Зубчатая передача

СОЮЗ СОВЕТСКИХсоцидлистическихРЕСПУБЛИК Я 21754987 А 1 ОСУДАРСТВЕННЬО ИЗОБРЕТЕНРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯ Г 16 Н 1/08 и 1 тчх л ИЕ ИЗОБРЕТЕСВИДЕТЕЛ ЬСТВУАВТОРСК с, нию и может быть использовзубчатых передачах. Целью и: ляется повышение нагрузо сти, КПД и долговечности и. Тренйя между зубьями. В зуб твердость активной боков работы. М.: Ма- зубьев каждого колеса выпо рис. 1 а. .ной с максимальнымзначе на делительной окружностй,машинострое-на 15-20 О значение тверд ано в силовых - ной не активной боковой по зобретения яв- .: колеса, 2 з. и. ф-лы, 3 ил. тчной способно утем снижения чатой передаче ой поверхности лнена переменнием твердости превышающим ости на остальверхности эубэ,Изобретение относится к области ма .:. Твердость активных боковых поверхностейшчиностроейия, преимущественно х зубча-зубьев каждого колеса выполнена постоянтым прямоэубым цилиндрическим ной и равномерной по всей боковой повер- Б , . эвольвентным передачам, к зубчатым пря-,: хности, что может способствоватьмозубым коническчим эвольвентным переда- , сохранению жесткости и стабильности кончам, к зубчатым винтовым цилиндрическим струкции, а также обеспечивать им опреде звольвентным передачам, к зубчатым вин- .лейные нагруэочную способность, КПД и .", товцм коническим эвольвентным переда-.:.долговечность(ресурс).чам, кзубчатым цилиндрическим передачам: ,. Однако в силу принципиальной особен;, с зацеплением Йовикова и к зубчатым кони-.ности формы боковых поверхностей зубьев ъ .ческим передачамс зацеплением Новикова;этих зубчатых передач, атакже особенностиа 1 акже другим передачам с эвочльвчентнымтпринципа зацепления их сопряженных ко- у ,:,.профилем зубьев и с профилем зубьев за- . лес постоянство твердости боковых поверх- ", цепленчияНовикова,:;,-.ностей зубьев колесможет оказатьИзвестны зубчатые примозубые отрицательное влияние на сам фактор зуб- . "фцилийдричетские эабльвентные пере-, . . чатого зацепления, в результате в процессе Ж дачи, зубчатые прямозубые конические "-эксплуатации, этих зубчатых передач гео- -ч ввопввентные передний, вубчетые винтовые метрические параметры" и форма боковых, )ч цилиндрические этвольвентные передачи, поверхностей и зубьев в целом будут изме,эубчатые вйнтовые конические эвольвент-. няться,темсамымбудетослабляться констные передачи, зубчатые цилиндрические пе-рукцйяч зубчатых передач, Как известно, при редачи с Зацейлением Новикова, зубчатые зацеплении зубьев колес таких зубчатых пе.конические. передачи с зацеплтениемч Нови- редач(как эвольвентных передач, так и.пекова. содержащие сопряженные зубчатые редач с зацеплением Новикова), зубчатые. колеса, Эти передачи применяются для йе- колеса которых получаются методомобкат-редачикрутящего момента в различныхме ки производящей рейкой, изготовленной по хайиэмах и машинах и могут обеспечивать исходному контуру, в процессе эксплуатапостоянство передаточного отношенияции.их происходит обкатка сопряженныхбоковых поверхностей относительно друг Указанная цель достигается тем, что в друга, которая сопровождается также атно- известной зубчатой передаче. содержащей сительным сколъженйем участков активных зубчатые колеса, твердость активной боко- боковых поверхностей, расположенных эа . вой поверхности зубьев каждого колеса выделительной окружностью(делительной по полнена переменной с максимальным верхностью) колес. В результате этого меж- значением твердости на участке активной ду сопряженными боковыми боковой поверхности, расположенном межповерхностями зубьев кояес вОзникает тре- ду кромкой зуба у основания зуба со сторо. ние качения и трение скольжения, которые ны одного торца и кромкой зуба у вершины приводят к износу сопряженных боковых 10 зуба со стороны противоположного торца, в поверхностей, снижают нагрузочную спо- том числе нэ делительной окружности колесобность КПД. сокращают срок службы зуб-са, превышающим на 15-20 значение чатых передач. Для уменьшения трения твердости на неактивной боковой поверхномежду сопряженными боковыми поверхно- сти зуба колеса, причем с плавным уменьстями зубьев, повышения нагрузочкой спо шенйем твердости указанного участка в