ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах.
Известна конструкция зубчатого колеса, содержащего тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу; причем наружный диаметр накладок равен диаметру окружности вершин зубчатого венца колеса - см., например, патент на изобретение РФ №2488725, кл. F16H 55/12, опубл. 27.07.2013 г., Бюл. №21.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что зубья его зубчатого венца имеют одинаковую ширину боковых (рабочих) поверхностей, участвующих в зацеплении с парным зубчатым колесом, по всей высоте зубьев. Это не учитывает того, что парность зацепления зубьев сопряженных зубчатых колес в передаче не одинакова по высоте зубьев: в районе полюса зацепления зубьев имеет место однопарное зацепление; на участках зубьев, прилегающих к их вершинам и основаниям, имеет место двухпарное зацепление. Прямо пропорциональна величине зацепления, соответственно, и величина нагружения соответствующих участков боковых поверхностей зубьев - в районе полюса зацепления величина нагружения зубьев вдвое больше, чем на участках боковых поверхностей, прилегающих к вершинам и основаниям зубьев. А ширина боковых (рабочих) поверхностей зубьев, выполненная одинаковой по всей высоте зубьев, эти разности в нагружении по высоте зубьев не учитывает и задана с учетом максимального нагружения зубьев (в районе их полюсов). Это приводит к перерасходу материала, идущего на изготовление зубчатого венца и колеса в целом.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2547201, кл. F16H 55/08, опубл. 10.04.2015 г., Бюл. №10. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело и зубчатый венец с зубьями, причем на участках головок зубьев ширина зубьев выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорциональна зависящей от кратности парности зацепления, причем граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев на величину осевого зазора зубчатой передачи.
Недостаток прототипа состоит в том, что при работе колеса в зацеплении с парным колесом передачи пластичный смазочный материал вытесняется с боковых поверхностей зубьев на торцы колеса. Вытесненный смазочный материал исключается из процесса смазывания трущихся поверхностей зубьев колеса, это приводит к перерасходу смазочного материала и загрязнения торцов колеса вытесненным смазочным материалом, на который налипают загрязнения из окружающей среды. Это ухудшает процесс смазывания зубьев колеса.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и повышения качества смазывания.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями, на участках головок которых ширина их боковых поверхностей выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорционально зависящей от кратности парности зацепления, а граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев, и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу; причем граница изменения ширины боковых поверхностей смещена на величину половины осевого зазора передачи, а наружный диаметр накладок больше, чем диаметр окружности, описываемой этой границей.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен фрагмент зубчатого колеса - вид сбоку в сечении, с проекцией на сечение характеристик боковых поверхностей зубьев.
н
г
в
вн
н
1
2
н
На чертеже показаны: тело 1 зубчатого колеса, зубчатый венец 2, торцевые кольцевые накладки 3 и 4, ширина В зубчатого венца, высота h зубчатого венца, полюсная линия р-р, высота h ножки зуба, высота h головки зуба, диаметр Д окружности вершин зубчатого венца, осевой зазор с передачи, внутренний диаметр Д накладок, наружный диаметр Д накладок, высота h участка высоты зуба с шириной В, высота h участка высоты зуба с шириной В/2, превышение  наружных окружностей накладок (диаметром Д) над границей изменения ширины головки зуба, участок однопарного зацепления на участках головок зубьев - а-b, участок двухпарного зацепления - b-с.
в
н
г
1
2
вн
н
Зубчатое колесо содержит тело 1 и зубчатый венец с зубьями 2 высотой h, ширина зубчатого венца - В, диаметр окружности вершин зубьев - Д. Высота ножек зубьев - h, высота головок зубьев - h. На участках головок зубьев с однопарным зацеплением (участок а-b), со смещением в сторону вершин зубьев на величину половины осевого зазора передачи с (на величину с/2) ширина боковых поверхностей (ширина зубьев) равна ширине зубчатого венца В, ширина ножек зубьев также равна В (общая высота участков зубьев с шириной В равна h). На остальных участках головок зубьев (высотой h) ширина зубьев (их боковых поверхностей) равна В/2 (на участках с двухпарным зацеплением). На торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу, укреплена пара кольцевых накладок 3 и 4, с внутренним диаметром Д и наружным диаметром Д, перекрывающим границу изменения ширины головок зубьев (с ширины В на ширину В/2) на величину .
н
При работе колеса в передаче, боковые поверхности зубьев участвуют как в однопарном, так и в двухпарном зацеплении с зубьями сопряженного парного зубчатого колеса передачи. Головки зубьев на участках а-b участвуют в однопарном зацеплении, а на участках b-с - в двухпарном зацеплении; при двухпарном зацеплении нагрузка, воспринимаемая зубьями, равна половине нагрузки, воспринимаемой колесом. Поэтому ширину боковых поверхностей зубьев можно при двухпарном зацеплении уменьшить вдвое - до величины В/2. Граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев на величину половины осевого зазора передачи с (на величину с/2), смещение границы учитывает возможные неточности сборки передачи и погрешности в ее работе. На торцах зубьев 2 и участках торцов тела 1 укреплена пара кольцевых накладок 3 и 4, повышающих изгибную прочность зубьев. Наружный диаметр Д накладок выполнен большим, чем диаметр окружности, описываемой границей изменения ширины боковых поверхностей зубьев (на величину ). Это превышение не позволяет пластичному смазочному материалу, вытесняемому при работе колеса в передаче с его боковых поверхностей, попадать на торцы колеса (на наружные поверхности кольцевых накладок). При этом внутренние поверхности накладок и поверхности зубьев образуют смазочные карманы, удерживающие пластичный смазочный материал в зоне зацепления парных зубьев колес передачи.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса учитывает изменение ширины боковых поверхностей зубьев на участках их головок с двухпарным зацеплением. А выполнение наружного диаметра накладок большим, чем диаметр окружности, описываемой границей изменения ширины боковых поверхностей головок зубьев, позволяет предотвращать вытеснение пластичного смазочного материала на торцы колеса и исключение его из участия в процессе трения сопряженных боковых поверхностей зубьев парных колес передачи, это повышает качество смазывания зубчатого колеса.