ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах, смазываемых жидкими смазочными материалами методом погружения.
Известно зубчатое колесо, содержащего тело, зубчатый венец с зубьями - см., например, «Гузенков П.Г. Детали машин: Учеб. для вузов. - 4-е изд., испр. М.: Высш. шк., 1986. - 359 с.: ил.», стр. 154, рис. 12.1, а.
Недостаток данного зубчатого колеса состоит в том, что при работе его со смазыванием методом погружения жидкий смазочный материал, захватываемый из масляной ванны зубьями колеса, в процессе проворачивания колеса в зону зацепления с парным колесом, стекает с зубьев, и в зону зацепления поступает недостаточное количество смазочного материала, что интенсифицирует процесс изнашивания сопряженных зубьев обоих зубчатых 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 его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу. Обе боковые поверхности каждого зуба выполнены из пары прямоугольных пластин, изогнутых по наружному профилю боковых поверхностей расчетного для данного колеса зуба. В пластине, образующей набегающую поверхность зуба, на участке примыкания ее к телу колеса, вдоль ширины зубчатого венца выполнены сквозные отверстия. Вторая пластина, образующая отстающую боковую поверхность зуба, снабжена Г-образным элементом шириной, равной ширине зубчатого венца; одна полка закреплена на этой пластине в районе окружности вершин зубьев зубчатого венца с образованием зазора между элементом и первой пластиной; другая его полка ориентирована в сторону окружности впадин зубчатого венца, с образованием зазора относительно нее. При вращении колеса и погружении зубьев зубчатого венца в жидкий смазочный материал масляной ванны, когда зубья ориентированы своими вершинами вниз по вертикали, смазочный материал - через зазоры в области вершин зубьев, между набегающей боковой поверхностью и Г-образным элементом - затекает в полости зубьев. При дальнейшем проворачивании колеса и выходе зубьев из масляной ванны смазочный материал удерживается в полостях каждого зуба - между внутренней поверхностью пластины, образующей отстающую боковую поверхность, внутренними поверхностями кольцевых накладок и поверхностью Г-образного элемента. При дальнейшем проворачивании колеса и переориентации зубьев своими вершинами вверх по вертикали смазочный материал из этих полостей зубьев вытекает - через сквозные отверстия в набегающих боковых поверхностях на участке их примыкания к телу колеса - и попадает во впадины зубчатого венца, которые, совместно с внутренними поверхностями кольцевых накладок, образуют масляные ванны. Этим смазочным материалом смазываются боковые поверхности зубьев, а также зубья вышерасположенного парного зубчатого колеса - при их погружении в эти масляные ванны в зубчатом венце в процессе сопряжения с зубьями первого, нижерасположенного зубчатого колеса. Такая конструкция зубчатого колеса повышает качество смазывания зубчатых колес передачи.
Недостаток прототипа состоит в том, что зуб выполнен из пары пластин. Кроме того, при нереверсивном режиме работы колеса, только одна из двух боковых поверхностей каждого зуба является рабочей (т.е. участвующей в зацеплении с зубьями парного зубчатого колеса передачи), вторая же боковая поверхность каждого зуба в зацеплении не участвует. Т.е. выполнение этой второй (нерабочей) боковой поверхности аналогично первой (рабочей) боковой поверхности - нерационально, т.к. это приводит к неоправданному перерасходу материала, идущего на изготовление зубьев. Этот же недостаток имеет место и в реверсивных зубчатых передачах, когда при реверсе вторые боковые поверхности зубьев (будучи рабочими, в данном случае), испытывают погружения меньше, чем первые (рабочие) боковые поверхности, например - в режиме холостого хода механизма, приводимого в движение данной зубчатой передачи.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса, снижения издержек на его изготовление и повышения качества смазывания этого колеса передачи в целом.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, выполненными из пластин, изогнутых по наружному профилю зубьев, расчетных для данного колеса, с образованием боковых поверхностей и вершин зубьев, и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу. Причем каждый зуб выполнен из одной пластины; ширина участка пластины на стороне набегающей боковой поверхности зуба меньше ширины зубчатого венца; этот участок расположен по центру зуба, на равных расстояниях от обеих кольцевых накладок по всей высоте зуба. Внутри полости зуба, вдоль его высоты и перпендикулярно оси зуба, расположены плоские прямоугольные полки шириной, равной ширине зубчатого венца, укрепленные на внутренней поверхности участка пластины, образующего отстающую боковую поверхность, и на внутренних поверхностях кольцевых накладок с равными зазорами относительно участка пластины, образующего набегающую боковую поверхность. Стороны полок, обращенные в сторону набегающей боковой поверхности, снабжены козырьками шириной, равной ширине зубчатого венца, обращенными в сторону тела колеса и выполненными эквидистантными относительно набегающей боковой поверхности, с равными зазорами относительно нижерасположенных полок и тела колеса. Аналогичный козырек, с аналогичными зазорами, укреплен и на внутренней стороне участка пластины, образующего вершину зуба.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид с торца в разрезе (фиг. 1) и тот же фрагмент - вид сбоку в разрезе (фиг. 2).
1
2
1
2
1
1
2
На чертеже показаны: тело 1; пластины 2, образующие зубья; отстающая боковая поверхность 3; вершина 4; набегающая боковая поверхность 5; кольцевые накладки 6 и 7; наружный периметр 8 кольцевых накладок; внутренний периметр 9 кольцевых накладок; окружность 10 оснований зубчатого венца; участок 11 пластины 2, образующий боковую набегающую поверхность 5 зуба; полки 12; козырьки 13; полости 14; ширина В зубчатого венца; размеры B и В по ширине участков зуба со стороны его набегающей боковой поверхности 5; высота h зуба; зазоры C между полками 12 и участком 11 пластины 2, образующей набегающую боковую поверхность 5; высота С зазоров между козырьками 13 и полками 12 и между нижним козырьком 13 и телом 1 колеса; высота h полостей 14; направления вращения ω и ω колеса.
