ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах, зубья зубчатых колес которых подвержены нагружениям разной величины при вращении колес в каждом из двух направлений.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями - см., например, «Боков В.Н. Детали машин. М., Высшая школа, 1960 г.», с. 342, рис. 28.
Недостаток данного зубчатого колеса состоит в том, что зубья его зубчатого венца выполнены цельными, в то время как непосредственно для работы колеса в передаче необходимы только боковые поверхности его зубьев, участвующие в зацеплении с парным зубчатым колесом. А выполнение зубьев цельными приводит к перерасходу материала, идущего на их изготовление. Кроме того, при изнашивании зубьев их ремонт весьма затруднен.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2532451, кл. F16H 55/10, F16H 55/17, опубл. 10.11.2014 г., Бюл. №31. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец, состоящий из полых зубьев, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилю боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела, между которыми и по окружности тела укреплены зубья зубчатого венца.
Недостаток прототипа состоит в том, что конструкция зубчатого колеса, в частности - конструкция зубьев его зубчатого венца, не учитывает возможную разницу в режимах нагружения каждой из двух боковых поверхностей каждого зуба при различных режимах нагружения зубьев (и их боковых поверхностей) при вращении колеса в одну и в другую (противоположную) сторону (при реверсивном режиме работы колеса), когда при вращении колеса в одну сторону это колесо передает (или воспринимает) большую нагрузку (рабочий ход колеса), а при вращении в другую сторону это колесо передает (или воспринимает) меньшую нагрузку (холостой ход колеса). Также, при нереверсивной работе колеса рабочие нагрузки колесо передает (или воспринимает) только одной боковой поверхностью каждого отдельного зуба; вторая боковая поверхность каждого зуба в зацеплении не участвует, она может только предотвращать заклинивание парных зубчатых колес при самоходе колеса в обратную сторону. Одним из параметров пластин, образующих полые зубья у прототипа, которые обеспечивают прочность, жесткость и износостойкость этих пластин, является толщина этих пластин. А выполнение обеих пластин, образующих каждый отдельный зуб, одинаковой толщины - в случае неравного нагружения пластин каждого зуба - приводит к нерациональному расходованию материала, идущего на изготовление этих зубьев, что увеличивает издержки на изготовление зубьев и колеса в целом.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижения издержек на его изготовление.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец, состоящий из полых зубьев, каждый из которых состоит из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилю боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела, между которыми и по окружности тела укреплены зубья зубчатого венца. Причем соотношение между толщинами обеих пластин каждого зуба прямо пропорционально соотношению испытываемых этими пластинами нагрузок при работе колеса.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен фрагмент зубчатого колеса с местным разрезом - вид с торца.
1
2
1
2
На чертеже показаны: тело 1 зубчатого колеса, пластины 2 и 3, кольцевые накладки 4 и 5, наружный периметр (окружность вершин зубчатого венца) 6 кольцевых накладок, внутренний периметр 7 кольцевых накладок, окружность 8 оснований зубчатого венца; толщины C и C пластин (2 и 3); направления вращения ω и ω зубчатого колеса.
1
1
2
1
2
Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец, состоящий из полых зубьев, каждый из которых состоит из пары прямоугольных пластин 2 и 3, изогнутых по профилю боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок 4 и 5, укрепленных на торцах тела 1. Диаметр наружного периметра 6 кольцевых накладок равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, диаметр внутреннего периметра 7 кольцевых накладок меньше диаметра окружности 8 оснований зубчатого венца. Пластины 2 и 3 укреплены на внутренних торцах кольцевых накладок 4, 5 и на наружном периметре (окружности) тела 1. Толщины пластин 2 и 3, образующих обе боковые поверхности каждого зуба, выполнены отличными друг от друга, прямо пропорционально зависящими от воспринимаемых ими при работе колеса нагрузок. Так, например, при вращении колеса ω и его работе в качестве ведомого колеса, при нереверсивном режиме работы передачи (колеса), нагруженной для каждого зуба является пластина 2, образующая отстающую боковую поверхность этого зуба; вторая пластина - 3 (образующая набегающую боковую поверхность зуба) в работе колеса не участвует и нагружению не подвергается; она может служить только для предотвращения заклинивания парных зубчатых колес при самоходе колеса - в обратную сторону. В случае реверсивной работы передачи (колеса), когда при вращении колеса в одну сторону каждый зуб подвержен номинальному (рабочему) нагружению, а при вращении колеса в другую сторону (холостой ход колеса или его работа в режиме меньшего нагружения) каждый зуб подвержен меньшему нагружению, то, соответственно, в первом случае пластина, участвующая в зацеплении с зубьями парного колеса, испытывает нагружение, большее чем во втором случае. Так, например, при вращении колеса ω работе его в качестве ведомого и в режиме номинального (большего) нагружения его зубьев, более нагруженной, чем при реверсе ω колеса и работе его в режиме холостого хода (или в режиме меньшего его нагружения), большее нагружение испытывает пластина 2, чем пластина 3. Соответственно, для обеспечения прочности, жесткости и износостойкости пластина 2 должна иметь большую толщину, чем пластина 3. Поэтому толщины пластин 2 и 3 (толщины C и C) задаются прямо пропорционально нагрузкам, которым эти пластины подвержены при работе колеса в передаче. Это обеспечивает равнопрочность обеих пластин, составляющих каждый отдельный зуб.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет оптимизировать конструкцию его зубьев, увязав ее с режимами нагружения этих зубьев. За счет оптимизации толщины пластин, образующих зубья колеса, снижаются расходы на изготовление этих зубьев и зубчатого колеса в целом.