ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах с крупномодульными зубчатыми колесами, смазываемых жидкими смазочными материалами методом погружения.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями (см., например, «Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1985. - 416 с., ил.», стр. 42, рис. 5.1).
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что при работе его со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения количество смазочного материала, захватываемое из масляной ванны боковыми (трущимися) поверхностями зубьев зубчатого колеса, может быть недостаточным для обеспечения достаточного смазывания этих поверхностей в процессе работы колеса в передаче, что будет интенсифицировать изнашивание этих поверхностей, способное привести к выходу колеса из строя.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2536286, кл. F16H 55/10, F16H 55/17, F16H 57/04, опубл. 20.12.2013 г., Бюл. №35. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из полых зубьев, состоящих из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилям боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок, наружный диаметр которых равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, укрепленных на торцах тела, и между которыми и на теле колеса укреплены пластины, образующие зубья. У каждого зуба в пластине, являющейся опережающей по ходу вращения колеса, в области ее примыкания к телу, выполнены сквозные отверстия. На конце другой пластины, являющейся отстающей, со стороны окружности вершин зубчатого венца и между кольцевыми накладками, укреплен Г-образный элемент, одна полка которого параллельна вершине зуба и расположена с зазором относительно опережающей пластины, а вторая полка ориентирована в сторону тела и выполнена с зазором относительно него. При погружении каждого зуба в масляную ванну с жидким смазочным материалом, когда этот зуб ориентирован своей вершиной вниз по вертикали, смазочный материал затекает в полость зуба -через зазор между Г-образным элементом и опережающей пластиной в области вершины зуба. При проворачивании колеса в сторону зацепления с парным зубчатым колесом и выходе зубьев из масляной ванны смазочный материал удерживается в объемах полостей зубьев, образованных отстающими пластинами, кольцевыми накладками и Г-образными элементами. При дальнейшем проворачивании колеса смазочный материал вытекает из этих объемов через сквозные отверстия в опережающих пластинах, попадая в область впадин зубьев, ограниченных с торцов кольцевыми накладками, которые совместно образуют масляные ванны, посредством которых (при их заполнении вытекшим смазочным материалом) происходит смазывание боковых (трущихся) поверхностей зубьев колеса, а также и боковых (трущихся) поверхностей зубьев парного зубчатого колеса при их погружении в масляную ванну. Это позволяет осуществить дополнительное смазывание зубьев парных сопряженных колес, что значительно снижает процесс их изнашивания.
Недостаток прототипа состоит в том, что пластины, образующие боковые поверхности зубьев, имеют определенную толщину, вследствие этого при определенной конструкции зубьев и определенной толщине этих пластин между ними может не быть зазора, а пластины своими концами в области вершин зубчатого венца могут примыкать друг к другу, образуя своими сомкнутыми концами вершины зубьев. При этом затекание смазочного материала в полости зубьев через область вершин зубьев осуществлено быть не может. Кроме того, два участка каждой боковой поверхности зуба, один из которых расположен со стороны тела колеса, а второй расположен со стороны вершины зуба, работают в режиме двухпарного зацепления (участок в области полюса зацепления работает в режиме однопарного зацепления), следовательно, контактные нагрузки, действующие на эти два участка, вдвое меньше, чем на участке с однопарным зацеплением. Поэтому выполнять боковые поверхности зубьев одинаковыми по ширине нецелесообразно, т.к. это приводит к перерасходу материала, идущего на изготовление этих поверхностей и увеличение издержекна изготовление колеса в целом.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижения издержек на его изготовление, с обеспечением оптимального его смазывания.
Для этого зубчатое колесо содержит тело и зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилю боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок, наружный диаметр которых равен диаметру окружности зубчатого венца, укрепленных на торцах тела, и между которыми и на теле колеса укреплены пластины. У каждого зуба в пластине, являющейся опережающей по ходу вращения колеса, в области ее примыкания к телу выполнено сквозное отверстие. Причем сквозное отверстие выполнено в виде вырезанного участка этой пластины, прилегающего к телу колеса. Ширина этого участка равна половине ширины зуба, а высота этого участка равна сумме высоты нерабочего участка боковой поверхности и высоты рабочего участка боковой поверхности со стороны тела колеса, работающего в режиме двухпарного зацепления. Участок аналогичной ширины вырезан в опережающей пластине со стороны вершины зуба, высота выреза равна высоте рабочего участка боковой поверхности со стороны вершины зуба, работающего в режиме двухпарного зацепления. Оба выреза расположены симметрично относительно кольцевых накладок. Аналогичные вырезы выполнены и в отстающих пластинах зубьев. В полости каждого зуба расположена вставка, имеющая в плоскости вращения колеса сечение Л-образной формы, укрепленная своими полками на внутренних поверхностях пластин, образующих зуб, и перекрывающая своими полками вырезы в этих пластинах. Полка вставки, укрепленная на отстающей пластине, примыкает к телу колеса, а полка вставки, укрепленная на опережающей пластине, выполнена с зазором относительно тела колеса; а высота зазора соизмерима с высотой выреза в этой пластине со стороны тела колеса.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса с местным разрезом - вид с торца (фиг. 1) и разрез данного фрагмента - вид сбоку (фиг. 2 и 3).
