Tipuri noi de angrenaje

Tipuri noi de angrenaje

Necesitatea cresterii performentelor masinilor si aparatelor a determinat perfectionarea continua a tipurilor existente de angrenaje, in special cu profil evolventic, si continuarea cercetarilor pentru gasirea unor noi variante sau tipuri noi de angrenaje, care sa prezinte unele avantaje cinematice, tehnologice, respectiv portanta marita.

In continuare e vor prezenta cateva din noile variante sau tipuri de angrenaje, insistandu-se in special asupra particularitatilor si avantajelor fata de cele clasice.

Angrenajele minimale. (fig. 42) sunt angrenaje evolventice cilindrice cu dinti drepti sau inclinati la care pinionul are un numar foarte mic (minimal) de dinti (z₁ = 3.5). Cu aceste angrenaje se pot obtine rapoarte de transmitere i = 5.100, respectiv gabarite mici si se utilizeaza in special in mecanica fina si la constructia cricurilor (vinciurilor) mecanice cu angrenaje. Pentru a se asigura un grad de acoperire supraunitar se folosesc cremaliere de referinta speciale, iar pentru a evita subtaierea, ascutirea dintelui si interferenta, se recomanda deplasari pozitive mari concomitent cu scurtarea capului dintelui pinionului.

Fig. 42 Angrenaje minimale

Calculul geometric si de rezistenta se realizeaza in acelasi mod ca la angrenajele cilindrice cu z₁

Angrenajele cilindro conice se utilizeaza in locul angrenajelor conice de regula la constructia de aparate. Angrenajul este format dintr-un pinion cilindric cu dantura evolventica si o roata conica (fig. 43, a) sau, intr-un caz limita, o roata plana, realizandu-se angrenajul cu roata plana (fig. 43, b). Pinionul este cilindric se executa in modul obisnuit (ca orice roata dintata cilindrica cu profil evolventic) dupa care, cu un cutit-roata identic cu pinionul, se frezeaza dantura rotii conice (prin reproducerea conditiilor de angrenare dintre cele 2 roti). Se obtine astfel roata conjugata (condusa) care este conica astfel numai prin forma ei, pentru ca dantura este evolventica, inaltimea dintilor este constanta si are deplasare variabila de profil. Angrenajul este mai putin sensibil la erorile de montaj si permite, prin deplasarea axiala a rotilor, o reglare simpla a jocului tangential dintre dinti.

Fig. 43 Angrenaje conico-cilindrice

Angrenaje toroidale reprezinta, de asemenea, o varianta a angrenajelor conice. Dupa cum rezulta din fig. 44, a, aceste angrenaje au dantura conica, dar generata nu pe con, ci pe suprafete toroidale cu parametrii D si d. Prin aceasta se creaza posibilitatea modificarii unghiului dintre axele rotilor, S de la 0.180, pastrandu-se constant raportul de transmitere, i = 1. La S (fig. 44,b), angrenajul functioneaza ca un angrenaj cilindric, iar la S (fig. 44,c) ca un cuplaj dintat.

Dantura rotilor toroidale se prelucreaza cu ajutorul cu ajutorul unor freze disc speciale. Angrenajele toroidale sunt mai mult angrenaje cinematice, utilizate de exemplu la manipulatoarele tip mana mecanica pentru actionarea de la distanta. Datorita contactului punctiform, au portanta de 4.5 ori mai redusa decat la un angrenaj conic echivalent.

Angrenajul cu profil arc de cerc (Novikov). Angrenajele cu profil evolventic au o serie de dezavantaje:

razele mici de curbura ale flancurilor in contact determina o portanta redusa la oboseala de contact;

au contact liniar pe toata lungimea dintilor, deci abaterile directiei dintilor produc o repartitie neuniforma a sarcinii pe latimea danturii (K_Hb > 1

pierderi mari prin frecare.

Fig. 44 Angrenaje toroidale

Pentru a se inlatura aceste dezavantaje ale angrenajelor cu dantura evolventica s-au cautat solutii de a se executa flancurile dintilor din alte curbe, in general arce de cerc sau curbe asemanatoare, aparand mai multe tipuri de angrenaje cu profil arc de cerc (Bostock Bramley Moore si Walker in Anglia, Wildhaber in S.U.A. si Novikov in U.R.S.S.).

Angrenajul Novikov a fost in amanuntime cercetat motiv pentru care in cele ce urmeaza se va prezenta mai in detaliu angrenajul cilindric Novikov.

