ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
TOOTH-WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, а именно к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями - см., например, «Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для машиностроит. спец. техникумов. - М.: Высш. шк., 1984. - 336 с., ил.», стр.44.
Недостаток данного зубчатого колеса состоит в том, что конструкция зубьев его зубчатого венца не учитывает величину парности зацепления с сопряженным зубчатым колесом в передаче. При вращении колеса линия контакта зубьев перемещается в поле зацепления, у которого одна сторона равна ширине зубчатого венца, а вторая равна длине активной линии зацепления - на боковых поверхностях зубьев. На участке поля зацепления, расположенного в зоне колеса зацепления - на линии полюса зацепления и прилегающих к ней зонах (со стороны вершины и со стороны корня зуба) имеет место однопарное зацепление. На остальных участках поля зацепления - в сторону вершины корня зуба - имеет место двухпарное зацепление. При однопарном зацеплении зуб воспринимает (передает) нагрузку в два раза больше, чем при двухпарном. Контактная прочность зубьев рассчитывается исходя из величины нагрузок, воспринимаемых (передаваемых) зубьями. Исходя из величины контактной прочности зубьев рассчитывается ширина зубьев. Из этого следует, что величина парности зацепления влияет на необходимую ширину зубьев, и для обеспечения требуемой контактной прочности зубьев ширина зубьев (ширина их боковых поверхностей - ширина поля зацепления) в зонах, прилегающих к полюсу зацепления - на участках однопарного зацепления - должна быть вдвое больше, чем на остальных участках поля зацепления, т.е. ширина парности зацепления: выполнение ширины зубьев в зависимости от парности зацепления способно оптимизировать конструкцию зубьев зубчатого колеса, снизить потребное количество материала, идущего на их изготовление, и снизить издержки на изготовление колеса в целом. Выполнение зубьев равной ширины - по всей их высоте - приводит к перерасходу материала, идущего на изготовление зубьев, и повышению издержек на изготовление колеса в целом.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса, содержащего тело и зубчатый венец с зубьями - см. «Производство зубчатых колес: Справочник / С.Н. Калашников, А.С. Калашников, Г.И. Коган и др.; Под общ. ред. Б.А. Тайца. - 3-е изд., перераб. и допол. - М.: Машиностроение, 1990. - 464 с.: ил.», стр.33.
Недостатки прототипа те же, что и у аналога.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижения издержек на его изготовление.
Для этого зубчатое колесо содержит тело и зубчатый венец с зубьями, причем на участках головок зубьев ширина их боковых поверхностей выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорционально зависящей от кратности зацепления, причем граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев на величину радиального зазора зубчатой передачи.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: зуб зубчатого колеса - вид с его торца (фиг.1) и тот же зуб - вид в сечении сбоку (фиг.2).
г
н
к
п
п
3
1
2
На чертежах показаны: тело 1 зубчатого колеса, зуб 2 зубчатого венца, окружность 3 впадин зубчатого венца, начальная окружность 4, высота h зуба, высота головки (h) зуба, высота ножки (h) зуба, высота корня (h) зуба, полюс P зуба, линия полюса (P-P) зуба, величина нагрузки при однопарном зацеплении (F), величина нагрузки при двухпарном зацеплении (F/2), участок однопарного зацепления (2-3, длиной l), участки двухпарного зацепления (1-2 и 3-4, длиной соответственно l и l), ширина зуба (B) при однопарном зацеплении, ширина зуба (B/2) при двухпарном зацеплении, величина радиального зазора (C) зубчатой передачи, величина участка головки зуба (H) с двухпарным зацеплением и шириной B/2.
г
п
Ширина боковых (рабочих) поверхностей зубьев - вдоль их высоты (h) - выполнена неодинаковой, на участках головок зубьев (h), с двухпарным зацеплением - на участках 3-4, со смещением в сторону вершин зубьев на величину радиального зазора (C) передачи, ширина зубьев выполнена вдвое меньше, чем по остальной величине зубьев (двухпарность зацепления на ножках зубьев не учитывается, и ширина боковых поверхностей зубьев в этих зонах равна ширине B при однопарном зацеплении и действии на зуб нагрузки F - из соображения прочности зубьев в зоне их ножек).
п
п
При работе колеса зубья по своей высоте имеют участки однопарного и двухпарного зацепления. При однопарном зацеплении на зуб действует полная нагрузка (F), а при двухпарном зацеплении - половина полной нагрузки (F/2), этот фактор и учитывается изменением ширины боковых поверхностей зубьев. Смещение границы изменения ширины рабочих поверхностей зубьев на величину радиального зазора передачи (C) учитывает возможные неточности сборки колес в передаче и погрешности в их работе.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса имеет меньшую материалоемкость за счет уменьшения материала, идущего на изготовление зубьев зубчатого венца (особенно у крупномодульных широких колес). Это снижает издержки на изготовление зубчатого венца колеса и зубчатого колеса в целом.