ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в тихоходных зубчатых передачах с крупномодульными зубчатыми колесами, смазываемыми жидкими смазочными материалами методом погружения.
Известна конструкция зубчатого колеса, содержащего тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках тела, прилегающих к зубчатому венцу, см., например, патент США №3861231, Кл. 74-410, 1976 г.
Недостаток данного зубчатого колеса состоит в том, что жидкий смазочный материал, захваченный зубьями колеса из масляной ванны - при их погружении в эту ванну - в процессе проворачивания колеса в сторону зоны зацепления парных зубчатых колес, нуждающуюся в смазывании, стекает с поверхностей зубьев колеса, и к моменту входа этих зубьев в зацепление с зубьями парного колеса они могут уже не нести на себе достаточного количества смазочного материала, необходимого для качественного смазывания зоны трения сопряженных зубьев парных колес. Это интенсифицирует процесс изнашивания зубьев парных колес.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2536286, кл. F16H 55/10, F16H 55/17, F16H 57/04, опубл. 20.12.2014 г., Бюл. №35. Сущность изобретения состоит в том, что колесо содержит тело, пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела колеса, наружный диаметр которых равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, и зубчатый венец, выполненный из полых зубьев, каждый из которых состоит из пары пластин, изогнутых по профилю боковых поверхностей расчетного для данного колеса зуба и закрепленных между торцевыми накладками на теле колеса. В пластине, являющейся опережающей при вращении колеса, на участке примыкания ее к телу колеса вдоль ширины зубчатого венца выполнены сквозные отверстия. Вторая пластина снабжена Г-образным элементом шириной, равной ширине этой пластины, одна полка элемента закреплена на этой пластине в районе окружности вершин зубчатого венца с образованием зазора между элементом и первой пластиной, а другая его полка ориентирована в сторону тела колеса, с образованием зазора относительно него. Полости зубьев, при погружении зубьев в жидкий смазочный материал ванны, захватывают этот смазочный материал - через зазоры области вершин зубьев - и, при вращении колеса, переносят его в сторону зоны зацепления, при приближении к которой смазочный материал из полостей зубьев выдается наружу - на смазываемые поверхности трения зубьев.
Недостаток прототипа состоит в том, что совокупность сечений сквозных отверстий в пластинах, образующих набегающие боковые поверхности зубьев, может быть недостаточной для оптимального опорожнения полостей зубьев от смазочного материала, набранного ими из масляной ванны (т.к. отверстия выполнены в части ширины пластины). Кроме того, полки Г-образных элементов, обращенные в сторону тела колеса, ориентированы радиально относительно колеса, в то время как боковые поверхности зубьев, как правило, криволинейны; следовательно, криволинейными будут и пластины, образующие эти поверхности (у рассматриваемого колеса). А выполнение Г-образных элементов прямолинейными не позволяет образовывать внутри полых зубьев (с криволинейными боковыми поверхностями) объемы, заполняемые смазочным материалом, требуемой величины. Это не позволяет захватывать полостями полых зубьев достаточного количества смазочного материала из масляной ванны. Кроме того, уровень смазочного материала в самой масляной ванне может быть недостаточной высоты, чтобы смазочный материал мог попасть из нее в полости зубьев. Это может привести к тому, что смазочный материал из масляной ванны вообще не попадает в полости зубьев, что значительно ухудшит процесс смазывания элементов передачи, т.к. смазочный материал, захватываемый боковыми (трущимися) поверхностями самих зубьев, может быть недостаточным для оптимального смазывания трущихся поверхностей взаимно сопрягаемых зубьев парных зубчатых колес.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и обеспечения качества смазывания зубчатых колес передачи с учетом высоты уровня смазочного материала масляной ванны.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела, наружный диаметр которых равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, и зубчатый венец, выполненный из полых зубьев. Каждый зуб выполнен из пары изогнутых пластин, образующих боковые поверхности зубьев и закрепленных между внутренними торцами кольцевых накладок. В пластине, образующей опережающую - при вращении колеса - боковую поверхность, на участке ее примыкания к телу колеса выполнено сквозное окно, ширина которого равна ширине этой пластины, а высота окна равна высоте нерабочего участка боковой поверхности зуба, расчетного для данного колеса. Полка Г-образного элемента, ориентированная в сторону тела колеса, выполнена эквидистантной первой пластине, а высота этой полки задана с обеспечением зазора между концом этой полки со стороны тела колеса и минимальным верхним уровнем смазочного материала масляной ванны.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид с торца в разрезе (фиг. 1) и тот же фрагмент - вид сбоку в разрезе (фиг. 2).
