упругое зубчатое колесо

Формула изобретения

УПРУГОЕ ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО, содержащее ступицу, венец и соединяющие их упругие элементы в виде закрепленных на них своими концами и равномерно размещенных по окружности колеса балок, последние размещены по соосной с колесом усеченной конической поверхности с меньшим и большим основаниями конуса соответственно на ступице и венце, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и снижения виброакустической активности в условиях действия осевых нагрузок путем компенсации упругих деформаций в передаче, каждая из балок размещена под углом к образующей упомянутой конусной поверхности, величина которого определяется из соотношения

= arctg , ,

где n - количество балок;

L - длина балок;

Е - модуль упругости материала балок;

I - момент инерции поперечного сечения балки;

r - радиус большего основания конуса;

R - радиус длительной окружности венца;

_o - осевая податливость венца относительно ступицы, необходимая для компенсации осевых упругих деформаций деталей передачи;

- угол наклона образующей конической поверхности к оси вращения колеса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, преимущественно, в тяжело нагруженных передачах, работающих в условиях высоких динамических и осевых нагрузок.

Известно зубчатое колесо, содержащее обод, ступицу и соединяющие их упругие балки.

Недостатком известного зубчатого колеса является низкая надежность, т. к. конструктивные параметры упругих балок, а следовательно, и их жесткость, не выбираются в зависимости от необходимой окружной податливости венца относительно ступицы.

Известно упругое зубчатое колесо, содержащее ступицу, венец и соединяющие их упругие элементы в виде балок, закрепленных на них своими концами и равномерно размещенных вдоль образующих соосной колесу усеченной конической поверхности с меньшим и большим основаниями конуса соответственно на ступице и венце, а длина балок выбрана из соотношения

L= ^, где L - длина балок, Е - модуль упругости материала балки, j - момент инерции поперечного сечения балки, n - число балок, r - радиус большего основания конуса, R - радиус делительной окружности венца, - заданная окружная податливость венца относительно ступицы.

Использование данного технического решения в цилиндрических зубчатых передачах позволяет повысить их надежность и снизить виброакустическую активность за счет гашения динамической составляющей нагрузки.

Однако при использовании известного упругого зубчатого колеса в передачах, работающих в условиях действия осевых нагрузок (конические, гиподные, спироидные, винтовые, червячные) под нагрузкой происходит нарушение взаимного расположения сопряженных зубчатых колес из-за деформаций деталей передачи и из-за осевого перемещения венца относительно ступицы при изгибе соединяющих их упругих балок.

В ряде случаев нарушение взаимного расположения контактирующих зубчатых колес приводит к их кромочному контактированию, резко снижающему надежность и повышающему виброакустическую активность колес, что является существенным недостатком.

Целью изобретения является повышение надежности и снижение виброакустической активности упругих зубчатых колес, работающих в условиях действия осевых нагрузок (конические, гипоидные, спироидные, винтовые, червячные).

Поставленная цель достигается тем, что в упругом зубчатом колесе, содержащем ступицу, венец и соединяющие их упругие элементы, в виде закрепленных на них своими концами и равномерно размещенных по окружности колеса балок, последние размещены по соосной с колесом усеченной конической поверхности с меньшим и большим основаниями конуса соответственно на ступице и венце, при этом, для компенсации упругих деформаций в передаче, каждая из балок размещена под углом к образующей упомянутой конусной поверхности и величину этого угла определяют из соотношения

= arctg , где n - количество балок, L - длина балок, Е - модуль упругости материала балок, j - момент инерции поперечного сечения балки, r - радиус большего основания конуса, R - радиус делительной окружности венца, _o - осевая податливость венца относительно ступицы, - угол наклона образующей конической поверхности к оси вращения колеса.

На фиг.1-3 показано упругое зубчатое колесо.

