Зубчатая муфта а. п. попова

ы троесудо ние,( 54 ) ЗУБЧА (57) Изобр машиностро А.П ПОПОВА я к област ти к соеди н. Цель - омпенсирую- еньшения АЯ МУФ ение относи стн ма й иния в ч в судовь агруэочн остей пу нениям вал повышение щей спосо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4063606/31-2725.02.8607.05.88. Бюл. УНиколаевский коринститут им. адм.А.П. Попов621.825,5(088.8)Попов А.П. Зубчатвых агрегатах. - Л1985, с, 240. неравномерности распределения нагрузки между зубьями при перекосе осей,Зубчатая муфта состоит из обоймы 1с прямыми зубьями 2 и втулки Э с бочкообразными (или прямыми) зубьями 4,Зубчатые венцы втулки Э и обоймы 1выполнены с дугообразными выемкамина торцах. Выемки расположены в диаметрально противоположных зонах исмещены относительно друг друга наугол 90 . Зубья втулки с максимальнойдлиной находятся в зацеплении с зу-:бьями обоймы наименьшей длины. Зубьяобоймы максимальной длины зацепляются с эубями втулки наименьшей длиныв зоне, отстоящей от предыдущих наугол 90 . 7 ил.Изобретение относится к машиностроению, в частности к судовому машиностроению.Цель изобретения - повышение на груэочной и компенсирующей возможностей путем уменьшения неравномерности распределения нагрузки между зубьями при перекосе осей,На фиг. 1 изображена зубчатая муф та, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг, 1; на Фиг. 3 - схема распределения нормальных боковых зазоров между ненагруженными зубьями при перекосе осей; на фиг. 4 и 5 - кривые распределения зазоров и усилий между зубьями стандартной зубчатой , муфты и предлагаемой муфты при пере косе осей; на Фиг. б - форма развертки делительного цилиндра втулки зубчатой муфты; на фиг, 7 - то же, дляобоймы зубчатой муфты.Зубчатая муфта состоит иэ обоймы 1 . с прямыми зубьями 2 и втулки 3 с боч-кообраэными (или прямыми) зубьями 4. 25 Причем ось 5 втулки перекошена,на угол аотносительно оси обоймы 1. Всечении (фиг. 2) .бочкообразный зуб втулки, находящийся"в плоскости перекоса осей, является ненагруженным 30 и расположен симметрично относительнозубьев обоймы расстоянии2 (и величина нормального бокового зазора). 35Зубчатые венцы втулки 3 и обоймы 1выполнены а дугообразными выемками 6 На торцах. Это обеспечивает создание венцов с зубьями переменной длины. Выемки 6 расположены в венцах вулки 40 и обоймы в двух диаметрально противоположных зонах и смещены одна относи"отельно другой на угол 90 . Причем для прямых зубьев втулки и обоймы длина зубьев определяется из выражения2 дБ-Ъ(1-сов 4)1сов да для бочкообразных зубьев втулки и прямых зубьев обоймы длина зубьев определяется иэ,выражения2 аБ-В(1 в с Ф),р соз Ц где Ъ - длина произвольно взятыхзубьев, мм;Ь - заданная (максимальная) .длина зубьев, мм;Б - радиус бочкообразностизубьев втулки, мм;угол перекоса осей, рад; угол поворота относительно оси, отстоящей от плоскости перекоса осей наяугол 2 + сград 1И, - угол зацепления, град;ВБ - зазор между контактнымиповерхностями равнонагруженной части зубьев приперекосе осей, принимаемыйЪ 4для прямых зубьев дБ-4для бочкообразных зубьев74ВуВыполнение зубчатых венцов в тулки и обоймы с зубьями переменной длины обеспечивает снижение неравномерности распределения нормальных боковых зазоров между. зубьями, снижает неравномерность распределения усилий.Для пояснения механизма выравнивания нагрузок между зубьями рассмотрим зубчатую муфту, которая имеет, например, число зубьев Е, равное 16. Тогда в одной четверти зубчатой муфты по окружности находится 4 зуба (фиг.3).