КОСОЗУБАЯ ШЕСТЕРНЯ

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в конструкциях, имеющих шестеренчатую передачу, в частности, в шестерни распределительного вала двигателя автомобиля.
Известна косозубая шестерня, содержащая металлическую закладную ступицу и жестко соединенный с ней полимерный диск, переходящий в зубчатый венец, при этом полимерный диск выполнен из полиамида с ребрами жесткости (патент РФ на ИЗ №2016296, F16H 55/02).
Недостатками данной косозубой шестерни являются ее небольшая несущая способность соединения полимерного диска со ступицей, недостаточная прочность полимерного диска и его соединения со ступицей (растрескивание) при пониженных температурах и больших оборотах, а также его недостаточная устойчивость, т.е. возможность потери центрирования полимерного диска и ступицы при повышенных рабочих температурах в двигателе.
Известна также косозубая шестерня по патенту РФ на ИЗ №2194896, F16H 55/02, содержащая металлическую ступицу, жестко соединенные с ней зубчатый венец и полимерный диск, выполненные из полиамида с ребрами жесткости, при этом полимерный диск и зубчатый венец выполнены из стеклонаполненного полимера, например «Армамида», а наружная поверхность ступицы выполнена с отдельными Н-образными в сечении выступами, имеющими поднутрения.
В данной косозубой шестерни повышены эксплуатационные характеристики при экстремальных температурных условиях, а также улучшено качество литья полимерного диска, однако косозубые шестерни данной конструкции невозможно использовать в двигателях с впрыском топлива, отвечающих требованиям Евро 3 и Евро 4, со сниженным выбросом газов CO, NO и др.
Кроме того, к недостатку данной косозубой шестерни относится быстрый износ торцевых поверхностей ее ступицы, в процессе ее работы в двигателе.
Наиболее близкой по своей технической сущности и достигаемому результату к настоящей полезной модели является косозубая шестерня по патенту РФ на ИЗ №2381401, F16H 55/02, который выбран в качестве прототипа.
Данная косозубая шестерня содержит металлическую ступицу, жестко соединенный с ней полимерный диск с ребрами жесткости и приливами, переходящий в зубчатый венец, при этом некоторое количество ребер жесткости имеют уменьшенную длину, а на наружной цилиндрической поверхности ступицы имеются выемки и/или проточки.
Данная конструкция косозубой шестерни позволяет ее применять в двигателях с впрыском топлива отвечающих требованиям Евро 3 и Евро 4, со сниженным выбросом газов CO, NO и др. В данной конструкции также повышены эксплуатационные возможности косозубой шестерни.
Однако данная конструкция обладает значительным недостатком, это быстрый износ торцевых поверхностей ее ступицы в процессе работы двигателя, который превышает 1,5 мм при оборотах 1-3 тыс., что приводит, особенно в впрысковом двигателе УМЗ 4216, 4213, и их модификаций к сбоям в работе впрыскового механизма. В данном случае происходит смещение косозубой шестерни, и отметчик впрыска, расположенный на косозубой шестерне, при ее вращении не дает сигнала на датчик фазы, что ведет к перебоям в работе двигателя.
Происходит раскачивание данной шестерни, потеря осевого вращения при износе связанных трущихся поверхностей в узле распределительного механизма.
Технической задачей предложенной полезной модели является создание такой конструкции косозубой шестерни, ступица которой обладала бы повышенной прочностью, износостойкостью, и позволяла бы надежно, без сбоев, использовать данную шестерню в двигателях с впрыском топлива.
Поставленная техническая задача достигается за счет того, что в косозубой шестерне, содержащей металлическую ступицу, жестко соединенный с ней полимерный диск с различными ребрами жесткости, переходящий в зубчатый венец, по меньшей мере, одна торцевая поверхность ступицы имеет защитный слой из антифрикционного композитного материала.
Предпочтительно, чтобы в косозубой шестерне защитный слой был выполнен в виде установленной на торцевой поверхности ступицы шайбы из антифрикционного композитного материала.
Целесообразно, чтобы в косозубой шестерни защитный слой из антифрикционного композитного материала был выполнен в виде покрытия торцевой поверхности ступицы.
Желательно, чтобы в косозубой шестерне толщина шайбы составляла от 0,5 до 5,0 мм.
Предпочтительно, чтобы в косозубой шестерни толщина покрытия торцевой поверхности ступицы составляла от 0,1 до 3,0 мм.
Целесообразно, чтобы в косозубой шестерне защитный слой из антифрикционного композитного материала был выполнен из наполненных композиций полиамидов, предпочтительно из угленаполненных композиций полиамида 6 или 66.
Предпочтительно, чтобы в косозубой шестерне защитный слой из антифрикционного композитного материала был выполнен из бронзы, латуни, и/или их компонентов.
