КЛАССИФИКАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗУБЧАТОЙ ВТУЛКИ, СПОСОБСТВУЮЩИХ РАВНОМЕРНОМУ РАСПРЕДЕЛЕНИЮ НАГРУЗКИ И ПОВЫШЕНИЮ НЕСУЩЕЙ И КОМПЕНСИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗУБЧАТЫХ МУФТ
, , (ДонНТУ, г. Донецк, Украина)
Тел./Факс: +38(062)3010805; E-mail: grubka_roman@mail.ru
Abstract: This paper presents a classification of structural elements toothed hub to facilitate uniform distribution of the load and increase the ability of the carrier and the compensating gear clutch. And also shows the characteristics of the structural elements and recommendations on the choice of a particular feature.
Key worlds: gear clutch, toothed hub, gear ring, rim, hardness, ductility.
Зубчатые муфты используются в агрегатах для соединения валов, которые взаимодействуют в условиях наличия погрешностей монтажа, а их нагрузочная и компенсирующая способности зависят от вида геометрии боковой поверхности зубьев втулок и от жесткости деталей зубчатых муфт и их отдельных элементов [1, 2, 3]. Повышенная жесткость элементов зубчатых муфт приводит к резкой концентрации нагрузки при перекосе осей валов, что сказывается как на контактной прочности зубьев, так и на характере распределения нагрузки между зубьями в пределах зоны контактирования, а, следовательно, и на нагружении опор соединяемых муфтой валов и увеличении интенсивности изнашивания зубьев. Характер распределения нагрузки между зубьями втулки и обоймы зависит от распределения зазоров в соединении. Наличие зазоров приводит к ограничению зоны контактирования зубьев и, как следствие, к уменьшению количества пар зубьев работающих в соединении. Что в конечном итоге, с увеличением величин погрешностей монтажа, приводит к локализации контакта между двумя диаметрально противоположными парами зубьев, которые будут воспринимать всю действующую в соединении нагрузку. Поэтому одним из возможных вариантов повышения несущей и компенсирующей способности зубчатых муфт является повышение податливости зубчатого венца втулки, за счет введения в ее конструкцию конструктивных элементов, повышающих либо податливость самих зубьев, либо податливость обода зубчатого венца.
Зубья втулки обладают повышенной жесткостью, в основном из-за небольшой высоты зубьев по сравнению с их поперечным сечением и из-за высокой жесткости обода втулки. При этом изменение параметров зубчатых венцов втулок может привести, либо к уменьшению нагрузочной способности муфты в целом, либо к увеличению габаритов муфты, что является нерациональным. Изменение жесткости обода втулки позволит увеличить податливость зубьев без изменения габаритов зубчатой муфты и повысить нагрузочную способность зубчатой муфты за счет расширения зоны контактирования зубьев и увеличения числа пар зубьев находящихся в контакте. Что приведет к перераспределению нагрузки между зубьями и уменьшению возникающих на зубьях изгибных и контактных напряжений под действием рабочей нагрузки.
Составим классификацию конструктивных элементов, повышающих податливость зубчатого венца втулки рис. 1:
1. Радиальные пазы различной формы (рис. 2 и рис. 3) во впадинах зубьев втулки [4, 5, 6]. При этом повышенная податливость зубьев в зацеплении обеспечивается за счет радиальных пазов, выполненных в местах впадин зубьев и образующих радиально удлиненные упругие выступы.
2. Радиальные пазы различной формы рис. 4, прорезающие зубья втулки по всей высоте. При этом зубья делятся на две части, работающие раздельно, и обладающие
повышенной податливостью по сравнению с не прорезанными зубьями.
3. Выполнение проточек и поднутрений различной конфигурации на торцах зубчатого венца втулки (рис. 5) приводит к повышению податливости зубчатого венца за счет ослабления сечения обода [7].
|
Рис. 1. Классификация конструктивных элементов повышающих податливость зубчатого венца втулки |
4. Выполнение в торце зубчатого венца втулки конических отверстий рис. 6. [8]. Благодаря выполнению конических отверстий между зубьями нагрузка равномерно распределяется по длине зубьев и между зубьями, при этом снижается удельная нагрузка и повышается срок службы муфты.
|
|
|
Рис. 2. Обод втулки с радиальными пазами | Рис. 3. Обод втулки с радиальными пазами отверстием в основании паза | Рис. 4. Зубчатая втулка с прорезанными по всей высоте зубьями |
5. Выполнение канавки в середине зубчатого венца делящей зубья втулки на две части рис. 7 [9]. Такая конфигурация зубчатого венца втулки обусловлена тем, что при перекосе осей зубья работают двумя участками, прилегающими к их торцам. Средняя часть зубьев практически не оказывает никакого влияния на нагрузочную способность зубчатой муфты, поэтому она удалена. При этом зубья втулки из-за меньшей длины имеют большую податливость, что приводит к повышению нагрузочной способности вследствие существенного снижения неравномерности распределения усилий между зубьями. Кроме того, за счет возрастания прогибов коротких зубьев увеличивается компенсационная способность зубчатой муфты.
|
Рис. 5. Зубчатые венцы втулок зубчатых муфт с различной конфигурацией проточек и поднутрений обода |
6. Выполнение полумуфт в виде дисков U-образного сечения с переменной толщиной стенок [10]. Выполнение полумуфт в виде дисков с кольцевыми радиальными углублениями позволяет им демпфироваться в осевом направлении и смягчать, осевые нагрузки. При этом муфта обладает упругими и демпфирующими свойствами, что позволяет ей смягчать динамические и ударные нагрузки и гасить колебания.