На схеме распределения нормальных боковых зазоров между прямыми зубьями втулки и обоймы указанной зубчатой муфты, оси которых перекошены по отношению друг к другу на угол 1, в одном секторе зубчатой муфты с угломохвата - (в трех других секторах2распределение зазоров аналогично), зуб 7 втулки, находящейся в плоскости, отстоящей от плоскости перекосаГосей на угол внаходится в непо 2средственном соприкосновении с прямым зубом 8 обоймы, Однако следующий зуб 9 втулки характеризуется по отношению к зубу 10 обоймы определенной величиной нормального бокового зазора, В дальнейшем, по мере приближения к плоскости перекоса осей, величина нормального бокового зазора между зубьями втулки и обоймы возрастает, зубья 11 и 12 и, наконец, эуб 13 втулки, отстоящий от зуба 7(фиг. ) на угол - , имеет максимальную величину нормального боководго зазора, равную в. Распределение нормальных боковых зазоров междуненагруженными прямыми зубьями втулкии обоймы подчиняется законуС(Ч= (1-соя ),Ь 41 где- угол поворота относительно оси (фиг, 4 и 5), отстоящей от плос" кости перекоса осей.При нагружении зубчатой муфты крутящим моментом первой начинает воспринимать усилия сопряженная пара зубьев 7 и 8 втулки и обоймы, затем ,9 и 10 и т.д. Последним вступает в контакт с зубом обоймы эуб 13 втулки при условии, если величина крутящего 15 момента достаточна для того, чтобы деформация наиболее нагруженной парыЬМ зубьев 7 и 8 оказалась вьппе2Предположим, что необходимо сбли зить зуб 13 (фиг. 3) с зубом 14 обоймы на величину Л Б, Укаэанному сближению зубьев 13 и 14 препятствуют зубья 7 и 8, между которыми уже выбран нормальный боковой зазор, поэтому 25 зуб 7 не может перемещаться, Для того, чтобы зуб 7 сблизился с зубом 8 на величину ДЯ, необходимо, как следует из фиг. 3, укоротить правую половину зуба 7 на величину участка 15, 30 равного аЬ ( д), а всю длину зуба 7 уменьшить на величину двух частков 15 и 16, равных между собой, т.е. на 2 Ь( д), При этом зазор между зубьями 7 и 8 в результате сближения на величину ДБ становится равным нулю;Так как следующий эуб 9 втулкиЬг находится на расстоянии С(Ч)= в (12соя ) от зуба 10 обоймы, то для того, чтобы сблизить зуб 9 с зубом 10 до их соприкосновения на величину ДЯ, необходимо уменьшить длину зуба 9 с двух сторон на величину участков 17 и 18, которые по длине короче участ ков 15 и 16 зуба 7.Для сближения очередного зуба 11 втулки с зубом 12 обоймы на величину ЛЯ необходимость в уменьшении длины зуба 11 отпадает, так как минимальная величина зазора между зубьями 1 и 2 равна ВБ. Зуб 1 втулки (фиг,Э) характеризуется углом поворота = ЦоЗуб 1 3 втулки , расположенный в плоскости перекоса осей , параллелен зубу 1 4 обоймы и характеризуется макЬ 9 симальной величиной зазора - ко 2 торий при сближении на величину ЙЯ(3) уменьшается до д Б --- -ЛБ, следонаЬ(тельно, надобность в уменьшении дли-. ны зуба 13 также отпадает.В действительности число зубьев может быть равно не только 16, но может быть и больше 16. В таких случаях процесс постепенного уменьшения длины зубьев втулки продолжается до тех пор, пока из числа рассматриваемых и зубьев втулки, расположенных в одной четверти по окружности зубчатой муфты, не найдется такой эуб ш, который по отношению к зубу ш+1 обоймы характеризуется величиной зазора дБ, определяемого углом поворотаЧоИз этого следует, что зубья втулки, принадлежающие одному сектору зубчатой муфты с углом охватай2 являются неодинаковыми по длине. Причем наиболее нагруженный зуб имеет минимальную длину Ь, (фиг. 2), а наименее нагруженный он может быть и ненагруженным) зуб - максимальную длину Ьравную первоначальной длине зубьев Ь. Кроме