1
2
3
1
2
На чертежах показаны: тело 1 зубчатого колеса, кольцевые накладки 2 и 3, окружность 4 вершин зубчатого венца, внутренняя окружность 5 кольцевых накладок (2 и 3), окружность 6 оснований зубчатого венца, пластины 7 и 9, наружные (боковые) поверхности 8 и 10 пластин (7 и 9), полки 11 и 13 Г-образного элемента, вершина 12 зуба; полость 14 полого зуба, заполняемая смазочным материалом; высота H зуба (зубчатого венца); высота C окна в пластине (7); зазоры С и С; высота h полки (13) Г-образного элемента; расстояние h между полкой (13) и телом (1) колеса; направление вращения ω колеса.
1
2
1
2
3
Зубчатое колесо содержит тело 1, пару кольцевых накладок 2 и 3, укрепленных на торцах тела колеса, наружный диаметр которых равен диаметру окружности вершин 4 зубчатого венца колеса, а их внутренний диаметр (5) - меньше диаметра окружности 6 оснований зубчатого венца, и зубчатый венец, выполненный из полых зубьев высотой Н. Каждый зуб выполнен из пары изогнутых пластин, образующих боковые поверхности зубьев и закрепленных между внутренними торцами кольцевых накладок 2 и 3. В каждой пластине (7), образующей опережающую - при вращении ω колеса - боковую поверхность 8 зуба, на участке ее примыкания к телу 1 колеса, выполнено сквозное окно; ширина этого окна равна ширине пластины 7 (ширине зубчатого венца колеса), а высота этого окна равна высоте нерабочего участка C боковой поверхности 8 зуба, расчетного для данного колеса. Вторая пластина (9), образующая отстающую боковую поверхность 10 зуба, снабжена Г-образным элементом шириной, равной ширине этой пластины. Одна полка (11) этого элемента закреплена на пластине 9 в районе окружности вершин 4 зубчатого венца, с образованием вершины 12 зуба, с зазором С между полкой 11 и пластиной 7. А другая полка (13), высотой h ориентирована в сторону тела (1) колеса и расположена эквидистантно пластине 7. Расстояние между полкой 13 и телом (1) колеса равно h; это расстояние задано с учетом образования зазора С между полкой 13 и верхним уровнем ВУ жидкого смазочного материала масляной ванны. Внутренние поверхности полок 11 и 13, пластины 9 и кольцевых накладок 2 и 3 образуют полость 14, заполняемую смазочным материалом из масляной ванны.
2
1
При работе колеса в передаче и его вращении (ω) все зубья зубчатого венца поочередно периодически погружаются в жидкий смазочный материал масляной ванны. При этом смазочный материал затекает в полости полых зубьев через зазоры С в области вершин 12 зубьев (когда зубья погружены в масляную ванну и их вершины ориентированы вниз по вертикали). Смазочный материал заполняет часть полостей полых зубьев - полости 14, образованные внутренними поверхностями пластин 9, полок 13 и кольцевых накладок 2 и 3. При дальнейшем проворачивании колеса зубья переориентируются своими вершинами 12 вверх по вертикали; и смазочный материал, захваченный полостями 14 зубьев, вытекает из полых зубьев через сквозные окна в пластинах 7 (высотой C), заполняя впадины между соседними зубьями и смазывая боковые (трущиеся) поверхности этих зубьев.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет образовывать участки объемов полостей зубьев, заполняемых смазочным материалом, достаточными для захватывания ими достаточного количества смазочного материала, идущего на смазывание трущихся поверхностей зубьев. Кроме того, выполнение сквозных выливных окон (по всей ширине зубьев) вместо совокупности сквозных отверстий, служащих для опорожнения полостей зубьев, заполненных смазочным материалом, позволяет опорожнять полости зубьев своевременно, до подхода зубьев к зоне зацепления с зубьями парного зубчатого колеса. А выполнение высоты этих окон равной высоте нерабочих участков боковых поверхностей зубьев учитывает то, что эти участки в зацеплении не участвуют и зубьями парного колеса не перекрываются. Выполнение полок Г-образных элементов, обращенных в сторону тела колеса и образующих объемы, заполняемые смазочным материалом, эквидистантными криволинейным пластинам, образующим боковые (набегающие) поверхности зубьев, позволяет оптимизировать объем полостей, заполняемых смазочным материалом. А выполнение необходимого зазора между концами Г-образных элементов, обращенных в сторону тела колеса, и минимальным верхним уровнем смазочного материала масляной ванны позволяет осуществлять заполнение полостей зубьев смазочным материалом при минимальном этом уровне, что позволяет, при проворачивании колеса в зону зацепления с парным колесом, осуществлять перенос смазочного материала в эту зону и обеспечить ее нормальное смазывание. Укорачивание высоты полок Г-образных элементов, обращенных в сторону тела колеса, и тем самым уменьшение объема полостей зубьев, заполняемых смазочным материалом, не ухудшает процесс смазывания, т.к. заполняемый смазочным материалом объем полых зубьев достаточно велик, чтобы захватить из масляной ванны достаточное количество смазочного материала, особенно при крупномодульных зубьях большой высоты (Н).