность КПД, сокращают срок службы зубчатых передач. Дл  уменьшени  трени  между сопр женными боковыми поверхност ми зубьев, повышени  нагрузочной спо- собности, КПД и долговечности зубчатой передачи сопр гаемые боковые поверхности зубьев колес подвергают различным видам упрочнени , при которых боковые поверхности зубьев получаютс  посто н- ной и равномерной прочностью по всей поверхности . Однако упрочненные поверхности с посто нной и равномерной прочностью также подвергаютс  разрушению аналогично описанному э зависимости от различных факторов нагрузки и усталостного процесса, в некоторых случа х даже подвергаютс  более интенсивному разрушению , например при больших контактных напр жени х происходит  вление усталост- ного выкрашивани . Таким образом, в указанных зубчатых передачах (зубчатые колеса которых получаютс  по принципу обкатки производ щей рейкой, изготовленной по исходному контуру) боковые поверхно- сти сопр гаемых зубьев имеют такую форму , что зацепление зубьев колес (в процессе эксплуатации зубчатой передачи) сопровождаетс  качением и скольжением относительно друг друга сопр женных боковых поверхностей, при этом между сопр женными боковыми поверхност ми возникают трение качени  и трение скольжени , которые способстсуют снижению КПД, разрушению этих боковых поверхностей за счет износа, снижению нагрузочной способности и сокращению срока службы зубчатой передачи; этому способствует также наличие посто нства и равномерности твердости боковых поверхностей зубьев колес, что в сочетании с формой профил  боковых поверхностей зубьев колес передач служит причиной возникновени  других различных видов разрушени  боковых поверхностей зубьев и ускорению выхода из стро  эубча- той передачи.

Целью изобретени   вл етс  повышение нагрузочной способности, КПД и долговечности зубчатой передачи

Указанна  цель достигаетс  тем, что в известной зубчатой передаче, содержащей зубчатые колеса, твердость активной боковой поверхности зубьев каждого колеса выполнена переменной с максимальным значением твердости на участке активной боковой поверхности, расположенном между кромкой зуба у основани  зуба со стороны одного торца и кромкой зуба у вершины зуба со стороны противоположного торца, в том числе на делительной окружности колеса , превышающим на 15-20% значение твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса, причем с плавным уменьшением твердости указанного участка в направлении к основанию и вершине зуба до значени  твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса, а зубчатые колеса установлены с возможностью зацеплени  по участкам с максимальным значением твердости, при этом зубчата  передача может быть выполнена с эвольвентным зацеплением , а также с зацеплением Новикова .