того, уменьшение зубьев от длины Ь до длины дщ происходит в пределах угла Ч = ц,Определим закон изменения длины прямых зубьев втулки с учетом их сближения на величину В Я. Из рассмотрения фиг. 3 (зубья 9 и 10) очевидно, что величина сближения зуба 9 с зубом 10, обусловленная уменьшением длины зубьев, равна ДБ,и имеет видВЯ(1)=ВБ-(1-соя)(1)Величина уменьшения длины зуба 9 втулки, равная 2 ЯЬ( д), определяется из рассмотрения прямоугольного треугольника аЬс:2 ас 2 ас2 аЬ=Ъя 1 пм( )(2)ысоягде аЬ=ВЬ(9);ась Я(у);ц=усоящя 1 пупри малых углах равен Ч.Тогда длина Ь( ) укороченного зуба 9 втулки с учетом выражений (1)и (2) равна:д( ) =Ьйд =Таким образом, выражение (3) явпяется исходным для определения закона изменения длины зубьев предлагаемой зубчатой муфты. В этом выражении не 5 известной величиной является задаваемая в процессе проектирования величина сближения зубьев 1 Б, которую выбирают следующим образам. Если принятьЬ 9 10 ДБ= - , что исключает неравномер- с ность распределения зазоров и усилий между зубьями, то в этом случае длина зубьев Ь(ц), как следует иэ (3), равна нулю, Поэтому в качестве величины сближения зубьев следует выбиЬурать такую величины д Б ( - при ко 2торой вследствие иэменення длины зубьев их напряженное состояние не 20 изменяется. В результате проделанных расчетов установлено, что величину сближения зубьев следует назначать исходя из соотношения д Б ( - .Ь 9425Очевидно, что закон распределения деформаций между нагруженными зубьями определяется законом распределения нормальных боковых зазоров между ними. ЗО Кривая 19 (фнг. 4) представляет собой закон распредепения нормальных боковых зазоров между зубьями при перекосе осей, а кривые 20 и 21 распределение усилий между зубьями, соответствующее указанному закону распределения зазоров. Причем кривая20 характеризует случай, когда деформация наиболее нагруженной пары зуЬ(бьев больше . - , а кривая 21 характерна для случая, когда деформациямаксимально нагруженной пары зубьев меньшеЬР24Таким образом, чем.меньше величины нормальных боковых зазоров междузубьями, тем ниже неравномерность распределения усилий между ними. ТеоЬретически при - О все зубья втул 2ки контактируют с зубьями обоймы,и в этом случае усилия распределяются равномерно между ними, однакопрактически это осуществить очень трудно. В то же время представляется возможным уменьшить величины нормаль" ных боковых зазоров между зубьями путем их сближения эа счет изменения.длины зубвев,Кривая 22 (фиг. 5) характеризуетизменение зазоров между зубьями втулки и обоймы с учетом изменения ихдлины, Как видно, при у= , зазорымежду зубьями равны нулю и лишь начиИная от = 9 до Ц - зазоры междуо 2зубьями изменяются по закону формулы (1). В соответствии с распределением зазоров (кривая 22) распределяются усилия между зубьями (кривая 23), На дуге окружности радиусомг (фиг. 5) с углом охвата ц= у усилияравномерно распределены между зубьями, а на дуге охвата от ц= у доФЧ= - наблюдается неравномерность .И2распределения усилий.Схематический характер распределения боковых зазоров между зубьями(фиг. 3) аналогичен характеру распределения зазоров между зубьями, нахо,"дящимися в секторе зубчатой муфты,который расположен диаметрально противоположно рассматриваемому секторузубьев. Вся разница заключается лишьв том, что.зубья в диаметрально противоположнп расположенном сектореконтактирует не правыми торцами, алевыми,При повороте зубчатой муфты наугол - в зону максимального перекоса зубьев попадают зубья втулки,имеющие длину. С целью сохраненияэффекта, направленного на снижениенеравномерности распределения усилиймежду зубьями при перекосе осей, необходимо, чтобы с длинными зубьямивтулки контактировали короткиезубьяобоймы. При этом длина зубьев обоймыопределяется аналогично длине зубьеввтулки.