собности, КПД и долговечности зубчатой направлении к основанию и вершине зуба передачи сопрягаемые боковые поверхно- до значения твердости на неактивной бокости зубьев колес подвергают различным ви- вой поверхности зуба колеса, а зубчатые дам упрочнения, при которых боковые . колеса установлены с воэможностью эацепповерхности зубьев получаются постоян ления поучасткам с максимальным значениной и равномерной йрочностью по всей по- ем твердости, при этом зубчатая передача верхности. Однако упрочйенные может быть выполнена с эвольвентным заповерхностй с постоянной и равномерной цеплением;зтакже с зацеплением Новикопрочйостью также подвеРгаются разрушв- ва,нию аналогично описанному в зависимости 25 Все это позволяет перераспределить от различных факторов нагрузки и усталост- . прилагаемую зубчатую передачу нагрузку и ного процесса, в некоторых случаях даже сосредоточивать основную нагрузку на укаподвергаются более интенсивному разру- занном участке активной боковой поверхношенйю, например при больших контактных сти с максимальным значением твердости, напряжениях происходитявлениеусталост а затем рассеивать эту нагрузку по всейного выкрашивания. Таким образом, в ука- активной боковой поверхности зуба и даже занных зубчатых передачах (зубчатые за ее пределы, Благодаря этому в процессе колеса которых получаются по принципу об- эксплуатации зубчатой передачи укаэанные матки производящей рейкой, изготовленной участки с максимальным значением твердо- по исходному контуру) боковые поверхно- Зб сти будут подвергаться меньшей деформасти сопрягаемых зубьев имеют такую фор- ции (но темне менее деформация на этом му, что зацепление зубьев колес (в процессе участке будет), По мере удаления от участка эксплуатации зубчатой передачи) сопра- активной боковой поверхности зуба с маквождается качением и скольжением относи- симальным значением твердости в направтельно друг друга сопряженных боковых 40 лении коснованию и вершине зуба будут поверхнсстей, при этом между сопряжен- увеличиваться размеры площади участков ными боковыми поверхностями возникают активной боковой поверхности зуба с плаатрение качения и трение скольжения, кото- но уменьшающимся значением. твердости, . рыеспособстсуютснижению КПД, раэруше- на которые будут. передаваться нагрузка и . нию этих боковых поверхностей за счет 45 деформация от укаэанного участка"с максийэноса, снижению нагрузочной способно- мальным значением твердости и в результасти и сокращениюсрока службы зубчатой те удельная нагрузка йэ участок с передачи; этому способствует также нзли- максимальнйм значением твердости будет чие постоянствэ и равномерности твердо- .плавно уменьшаться к гранйцам активной сти боковых поверхностей зубьев колес, что 50 боковой поверхности. Так как твердость акв сочетании с формой профиля боковых по- тивной боковой поверхности зубьев переверхностей зубьев колес передач служит: менна и ее максимальное значение имеетсяпричиной возникновения других различных на участке активной боковой поверхностивидов разрушения боковых поверхностей зуба, расположенном между кромкой зуба у зубьев и ускорению выхода из строя зубца основания зуба со стороны одного торца и той передачи.;. кромкой зуба у вершины зуба со стороныпротивоположного торца, в том числе нзЦелью изобретения является повыше- делительной окружности колеса, то благоние нагрузочной способности, КПДидолго- даря этому износ зубьев будет нэ участке вечности зубчатой передачи . 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 кол еса участка с максимал ьн ым значением твердостй на 15-20% превышающим эначение твердости на неактивной боковой по верхности зуба колеса позволит существенно повлиять на эффект зацепления, при котором линейчатый контакт зубьев будет максимально приближаться к точечному контакту, причем такое увеличе- .15 ние твердости в пределах возможности современной технологии и технических средств, Выполнение с возможностью зацепления зубчатых колес по участкам с мак 20 симальным значением твердости активных боковых поверхностей зубьев позволит передавать приложенную на зубчатую передачу основную нагрузку по участкам активных боковых поверхностей с максимальным