Все это позвол ет перераспределите прилагаемую зубчатую передачу нагрузку и сосредоточивать основную нагрузку на указанном участке- активной боковой поверхности с максимальным значением твердости, а затем рассеиёать эту нагрузку по всей активной боковой поверхности зуба и даже за ее пределы, Благодар  этому в процессе эксплуатации зубчатой передачи указанные участки с максимальным значением твердости будут подвергатьс  меньшей деформации (но тем не менее деформаци  на этом участке будет). По мере удалени  от участка активной боковой поверхности зуба с максимальным значением твердости в направлении к основанию-и вершине зуба будут увеличиватьс  размеры площади участков активной бокйво.й поверхности зуба с плавно уменьшающимс  значением твердости, на которые будут передаватьс  нагрузка и деформаци  от указанного участка с максимальным значением твердости и в результате удельна  нагрузка на участок с максимальным значением твердости будет плавно уменьшатьс  к границам активной боковой поверхности. Так как твердость активной боковой поверхности зубьев переменна и ее максимальное значение имеетс  на участке активной боковой поверхности зуба, расположенном между кромкой зуба у основани  зуба со стороны одного торца и кромкой зуба у вершины зуба со стороны противоположного торца, в том числе на делительной окружности колеса, то благодар  этому износ зубьев будет на участке активной боковой поверхности зуба с максимальным значением твердости наименьшим , или по крайней мере иметь примерно близкое значение по всей активной боковой поверхности зубьев. Выполнение на активной боковой поверхности зуба каждого колеса участка с максимальным значением твердости на 15-20% превышающим значение твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса позволит существенно повли ть на эффект зацеплени , при котором линейчатый контакт зубьев будет максимально приближатьс  к точечному контакту, причем такое увеличение твердости в пределах возможности современной технологии и технических средств. Выполнение с возможностью зацеплени  зубчатых колес по участкам с максимальным значением твердости активных боковых поверхностей зубьев позволит передавать приложенную на зубчатую передачу основную нагрузку по участкам активных боковых поверхностей с максимальным значением твердости и плавно распределить эту нагрузку по остальным участкам зубьев с плавно уменьшающейс  твердостью к границам активной боковой поверхности зубьев. Применение указанного технического решени  в зубчатой передаче в виде эвольвентной зубчатой передачи, а также в зубчатых передачах, зубчатые колеса которых получаютс  по принципу обкатки производ щей рейкой, изготовленной по исходному контуру позволит максимально приблизить в этих передачах принцип линейчатого контакта при зацеплении сопр женных зубьев колес к принципу точечного контакта, т. е. обеспечит производить зацепление зубьев в основном по контактным лини м и максимально уменьшить тем самым трение скольжени  между сопр женными активными поверхност ми зубьев и значительно уменьшить их износ за счет наличи  на активных боковых поверхност х зубьев указанных участков с максимальным значением твердости и за счет плавного уменьшени  этой твердости к границам активных боковых поверхностей зубьев, позволит также повысить нагрузочную способность, КПД и долговечность зубчатой передачи. Выполнение зубчатой передачи с зацеплением Новикова (истинной передачи с зацеплением Новикова) позволит рохра- нить стабильность точечного контакта сопр женных зубьев при их зацеплении, а также позволит повысить нагрузочную способность , КПД и долговечность за счет наличи  на указанных участках активных боковых поверхност х зубьев максимальной твердости, расположенных на делительной окружности зубчатых колес

(преимущественно) и ее плавного уменьшени  этой твердости к границам активных боковых поверхностей зубьев Если в изве- 5 стных аналогичных зубчатых передачах активна  бокова  поверхность зубьев каждого колеса выполнена с посто нной твердостью , и эта твердость дает только опреде0 ленный эффект, ограничивающийс  самим принципом зацеплени  (наличием относительного качени  и скольжени  сопр женных поверхностей как эвольвентного, так и зацеплени  Новикова), то в предлагаемой

5 зубчатой передаче положительный эффект этого принципа значительно будет расшир тьс  за счет выполнени  активной боковой поверхности зубьев каждого колеса с переменной твердостью с максимальным

0 значением твердости на определенном только участке (дл  винтовых зубчатых передач - на участке активной боковой поверхности , расположенном на делительной окружности колеса, преимущественно, а

5 дл  пр мозубых зубчатых передач на участке активной боковой поверхности зубьев каждого колеса, расположенном между кромкой зуба у основани  зуба со стороны одного торца и кромкой зуба у вершины

0 зуба со стороны противоположного торца, в том числе на делительной окружности колеса , превышающим на 15-20% значение « твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса, причем с плавным умень5 шением твердости указанного участка в направлении к основанию и вершине зуба до значени  твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса.

На фиг. 1 изображена предлагаема 

О зубчата  передача, содержаща  зубчатые колеса 1, 2; на фиг. 2 - зуб одного зубчатого колеса, например 2; на фиг. 3 - зуб другого колеса, например 1.

На фиг. 1-3 показаны следующие обоз5 начении: ch, 62 делительные окружности Зубчатых колес 1, 2 соответственно, Ai, A2 - точки, расположенные на кромке зуба у основани  зубьев со стороны одного торца (граничные точки активных боковых поверх0 иости зубьев); Bi, 62 - точки, расположенные на кромке зуба у вершины зуба со стороны противоположного торца (гранична  точка активной боковой поверхности зуба ) АО, С2, Во - точки расположенные на

5 делительной окружности колеса (например, колеса 2 на делительной окружности ), АО, Ci, Во - точки,расположенные на делительной окружности колеса (например, колеса 1), на целительной окружности ch, Ai, Ci, 81 - участок активной боковой поверхности зуба одного зубчатого колеса (например, колеса 1), имеющий максимальную твердость (преимущественно пр мозубой зубчатой передачи ); А2, С2, В2 - участок активной боковой поверхности зуба другого колеса (например , колеса 2), имеющий максимальную твердость; А0, С2, В0 - участок активной боковой поверхности зуба колеса, расположенный на делительной окружности, например зубчатого колеса 2 (преимущественно АО CiB0 - участок активной боковой поверхности зуба колеса, расположенный на де- лительной окружности, например зубчатого колеса 1; BiEiAiDi, A2D2B2E2 - активные боковые поверхности зубьев 3,4 соответственно .

