ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в реверсивных зубчатых передачах, работающих в режимах ударных нагрузок.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках тела, прилегающих к зубчатому венцу - см. А.С. СССР №1523756, кл. F16H 55/12, опубл. 23.11.89 г., Бюл. №43. Кольцевые накладки придают зубьям зубчатого венца дополнительные жесткость и изгибную прочность.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что при его работе в режиме ударного нагружения, зубья, испытывая динамические ударные нагрузки, подвержены - по своим боковым рабочим поверхностям - усиленному изнашиванию и пластическому деформированию этих рабочих поверхностей, искажающих рабочий профиль зубьев, и способных привести к изломам зубьев; кроме того, зубчатое колесо, воспринимая ударные нагрузки, передает их далее - следующим элементам зубчатой передачи, находящимся с ним в кинематической связи - подшипникам валов и др.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса нереверсивной зубчатой передачи по патенту на изобретение РФ №2525323, кл. F16H 55/12, опубл. 10.04.2014 г., Бюл. №22. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело и зубчатый венец, состоящий из отдельных, не связанных между собой и с телом колеса зубьев, каждый из которых укреплен шарнирно, с возможностью поворота в плоскости вращения колеса, между парой кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела, и наружный диаметр которых больше диаметра окружности основании зубчатого венца. На теле колеса, в плане проекции зубьев на тело, выполнены плоские площадки, перпендикулярные радиусам колеса, площадки выполнены за счет среза участков окружности колеса. Половина основания ножки каждого зуба, расположенная со стороны его боковой поверхности, подверженной ударному нагружению, при радиальном расположении зуба примыкает к телу колеса. Вторая половина этой ножки выполнена укороченной, основание этой половины представляет собой плоскость, перпендикулярную оси симметрии зуба. А между этим основанием и телом колеса расположена упругая прокладка, площадь которой в плане равна площади этого основания. Упругие прокладки позволяют осуществлять проворачивание зубьев под действием ударных нагрузок и тем самым - демпфировать ударные нагрузки, воздействующие - при работе колеса в передаче (нереверсивной) - на рабочие боковые поверхности зубьев (вторая боковая поверхность каждого зуба является нерабочей: часть высоты этой поверхности занята упругой прокладкой).
Недостаток прототипа состоит в том, что конструкция зубьев такого колеса не позволяет использовать его в реверсивной зубчатой передаче, т.к. часть высоты каждого зуба со стороны одной его боковой поверхности занята упругой прокладкой, из-за чего эта боковая поверхность является неработоспособной. А уменьшить толщину упругой прокладки не всегда возможно, т.к. необходимо обеспечить требуемое качество демпфирования ударной нагрузки, действующей на зуб. Кроме того, фиксация упругой прокладки относительно зуба и тела колеса является ненадежной: прокладка подвержена смещению при повороте зуба.
Изобретением решается задача расширения функциональной возможности зубчатого колеса и повышения надежности его работы.
Для этого зубчатое колесо содержит тело и зубчатый венец, состоящий из отдельных, не связанных между собой и с телом колеса зубьев, каждый из которых укреплен шарнирно, с возможностью поворота в плоскости вращения колеса, между парой кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела колеса. Половина основания ножки каждого зуба, расположенная со стороны его боковой поверхности, подверженной ударному нагружению, при радиальном расположении зуба примыкает к телу колеса. Вторая половина этой ножки выполнена усеченной по высоте, а между основанием этой половины и телом колеса расположена упругая прокладка, площадь которой в плане равна площади этого основания. Причем укорачивание половины ножки каждого зуба выполнено на величину не большую, чем высота нерабочего участка боковой поверхности зуба. Под укороченными половинами ножек зубьев в теле колеса выполнены вырезы, совпадающие в плане и по площади этим половинам и в которых расположена нижняя часть упругих прокладок. Глубина вырезов задана с учетом размещения между основаниями укороченных половин ножек и дном вырезов упругих прокладок толщиной, обеспечивающей оптимальную работу зубьев в режиме их ударного нагружения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид со стороны вершин зуба (фиг. 1), разрезы этого фрагмента - виды со стороны торца колеса: при нагружении зуба номинальной нагрузкой (фиг. 2) и при ударном нагружении зуба (фиг. 3).