значением твердости и плаоно распределить эту нагрузку по остальным участкам: зубьев с плавно уменьшающейся твердостью к границам активной боковой поверхности зубьев, Применение указанного технического решения в зубчатой передаче 30 в виде, эвольвентной зубчатой передачи, а также в зубчатых передачах, зубчатые колеса которых получаются по принципу обкатки производящей рейкой. изготовленной по исходному контуру позволит максимально приблизить в этих передачах принцип линейчатого контакта при зацеплении сопряженных зубьев колес к принципу точечного контакта, т. е, обеспечит производить зацепление зубьев в основном по контактным 40 линиям и максимальноуменьшить тем самым трение скольжения между сопряженными активными поверхностями зубьев и значительно уменьшить их износ за счет наличия на активных боковых поверхностях зубьев указанных участков с максимальным значением твердости и за счет плавного уменьшения этой твердости к границам активных боковых поверхностей зубьев, по- . зволит также повысить нагрузочную 50 .способность, КПД и долговечность зубчатой передачи, Выполнение зубчатой передачи с зацеплением Новикова (истинной передачи . с зацеплением Новикова) позволит сохранить стабильность точечного контакта со пряженных зубьев при их зацеплении, а также позволит повысить нагруэочную способность, КПД и долговечность за счет наличия на указанных участках активных боковых поверхностях зубьев максимальной твердости, расположеиных на дели- тельной окружности зубчатых колес(преимущественно) и ее плавного уменьшения этой твердости к границам активных боковых поверхностей зубьев. Если в известных аналогичных зубчатых передачах активная боковая поверхность зубьев каждого колеса выполнена с постоянной твердостью, и эта твердость дает только определенный эффект, ограничивающийся самим принципом зацепления (наличием относительного качения и скольжения сопряженных поверхностей как эвольвентного, так и зацепления Новикова), то в предлагаемой зубчатой передачеположительный эффект этого принципа значительно будет расширяться за счет выполнения активной боковой поверхности зубьев каждого колеса с переменной твердостью с максимальным значением твердости на определенном только участке(для винтовых зубчатых передач - на участке активной боковой поверхности, расположенном на делительной окружности колеса, преимущественно, а . для прямозубых зубчатых передач на участке активной боковой поверхности зубьев каждого колеса, расположенном между кромкой зуба у основания 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 уменьшениемтвердости указанного участка о направлении к основанию й вершине зуба до значеия твердости на неактивной боковой йоверхности зубаколеса.На фиг. 1 изображена предлагаемая зубчатая передача, содержащая зубчатые колеса 1, 2; на фиг, 2 - зуб одного зубчатого колеса, например 2; на фиг. 3 - эуб другого колеса; например 1.На фиг, 1-3 показаны следующйе обоэначейия: О 1, 02 - делительные окружности зубчатых колес 1, 2 соответственно, А 1, А 2 - точки, расположенные на кромке зуба у ос.нования зубьев со стороны одного торца (граничные точки активных боковых поверхности зубьев); В 1, В 2 - точки, расположенные на кромке зуба у вершины зуба со стороны противоположного торца (граничная точка активной боковой поверхности зуба).; Ао, С 2, Во - точки, расположенные на делительной окружности колеса (например,. колеса 2 на делительной окружности б 2), Ао, С 1, Во - точки, расположенные на делительной окружности колеса (например, колеса 1) на делительной окружности о 1; А 1, С 1, В - участок активной боковой поверхности зуба одного зубчатого колеса (например, колеса 1), имеющий максимальную твердость (преимущественно прямозубой зубчатой пере- Зубчатая передача содержит сопряжен- дачи), Аг, Сг, Вг - участок активной боковой ные зубчатые колеса 1, 2, Твердость актив- поверхности зуба другого колеса (напри- ной боковой поверхности В 1 Е 1 А 101(а также мер, колеса 2), имеющий максимальную Аг 0 гВгЕг) зубьев 3, 4 каждого колеса (1, 2)твердость; Ао, Сг, Во - участок активной 5 выполнена переменной с максимальнымбоковой поверхности зуба колеса, располо- значением твердости на участке А 1 С 1 В акженный на делительной окружности, напри- .