Зубчатые передачи с арочным зацеплением и способ изготовления зубчатого колеса с внутренними зубьями арочной формы
GEAR TRANSMISSION WITH ARCHED ENGAGEMENT AND MANUFACTURING METHOD OF GEAR WHEEL WITH INTERNAL TEETH OF ARCHED FORM

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к зубчатым передачам и методам изготовления зубчатых колес.
Известны зубчатые передачи с арочным зубом наружного зацепления. Использование передач с зубьями арочной формы позволяет более чем в два раза улучшить удельные параметры зубчатой передачи за счет значительно большей жесткости и прочности зуба и большего коэффициента перекрытия зубчатой передачи (RU 2467838 С2, опуб., 27.11.2012). Из этого же источника информации известен и способ изготовления зубчатого колеса с наружным зубом, заключающийся в прорезании дуговых эквидистантных канавок с равным шагом, являющихся впадинами между зубьями изготавливаемого зубчатого колеса, с помощью инструмента с вращающейся режущей кромкой.
Недостатком известных технических решений является сложность изготовления колеса с внутренним зубом из-за неудобства размещения режущего инструмента.
Известен способ изготовления зубчатого колеса с внутренними зубьями арочной формы путем обката долбяком (RU 2005012 С1, опуб., 30.12.1993).
Недостатком известного способа является сложность приспособлений для привода и инструмента, и заготовки.
Техническим результатом является упрощение изготовления зубчатых колес с внутренним зубом арочной формы и повышение удельных показателей зубчатых передач с внутренним зацеплением за счет возможности использования в зацеплении внутреннего зуба арочной формы.
Поставленная задача достигается тем, что при изготовлении зубчатого колеса с внутренними зубьями арочной формы внутрь отверстия кольцевой заготовки зубчатого колеса вводят инструмент с вращающейся режущей кромкой, которым прорезают в заготовке дуговые канавки с равным шагом, образующие впадины между зубьями изготавливаемого зубчатого колеса, при этом вращение инструмента с режущей кромкой обеспечивают с помощью угловой передачи, а плоскость вращения режущей кромки инструмента, находящуюся в пределах габаритов инструмента, располагают под углом к плоскости, касательной к внутренней поверхности заготовки в точке вершины дуги прорезаемой канавки.
Поставленная задача достигается также тем, что ось вращения режущей кромки могут располагать в плоскости, смещенной относительно срединной продольной плоскости заготовки.
Поставленная задача достигается также тем, что ось вращения режущей кромки располагают в торцевой плоскости заготовки колеса или вне пределов проекции ее поперечного сечения.
Поставленная задача в части устройства достигается тем, что в зубчатой передаче внутреннего зацепления с арочным зубом, содержащей зубчатое колесо с внутренними зубьями и шестерню с внешними зубьями, согласно изобретению, зубья колеса и шестерни образованы дуговыми канавками, прорезанными в заготовках с круговыми поверхностями, соответственно, внутренней и наружной, при этом плоскость дуги канавки колеса расположена под углом к плоскости, касательной к поверхности заготовки в точке вершины дуги прорезаемой канавки, причем плоскость дуги канавки колеса, направленная в сторону от вершины дуги к ее концам, наклонена в направлении к центру вращения колеса.
Поставленная задача достигается также тем, что плоскость дуги канавки шестерни может быть расположена под углом к плоскости, касательной к поверхности заготовки в точке вершины дуги прорезаемой канавки, при этом плоскость дуги канавки шестерни, направленная в сторону от вершины дуги к ее концам, наклонена в направлении к центру вращения шестерни.
Поставленная задача достигается также тем, что форма поверхности заготовки колеса и/или шестерни может быть выполнена эллиптической формы, вогнутой или выпуклой.
Поставленная задача в части второго устройства достигается тем, что в зубчатой планетарной передаче с арочным зубом, содержащей зубчатое колесо с внутренними зубьями, сателлит с внешними зубьями и солнечную шестерню с внешними зубьями, согласно изобретению, зубья колеса, сателлита и шестерни образованы дуговыми канавками, прорезанными в заготовках с цилиндрическими поверхностями, соответственно, внутренней и наружными, при этом вершина дуги канавки каждого зубчатого элемента расположена на торцевой плоскости соответствующего элемента или вне пределов проекции поперечного сечения элемента, а плоскость дуги канавки колеса с внутренними зубьями расположена под углом к плоскости, касательной к поверхности соответствующей заготовки в точке вершины дуги прорезаемой канавки.