Упругое зубчатое колесо содержит ступицу 1, венец 2 и соединяющие их упругие элементы в виде закрепленных на них своими концами и равномерно размещенных по окружности колеса балок 3 для восприятия изгибающих нагрузок. Балки 3 размещены на соосной колесу усеченной конической поверхности с меньшим и большим основаниями конуса соответственно на ступице 1 и венце 2, а длина балок 3 и угол их наклона к образующей конуса выбраны из соотношений

_,

= arctg , где L - длина балки 3, Е - модуль упругости материала балки 3, j - момент инерции поперечного сечения балки 3, n - число балок 3, r - радиус большего основания конуса, R - радиус делительной окружности венца 2, - заданная окружная податливость венца 2 относительно ступицы 1, _o - осевая податливость венца 2 относительно ступицы 1, необходимая для компенсации упругих осевых деформаций деталей передачи при ее работе, - угол наклона образующей конической поверхности к оси вращения зубчатого колеса, - угол наклона оси балок к образующей конической поверхности.

Зависимость для определения получена следующим образом.

Величина окружного перемещения обода под действием окружной нагрузки определится по формуле

_в= =_n , а, т.к. окружная податливость венца есть отношение перемещения к нагрузке, то

= = .

В направлении расположения образующей конической поверхности осевое перемещение концов балок составит

₀₁=_вtg.

В направлении оси зубчатого колеса осевое перемещение концов балок, и соответственно венца составит

_o=₀₁cos=_вtgcos.

Разделив _o на нагрузку получим зависимость осевой податливости венца относительно ступицы от конструктивных параметров балок

_o= = откуда

= arctg , где Р_в - окружная сила в зацеплении, Р_п = = P= - часть окружной силы, приходящейся на одну балку, L - длина балки, Е - модуль упругости материала балки, j - момент инерции поперечного сечения балки, n - числo балок, r - радиус большего основания конуса, R - радиус делительной окружности венца 2, - заданная окружная податливость венца 2 относительно ступицы 1, _o - осевая податливость венца 2 относительно ступицы 1, необходимая для компенсации упругих осевых деформаций деталей передачи при ее работе, - угол наклона образующей конической поверхности к оси вращения зубчатого колеса. - угол наклона оси балок к образующей конической поверхности.

Колесо может быть снабжено размещенным в полости конуса вибродемпфирующим материалом 4. При креплении ступицы 1 к валу 5 материал 4 размещается между балками 3 и наружной поверхностью вала 5. Крепление ступицы 1 к валу 5 выполнено в виде размещенного в параллельной оси ступицы 1 прорези болта 6, что допускает регулировку осевого положения венца относительно вала 5 и относительно сопряженного зубчатого колеса в передаче.

При работе зубчатого колеса динамическая составляющая нагрузки уменьшается за счет изгиба упругих балок 3, а осевые упругие деформации деталей передачи компенсируются осевым смещением венца 2 относительно вала 5, такой же величины, но противоположного направления за счет осевого перемещения концов упругих балок 3 при их изгибе.

Если зубчатое колесо вращается по часовой стрелке ((I)I) (фиг.3); а осевая составляющая нагрузки ()_I) действует "влево", то необходимое осевое перемещение венца 2 относительно ступицы 1 обеспечивается "выпрямлением" упругих балок 3.

Если направление вращения меняется ((II)II), и, соответственно, направление осевой нагрузки (()_II) на противоположное, то необходимое осевое перемещение венца 2 относительно ступицы 1 происходит за счет изгиба балок 3.

При использовании предлагаемого упругого зубчатого колеса в прямозубой конической передаче, при работе которой осевая составляющая нагрузки всегда действует в одном направлении (от вершины делительного конуса, независимо от направления вращения), эта передача должна быть нереверсивной, а направление наклона балок 3 должно быть "противоположным" направлению вращения колеса (например, как в случае 1, показанном на фиг.3), т.е. так, чтобы при выпрямлении балок 3 происходило бы такое (по направлению) осевое перемещение венца 2, относительно ступицы 1, которое бы компенсировало осевые упругие деформации деталей передачи.

Зубчатое колесо просто по конструкции, технологично, обеспечивает высокие эксплуатационные показатели.