ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело со ступицей и зубчатый венец с зубьями  (см., например, Иосилевич Г.Б. и др. Прикладная механика: Для студентов втузов /Г.Б. Иосилевич, П.А. Лебедев, В.С. Стреляев. - М.: Машиностроение, 1985. - 576 с., ил., стр. 315, рис. 20.2).
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что тело колеса между ступицей и зубчатым венцом выполнено сплошным, зубчатый венец выполнен как часть тела, - все это приводит к неоправданному расходу материала, идущего на изготовление колеса, особенно при большом диаметре колеса.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2544467, кл. F16Н 55/12, опубл. 20.03.2015 г., Бюл. №8. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело со ступицей и зубчатый венец с зубьями, причем участок тела между ступицей и зубчатым венцом выполнен в виде пары дисков, укрепленных на торцах ступицы и торцах зубчатого венца; зубчатый венец выполнен в виде отдельных зубьев, не связанных между собой; зубья укреплены своими торцами между этими дисками, причем зубья выполнены усеченными по своим основаниям, с сохранением рабочих участков своих боковых поверхностей.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что при его работе со смазыванием - жидким или пластичным смазочным материалом - этот смазочный материал будет попадать (вследствие взаимодействия с зубьями парного колеса в процессе зацепления и под воздействием силы тяжести) со смазываемых поверхностей зубьев в область между зубчатым венцом и ступицей, накапливаясь в этой области (при смазывании пластичным материалом) или смачивая внутренние поверхности дисков и поверхность ступицы. Накапливание в этой области пластичного смазочного материала будет приводить к его перерасходу и способствовать загрязнению этой области. Смачивание же поверхностей в этой области жидким смазочным материалом будет приводить к образованию излишних поверхностей, смоченных смазочным материалом, что будет способствовать увеличению площади контактирования смазочного материала с окружающим воздухом, что будет способствовать дополнительному окислению смазочного материала и, как следствие, ухудшению его свойств. Кроме того, наличие на поверхностях этих областей любого смазочного материала будет способствовать загрязнению этих поверхностей пылью из окружающего воздуха и т.п.
Изобретением решается задача повышения эксплуатационных характеристик зубчатого колеса при работе его в режиме смазывания.
Для этого зубчатое колесо содержит тело и зубчатый венец с зубьями, участок тела между ступицей и зубчатым венцом выполнен в виде пары дисков, укрепленных на торцах ступицы и торцах зубчатого венца; зубчатый венец выполнен в виде отдельных зубьев, не связанных между собой; зубья укреплены своими торцами между этими дисками; зубья выполнены усеченными по своим основаниям с сохранением рабочих участков своих боковых поверхностей; причем между основаниями зубьев и осью колеса, с зазором относительно оснований, равным величине осевого зазора колеса, расположено кольцо шириной, равной ширине зубьев и укрепленное своими торцами между внутренними торцами дисков; между основаниями зубьев и кольцом расположены вставки, имеющие в плане размеры, равные размеру проекции оснований на кольце, и перекрывающие зазоры между основаниями зубьев и кольцом по всей этой проекции.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: зубчатое колесо (вид с торца) - фиг. 1, то же колесо (вид сбоку в сечении) - фиг. 2, зуб зубчатого колеса (вид с торца) - фиг. 3.
На чертеже показаны: ступица 1, тело колеса - торцевые диски 2 и 3, зубья 4, основания 5 зубьев, рабочие участки 6 боковых поверхностей зубьев, кольцо 7, вставки 8; величина осевого зазора С зубчатого венца, длина l рабочих участков 6 боковых поверхностей зубьев, высота h зубьев.
Зубчатое колесо состоит из ступицы 1, тела, выполненного в виде пары торцевых дисков 2 и 3, укрепленных на торцах ступицы и имеющих диаметр, равный диаметру окружности вершин зубьев зубчатого венца, и зубчатого венца, выполненного из отдельных, не связанных между собой зубьев 4. Зубья своими торцами жестко укреплены между торцевыми дисками 2 и 3, зубья 4 выполнены усеченными по своим основаниям 5, с сохранением рабочих участков 6 (длиной l) своих боковых поверхностей. Между основаниями 5 зубьев, с зазором относительно них величиной С, равным осевому зазору колеса, расположено кольцо 7, ширина которого равна ширине зубьев 4; это кольцо укреплено соосно относительно оси колеса - своими торцами между внутренними поверхностями торцевых дисков 2 и 3. Кольцо 7 не предназначено для восприятия рабочих нагрузок колеса, толщина его минимальна, а само кольцо может быть выполнено, например, из пластмассы. Между основаниями 5 зубьев и кольцом 7 расположены вставки 8, по ширине равные ширине зубьев 4 (зубчатого венца), с примыканием к торцевым накладкам 2 и 3. Толщина вставок равна величине проекции толщины оснований зубьев 4 на кольце 7. Вставки также не предназначены для восприятия силовых нагрузок и могут быть выполнены, например, из пластмассы. Вставки 8 между зубьями 4 и кольцом 7 обеспечивают наличие осевого зазора зубчатого венца, что предотвращает заклинивание парных зубьев в зацеплении; они способствуют образованию закрытых карманов для смазочных материалов, используемых для смазывания зубчатого колеса, помимо этого наращивание зубьев колеса по их высоте за счет вставок, изготавливаемых из недорогого материала, отличного от материала зубьев, способствует снижению издержек на изготовление колеса.
Работает данное зубчатое колесо следующим образом. При зацеплении в передаче с парным колесом, рабочие нагрузки воспринимаются (передаются) рабочими участками 6 (длиной l) боковых поверхностей зубьев (4) каждого зуба отдельно, при этом рабочие нагрузки на другие зубья не передаются. Рабочие участки 6 соседних зубьев, обращенные друг к другу, участки торцевых дисков 2 и 3 между этими зубьями, поверхности вставок 8 и поверхности кольца 7 совместно образуют карманы, не соединенные с областью колеса между кольцом 7 и ступицей 1. Поэтому при смазывании колеса смазочный материал (пластичный или жидкий) в эти области не попадает.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса не позволяет при его смазывании попадать смазочному материалу в области между основаниями зубьев и ступицей, тем самым снижается перерасход смазочного материала, предотвращается загрязнение этой области (смазочным материалом, грязью и т.п.), а также лучше сохраняются эксплуатационные свойства смазочного материала.