Таким образом, при повороте зубчатой муфты на один оборот в зону максимального перекоса зубьев дваждыпопадают короткие зубья втулки, находящиеся в зацеплении с длинными зубьями обоймы, и дважды короткие зубьяобоймы, находящиеся в зацеплении сдлинными зубьями втулки.ЬМОпределим угол (= у при ВБ= - ,о 4в пределах которого все зубья втулкисоприкасаются с зубьями обоймы вследствие неодинаковой длины зубьев, ПриЧ(, величина ВБ(с)=0, в связи с чемиз выражения (2) следуетЬц2 дБ 4соя у =1- =1 -ф= Ь =0,5, 5Ноткуда Ч= Форма развертки 24 делительногоцилиндра втулки (фиг. 6) и форма развертки 25 делительного цилиндра обоймы (фиг. 7) получены по формуле (3)Ьпри 4 Я= - . Кроме того, из располо 15жения этих раверток одна относительнодругой (фиг, 6 и 7), следует, чтопри сборке предлагаемой зубчатой муфты короткие зубья втулки должны зацепляться с длинными зубьями обоймы,а короткие зубья обоймы, наоборот,с длинными зубьями втулки.Снижение неравномерности распределения усилий между зубьями в предлагаемой зубчатой муфте, повьппение ее 25нагруэочной и компенсирующей способности осуществляется не только эасчет изменения длины зубьев, но ивследствие возрастания податливостиукороченных зубьев. Предлагаемое рещенке полностью распространяется назубчатую муфту с бочкообразными зубьями втулки и прямыми зубьями обой"мы. При этом зависимости (1) и (3)имеют видЬЯ(Ц)=1 Б- (1-соя );БИ г35( ) 2 ЛБ-Вм (1-соя р)усов ЧВ качестве допускаемой величинысближения бочкообразных зубьев втул 40ки с прямыми зубьями обоймы следуетВМ П 2принимать Д Б. При дЯ=44угол Ч= ч, при котором не изменяетсядлина зубьев, определяется иэ выраже 45ния (4) пи д Б(ц)=0 и равенсоя у =1-0,5=0,5,откуда61=во 4Таким образом, наличие бочкообразности у зубьев втулки позволяет по сравнению с прямыми зубьями вследствие разных углов у уменьшить в зубчатой муфте количество зубьев, длинакоторых подлежит изменению,Формула изобретенияЗубчатая муфта, содержащая зубчатую обойму и находящуюся с ней в зацеплении зубчатую втулку, о т л и ч а ю щ а.я с я тем, что, с целью повышения нагрузочной и компенсирующей возможностей путем уменьшения неравномерности распределения нагрузки между зубьями при перекосе осей, зубчатые венцы втулки и обоймы выполнены с дугообразными выемками на торцах, расположенными в каждой из них в двух диаметрально противоположных зонах и смещенными одна относительнодругой на угол 90 , причем для прямых зубьев втулки и обоймы длина зубьев определяется из выражения24 Я-ЬМ(1-соя Ч)соя ца для бочкообразных зубьев втулки и прямых зубьев обоймы длина зубьев определяется иэ выраженияг г( ) 2 бЯ-Я 4 (1-соя Ч)Н соя где Ь - длина произвольно взятыхзубьев, мм;д - заданная (максимальная)длина зубьев, мм;В - радиус бочкообразностизубьев втулки, мм;р - угол перекоса осей, град;ц - угол поворота относительнооси, отстоящей от плос"кости перекоса осей наУугол 2 +ге градо(,я - угол зацепления, град;ВБ - зазор между контактнымиповерхностями равнонагруженной части зубьев приперекосе осей, принимаемыйдля прямых зубьев Д Я ( --Ь 44 фдля бочкообразных зубьевдЯ ("441393945 Ю 7 Абрамов Составитель Техред М.Хо орректор 1. Рещетник Редактор В. Пет Подписное аказ 1949/32 венно-полиграфическое предприятие, г. Укгород, ул, Проектная, 4 оизво Тирах 784 ВНИИПИ Государственно по делам изобретений 3035, Москва, Ж, Рао комитета СССРи открытийщская наб д, 4/5