1
1
3
4
2
3
4
2
На чертежах показаны: тело 1 зубчатого колеса, пластины 2 и 3, боковые поверхности 4 и 5 зубьев, кольцевые накладки 6 и 7, наружный периметр 8 накладок, внутренний периметр 9 накладок, окружность 10 впадин зубчатого венца, полки 11 и 12 вставки, полость 13; высота Н зубьев; толщина C пластин 2 и 3; ширина В пластин 2 и 3 (ширина зубьев); направление вращения ω колеса; высоты h и h вырезов; высота h нерабочего участка боковой поверхности зуба; высоты h и h рабочего участка боковой поверхности с двухпарным зацеплением; высота h рабочего участка боковой поверхности с однопарным зацеплением; толщина С полок вставки; ширина  вершины зуба; ширина  концов пластин 2 и 3 по окружности вершин зубчатого венца, зазор Δ.
1
Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец с полыми зубьями высотой Н, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин 2 и 3 толщиной С, изогнутых по профилям боковых поверхностей 4 и 5 зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок 6 и 7, диаметр наружного периметра 8 которых равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, диаметр внутреннего периметра 9 накладок меньше диаметра окружности 10 впадин зубчатого венца. Накладки укреплены на торцах тела 1. Между накладками 6, 7 и на теле 1 колеса укреплены зубья колеса (пластины 2 и 3, образующие зубья колеса). В обеих пластинах (2 и 3), образующих каждый зуб, выполнена пара вырезов, ширина которых равна В/2 (половине ширины В зуба); вырезы расположены симметрично относительно кольцевых накладок 6, 7 и выполнены симметрично относительно плоскости симметрии зуба. В каждой пластине (2 или 3) один вырез примыкает к телу колеса и его высота равна сумме высоты нерабочего участка боковой поверхности зуба и высоте рабочего участка боковой поверхности со стороны тела, работающего в режиме двухпарного зацепления. Второй вырез примыкает к вершине зуба, и его высота равна высоте рабочего участка боковой поверхности со стороны вершины зуба с двухпарным зацеплением. Внутри полости каждого зуба расположена вставка, имеющая в плоскости вращения колеса сечение Л-образного вида, перекрывающая вырезы в пластинах и укрепленная своими полками 11 и 12 на внутренних поверхностях пластин 2 и 3, образующих зуб. Полка 11, укрепленная на пластине 3, примыкает к телу 1 колеса; полка 12, укрепленная на пластине 2, выполнена с зазором Δ относительно тела 1 колеса. Внутренние поверхности полок 11, 12 и кольцевых накладок 6, 7 образуют полость 13 зуба, открытую с одной стороны - через зазор Δ.
При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения и вращения со колеса, все зубья колеса поочередно погружаются в смазочный материал масляной ванны, при этом зубья ориентированы вершинами вниз по вертикали. При этом смазочный материал через вырез в пластине 2 (в области оснований зубьев) и зазор Δ затекает в полости 13 зубьев, заполняя их. При дальнейшем проворачивании колеса и выходе зубьев из масляной ванны смазочный материал удерживается в полостях 13. При дальнейшем проворачивании колеса в сторону зоны зацепления зубьев колеса с зубьями парного колеса смазочный материал вытекает через вышеуказанные зазоры и вырезы и поступает в области впадин зубчатого венца колеса, ограниченные с торцов кольцевыми накладками 6 и 7, эти области, заполняемые смазочным материалом, выполняют функцию масляных ванн, из которых осуществляется смазывание боковых (трущихся) поверхностей зубьев колеса, а также боковых (трущихся) поверхностей зубьев парного зубчатого колеса при их погружении в эти впадины, заполненные смазочным материалом. Смазывание таким образом трущихся поверхностей зубьев обоих парных зубчатых колес позволяет значительно снизить изнашивание этих поверхностей.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет снизить издержки на его изготовление (за счет выполнения вырезов в боковых поверхностях зубьев - пластинах 2 и 3, с учетом парности зацепления этих поверхностей, и снижения расхода материала на их изготовление); при этом (за счет обеспечения заполняемости полостей зубьев наличием вставок) обеспечивается оптимальное смазывание трущихся поверхностей зубьев колеса (а также и зубьев парного зубчатого колеса).