тивнай боковой поверхности В 1 Е 1 А 101 зуба мер зубчатого колеса 2 (преймущестоенно 3 колеса 1, а также на участке АгСгВгактивАо С 1 ВО - участок активной боковой повер- ной боковой поверхности Аг 0 гВгЕг, распохности зуба колеса, раСположенный на де ложенном между кромкой 5 зуба 3 у лительной окружности, например зубчатого основания зуба 3 со стороны одного торца колеса 1; В 1 Е 1 А 101, Аг 0 гВгЕг - активные (между кромкой 6 зуба 4 у основания зуба 4) боковые поверхности зубьев 3, 4 соответст- . - со стороны одного торца и кромкой 7 зуба 3 венно, у вершины зуба 3 (кромкой 8 зуба 4 у верши.- УсловнО принято (для упрощения рас ны зуба 4) со стороны противоположногосуждения) считать, что изображенная на торца, отомчисленаделительнойокружно-.фиг, 1 зубчатая передача представляет со- сти колеса 1 (а также на бг колеса 2), т. е, на бой приведенную зубчатую передачу, кото- участке Ао С 1 Во (а также на участке рая включает в себя понятия: зубчатая АоСгВО), превышающим на 15-20 ф значепрямозубая цилиндрическая эоольоентная 20 ние твердости на неактивной бокооой по- передача,.зубчатая прямоэубая коническая . верхности зуба 3 (а также зуба 4) колеса 1(а звольвентная передача, зубчатая винтоваятакже колеса 2), причем с плавным уменьше. " Цилиндрическая эвольвентная передача, нием твердости указанного участка А 181(азубчатая винтовая коническая эвольвент- также участков АгСгВг, Ао С 1 Во АоСгВо) в ная передача, зубчатая цилийдрическая пе направлении к основанию и вершине зуба редача с зацеплением Новикова (истинная до значения твердости на неактивной боко- и псевдопередача Новикова), зубчатая ко- вой поверхности зуба 3(4) колеса 1 (колеса ническая передача с зацеплением Новикова 2). В этой зубчатой передаче зубчатые коле- (истинная и псевдопередача Новикова). са установлены с возможностью эацеплеИэображенная на фиг. 1 зубчатая передача 30 ния по участкам А 1 С 1 В 1, АгСгВг, Ао С 1 ВО, имеет сопряженные зубчатые колеса с бес- АоСгВо с максимальным значением тоердоконечно большим числом зубьев, Для зубча.- сти, Предлагаемая зубчатая передача можетф тых конических передач (для эвольвентных . быть и эвольвентной, или же с зацеплениемзубчатых передач, для истинных и псевдо- Новикова (истинной и псевдопередачей), передач Новикова) угол делительного кону Максимальную твердость указанных са имеет бесконечное малое значение. Для . участков, а также плавное уменьшение этой зубчатых винтовых передач (для эвольоент- твердости к границам активной боковой поных зубчатых передач, для истинных и псео- верхности зубьев можно обеспечить различ-: допередач Новикова) угол наклона линии ными способамй, известными в настоящее зуба имеет бесконечное малое значение; 40 время; в том чйсле упрочнением лазернымлучом, который является наиболее прогресПоэтому изображенные на фйг. 2, 3 сионым и перспективным способом и позвозубья колес представлены о виде геометри- ляет обеспечить твердость поверхности на ческихфигурспрямолинейнымиконтурами, 15-20% больше, чем традиционные спосо.т, е. фактические криволинейные контуры 45 бы упрочнения, позтомудля достижения по- зубьев (как эвольвентные, так и зацепления ставленной цели предложено использовать Новикова) изображены прямыми линиями. метод упрочнения указанных участков ак-: Таким образом, на фиг. 1 изображена при- тионых боковых поверхностей зубьевлаэер. веденная зубчатая передача; на фиг. 2, 3- ным лучом. Применение упрочненияприведенные зубья сопрягаемых колес при указанных участков лазерным лучом позвоведенной зубчатой передачи. Кроме того, лит обеспечить более прочной связью заканеобходимоотметить,чтоистиннымизубча- ленной поверхности с основой, за счет тыми передачами с зацеплением Новиковаобразования "шиповидной" структуры оупявляются только те зубчатые передачи, ко- рочненном слое материала. При этом полторыесоответствуюттеоретическим профи учается взаимно прочно связанные лям зубьев, а не те, зубчатые колеса которых микроучастки, которые о свою очередь имеполучены по принципу обкатки производя", ют прочные связи с основой материала. Эти щей рейкой, изготовленной по исходному микроучастки имеют повышенную прочно- контуру, последние называются псевдопе- сть(на 15-20большуютоердость, чемуча-редачами Новикова. стки, не обработанные лучом лазера) иполучаются они в виде шипов, плотно свя- значение в, зоне целительной окружности, занных между собой и прочно врезанных расположенной на указанных участках с своими остриями в тело, вглубь основы ма- максимальным значением твердости, то изтериала обработанной поверхности, в дан- нос зубьев будет минимальным на указанномслучае - боковых поверхностей зубьев. 