Dupa cum rezulta din fig. 45, a, angrenajul este format din doua roti cilindrice cu profilul dintilor in arc de cerc, fara deplasare de profil. Exista trei variante de angrenaje:

cu angrenare postpolara, la care tot segmentul de angrenare este dupa polul O (fig, 45 si fig. 46,a); flancul pinionului este format numai din capul dintelui si are forma convexa, iar flancul rotii este de forma concava si este format din piciorul dintelui;

cu angrenare antepolara (fig. 46,b), la care pinionul are dinti concavi, iar roata convexa;

cu angrenare antepostpolara (fig. 46,c), deci cu segmente de intrare si de iesire din angrenare ca la angrenajele evolventice, in care atat pinionul, cat si roata au dinti cu cap convex si picior concav.

Angrenajele antepostpolare sunt o solutie mai noua, iar datorita faptului ca realizeaza grad de acoperire axial, e_b mai mare decat celelalte 2 variante, au o portanta mai mare. De asemenea au roti mai inguste, iar pinionul si roata se pot realiza cu aceeasi freza, din care cauza reprezinta o solutie preferata in viitor.

Fig. 45 Angrenaul Novikov:

a)-angrenajul Novikov cu cremaliera inclinata; b)- angrenaj postpolar; c) linia de angrenare

In fig. 46,b s-a reprezentat un angrenaj postpolar, la care diametrele de divizare rostogolire ale rotilor sunt d₁ si d₂. Parametrul principal al angrenarii este punctul de rostogolire C. Razele de curbura ale flancurilor pot fi alese independent de diametrele de divizare ale rotilor.

Daca se adopta R₁ = R₂, contactul dintilor, teoretic liniar pe toata inaltimea dintelui, ar fi perturbat de orice erori, mai ales ale distantei dintre axe. Pentru acest motiv, Novikov a adoptat raze de curbura diferite (de obicei R₁ = l = 1,40 m_n si R₂ = 1,55 m_n); dintii in stare nerodata vor avea astfel un contact punctiform in punctul K, iar pe masura rodarii se ajunge la un contact liniar pe o parte din inaltimea dintilor.

Fig. 46 Variante ale angrenajului Novikov:

a)-angrenaj postpolar; b)- angrenaj antepolar; c)- angrenaj antepostpolar

Curbele celor doi dinti in contact nu sunt insa reciproc infasuratoare, deci contactul nu se mentine continuu intre cele doua flancuri. Angrenarea continua nu se poate realiza decat cu dinti inclinati, adica e_b

Angrenarea nu mai este frontala ca la angrenajul evolventic cu dinti drepti, ci longitudinala, punctul de contact K deplasandu-se din pozitia 1 in 2 si asa mai departe pe lungimea dintelui (fig. 45,c). Linia de angrenare K-K este locul geometric al acestor puncte si este amplasata de-a lungul dintelui.

Pentru a exista o continuitate a angrenarii este necesar ca grad de acoperire axial:

unde: b - latilea danturii;

p_x - pasul axial al danturii;

b - unghiul de inclinare al danturii;

m_n - modulul normal.

La angrenajele ante polare si post polare e_b , respectiv e_b

Si la angrenajele Novikov baza determinarii elementelor geometrice si a angrenarii danturii o formeaza o cremaliera de referinta cu dinti inclinati (fig. 45,a). Elementele profilului de referinta se precizeaza in sectiunea normala a cremalierei unde apar si profilele in arc de cerc, in functie de modulul normal m_n si unghiul de divizare a

Cauzele principale de scoatere din uz a angrenajelor in arc de cerc sunt deteriorarea flancurilor prin oboseala de contact si ruperea la baza dintelui prin oboseala la incovoiere.

Conform datelor experimentale, capacitatea portanta a angrenajelor Novikov la oboseala prin contact a flancurilor este de 1,5.1,75 ori mai mare decat a angrenajelor evolventice cu dinti inclinati.

Calculul angrenajelor Novikov, datorita formei dintilor si conditiilor speciale de incarcare, are o serie de particularitati prezentate detaliat in literatura de specialitate.

Angrenaje armonice. Transmisia armonica a aparut relativ recent (1960) si reprezinta o noua clasa de de transmisii mecanice cu posibilitati deosebite de utilizare in zona puterilor instalate mici (sub 100 kW). Principalele avantaje ale acestei transmisii sunt:

constructia compacta;

realizeaza rapoarte mari de transmisie.