1
1
1
2
1
1
1
1
2
1
2
2
1
Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец шириной В с зубьями высотой h, каждый из которых образован пластиной 2, изогнутой по наружному профилю зуба, расчетного для данного колеса, с образованием (при вращения ω) отстающей боковой поверхности 3, вершины 4 и набегающей боковой поверхности 5, и пару кольцевых накладок 6 и 7, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела 1, прилегающих к зубчатому венцу. Диаметр наружного периметра 8 кольцевых накладок 6 и 7 равен диаметру окружности зубчатого венца; диаметр внутреннего периметра 9 кольцевых накладок меньше диаметра окружности оснований 10 зубчатого венца. Ширина B участка 11 пластины 2 на стороне набегающей (ω) боковой поверхности 5 зуба меньше ширины В зубчатого венца; этот участок расположен по центру зуба, на равных расстояниях В от обеих кольцевых накладок 6 и 7 по всей высоте h зуба. Внутри полости зуба, вдоль его высоты h и перпендикулярно оси зуба, расположены плоские прямоугольные полки 12 шириной, равной ширине В зубчатого венца, укрепленные на внутренней поверхности участка пластины 2, образующего отстающую боковую поверхность 3 и на внутренних поверхностях кольцевых накладок 6 и 7, с равными зазорами C относительно участка 11 пластины 2, образующего набегающую (ω) боковую поверхность 5. Стороны полок 12, обращенные в сторону набегающей (ω) боковой поверхности 5, снабжены козырьками 13 шириной, равной ширине В зубчатого венца, обращенными в сторону тела 1 колеса и выполненными эквидистантными относительно набегающей (ω) боковой поверхности 5, с равными зазорами С относительно нижерасположенных полок 12 и тела 1 колеса. Аналогичный козырек 13 с аналогичными зазорами (С и С) укреплен и на внутренней стороне участка пластины 2, образующего вершину 4 зуба. Поверхности зуба, внутренние поверхности кольцевых накладок 6, 7, поверхности полок 12 и поверхности козырьков 13 образуют в общей полости зуба полости 14. А размеры зазоров С меньше размеров h полостей 14 по вертикали.
2
1
2
1
1
2
1
2
2
1
1
2
1
2
1
2
1
При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения зубчатый венец постоянно погружен в смазочный материал масляной ванны. При этом зубья колеса, погруженные в масляную ванну, ориентированы своими вершинами 4 вниз по вертикали. При этом жидкий смазочный материал затекает в полость зуба (в полости 14) - через зазоры С, заполняя эти полости. При проворачивании ω колеса зубья переориентируются своими вершинами 4 вверх по вертикали, при этом смазочный материал из полостей 14 через зазоры С вытекает во впадины между соседними зубьями, смазывая эти боковые поверхности (отстающие 3 и набегающие 5). При этом впадины, заполняемые вытекающим из полостей зубьев смазочным материалом, выполняют функцию масляных ванн для зубьев парного вышерасположенного зубчатого колеса, которые при погружении в эти масляные ванны - в процессе зацепления с первым (нижерасположенным зубчатым колесом) - смазываются этим смазочным материалом. При направлении вращения ω колеса и работе колеса в режиме ведомого, в зацеплении с парным зубчатым колесом будут находиться боковые поверхности 3 зубьев колеса. При нереверсивном режиме работы зубчатой передачи (и вращении колеса ω) набегающая боковая поверхность 5 выполняет две функции: она служит для предотвращения заклинивания зубьев парных колес при самоходе колес в обратную сторону (для данного колеса - в направлении ω), в этом случае размер В участка этой поверхности может быть минимальным, а размеры участков В - максимальными, т.к. в данном случае поверхность 5 рабочих нагрузок не испытывает; при реверсивном режиме работы колеса, когда при его вращении ω зубья колеса испытывают нагружение меньшее, чем при работе с вращением ω (холостой ход передачи и т.п.), размер B в сравнении с размерами В (относительно размера В) задается расчетным путем, по соотношению нагрузок при вращениях в направлениях ω и ω. Параметры С, С и h задаются с учетом оптимального заполнения полостей 14 смазочным материалом и их опорожнения.
1
1
1
1
2
1
По сравнению с прототипом, каждый зуб зубчатого колеса предлагаемой конструкции выполнен из одной пластины, а не из двух. За счет выполнения боковой набегающей (ω) поверхности 5 не цельной (шириной, равной В), а меньшей ширины (размером В) экономится материал, идущий на изготовление зубьев. Выполнение боковых набегающих (ω) поверхностей 5 с оптимальной шириной В (по отношению к величине В) позволяет учитывать наличие или отсутствие реверсивного характера работы колеса, а также разность нагружения боковых поверхностей зубьев при реверсивной характере работы колеса. За счет наличия зазора С между участков 11 пластины 2, образующего набегающую боковую поверхность 5 и полками 12 (и козырьками 13) обеспечивается оптимальное заполнение полостей 14 жидким смазочным материалом и - опорожнение этих полостей; это улучшает качество смазывания данного зубчатого колеса, а также сопряженного с ним зубчатого колеса, т.е. - передачи в целом.