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 неодинакова 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. Прямопропорциональна 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, это 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 пропорционально 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 кратность парности зацепления зубьев учтена только для их головок (ширина зубьев на участках головок с двухпарным зацеплением уменьшена вдвое - кратно парности зацепления на этих участках); а для участков ножек с такой же парностью зацепления такого учета нет, и ножки по всей своей высоте выполнены с номинальной шириной, такой же, как для участков зубьев по их высоте с однопарным зацеплением. Выполнение ширины участков ножек с двухпарным зацеплением номинальной (полной) величины приводит к неоправданному расходу материала, идущего на изготовление этих ножек, что нерационально и способствует увеличению издержек на изготовление зубчатого венца и колеса в целом.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса - снижения издержек на его изготовление и повышение прочности зубьев его зубчатого венца.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и частях торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу, ширина зубьев которого выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорционально зависящей от кратности парности зацепления; граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев; причем ширина зубьев на участках их ножек выполнена аналогично; границы изменения ширины зубьев на участках их головок и ножек смещены в стороны вершин и оснований зубьев на величину половины осевого зазора передачи; зубья в поперечном своем сечении выполнены симметричными в форме буквы Н, боковые вертикальные составляющие которой примыкают к кольцевым накладкам и имеют ширину, равную четверти ширины зубчатого венца.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен фрагмент зубчатого колеса (вид сбоку в сечении, с проекцией на сечение характеристик боковых поверхностей зубьев колеса - полюсной линии и границ участков с разной парностью зацепления).
в
2
1
3
На чертеже показаны: тело 1, зуб 2, торцевые кольцевые накладки 3 и 4; диаметр Д окружности вершин зубчатого венца, внутренний диаметр Д кольцевых накладок (3 и 4), ширина В зубчатого венца, высота h зуба, осевой зазор (с) зубчатой передачи, полюсная линия р-р зуба, участки зуба с двухпарным зацеплением 1-2 и 3-4, участок зуба с однопарным зацеплением 2-3, участок с полной шириной (В) зуба - h, участки зуба с неполной шириной - h и h.
в
2
Зубчатое колесо состоит из тела 1, зубчатого венца с зубьями 2 и пары торцевых кольцевых накладок 3 и 4, укрепленных на торцах зубьев (2) и участках торцов тела (1), прилегающих к зубчатому венцу. Наружный диаметр накладок равен диаметру окружности вершин Д зубчатого венца, а их внутренний диаметр равен Д. Каждый зуб 2 колеса по своей высоте h выполнен переменной ширины. На участке с однопарным зацеплением (увеличенным в сторону вершин и оснований зуба на половину величины осевого зазора передачи - с/2) - величиной h - ширина зуба выполнена полной и равной ширине зубчатого венца - В. На участках с двухпарным зацеплением (уменьшенных, соответственно, на величину с/2), ножки и головки зубьев выполнены раздвоенными, ширина их равна В/4, каждая из этих половин прилегает к кольцевой накладке и укреплена на ней. Раздвоенные головки и ножки зубьев разнесены друг относительно друга на величину В/2.
При работе колеса в передаче каждый его зуб по своей высоте h имеет один участок с однопарным зацеплением, имеющий ширину, равную ширине зубчатого венца - В и два участка с двухпарным зацеплением, ширина которых равна В/2. При однопарном зацеплении зуб воспринимает полную нагрузку, воспринимаемую колесом, а при двухпарном - только половину этой нагрузки. Этот фактор и учитывается изменением ширины зубьев по их высоте. Смещение границ изменения ширины зубьев на величину с/2 учитывает возможные неточности сборки колес и погрешности при их работе. Наличие кольцевых накладок 3 и 4 увеличивает жесткость и прочность зубьев, а прилегание участков зубьев с уменьшенной шириной к накладкам, на которых они укреплены, также способствует повышению изгибной прочности этих участков.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса имеет меньшую материалоемкость - за счет уменьшения ширины ножек зубьев на участках их двухпарного зацепления, а наличие кольцевых накладок, связывающих между собой зубья колеса (по их торцам) и тело колеса, повышает изгибную прочность зубьев, и позволяет не уменьшать изгибную прочность зубьев и их жесткость при уменьшении ширины ножек зубьев.