7. Выполнение наклонных пазов в ободе втулки рис. 8 [11]. При этом каждый паз расположен под углом к оси прилегающего к нему зуба и пересекает ее. Основание паза расположено между радиальной плоскостью, проходящей через линию пересечения боковой поверхности зуба с поверхностью впадины и осью соседнего зуба. Это обеспечивает необходимую упругость ножке зуба и возможность радиального смещения зуба. При радиальном смещении осей обоймы и втулки зубья, имеющие наклонные пазы у их оснований и упругие ножки, получают радиальные нагрузки со стороны обоймы, под действием которых они изгибаются на упругих ножках и смещаются в радиальном направлении, компенсируя радиальное смещение осей.
|
|
|
| ||
Рис. 6. Зубчатая втулка, в торце которой выполнены конические отверстия | Рис. 7. Канавка в середине зубчатого венца | Рис. 8. Втулка с наклонными пазами, выполненными в ободе |
8. Выполнение зубчатой втулки из эластичных материалов рис. 9 [12, 13, 14]. Муфты с пластмассовыми деталями, обладают повышенной износостойкостью (за счет более равномерного распределения нагрузки и подбора соответствующей пары трения), хорошей работоспособностью при недостаточной смазке или даже при ее отсутствии и электроизоляционными свойствами. Работа этих муфт в условиях смещенных осей соединяемых валов сопровождается менее интенсивным силовым воздействием на валы и подшипники (за счет меньшего коэффициента трения и более равномерного распределения нагрузки между зубьями). Кроме того, такие муфты обладают и рядом технологических преимуществ, в частности — уменьшение требований к точности изготовления их элементов.
При выборе того или иного конструктивного исполнения зубчатой втулки с элементами повышающими податливость зубчатого венца следует учитывать следующее:
- мероприятия по повышению податливости зубчатого венца втулки в ряде случаев могут привести к увеличению габаритов деталей и зубчатой муфты целом.
|
Рис.9. Зубчатая муфта с втулками из эластичного материала |
- наличие новых конструктивных элементов втулок зубчатых муфт приводит к необходимости вводить в технологический процесс ее изготовления дополнительные операции.
Поэтому при выборе того или иного конструктивного исполнения втулки зубчатой муфты необходимо стремиться к сохранению без изменений габаритных размеров деталей зубчатой муфты и к обеспечению минимальных затрат на изготовления элементов повышающих податливость зубчатого венца втулки.
Таким образом, разработана классификация конструктивных элементов втулки, способствующих равномерному распределению нагрузки и повышению несущей и компенсирующей способности зубчатых муфт.
Список литературы: 1. , , Ряховский по муфтам / Под ред. . 2-е изд., испр. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1979. – 344с. 2. , Иванов по муфтам. - Л.: Политехника, 1991. – 384с. 3. Айрапетов соединительные муфты / , . — М.: Наука, 1991. — 250 с. 4. А. с. № 000 СССР, МКИ F16d 3/18 Зубчатая муфта / , , (СССР). — № 000/25—27; заявл. 07.06.73; опубл. 15.03.75. Бюл. № 10. 5. А. с. № 000 СССР, МКИ F16D 3/18 Зубчатая муфта / (СССР). — № 000/25—27; заявл. 12.09.83; опубл. 23.10.85. Бюл. № 39. 6. А. с. № 000 СССР, МКИ F16 d 3/18 Зубчатая муфта / , , (СССР). — № 000/25—27; заявл. 28.12.70; опубл. 21.04.72. Бюл. № 14. 7. Польченко нагрузки между зубьями в зубчатой муфте / , // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. — Донецк, Донец. гос. техн. ун-т., 1998. — Вып. 5. — С. 177—181. 8. А. с. № 000 СССР, МКИ F16 D 3/18 Зубчатая муфта / (СССР). — № 000/25—27; заявл. 06.04.76; опубл. 15.06.81. Бюл. № 22. 9. А. с. № 000 СССР, МКИ F16 D 3/18 Зубчатая муфта / (СССР). — № 000/25—27; заявл. 18.12.84; опубл. 23.02.87. Бюл. № 7. 10. А. с. № 000 СССР, МКИ F16D 3/18 Зубчатая муфта / , , (СССР). — № 000/25—27; заявл. 07.05.80; опубл. 30.04.82. Бюл. № 16. 11. А. с. № 000 СССР, МКИ F16D 3/18 Зубчатая муфта / (СССР). — № 000/25-27; заявл. 16.02.86; опубл. 23.03.88. Бюл. № 11. 12. www. . 13. KTR – обзор продукции. – 16с. 14. http://www. /ru/company/about_us. htm ООО „КТР Приводная техника» - российское дочернее предприятие компании KTR.
