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 перемещения 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. F16Н 55/10, F16Н 55/17, F16Н 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 двухпарного 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 их набегающих поверхностях сквозных отверстий в местах примыкания этих поверхностей к телу колеса, и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу. Причем каждый зуб выполнен из одной полосы. Сквозное отверстие выполнено симметрично относительно боковой поверхности. Ширина отверстия равна половине ширины боковой поверхности. Высота отверстия равна сумме высоты нерабочего участка боковой поверхности и высоты участка боковой поверхности, работающего в режиме двухпарного зацепления. Аналогичное сквозное отверстие выполнено в этой боковой поверхности со стороны вершины зуба с примыканием к ней; ширина этого отверстия равна ширине первого отверстия, а высота его равна высоте участка боковой поверхности со стороны вершины зуба, работающего в режиме двухпарного зацепления, за минусом толщины участка полосы, образующей вершину зуба. Сквозные отверстия изнутри перекрыты накладками. Отверстие со стороны вершины зуба перекрыто полостью, а отверстие со стороны тела колеса - с зазором относительно этого тела.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид с торца в разрезе (фиг. 1) и фрагмент этого зубчатого колеса - вид сбоку в разрезе (фиг. 2).
01
02
н
1
2
3
На чертеже 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; сквозные отверстия 11 и 12; накладки 13 и 14; полость 15; ширина B зубчатого венца; высота h зуба (2); толщина C пластины, образующей вершину 4 зуба (2); зазор Δ между накладкой 14 и телом 1 колеса; ширина B/2 отверстий (11 и 12); высота h и h отверстий (11 и 12); высота h нерабочего участка боковой поверхности; высота h участка боковой поверхности, работающего в режиме однопарного зацепления; высоты h и h участков боковой поверхности, работающих в режиме двухпарного зацепления; направление вращения ω колеса.
2
3
н
2
3
Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец шириной B, каждый зуб 2 которого высотой h выполнен из пластины толщиной C, 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. На участках набегающей боковой поверхности 3 каждого зуба 2, работающих в режиме двухпарного зацепления - участке высотой h в области ножки зуба и участке высотой h в области головки зуба - выполнены сквозные отверстия 11 и 12 соответственно. Отверстия 11 и 12 расположены на поверхности 3 симметрично относительно нее, по ее центру. Ширина обоих отверстий равна половине ширины B поверхности 3 и равна B/2. Высота нижнего отверстия (11) равна сумме высоты нерабочего участка боковой поверхности h и высоте участка боковой поверхности высотой h, работающего в режиме двухпарного зацепления. Высота верхнего (12) отверстия равна высоте h участка боковой поверхности, работающего в режиме двухпарного зацепления, минус толщина C полосы, образующей вершину 4 зуба. Изнутри отверстия 11 и 12 перекрыты накладками 13 и 14. Накладка 13 перекрывает отверстие 12 полностью. А накладка 14 перекрывает отверстие 11 с зазором Δ между ней и телом 1 колеса. Внутренние поверхности боковых поверхностей 3 и 5, вершины 4, накладок 13 и 14 и кольцевых накладок 6 и 7 образуют в каждом зубе полость 15.
При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения его зубчатый венец постоянно погружен в жидкий смазочный материал. При вращении (ω) колеса все зубья 2 колеса поочередно погружаются в масляную ванну с жидким смазочным материалом, при этом зубья ориентированы своими вершинами 4 вниз по вертикали. При этом происходит заполнение полостей 15 зубьев 2 смазочным материалом через зазор Δ между накладкой 14 и телом 1 колеса. При проворачивании (ω) колеса, выходе зубьев 2 из масляной ванны, зубья 2 переориентируются своими вершинами 4 вверх. При этом набранный полостями 15 зубьев 2 жидкий смазочный материал через зазоры Δ и сквозные отверстия 11 выливается из полостей 15 и поступает во впадины зубчатого венца между соседними зубьями 2, смазывая боковые (трущиеся) поверхности зубьев. При этом смазочный материал удерживается во впадинах зубчатого венца в объемах, образованных боковыми поверхностями соседних зубьев 2 и внутренними поверхностями кольцевых накладок 6 и 7; эти объемы выполняют также функцию масляных ванн, в которые погружаются и зубья парного зубчатого колеса, смазываясь при этом. Размер зазора Δ задается из параметров зубьев 2 и режимов работы колеса с учетом обеспечения оптимального заполнения полостей 15 зубьев смазочным материалом из масляной ванны и опорожнения этих полостей при проворачивании колеса и переориентации зубьев вершинами вверх.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет упростить его конструкцию, т.к. каждый отдельный зуб зубчатого венца выполнен из одной пластины. Кроме того, помимо обеспечения качественного смазывания зубьев данного колеса и зубьев парного сопряженного колеса, обеспечивается экономия смазочного материала, идущего на изготовление зубьев, т.к. в боковых поверхностях зубьев (набегающих поверхностях) выполнены вырезы (11 и 12), позволяющие снизить расход материала, идущего на изготовление боковых (набегающих) поверхностей 3 зубьев 2. Накладки 13 и 14 при работе колеса и нагружении его зубьев 2 (и боковых поверхностей 3) не испытывают нагружения; поэтому они изготавливаются минимальной толщины (в отличие от толщины поверхностей 3); кроме того, они могут быть изготовлены из менее дефицитного материала (в отличие от материала пластин, образующих сами зубья 2), например из пластмассы.