Условий прин то (дл  упрощени  рас- суждени ) считать, что изображенна  на фиг. 1 зубчата  передача представл ет собой приведенную зубчатую передачу, котора  включает в себ  пон ти : зубчата  пр мозуба  цилиндрическа  эвопьоентна  передача, зубчата  пр мозуба  коническа  эвольвентна  передача, зубчата  винтова  цилиндрическа  эвольвентна  передача, зубчата  винтова  коническа -эвольвентна  передача, зубчата  цилиндрическа  пе- редача с зацеплением Новикова (истинна  и псевдопередача Новикова), зубчата  коническа  передача с зацеплением Новикова (истинна  и псевдопередача Новикова). Изображенна  на фиг. 1 зубчата  передача имеет сопр женные зубчатые колеса с бесконечно большим числом зубьев. Дл  зубча- тых конических передач (ДЛР эвольвентных зубчатых передач, дл  истинных и псевдопередач Новикова) угол делительного кону- са имеет бесконечное малое значение. Дл  зубчатых винтовых передач (дл  эвольвентных зубчатых передач, дл  истинных и псевдопередач Новикова) угол наклона линии зуба имеет бесконечное малое значение.

Поэтому изображенные на фиг. 2, 3 зубь  колес представлены в виде геометрических фигур с пр молинейными контурами, т. е. фактические криволинейные контуры зубьев (как эвольвентные, так и зацеплени  Новикова) изображены пр мыми лини ми. Таким образом, на фиг. 1 изображена приведенна  зубчата  передача, на фиг. 2, 3 - приведенные зубь  сопр гаемых колес при- веденной зубчатой передачи. Кроме того, необходимо отметить, что истинными зубчатыми передачами с зацеплением Новикова  вл ютс  только те зубчатые передачи, которые соответствуют теоретическим профи- л м зубьев, а не те, зубчатые колеса которых получены по принципу обкатки производ щей рейкой, изготовленной по исходному контуру, последние называютс  псевдопередачами Новикова.

Зубчата  передача содержит сопр женные зубчатые колеса 1, 2, Твердость активной боковой поверхности BiEiAiDi (а также A2D2BaE2) зубьев 3, 4 каждого колеса (1, 2) выполнена переменной с максимальным значением твердости на участке AiCiBi активной боковой поверхности BiEiAiDi зуба 3 колеса 1, а также на участке А2С2В2 активной боковой поверхности A2D2B2E2, расположенном между кромкой 5 зуба 3 у основани  зуба 3 Со стороны одного торца (между кромкой 6 зуба 4 у основани  зуба 4) со стороны одного торца и кромкой 7 зуба 3 у вершины зуба 3 (кромкой 8 зуба 4 у вершины зуба 4) со стороны противоположного торца, в том числе на делительной окружности колеса 1 (а также на d2 колеса 2), т. е. на участке АО CiBo (а также на участке А0С2В0), превышающим на 15-20% значение твердости на неактивной боковой поверхности зуба 3 (а также зуба 4) колеса 1 (а также колеса 2), причем с плавным уменьшением твердости указанного участка AiBi (a также участков А2С2В2, АО CiBo , A0C2B0) в направлении к основанию и вершине зуба до значени  твердости на неактивной боковой поверхности зуба 3(4) колеса 1 (колеса 2), В этой зубчатой передаче зубчатые колеса установлены с возможностью зацеплени  по участкам AiCiBi, A2C2B2, АО CiBi , А0С2В0 с максимальным значением твердости Предлагаема  зубчата  передача может быть и эвольаентной, или же с зацеплением НОРИКОВЭ (истинной и псевдопередачей).