н
у
н
т
На чертежах показаны: тело 1 зубчатого колеса, зуб 2 зубчатого венца, ось 3, кольцевые накладки 4 и 5, наружный периметр 6 накладок, окружность 7 оснований зубчатого венца, внутренний периметр 8 накладок, фиксаторы 9 и 10, вершина 11 зуба, боковые поверхности 12 и 13 зуба, плоская площадка 14, основания 15 и 16 половин ножки зуба; упругая прокладка 17, антифрикционная пластина 18; номинальная нагрузка Р; ударная нагрузка Р; радиальная ось У-У зуба; высота h нерабочего участка боковой поверхности зуба; глубина h выреза в теле колеса; толщина h упругой прокладки; угол α поворота зуба.
у
н
у
н
т
т
у
Зубчатое колесо содержит тело 1 и зубчатый венец, состоящий из отдельных, не связанных между собой и с телом колеса зубьев 2, каждый из которых укреплен шарнирно, посредством оси 3, с возможностью поворота в плоскости вращения колеса, между парой кольцевых накладок 4 и 5, жестко укрепленных на торцах тела 1 колеса. Диаметр наружного периметра 6 накладок больше, чем диаметр окружности 7 оснований зубчатого венца; внутренний периметр накладок - 8. Оси 3 зафиксированы в накладках посредством фиксаторов 9 и 10. Вершина зуба - 11, боковые поверхности зуба - 12 и 13. Поверхность тела 1 в плане ножки каждого зуба выполнена в виде плоской площадки 14. Половина основания (15) ножки каждого зуба, расположенная со стороны его боковой поверхности (13), подверженной ударному нагружению Р, при радиальном расположении зуба 2 (совпадении оси симметрии зуба с осью У-У радиуса колеса) примыкает к телу 1 колеса (при условии номинального нагружения зуба - Р<Р). Вторая половина ножки каждого зуба 2 выполнена усеченной по высоте (на величину h, не больше высоты нерабочего участка боковой поверхности зуба). Под укороченной половиной ножки каждого зуба в теле 1 колеса выполнен вырез, совпадающий в плане и по площади с этой половиной (основанием 16 этой половины). Глубина выреза - h. Между дном выреза и основанием 16 расположена упругая прокладка 17. Глубина h задается с учетом обеспечения оптимальной работы зубьев 2 в режиме их ударного нагружения (Р) - за счет задания прокладке 17 оптимальной толщины h. На прокладке 17 - между ней и основанием 16 укреплена антифрикционная пластина 18.
н
у
у
н
н
При работе колеса в режиме номинального нагружения (Р) его зубьев - при любом направлении вращения колеса - оси симметрии зубьев остаются ориентированные по осям У-У радиуса колеса. При воздействии на зубья ударных нагрузок Р (Р>Р) - при условии ударного воздействия при одном (известном заранее) направлении вращения колеса - зубья проворачиваются на угол α, а прокладки 17 при этом демпфируют нагрузки. При снижении нагрузки до величины Р зубья возвращаются в исходное положения (радиально ориентированное).
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет использовать его в реверсивных передачах - за счет наличия рабочих участков на обеих их боковых поверхностях требуемой (проектной) высоты. Боковые поверхности зубьев со стороны расположения упругих прокладок могут воспринимать любые нагрузки (за исключением ударных). Это позволяет расширить функциональные возможности колеса. Заглубление упругих прокладок в тело колеса повышает надежность их фиксации относительно проворачивающихся зубьев, что повышает надежность работы колеса.