Цилиндрическое зубчатое колесо
CYLINDRICAL GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в цилиндрических зубчатых передачах.
Зубчатая передача относится к передачам зацеплением с непосредственным контактом ведущего и ведомого звеньев. Она состоит из двух зубчатых колёс, каждое из которых включает ступицу со шпоночные пазом и обод, на котором выполнены зубья, образуя зубчатый венец. Меньшее зубчатое колесо называется шестерней, а большее – колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и к колесу. Классификация зубчатых передач дана на стр. 130 (рис. 6.2) в книге Г.Ф. Прокофьев, Н.И. Дундин, Н.Ю. Микловцик. Конструирование приводов технологических машин: учебное пособие для вузов – 2-е изд., испр. и доп. – Архангельск: ИД САФУ 2014. – 504 с.
Наибольшее применение в технике нашли цилиндрические зубчатые передачи. В них каждое из двух зубчатых колес имеет форму цилиндра, полученного образующей прямой при вращении ее вокруг оси.
В поперечном сечении зубья могут иметь различный профиль,  откуда произошло название зацепления. Циклоидное зацепление – боковые поверхности зубьев выполнены в виде циклоиды. Оно нашло применение в часовых механизмах и в передачах, требующих высокую точность.
Эвольвентное зацепление – боковые поверхности зубьев выполнены в виде эвольвенты. Это основное зацепление в машиностроении, так как обладает большей прочностью, чем циклоидное зацепление и более технологично в изготовлении. Зацепление Новикова – боковые поверхности зубьев выполнены в виде цилиндров. Оно сложнее в изготовлении, так как требуется специальное оборудование и применяется в основном в оборонной промышленности. В предложенном техническом решении вид зацепления не имеет значения и может быть любым.
По расположению зубьев относительно образующей цилиндрические зубчатые передачи могут быть прямозубые, косозубые и шевронные. В прямозубых передачах зубья расположены параллельно образующей. Достоинства – простота изготовления и отсутствие боковых сил. Недостатки – повышенный износ, шум при больших скоростях, значительные габаритные размеры. Применяют при малых и средних окружных скоростях в основном в открытых передачах.
В косозубых передачах зубья расположены под углом к образующей. Достоинства – плавность зацепления, меньший шум, пониженные динамические нагрузки. Основной недостаток косозубых колес по сравнению с прямозубыми – наличие осевой силы, стремящейся сдвинуть колесо с валом вдоль его оси, что усложняет работу подшипниковых узлов. Рекомендуемый угол наклона зубьев β = 8...18°. Менее восьми градусов угол  β выполнять не рекомендуется, так как в этом случае эффект незначительный. При β > 18° возникают большие осевые силы.
Шевронное колесо представляет собой сдвоенное косозубое колесо. Описание его приведено на странице 135-136 вышеупомянутого источника. Оно взято за прототип. Достоинство - вследствие разного направления наклона зубьев на полушевронах осевые силы взаимно уравновешиваются на колесе и на подшипники не передаются. Это позволяет у шевронных колес увеличить угол наклона зубьев β = 25.. .40°, что повышает прочность зубьев. Минусы шевронных колес - недостаточные плавность зацепления и длина линий контакта зубьев.
Задача, на которую направлено изобретение – повышение надежности работы зубчатой передачи за счет плавности зацепления зубьев и увеличения линии контакта зубьев. Это достигается тем, что зубья относительно образующей выполнены в виде синусоиды, выражаемой соотношением:
y
A
x/B
А
x = B/2,        B
x
=  sin (180°·), где:  – наибольшая выпуклость зубьев при  – ширина обода зубчатого колеса,   – расстояние от торца зубчатого колеса до рассматриваемой точки. На фиг.  показано зубчатое колесо предложенной конструкции. Оно включает зубья 1, обод 2, ступицу 3 со шпоночным пазом 4. Характер расположения каждого из зубьев относительно образующей показан в виде одной синусоиды 5. Работает зубчатое колесо предложенной конструкции следующим образом. Зубья ведущего зубчатого колеса входят в зацепление с зубьями ведомого зубчатого колеса, приводят его во вращение и передают вращающий момент. Плавность зацепления и большая длина контакта зубьев обеспечивают надежную работу зубчатой передачи, при этом боковые силы отсутствуют.