зубчатая муфта
Классы МПК: | F16D3/18 полумуфты со скользящими взаимосцепляемыми зубьями |
Автор(ы): | Уткин Б.С., Робер А.И., Айрапетов Э.Л. |
Патентообладатель(и): | Производственное объединение "Электростальтяжмаш" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-03-17 публикация патента:
30.04.1994 |
Использование: в области машиностроения, в частности в приводах прокатного оборудования. Сущность изобретения: зубчатая муфта состоит из обоймы 1 с внутренними зубьями 2 и находящихся с ней в зубчатом зацеплении втулок 3 с наружными зубьями 4, боковая поверхность которых выполнена выпуклой в продольном направлении. Боковые поверхности выпуклых зубьев втулок или обойм в сечении, касательном к основному цилиндру на делительной окружности, выполнены с радиусами, определяемыми из приведенных в формуле соотношений. Такое решение позволяет учесть изменение жесткости по длине зуба в процессе вращения муфты и плавно включать в работу жесткость зубьев необходимой величины. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
ЗУБЧАТАЯ МУФТА, содержащая обойму с внутренними зубьями и находящиеся с ней в зубчатом зацеплении втулки с наружными зубьями, боковая поверхность которых выполнена выпуклой в продольном направлении, отличающаяся тем, что боковые поверхности выпуклых зубьев втулок или обойм в сечении, касательном к основному цилиндру на делительной окружности, выполнены с радиусами Rср и Rmax, определяемыми из соотношенийRcp= 120 ; ;
Rmax = - , ,
где Hp - величина допустимых контактных напряжений;
l - высота зуба втулки;
b - длина зуба;
m - модуль зуба;
- длина зуба, доли модуля;
- угол перекоса;
E - модуль упругости материала втулки (обоймы).
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению, в частности к зубчатым соединениям, и может быть использовано в приводах прокатного оборудования. Известна зубчатая муфта, в которой участки боковых поверхностей зубьев втулок очерчены радиусом, равным радиусу эвольвент в сечениях, касательных к основному цилиндру . Недостатком известной муфты является отсутствие связи формы боковой образующей зубьев втулок с переменностью жесткости зубьев по их длине. Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является муфта, содержащая обойму с внутренними зубьями и находящиеся с ней в зубчатом зацеплении втулки с наружными зубьями, причем боковая поверхность зубьев втулок выполнена выпуклой в продольном направлении . Боковая поверхность зуба втулки выполнена в виде участка синусоиды, описываемой выражениемS(x) = sin , где x - координата точки по длине зуба, отсчитываемая от торца;
b - длина зуба;
- угол перекоса. При заданных b и контакт в максимально нагруженных зубьях выходит на торец, однако форма боковой поверхности, выполненная по синусоидальной зависимости, не обеспечивает равномерности распределения нагрузки по его длине за счет уменьшения жесткости при смещении силы к торцу. Это объясняется тем, что при такой форме боковой поверхности зубьев велика разнозазорность по зубьям, а следовательно неравномерность распределения нагрузки и их абсолютная величина. Недостатком таких зубчатых муфт является неравномерность распределения нагрузок по зубьям из-за синусоидальной формы их боковой поверхности, которая не соответствует изменению жесткости по длине зуба при перемещении точки контакта вдоль его боковой образующей. Это приводит к снижению ресурса зубчатых муфт из-за повышения изгибных напряжений. Целью изобретения является увеличение ресурса, снижение изгибных и контактных напряжений путем выравнивания нагрузок по зубьям при изменении их жесткости в продольном направлении. Это достигается тем, что в зубчатой муфте, содержащей обойму с внутренними зубьями и находящиеся с ней в зубчатом зацеплении втулки с наружными зубьями, боковая поверхность которых выполнена выпуклой в продольном направлении, согласно изобретению боковые поверхности выпуклых зубьев втулок или обойм в сечении касательном к основному цилиндру на делительной окружности выполнены с радиусами, определяемыми из соотношений:
Rcp= 120 ;
Rmax = , где Hp - величина допустимых контактных напряжений;
l - высота зуба втулки;
b - длина зуба;
m - модуль зуба;
- длина зуба в долях модуля;
- угол перекоса;
