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 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 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 колеса, примыкающих к зубчатому венцу. Причем каждый зуб выполнен из одной пластины, изогнутой по наружному профилю зуба. Ширина сквозного отверстия равна половине ширины зубчатого венца; высота этого отверстия равна сумме высоты нерабочего участка боковой поверхности и высоты рабочего участка боковой поверхности, работающего в режиме двухпарного зацепления. Сквозное отверстие аналогичной ширины выполнено в набегающей боковой поверхности и со стороны вершины зуба, с примыканием к ней. Высота этого отверстия равна высоте рабочего участка боковой поверхности за минусом толщины пластины, образующей вершину зуба. Внутри полости зуба на внутренней стороне пластины, образующей отстающую боковую поверхность, и на внутренних поверхностях кольцевых накладок укреплены полки, ориентированные перпендикулярно вертикальной оси зуба. Полки расположены с зазорами относительно части пластины, образующей набегающую боковую поверхность. Со стороны этой поверхности полки снабжены бортиками шириной, равной ширине полок, обращенными в сторону тела колеса и выполненными эквидистантно относительно набегающей боковой поверхности. Аналогичный бортик укреплен на внутренней стороне пластины, образующей вершину зуба. А между бортиками и соседними полками, а также между нижним бортиком и телом колеса, выполнены зазоры.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид с торца в разрезе (фиг. 1) и тот же фрагмент - вид сбоку в разрезе (фиг. 2).
1
2
3
01
02
1
2
На чертеже показаны: тело 1; зубья (пластины) 2; набегающая боковая поверхность 3; вершина 4; отстающая боковая поверхность 5; кольцевые накладки 6 и 7; наружный периметр 8 накладок; внутренний периметр 9 накладок; окружность 10 оснований зубчатого венца; сквозные отверстия 11 и 12; полки 13; бортики 14, 15; полости 16; ширина B зубчатого венца; высота h зубчатого венца; высота h участка боковой поверхности, работающего в режиме однопарного зацепления; высоты h и h участков боковой поверхности, работающих в режиме двухпарного зацепления; высоты h и h сквозных отверстий 11 и 12; зазоры Δ и Δ; толщина C пластины 2; направление вращения ω колеса.
01
н
2
02
3
1
1
2
Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец шириной B и высотой h, каждый зуб которого выполнен из пластины 2, изогнутой по наружному профилю зуба, расчетного для данного колеса, с образованием его набегающей боковой поверхности 3, вершины 4 и отстающей боковой поверхности 5. На торцах зубьев 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. В набегающей боковой поверхности 3 каждого зуба, в месте ее примыкания к телу 1 выполнено сквозное отверстие 11; ширина этого отверстия равна половине ширины B зуба и равна В/2; высота этого отверстия - h и равна сумме высоты h нерабочего участка боковой поверхности и высоты h рабочего участка боковой поверхности, работающего в режиме двухпарного зацепления. Со стороны вершины 4 зуба выполнено аналогичное отверстие - 12, шириной В/2; высота этого отверстия h, равной высоте h участка боковой поверхности, работающего в режиме двухпарного зацепления, минус толщина С пластины 2, образующей вершину 4 зуба. Внутри полости зуба, на внутренней стороне пластины 2, образующей отстающую боковую поверхность 5 зуба, и на внутренних поверхностях кольцевых накладок 6 и 7 укреплены полки 13, плоскости которых перпендикулярны вертикальной оси зуба; полки расположены с зазорами Δ относительно части пластины 2, образующей набегающую боковую поверхность 3 зуба; со стороны этой части пластины полки 13 снабжены бортиками 14, шириной, равной ширине зуба (величиной B); эти бортики обращены в сторону тела 1 колеса и выполнены эквидистантно относительно части пластины, образующей боковую набегающую поверхность 3 зуба (с зазорами Δ относительно нее). Аналогичный бортик 15 укреплен на внутренней стороне вершины 4 зуба. Между бортиками 14 и соседними полками 13, а также между бортиками 14 нижней полки 13 и телом 1 колеса выполнены зазоры Δ. Внутренняя поверхность пластин 2, внутренние поверхности кольцевых накладок 6, 7, поверхности полок 13 и бортиков 14 образуют полости 16.
2
2
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 его зубья поочередно погружаются в масляную ванну, при этом зубья ориентированы своими вершинами 4 вниз по вертикали. При этом жидкий смазочный материал заполняет в зубьях полости 16, поступая в них через отверстия 11 и 12 в пластине 2 и - через зазоры Δ. При проворачивании (ω) колеса, зубья переориентируются своими вершинами 4 вверх. При этом жидкий смазочный материал выливается из полостей 16 - через зазоры Δ и отверстие 11 - и поступает во впадины зубчатого венца, смазывая боковые (трущиеся) поверхности зубьев. При этом внутренние поверхности кольцевых накладок 6, 7 и поверхности соседних зубьев образуют масляные ванны, в которые погружаются и зубья парного зубчатого колеса, смазываясь при этом.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет повысить качество его смазывания и - смазывания зубьев парного зубчатого колеса, вследствие чего снижается интенсивность их изнашивания и увеличивается их долговечность. Наличие сквозных отверстий у вершин зубьев и расположение заполняемых смазочным материалом полостей с зазорами относительно внутренних частей пластин, образующих боковые набегающие поверхности, позволяет упростить заполнение полостей смазочным материалом и выход воздуха из этих полостей при их заполнении смазочным материалом. Кроме того, выполнение отверстия у вершины зуба позволяет зубьям захватывать смазочный материал из масляной ванны даже при понижении верхнего уровня этой масляной ванны. Помимо этого, учет парности зацепления сопряженных зубьев парных колес позволяет снизить расход материала, идущего на изготовление зубьев (их боковых поверхностей, в частности - набегающих): площадь сквозных отверстий задана с учетом этого фактора.