Principiul de functionare al acestei transmisii este prezentat in fig. 47. Schema cea mai simpla a unei transmisii armonice se poate considera ca deriva din aceea a unui reductor planetar cu o roata centrala. Pe arborele de intrare 1 se monteaza generatorul de unde (deformatorul), G (3), care realizeaza apasarea unui inel elestic deformabil, E (5) pe inelul rigid R (6). Arborele de iesire 7 se cupleaza la elementul elastic. De regula apasarea se realizaza prin intermediul unor role 4 pentru micsorarea frecarii la rotirea relativa dintre inelele E si G. In functie de felul suprafetelor de contact ale inelelor E si G se pot obtine :

Fig. 47 Schema de principiu a unei transmisii armonice

o transmisie armonica prin frictiune, daca cele 2 suprafete de lucru sunt netede;

o transmisie armonica dintata (angrenaj armonic), daca cele 2 suprafete de lucru sunt dintate;

o transmisie armonica surub-piulita, daca cele 2 suprafete de lucru sunt elicoidale.

In continuare se va prezenta pe scurt numai angrenajul armonic.

Ansamblul unui reductor armonic de uz general intr-o treapta, fig. 48 cuprinde:

1 - arborele de intrare,

2 - suruburile de prindere ale celor 2 semicarcase;

3 - deformator (generator de unde) de forma eliptica;

4 - role de deformare;

5 - inel elastic dintat;

6 - inel (roata) rigid dintat care face corp comun cu una din semicarcasele reductorului;

7 - arbore de iesire cuplat direct cu deformatorul;

Elementele principale ale angrenajului armonic sunt: deformatorul 3, inelul elasic dintat 5 si inelul rigid dintat 6. Elementele 5 si 6 au dantura dreapta si acelasi modul, m = 0,5.1,0 mm), iar intre numerele de dinti ale acestora exista relatia:

z₆ - z₅ = n U

unde: n = 1, 2, 3 . (se recomanda n = 1)

U - numarul de brate (varfuri) ale deformatorului; U = 1, 2, 3 . (de regula U = 2)

Fig. 48 Reductor armonic cu o treapta

La montaj inelul elastic dintat 5 intra in interiorul rotii dintate rigide 6. Prin montarea deformatorului 3 cele 2 brate ale sale deformeaza inelul elastic 5 stabilind un contact (o angrenare) dintre 5 si 6 doar pe circa 50 % dintre dinti. Inelul rigid dintat 6 este fix, iar deformatorul 3 cuplat direct cu arborele de intrare 1, se roteste cu viteza unghiulara w si realizeaza o deformare ca o nuda armonica a inelului elastic 5, din care motiv transmisia s-a denumit transmisie armonica, iar elemntul 3, deformator sau generator de unde.

La o rotatie completa a generatorului 3, impreuna cu arborele 1, zona de angrenare se deplaseaza pe circomferinta si astfel, deoarece z₆ - z₅ = n U =1 , inelul elastic dintat 5, cuplat direct cu arborele de iesire 7, va ramane in urma cu 2 dinti. In acest fel se produce o rotire inversa a arborelui 7 in raport cu arborele 1, cu raportul de transmitere:

,

iar daca elementul 5 este fix si elementul 6 mobil:

Prin urmare, pentru a realiza rapoarte de transmitere mari este necesar simultan ca:

numerele de dinti z₅ si z₆ sa fie mari, deci modulele sa fie mici;

diferenta z₅ - z₆ sa fie mica.

De exemplu pentru: z₆ = 500 si z₅ - z₆ = 2 T

Se pot obtine in acest fel angrenaje armonice intr-o treapta cu rapoarte de transmitere i = 50 . 150 (300) si randament h , iar pentru 2 trepte i = 6400 . 25000 (80000) si randament h

Profilul dintilor poate fi drept (dinte triunghiular) sau, din considerente tehnologice si de precizie, profilul evolventic. Profilul de referinta al danturii si elementele geometrice ale danturii sunt ca la rotile dintate ciliundrice cu dinti drepti evolventici.

Inelul elastic dintat se executa din oteluri de imbunatatire, iar inelul dintat rigid din aliaje de aluminiu sau zinc.

Formele de deteriorare ale angrenajelor armonice sunt:

uzarea flancurilor dintilor ca urmare a solicitarilor de contact;

forfecarea dintilor la baza;

ruperea prin oboseala a elementului elastic;

uzare termica.