Проектирование зубчатых передач из эвольвентно-конических колес

B A Lopatin; S V Plotnikova; D B Lopatin

doi:10.22213/2413-1172-2024-3-49-61

Authors

B. A. Lopatin South Ural State University
S. V. Plotnikova South Ural State University
D. B. Lopatin South Ural State University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2024-3-49-61

Keywords:

machine drives, gearing, involute-bevel gear

Abstract

The article presents formulas for determining the dimensions of involute-bevel gears and the gearings composed of them. It examines the most general cases of gearings formation, consisting of two involute-bevel gears with crossing axes (hyperboloid gearings), with intersecting axes (bevel gearings), and with parallel axes (cylindrical gearings). Gearings composed of involute-bevel gears have design, technological, and operational advantages compared to gearings composed of conventional cylindrical and bevel gears. The use of involute-bevel gearings with crossing axes allows for achieving the required contact character of the teeth from localized contact to linear contact, reducing sensitivity to manufacturing and assembly errors, and increasing the load capacity of the gearing compared to helical gearings from cylindrical gears. Bevel gearings with involute-bevel gears allow for the creation of gearings with any desired small shaft angles, which is difficult to achieve with conventional bevel gears. The use of internal meshing bevel gearings with modified tooth profiles in planetary reducers allows for gearings comparable to harmonic drives in terms of power and kinematic characteristics, but with a higher operational life. The use of involute-bevel gears in cylindrical gearings improves the smoothness of the mechanism and allows for adjusting the center distance and backlash in the meshing, making them suitable for backlash-free drives. By combining the taper angles of the gears and the inclination of the teeth, it is possible to create a one-way rotation mechanism - a freewheel mechanism. Modern CAD systems do not take into account the geometry features of gearings composed of involute-bevel gears, which limits their application in technology. The article proposes an algorithm for calculating the main geometric parameters of gearings composed of involute-bevel gears with arbitrary axis placement in space. Examples of geometric calculations of various types of gearings based on the proposed algorithm are provided.

Author Biographies

B. A. Lopatin, South Ural State University

DSc in Engineering, Professor

S. V. Plotnikova, South Ural State University

PhD in Engineering, Associate Professor

D. B. Lopatin, South Ural State University

PhD in Engineering, Associate Professor

References

Poluektov Е.А., Lopatin B.A., Plotnikova S.V. (2020) Working Surface Calculation of Teeth Bevel Gear Helical-Bevel Gearing at Milling with Hob: Lecture Notes in Mechanical Engineering, pp. 9-16.

Федоров В. А., Смирнов П. Н. Использование параметрических уравнений эвольвенты для построения профиля внешнего зацепления // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2019. Т. 1. С. 359-361.

Bruzhas V.V., Plotnikova S.V., Lopatin B.A. (2021) Solid Modeling of Involute Bevel Gears: Lecture Notes in Mechanical Engineering, pp. 66-74.

Бружас В. В., Лопатин Б. А., Плотникова С. В. Разработка твердотельных моделей эвольвентно-конических зубчатых колес // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2017. Т. 20, № 2. C. 15-18. DOI: 10.22213/2413-1172-2017-2-15-18

Bruzhas V.V., Lopatin B.A. (2015) Development Of Solid-State Models For The Gears Of Different Geometry. Procedia Engineering, no 129, pp. 369-373.

Волков А. Э., Лагутин С. А., Бирюков С. С. Программный комплекс для расчета прямозубых конических передач с локализованным контактом // Интеллектуальные системы в производстве. 2020. Т. 18, № 3. С. 77-84. DOI: 10.22213/2410-9304-2020-3-77-84

Трубачев Е. С., Колчин С. Д. Аспекты конструкторско-технологической подготовки производства плоскоколесной зубчатой передачи приводной головки // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2019. Т. 22, № 2. С. 11-21. DOI: 10.22213/2413-1172-2019-2-11-21

Lоpatin B.A., Plоtnikоva S.V. (2017) Helical-Bevel Gearing with Small Wheel Axles Angles: Internatiоnal Cоnferenceоn Industrial Engineering, ICIE 2017, pp. 1189-1194.

Лопатин Б. А., Плотникова С. В., Дерябин И. П. Формирование зубчатых передач из эвольвентно-конических колес // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2020. Т. 20, № 1. С. 15-21.

Algin V.B., Kananovich M.A., Paddubka S.M., Sarachan U.M., Shil’ko S.V., Starzhinsky V.E. (2022) Uncertainties in Modeling the Lifetime and Functional properties of Gear Trains and Transmissions and Ways to Reduce Them: Gears in Design, Production and Education, A Tribute to Professor Veniamin Goldfarb, Natalya Barmina, Evgenii Trubachev (eds.). Mechanism and Machine Science, Springer, Cham, vol. 101, pp. 305-324.

Trubachev E.S. (2020) On Possibility of Cutting Bevel Gearwheels by Hobs, New approaches to gear design and production. Springer International Publishing AG Switzerland, V. Goldfarb, E. Trubachev, N. Barmina (eds.), vol. 81, pp. 273-294.

Еремин В. П., Еремин Н. В., Кириллин А. Н. Создание электромеханических приводов нового поколения трансформированных космических систем. Самара : Поволжское отделение академии технических наук РФ, ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс», 2011. 563 c.

Цуканов О. Н., Лопатин Д. Б., Полуэктов Е. А. Электромеханический привод для механизмов углового. поворота объектов космической техники // Вестник машиностроения. 2009. № 2. С. 14-16.

Лопатин Б. А., Цуканов О. Н., Плотникова С. В. Цилиндроконические зубчатые зацепления в приводах машин // Вестник машиностроения. 2003. № 8. С. 7-9.

Khaustоv S.A., Lоpatin B.A., Plоtnikоva S.V. (2015) Invоlute helical-bevel gearing: Internatiоnal Cоnference оn Industrial Engineering, ICIE 2015, pp. 891-895.

Лопатин Б. А., Цуканов О. Н. Цилиндроконические зубчатые передачи : монография. Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2005. 200 с.

Litvin F.L. (2004) A Fuentes Gear Geоmetry and Applied Theоry. Cambridge University Press, Cambridge, 818 p. [Electronic resource]. Available at: http://uigearlab.com/wp-content/uploads/gear-geometry-and-applied-theory.pdf (accessed: 19.06.2024).

Справочник по геометрическому расчету эвольвентных зубчатых и червячных передач / под ред. И. А Болотовского. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1986. 448 с.

Гавриленко В. А. Основы теории эвольвентных зубчатых передач. 2-е изд., перераб. М. : Машиностроение, 1969. 431 с.

Starzhinsky V.E. (2022) Development of Terminology for Gearing: IFToMM Notions, Reference-Dictionary Book, Tooth Failure. Mechanism and Machine Science, Springer, Cham, vol. 109, pp. 77-82.

Kapelevich A.L. (2018) Asymmetric Gearing [Electronic resource]. Available at: https://doi.ord/10.1201/b224411 (accessed: 19.06.2024).