Максимальную твердость указанных участков, а также плавное уменьшение этой твердости к границам активной боковой поверхности зубьев можно обеспечить различными способами, известными в насто щее врем , в том числе упрочнением лазерным лучом, который  вл етс  наиболее прогрессивным и перспективным способом и позвол ет обеспечить твердость поверхности на 15-20% больше, чем традиционные способы упрочнени , поэтому дл  достижени  поставленной цели предложено использовать метод упрочнени  указанных участков активных боковых поверхностей зубьев лазер- ным лучом. Применение упрочнени  указанных участков лазерным лучом позволит обеспечить более прочной св зью закаленной поверхности с основой, за счет образовани  шиловидной структуры в упрочненном слое материала. При этом получаетс  взаимно прочно св занные микроучастки, которые в свою очередь име- . ют прочные св зи с основой материала. Эти микроучастки имеют повышенную прочность (на 15-20 % большую твердость, чедуча стки, не обработанные лучом лазера) и

получаютс  они в виде шипов плотно св занных между собой и прочно врезанных своими остри ми в тело, вглубь основы материала обработанной поверхности, в данном случае - боковых поверхностей зубьев. Таким образом предлагаемое технические решение усовершенствовани  зубчатой передачи , позвол ет повысить нагрузочную способность, КПД и долговечность зубчатых передач с эвольвентным профилем зубьев, с профилем зубьев зацеплени  Новикова, цилиндрических, конических, пр мозубых, винтовых, а также любых других их модификаций за счет выполнени  с максимальным значением твердости конкретных участков дл  винтовых передач - участков, расположенных , преимущественно на делительной окружности колеса, дл  пр мозубых-участков , расположенных между кромкой зуба у основани  зуба со стороны одного торца и кромкой зуба у вершины зуба со стороны противоположного торца и с плавно уменьшающейс  твердостью остальных участков активных боковых поверхностей зубьев от указанных участков к границам активных боковых поверхностей зубьев, а также обеспечени  зацеплени  сопр гаемых зубьев по указанным участкам с максимальной твердостью .

При работе зубчатой передачи колеса 1, 2 вращаютс  и передают нагрузку на зубь  3, 4, причем максимальные удельные нагрузки возникают по делительным окружност м , расположенным на участках с максимальным значением твердости, т. е дл  пр мозубых колес (дл  пр мозубых эвольвентных зубчатых передач) зацепление зубьев 3, 4 происходит по участкам AiCiBi и А2СзВ2 (при зацеплении по этим участкам делительные окружности колес будут иметь переменные значени ), а дл  вин- товых колес (дл  винтовых зубчатых передач, в том числе дл  зубчатых передач с профилем зубьев колес с зацеплением Новикова ) зацепление зубьев 3. 4 происходит по участкам АО С1 Во 4iA0C2B0 Так как твердость зубьев переменна и ее максимальное

значение в зоне делительной окружности расположенной на указанных участках с максимальным значением твердости то из нос зубьев будет минимальным на указанном участке с максимальным значением твердости, ипи будет иметь примерно близкое значение по всей поверхности зубьев

В результате в зоне максимальных удельных нагрузок будет максимальна 

твердость котора  плавно уменьшаетс  к границам активных бокобых поверхностей зубьев согласно уменьшающимс  удельным нагрузкам

Предлагаемое техническое решение может найти широкое применение во всех основных еидах зубчатых передач как вновь изготавливаемых так и наход щихс  в эксплуатации

Формула иэобрете  

Claims (3)

1 Зубчата  передача содержаща  зубчатые колеса отличающа с  тем что с целью повышени  нагрузочной способности , КПД и долговечности, твердость активной боковой поверхности зубьев каждого

колеса выполнена переменной с максимальным значением твердости на участке активной боковой поверхности расположенном между кромкой зуба у основани 

зуба со стороны одного торца и кромкой

зуба у вершины зуба со стороны противопо- ложного торца, в том числе на делительной окружности колеса, превышающим на 15- 20% значение твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса, причем с

плавным уменьшением твердости указанного участка в направлении к основанию и вершине зуба до значени  твердости на неактивной боковой поверхности зуба колеса, а зубчатые колеса установлены с возможностью зацеплени  по участкам с максимальным значением твердости

2. Зубчата  передача по п. 1, отличающа с  тем что она выполнена с эвольвентным зацеплением

3. Зубчата  передача по п 2, отличающа с  тем, что она выполнена с зацеплением Новикова.

У

у$йь&

фЩ$