ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности  к деталям машин, и может быть использовано в тихоходных зубчатых передачах с крупномодульными зубчатыми колесами, смазываемыми жидкими смазочными материалами методом погружения.
Известно зубчатое колесо, содержащего тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках тела колеса, прилегающих к зубчатому венцу - см. патент США №3861231, кл. 74-410,1976 г.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что его зубья выполняются монолитными, что требует для их изготовления достаточно большого количества дефицитного материала, в то время как для непосредственно самой работы зубьев требуются только их боковые поверхности, посредством которых зубья сопрягаются в передаче с зубьями парного зубчатого колеса. Кроме того, жидкий смазочный материал, захваченный боковыми (трущимися) поверхностями зубьев, нуждающимися в смазывании, из масляной ванны - при смазывании зубчатой передачи методом погружения - в процессе поворота колеса и перемещении зубьев из масляной ванны в зону зацепления с зубьями парного зубчатого колеса - стекает с этих поверхностей; и в зону зацепления поступает недостаточное количество смазочного материала, что интенсифицирует процесс изнашивания сопряженных зубьев парных 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 зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках тела, прилегающих к зубчатому венцу. Каждый зуб выполнен полым, состоящим из пары пластин, изогнутых по профилю зуба, расчетного для данного колеса. Пластина, являющаяся стекающей по ходу вращения колеса, снабжена Г-образным элементом шириной, равной ширине зубчатого венца; одна полка элемента закреплена на этой пластине в районе окружности вершин зубчатого венца с образованием зазора между элементом и второй пластиной; другая его полка ориентирована в сторону окружности впадин зубьев зубчатого венца, с образованием зазора относительно нее; в другой пластине, на участке примыкания ее к телу колеса, вдоль ширины зубчатого венца выполнены сквозные отверстия.
Недостаток прототипа состоит в сложности изготовления его зубьев, т.к. каждый состоит из двух половин, а также в нерациональном расходовании материала, идущего на изготовление боковых поверхностей зубьев, т.к. часть этих поверхностей работает в режиме двух парного зацепления, когда нагрузка на эти поверхности равна половине максимальной, действующей на боковые поверхности.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижения издержек на его изготовление.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, выполненными из пластин, изогнутых по наружному профилю зубьев с образованием в набегающей боковой поверхности каждого зуба сквозного отверстия в месте примыкания этой поверхности к телу колеса, и пары кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, примыкающих к зубчатому венцу. Причем каждый зуб выполнен из одной пластины; сквозное отверстие выполнено симметрично относительно боковой поверхности; ширина отверстия равна половине ширины зубчатого венца; высота отверстия равна сумме высоты нерабочего участка боковой поверхности и высоты участка боковой поверхности, работающего в режиме двухпарного зацепления. А с внутренней стороны набегающей боковой поверхности укреплена накладка, перекрывающая сквозное отверстие по всей его ширине, с образованием зазора между ней и телом колеса.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид с торца в разрезе (фиг. 1) и фрагмент этого зубчатого колеса - вид сбоку в разрезе (фиг. 2).
н
1
2
o
На чертежах показаны: тело 1; зубья (пластины) 2; набегающая боковая поверхность 3; вершины 4; отстающая боковая поверхность 5; кольцевые накладки 6 и 7; наружный периметр 8 накладок; внутренний периметр 9 накладок; окружность оснований 10 зубчатого венца; полость 11 зуба 2; сквозное отверстие 12 в набегающей 3 боковой поверхности зуба; накладка 13; высота h зуба; высота h нерабочего участка боковой поверхности; высота h участка боковой поверхности, работающего в режиме однопарного зацепления; высота h участков боковой поверхности, работающих в режиме двухпарного зацепления; ширина В зубчатого венца (и участка боковой поверхности с однопарным зацеплением); ширина В/2 сквозного отверстия 12; высота h сквозного отверстия 12; высота С зазора между накладкой 13 и телом 1 колеса; направление вращения ω колеса.
o
н
2
o
Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец, каждый зуб 2 которого выполнен из пластины, изогнутой по наружному профилю расчетного для данного колеса зуба, с образованием его набегающей боковой поверхности 3, вершины 4 и отстающей боковой поверхности 5. На торцах зубьев 2 и участках торцов тела 1, прилегающих к зубчатому венцу, укреплена пара кольцевых накладок 6 и 7. Окружность наружного периметра 8 накладок имеет диаметр, равный диаметру окружности вершин зубчатого венца; окружность внутреннего периметра 9 накладок имеет диаметр меньший диаметра окружности оснований 10 зубчатого венца. Внутренние поверхности зубьев 2 и внутренние поверхности накладок 6 и 7 образуют полости 11. В набегающей боковой поверхности 3, в месте ее примыкания к телу 1 колеса, выполнено сквозное отверстие 12; высота h сквозного отверстия равна сумме высоты h нерабочего участка боковой поверхности и высоты h рабочего участка боковой поверхности, работающего в режиме двухпарного зацепления. Ширина сквозного отверстия 12 равна половине ширины В зубчатого венца. С внутренней стороны набегающей боковой поверхности 3 укреплена накладка 13, перекрывающая сквозное отверстие (высотой h) по всей его ширине (В/2), с образованием зазора высотой С между этой накладкой и телом 1 колеса.
o
При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения его зубчатый венец постоянно погружен в жидкий смазочный материал масляной ванны. При вращении (ω) колеса все зубья 2 колеса поочередно погружаются в масляную ванну, при этом зубья обращены своими вершинами 4 вниз по вертикали. При этом происходит заполнение полостей 11 зубьев смазочным материалом - через зазор (высотой С и шириной В/2). При проворачивании (ω) колеса, выходе зубьев 2 из масляной ванны, зубья переориентируются своими вершинами 4 вверх, при этом набранный полостями 11 зубьев смазочный материал через зазор (высотой С) выливается из полостей 11 и поступает во впадины зубчатого венца, смазывая боковые поверхности зубьев, при этом смазочный материал, поступающий из полостей 11, удерживается во впадинах зубчатого венца в объемах, образованных боковыми поверхностями соседних зубьев 2 и внутренними поверхностями кольцевых накладок 6 и 7. Наличие накладок 13, перекрывающих часть сквозных отверстий 12, обеспечивает постепенное вытекание смазочного материала из полостей 11. Накладки 13 не испытывают при работе колеса нагрузок, поэтому их толщина, в отличие от толщины пластин, образующих зубья 2, минимальна. Выполнение набегающей боковой поверхности 3 со сквозным отверстием 12 (шириной В/2 и высотой h) позволяет не только обеспечить заполнение и опорожнение полостей 11 зубьев 2, но также и экономить материал, идущий на изготовление зубьев 2 колеса, в частности их набегающих боковых поверхностей 3, т.к. при работе в режиме двухпарного зацепления участки боковых поверхностей подвержены половине номинального нагружения, испытываемого зубьями.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет снизить издержки на его изготовление за счет уменьшения расхода материала, идущего на изготовление его набегающих боковых поверхностей. Тем самым оптимизируется конструкция зубчатого колеса, не ухудшая качества его смазывания.