Поставленная задача достигается также тем, что плоскость дуги канавки сателлита и плоскость дуги канавки солнечной шестерни расположены под углом к плоскости, касательной к поверхности соответствующей заготовки в точке вершины дуги прорезаемой канавки, при этом плоскость дуги канавки сателлита, направленная в сторону от вершины дуги к ее концу, наклонена в направлении к центру вращения сателлита, а плоскость дуги канавки солнечной шестерни, направленная в сторону от вершины дуги к ее концу, наклонена в направлении от центра вращения солнечной шестерни.
Поставленная задача достигается также тем, что форма поверхности заготовки колеса и/или шестерни и/или сателлита может быть выполнена эллиптической формы, вогнутой или выпуклой.
Изобретение поясняется при помощи чертежей.
На фиг. 1 показана схема размещения инструмента и его привода при изготовлении колеса с внутренними зубьями;
На фиг. 2 показана форма зубьев колеса с внутренним зацеплением;
На фиг. 3 показана схема изготовления колеса с внутренними зубьями;
На фиг. 4 показана схема изготовления колеса с внешними зубьями;
На фиг. 5 показана схема передачи с внутренним зацеплением;
На фиг. 6 показана схема планетарной передачи, содержащей коронную шестерню с внутренним зацеплением.
На фиг. 7 показана схема изготовления солнечной шестерни.
Описываемый способ реализуется следующим образом. Внутри заготовки колеса 1 внутреннего зацепления размещают инструмент, например, резцовую головку 2 с резцами 3 (описанную в аналоге RU 2467838 С2). При этом привод резцовой головки осуществляют при помощи стандартной угловой инструментальной головки 4 или специальной угловой передачи (см. фиг. 1). Плоскость 5 вращения режущей кромки резцовой головки 2, проходящую, например, по вершинам резцов 3 и ограниченную габаритами головки 2, располагают под углом у к плоскости 6, касательной к внутренней поверхности заготовки колеса 1 в точке вершины дуги прорезаемой канавки, образующей впадину между зубьями 7 колеса 1. Наклон необходим для предотвращения касания резцов 3 с необрабатываемой частью поверхности заготовки колеса 1. Причем размеры стандартных угловых головок 4 позволяют изготавливать колеса внутреннего зацепления относительно небольших размеров. Но в настоящее время велики потребности промышленности именно в части высоконагруженных передач, передающих мощности до 75 тыс. кВт и более, в частности для перспективных турбовентиляторных авиационных двигателей.
Возможность выполнения арочных колес внутреннего зацепления позволяет решить проблемы создания компактных передач внутреннего зацепления и планетарных зубчатых передач.
При выполнении передачи внутреннего зацепления (см. фиг. 5) шестерню 8 с внешними зубьями изготавливают известным способом (RU 2467838 С2) путем прорезания резцовой головкой 2 дуговых канавок в наружной поверхности заготовки с образованием дуговых или арочных зубьев 9 (см. фиг. 4). При этом ось вращения резцовой головки 2 может быть наклонена таким образом, что плоскость 10 дуги канавки шестерни 8 расположена под углом у к плоскости 11, касательной к поверхности заготовки в точке вершины дуги прорезаемой канавки. При этом плоскость 10, направленная в сторону от вершины дуги к ее концам, наклонена в направлении к центру вращения шестерни 8.
Подобным же образом изготавливаются и компоненты планетарной передачи, показанной на фиг.6, на которой показаны колесо 1 внутреннего зацепления, сателлиты 12, установленный на цапфе 13, закрепленной в водиле 14, а также солнечная шестерня 15. Так, сателлит 12 выполняется по той же описанной выше технологии, что и шестерня 8. Солнечная шестерня 15 также выполняется по указанной технологии, только плоскость 16 дуги канавки солнечной шестерни 15 может быть наклонена от центра ее вращения под углом γ к плоскости 17, касательной к поверхности заготовки в точке вершины дуги прорезаемой канавки, как показано на фиг. 7.
Причем для выполнения условия сборки планетарной передачи дуговая канавка выполняется резцовой головкой 2 со смещением оси ее вращения в торцевую плоскость заготовки зубчатого элемента или за пределы проекции заготовки. В этом случае вершина дуговой канавки расположена на краю зубчатого элемента или за его пределами, что позволяет собрать планетарную передачу путем осевого ввода сателлитов 12 или солнечной шестерни 15 в зацепление.
Для более полного согласования формы зубьев из-за наклона инструмента возможно выполнение рабочих поверхностей заготовок, в которых прорезаются канавки, выпуклой или вогнутой, например, эллиптической формы.
Таким образом, заявленные изобретения позволяют реализовать направление создания высоконагруженных зубчатых передач с очень жестким и прочным зубом, использование которых в технике значительно снизит удельные параметры конечного продукта, в котором они используются, например, в авиационных двигателях.