Желательно, чтобы в косозубой шестерне защитный слой из антифрикционного композитного материала был выполнен из гибридонаполненных композиций полиамида 6 или 66 с содержанием углеволокна от 5% до 30%.
В предпочтительном варианте целесообразно, чтобы в косозубой шестерне были выполнены приливы в виде дисков меньшего размера, а некоторое количество ребер жесткости имело уменьшенную длину.
Желательно, чтобы на наружной цилиндрической поверхности ступицы были выполнены выемки и/или проточки..
Целесообразно, чтобы в косозубой шестерне количество ребер жесткости составляло от 8 до 24.
Желательно, чтобы в косозубой шестерне количество ребер жесткости уменьшенной длины составляло от 2 до 6.
Предпочтительно, чтобы в косозубой шестерне наружная поверхность ступицы имела от 3 до 8 выемок и/или проточек.
Желательно, чтобы в косозубой шестерне количество приливов составляло от 2 до 4.
Целесообразно, чтобы в косозубой шестерне полимерный диск с венцом, а также приливы, в виде дисков меньшего размера, были выполнены из наполненных композиций полиамидов, предпочтительно стеклонаполненного полиамида 6 или 66, модифицированных полиолефинами или каучуками.
Предпочтительно, чтобы ступица косозубой шестерни была выполнена из чугуна, или стали, или металлических пресс-порошков.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение работоспособности без сбоев и увеличение срока службы косозубой шестерни в двигателях с впрыском топлива за счет применения в конструкции ступицы защитного слоя из антифрикционного полимерного композиционного материала, который предотвращает быстрый износ ее торцевых поверхностей, а также уменьшение массы ступицы за счет ее частичного выполнения из полимерного композиционного материала.
Для более подробного раскрытия полезной модели далее приводится описание конкретных возможных вариантов ее исполнения с соответствующими чертежами.
Фиг. 1 - общий вид косозубой шестерни.
Фиг. 2 - вид ступицы с покрытием ее торцевой поверхности.
Фиг. 3 - вид ступицы и ее продольный разрез с двумя установленными на ее торцевых поверхностях шайбами.
Предпочтительный вариант косозубой шестерни состоит из металлической ступицы 1, с которой жестко соединен полимерный диск 2, переходящий в зубчатый венец 3. Полимерный диск 3 имеет различные ребра жесткости 4, некоторые из которых могут быть выполнены в виде ребер с уменьшенной длиной 5 (Фиг. 1). Одна, или две торцевые поверхности ступицы 1 имеют защитный слой, который может быть выполнен как в виде покрытия 6 торцевой поверхности ступицы 1 антифрикционным композитным материалом (Фиг. 2), так и в виде шайбы 7 из антифрикционного композитного материала, установленной на торцевой поверхности ступицы 1(Фиг. 3). При этом шайбы 7 из антифрикционного композитного материала могут быть установлены на обеих торцевых поверхностях ступицы (Фиг. 3). Защитный слой может быть выполнен из наполненных композиций полиамида, предпочтительно из угленаполненных композиций полиамида 6 или 66, а также из бронзы, латуни, и/или их композиций. Предпочтительная толщина покрытия 6 лежит в пределах от 0,1 до 3,0 мм, а толщина шайбы 7 лежит в пределах от 0,5 до 5,0 мм. Также на поверхности полимерного диска 2 могут быть выполнены приливы 8 в виде дисков меньшего размера (Фиг. 1). Приливы 8 предназначены для установки металлических отметчиков для работы впрыскового двигателя. Также на наружной цилиндрической поверхности ступицы 1 могут быть выполнены проточки и/или выемки 9 в виде круглых или квадратных углублений, которые обеспечивают жесткое и надежное крепление шестерни в продольном направлении.
Представленная косозубая шестерня изготавливается литьем под давлением из композиций полиамида 6 или 66 (например Армамид ПАСВ30) с использованием заготовок ступиц из различных металлов, предпочтительнее из чугуна. Шайбы, имеющие наружный диаметр меньше внешнего диаметра ступицы изготавливают также литьем под давлением из угленаполненных композиций полиамида 6 или 66 (УВ15 и 30), а также из бронзы, латуни, и/или их сплавов. Затем, при сборке на заводе, шайбу устанавливают в ступицу.
Как очевидно специалистам в данной области техники, данную полезную модель легко разработать в других конкретных формах, не выходя при этом за рамки сущности данной полезной модели.
При этом настоящие варианты осуществления необходимо считать просто иллюстративными, а не ограничивающими, причем объем полезной модели представлен ее формулой, и предполагается, что в нее включены все возможные изменения и область эквивалентности пунктам формулы данной полезной модели.