5 ном участке с максимальным значением Таким образом предлагаемое технические твердости, или будет иметь примерно близ- решение усовершенствования зубчатой пе- кое значение по всей поверхности зубьев. редачи, позволяет повысить нагрузочную В результате в зоне максимальных способность, КПДидолговечность зубчатых удельных нагрузок будет максимальная передач с эвольвентным профилем зубьев. 10 твердость, которая плавно уменьшается к с профилем зубьев зацепления Новикова, границам активных боковых поверхностей цилиндрических, конических, прямозубых, зубьев согласно уменьшающимся удельным винтовых, а также любых других их модифи- нагрузкам.каций за счет выполнения с максимальным Предлагаемоетехническое решениемозначением твердости конкретных участков 15 жет найти широкое применение во всех осдля винтовых передач - участков. располо- . новных видах зубчатых передач, как вновь женных, преимущественно на делительной изготавливаемых, так й находящихся в эксокружности колеса, для прямозубых - участ- плуатацйи.ков, расположенных между кромкой зуба у Ф о р м у л а и з о б р ет е нй я основания зуба со стороны одного торца и 20 1. Зубчатая передача, содержащая эубкромкой зуба у вершины зуба со стороны чатые колеса, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, противоположного торца и с плавно умень- сцелью повышения нагрузочной способношающейся твердостью остальных участков, сти, КПД и долговечности, твердость актив- активных боковых поверхностей зубьев от - ной боковой поверхности зубьев каждого указанных участков к границам. активных 25 колеса выполнена переменной с максибоковых поверхностей зубьев, атакжеобес- мэльным значением твердости на участке печения зацепления сопрягаемых зубьев по активной боковой поверхности, располоуказанным участкам с максимальной твер- женйом между кромкой зуба у основания достык.; зуба со стороны одного торца и кромкойПри работе зубэтой передачи колеса 1, 30 зуба у вершины зуба со стороны противопо вращаются и передают нагрузку на зубьяложноготорца, в том числе на делительной 3, 4, причем максимальные удельные на- окружности колеса, превышающим на 15- грузки возникают поделительнымокружно- . 20 оь значение твердости йа неактивной бостям, расположенным на участках с.: ковой поверхности зуба колеса, "причем с мбксимальйым значением твердбсти, т. е, 35 плавным уменьшением твердости указаннодля прямозубых колес (для прямозубых. го участка в направлении к основанию и эвольвентных зубчатых передач) зацепле- вершине зуба до значения твердости на нение зубьев 3, 4 происходит по. участкам активной боковой поверхностизуба колеса. А 1 С 1 В 1 и АгСгВг (при зацеплении по этим а зубчатые колеса установлены с возможно- участкам делительные окружности колес бу стью зацепления по участкам с максимальдут иметь переменныэ значения), а для вин- ным значейием твердости.товых колес (для винтовых зубчатых 2, Зубчатая передача по и, 1, о тл и ч а- передач, в том числе для зубчатых передач ю щ а я с я тем, что онэ выполнена с эвольс профилем зубьев колес с зацеплением Но- вентным зацеплением,викова) зацепление зубьев 3, 4 происходит 453. Зубчатая передачапо и. 2, о т л и ч апо участкам Ао С 1 Во и АоСгВо, Так как твер-, а щ а я с я тем, что она выполнена с зацепдость зубьев переменна и ее максимальное лением Новикова.1754987 СоставИтель Х.КаняфиРедактор О.Спесивых.:. , . Техред М.Моргентау Заказ 2879,.. Тираж -.",:; Подписное ВНИИПИ Государстаенного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Мокаэ, Ж-ЗЪ, Рауаская наб 4/5 НТ СССР ПройзводСтвенно дательский комбинат "Патент", г. Уж Гагарина, 1 г 11 4ф евКорректор С