ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА (ВАРИАНТЫ)
GEARING (VERSIONS)

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в конструкциях машин для передачи вращения с возможностью его реверсирования.
Известна зубчатая передача, состоящая из двух прямозубых колес с параллельными осями вращения и зубьями в виде несимметричных сегментов, попарно установленными в плоскостях, перпендикулярных осям вращения (патент RU №2342572, кл. F16H 1/06).
Недостатком данной зубчатой передачи является то, что в передаче ведущим может быть одно из зубчатых колес только при одном направлении вращения.
Техническая сущность, достигаемая данным изобретением, заключается в том, чтобы обеспечить возможность реверсирования вращения в зубчатой передаче с положительным передаточным отношением и уменьшить ее габариты.
Сущность в первом варианте достигается тем, что в зубчатой передаче, состоящей из двух прямозубых колес с параллельными осями вращения и зубьями в виде несимметричных сегментов, попарно расположенными в плоскостях, перпендикулярных осям вращения колес, оба колеса содержат четное число зубьев, каждая половина из которых имеет сопряженные рабочие профили, размещенные в торцовой плоскости по одному и тому же угловому шагу одного направления, при этом число зубьев первого колеса равно числу зубьев второго колеса и определяется следующей зависимостью:
1
2
1(2π)
z=z=2·u·z,
1
2
где z, z - число зубьев первого и второго колеса, соответственно;
u - передаточное отношение;
1(2π)
z - число зубьев первого колеса, расположенных на угле поворота 2π (360°) по угловому шагу одного направления.
Техническая сущность во втором варианте достигается тем, что в зубчатой передаче, состоящей из двух прямозубых колес с параллельными осями вращения и зубьями в виде несимметричных сегментов, попарно расположенными в плоскостях, перпендикулярных осям вращения колес, оба колеса содержат четное число зубьев, каждая половина из которых имеет сопряженные рабочие профили, размещенные в торцовой плоскости по одному и тому же угловому шагу одного направления, при этом в плоскости зуба первого колеса на втором колесе расположено несколько равносмещенных зубьев, количество которых определяется из следующего соотношения:
2пл
2
z=z/(2·u),
2пл
где z - число зубьев второго колеса, расположенных в одной плоскости с зубом первого колеса;
2
2
1
z - число зубьев второго колеса: z=u·z;
1
z - число зубьев первого колеса;
u - целочисленное передаточное отношение.
На фиг.1 - сечение зубчатых колес плоскостью, перпендикулярной осям колес и проходящей через одну из точек контакта.
На фиг.2 - общий вид первого зубчатого колеса по первому варианту.
На фиг.3 - общий вид второго зубчатого колеса по первому варианту.
На фиг.4 - общий вид зубчатой передачи по первому варианту.
На фиг.5 - общий вид первого зубчатого колеса по второму варианту.
На фиг.6 - общий вид второго зубчатого колеса по второму варианту.
На фиг.7 - общий вид зубчатой передачи по второму варианту.
Зубчатая передача включает зубчатые колеса 1 и 2 с осями вращения 3 и 4. Со стороны передачи вращения от ведущего колеса к ведомому колесу, например, против хода часовой стрелки контактирующие рабочие профили поверхностей половины зубьев на каждом из колес в торцевом сечении являются сопряженными кривыми. Аналогично, при передаче вращения от ведущего колеса к ведомому колесу по ходу часовой стрелки находящиеся в контакте рабочие профили поверхностей другой половины зубьев 5 и 6 на каждом из колес в торцевом сечении также являются сопряженными кривыми. В торцевом сечении зубчатых колес профили поверхностей зубьев, не участвующие в передаче вращения, могут быть выполнены произвольными (фиг.1). Зубчатые венцы колес ограничены окружностями вершин и впадин. Для обеспечения синхронного вращения зубчатых колес 1 и 2 зубчатые венцы выполнены из одинакового числа прямозубых зубьев, каждая половина из которых расположена по угловому шагу на обоих колесах в одном направлении. Числа зубьев колес и передаточное отношение зубчатой передачи связаны следующей зависимостью:
1
2
1(2π)
z=z=2·u·z,
1
2
где z, z - число зубьев первого и второго колеса, соответственно;
u - передаточное отношение;
1(2π)
z - число зубьев первого колеса, расположенных на угле поворота 2π (360°) по угловому шагу одного направления.
При вращении колес 1 и 2 против хода часовой стрелки поверхности зубьев с сопряженными рабочими профилями в любой точке контакта имеют общую нормаль 7, проходящую с одной стороны относительно осей 3 и 4. Подобным образом при вращении колес 1 и 2 по ходу часовой стрелки поверхности зубьев с сопряженными рабочими профилями 5 и 6 в любой точке контакта имеют общую нормаль 8, проходящую с противоположной стороны относительно осей 3 и 4. Для уменьшения концентрации напряжений у корня ножки зуба переход к окружности впадин может быть выполнен по плавной кривой. Если в качестве рабочего профиля зуба колеса 1 выбрать эвольвенту, то рабочим профилем зуба колеса 2 также будет являться эвольвента. Таким образом, можно получить реверсивную эвольвентную передачу с положительным передаточным отношением. Возможно также получение передачи, у которой ведущим может быть только одно из зубчатых колес.
Механизм работает следующим образом. При приложении к колесу 1 крутящего момента в направлении против хода часовой стрелки зубья этого колеса, воздействуя на зубья колеса 2, побуждают последнее к вращению в том же направлении. По аналогии при приложении к колесу 1 крутящего момента в направлении по ходу часовой стрелки зубья 5 этого колеса, воздействуя на зубья 6 колеса 2, побуждают последнее к вращению в том же направлении. Для объяснения этого можно рассмотреть отдельное сечение зубчатых колес плоскостью, перпендикулярной осям валов и проходящей через одну из точек контакта К. В первом случае сила F, действующая на зубчатый элемент колеса 2 со стороны зубчатого элемента колеса 1 в одной из точек контакта К, направлена по общей нормали данных элементов 7, а при взаимодействии рабочих профилей зубьев 5 и 6 сила F, возникающая в одной из точек контакта, будет направлена по общей нормали данных профилей 8 (фиг.1). Для исключения заклинивания зубьев 5 и 6, которые в первом случае не участвуют в передаче вращения, между их рабочими профилями предусматривают боковой зазор А. В зависимости от направления вращения ведущего колеса при относительном вращении колес точки контакта профилей пары сопряженных зубьев в рассматриваемом сечении будут меняться, перемещаясь от окружности впадин к окружности вершин у одного колеса и в противоположном направлении у другого колеса, но общая нормаль всегда будет проходить соответственно с одной стороны относительно осей 3 и 4. Это будет происходить с некоторой разницей во времени и в каждом другом сечении зубчатых колес плоскостью, перпендикулярной осям валов и совпадающей с торцовой плоскостью той пары зубьев колес, которая в данный момент времени находится в зацеплении. Геометрическим местом точек, образованным всеми контактирующими в данный момент времени точками боковых поверхностей пары зубьев, является прямая линия, которая при относительном вращении колес перемещается в направлении, параллельном осям колес.