Е - модуль упругости материала втулки (обоймы). Такое конструктивное выполнение зубчатой муфты обеспечит повышение ресурса, снижение изгибных и контактных напряжений. Это достигается за счет того, что геометрия боковой поверхности зубьев втулки выполнена выпуклой в продольном направлении с радиусом в сечении, касательном к основному цилиндру на делительной окружности согласно соотношениям, указанным в формуле. Такие соотношения позволяют учесть изменение жесткости по длине зуба в процессе вращения муфты и плавно в зависимости от изменения зазоров (и соответственно перемещения точки контакта вдоль по длине зуба), включать в работу жесткость зубьев необходимой величины, при которой уменьшаются усилия на зубьях, напряжения изгиба и контактные напряжения. При этом изменения их взаимосвязаны и плавно изменяются, уменьшая их неравномерность при повороте муфты в пределах каждого оборота, что также сказывается на величине динамических нагрузок. На фиг. 1 изображена зубчатая муфта, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2. Зубчатая муфта состоит из обоймы 1 с внутренними зубьями 2 и находящимися с ней в зубчатом зацеплении втулки 3 с наружными зубьями 4, боковая поверхность 5 которых выполнена выпуклой в продольном направлении. Боковые поверхности 5 выпуклых зубьев 2, 4 втулок 3 или обойм 1 в сечении Б-Б, касательном к основному цилиндру Д на делительной окружности выполнены с радиусами, определяемых из приведенных соотношений. Одновременно при перемещении точки контакта по длине зубьев изменяется их жесткость Сн
Cн= (1) где b - длина зуба;
Е - модуль упругости материала втулки,
- длина зуба в долях модуля m. Известно также, что величина наибольших контактных напряжений определяется по формуле
= 0,418 , (2) где Pmax - максимальная нагрузка на зубья
l - высота зуба втулки (равная 1,8 m),
Rср - радиус боковой поверхности в среднем торцевом сечении зуба втулки. Максимальные изгибные напряжения определяются в зависимости от величины Pmax из соотношения
Fmax= Pmaxf() (3) где Кг, Кв, К1 - эмпирические коэффициенты, учитывающие концентрацию напряжения в галтели зуба, место приложения нагрузки, качество изготовления согласно экспериментально обоснованной методике расчета нагрузочной способности зубчатых муфт;
f () - функция затухания напряжений по длине зуба;
h - толщина зуба в опасном сечении, мм. Величина максимальной нагрузки Pmax определяется из соотношений
Pmax= Cн(1-2q)q (1-cos2) (4) при <90, где - угол перекоса;
q = - коэффициент, характеризующий положение точки контакта по длине зуба;
Кs - эмпирический коэффициент зазора;
R - радиус боковой поверхности зуба;
r - радиус делительной окружности;
- четвертая часть угла охвата всех наружных зубьев в процессе их нагружения, или
Pmax= Cн(1-2q)q (2+) (4.1)
при >90о
= (4.2) безразмерная величина дополнительной деформации зубьев при увеличении угла охвата >90о
= (4.3) Мкр - передаваемый муфтой крутящий момент в безразмерной форме;
Z - число зубьев зубчатой муфты. Проводя поиск с использованием различных модификаций формы зубьев, задавая при этом необходимые запасы прочности по изгибным и контактным напряжениям, а также при равенстве этих величин в среднем и крайнем торцовых сечениях зубьев с применением соотношений 1-4.3 получаем
Rcp= (5)
Rmax= (6) где Rср - радиус боковой поверхности в среднем торцовом сечении зуба втулки;
Rmax - радиус боковой поверхности в торцовом сечении, удаленном от торца на величину 0,5m;
fmax - максимальная нагрузка на зубья, определяемая по формулам (2) и (4) с учетом допускаемых контактных Hp напряжений и изгибных Fpнапряжений, согласованных между собой по величине;
- угол профиля исходного контура;
Сн - номинальная (в среднем торцовом сечении) жесткость зуба, определяемая по формуле (1). Решая уравнение 1-5, получим окончательные зависимости:
Rcp= = 120 ;
Rmax = ; где Hp - допустимое контактное напряжение, согласованное (по величине) с допустимым изгибным напряжением Fp . Муфта работает следующим образом. При передаче крутящего момента и наличии перекоса между осями втулки 3 и обоймы 1 зазоры между их зубьями и нагрузка на них определяются текущим значением угла перекоса для данного зуба, а также жесткость данного зуба в зависимости от расположения точки контакта. Выполнение зубьев втулки в продольном сечении по приведенным соотношениям обеспечивает взаимосвязанное выравнивание нагрузки по зубьям, уменьшение изгибных и контактных напряжений, увеличение ресурса зубчатых муфт и привода в целом. При этом также улучшается равномерность вращения и снижаются динамические нагрузки. Увеличение ресурса позволяет также более рационально использовать металл и уменьшить расход металла как на изготовление муфт, так и приводом в целом. Предложенная зубчатая муфта позволяет увеличить ресурс, снизить изгибные и контактные напряжения, выравнять нагрузки по зубьям при изменении их жесткости в продольном направлении.
Класс F16D3/18 полумуфты со скользящими взаимосцепляемыми зубьями
зубчатая муфта - патент 2505720 (27.01.2014) | |
способ работы трехступенчатого планетарного редуктора - патент 2478852 (10.04.2013) | |
электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором - патент 2478851 (10.04.2013) | |
зубчатая муфта - патент 2463494 (10.10.2012) | |
угловая зубчатая муфта для подвижных валов - патент 2418211 (10.05.2011) | |
зубчатая муфта - патент 2241151 (27.11.2004) | |
зубчатая муфта - патент 2238158 (20.10.2004) | |
шарнирное устройство - патент 2235228 (27.08.2004) | |
зубчатая муфта - патент 2193124 (20.11.2002) | |
зубчатая упругая муфта с промежуточным валом - патент 2191300 (20.10.2002) |