ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело со ступицей и зубчатый венец с зубьями - см., например, «Иосилевич Г.Б. и др. Прикладная механика: Для студентов втузов / Г.Б. Иосилевич, П.А. Лебедев, В.С. Стреляев. - М.: Машиностроение, 1985. - 576 с., ил.», стр. 315, рис. 20.2.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что тело колеса между ступицей и зубчатым венцом выполнено сплошным, зубчатый венец выполнен как часть тела, - все это приводит к неоправданному расходу материала, идущего на изготовление колеса, особенно при большом диаметре колеса.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2544467, кл. F16H 55/12, опубл. 20.03.2015 г., Бюл. №8. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело со ступицей и зубчатый венец с зубьями, причем участок тела между ступицей и зубчатым венцом выполнен в виде пары дисков, укрепленных на торцах ступицы и торцах зубчатого венца; зубчатый венец выполнен в виде отдельных зубьев, не связанных между собой; зубья укреплены своими торцами между этими дисками, причем зубья выполнены усеченными по своим основаниям, с сохранением рабочих участков своих боковых поверхностей.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что при его работе со смазыванием - жидким или пластичным смазочным материалом - этот смазочный материал будет попадать (вследствие взаимодействия с зубьями парного колеса в процессе зацепления и под воздействием силы тяжести) со смазываемых поверхностей зубьев в область между зубчатым венцом и ступицей, накапливаясь в этой области (при смазывании пластичным материалом) или смачивая внутренние поверхности дисков и поверхность ступицы. Накапливание в этой области пластичного смазочного материала будет приводить к его перерасходу и способствовать загрязнению этой области. Смачивание же поверхностей в этой области жидким смазочным материалом будет приводить к образованию излишних поверхностей, смоченных смазочным материалом, что будет способствовать увеличению площади контактирования смазочного материала с окружающим воздухом, что будет способствовать дополнительному окислению смазочного материала и как следствие - ухудшению его свойств. Кроме того, наличие на поверхностях этих областей любого смазочного материала будет способствовать загрязнению этих поверхностей - пылью из окружающего воздуха и т.п.
Изобретением решается задача повышения эксплуатационных характеристик зубчатого колеса при работе его в режиме смазывания, а также повышение жесткости и прочности колеса.
Для этого зубчатое колесо содержит тело и зубчатый венец с зубьями, участок тела между ступицей и зубчатым венцом выполнен в виде пары дисков, укрепленных на торцах ступицы и торцах зубчатого венца; зубчатый венец выполнен в виде отдельных зубьев, не связанных между собой; зубья укреплены своими торцами между этими дисками; зубья выполнены усеченными по своим основаниям с сохранением рабочих участков своих боковых поверхностей; причем рабочие участки боковых поверхностей зубьев соответствуют расчетным для зубьев данного колеса, а нерабочие участки этих поверхностей выполнены в виде плоскостей, ориентированных радиально относительно колеса; размер этих плоскостей по высоте зубьев равен величине осевых зазоров зубчатого венца; соосно оси колеса расположено жесткое кольцо шириной, равной ширине зубчатого венца, и наружным диаметром, равным диаметру окружности оснований зубьев зубчатого венца; кольцо жестко укреплено между дисками и на основаниях зубьев, с примыканием к ним по всей их поверхности.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: зубчатое колесо (вид с торца) - фиг. 1, то же колесо (вид сбоку в сечении) - фиг. 2, зуб зубчатого колеса (вид с торца) - фиг. 3.
На чертеже показаны: ступица 1, тело колеса - торцевые диски 2 и 3, зубья 4, боковые поверхности 5 зубьев, основания 6 зубьев, кольцо 7; высота h зубьев, длина l рабочих участков боковых поверхностей 5 зубьев, величина осевого зазора С колеса.
Зубчатое колесо состоит из ступицы 1, тела, выполненного в виде пары торцевых дисков 2 и 3, укрепленных на торцах ступицы и имеющих диаметр, равный диаметру окружности вершин зубьев зубчатого венца, и зубчатого венца, выполненного из отдельных, не связанных между собой зубьев 4. Зубья своими торцами жестко укреплены между торцевыми дисками 2 и 3. Зубья 4 имеют рабочие участки длиной l боковых поверхностей 5, идентичные по профилю расчетному профилю зубьев данного зубчатого колеса; ниже рабочих участков (l) боковые поверхности 5 (размером С, равным размеру осевого зазора колеса) до основания 5 зубьев выполнены в виде плоскостей, ориентированных радиально относительно оси колеса. С примыканием по всей площади оснований 6 зубьев между дисками 2 и 3 жестко укреплено кольцо 7, соосное оси колеса; ширина кольца равна ширине зубчатого венца колеса. Кольцо 7 является элементом, усиливающим жесткость колеса, и само обладает достаточной жесткостью и прочностью, выполнено оно может быть из металла.
Работает данное зубчатое колесо следующим образом. При зацеплении в передаче с парным зубчатым колесом рабочие нагрузки воспринимаются и передаются рабочими участками (длиной l) боковых поверхностей 5 зубьев 4; наличие жесткого кольца 7, связывающего между собой зубья и диски 2 и 3, способствуют перераспределению нагрузок между элементами зубчатого колеса. Боковые поверхности 5 зубьев, обращенные друг к другу, участки торцевых накладок 2 и 3 между ними и поверхности кольца 7 совместно образуют карманы, не соединенные с областью колеса между кольцом 7 и ступицей 1. Поэтому при смазывании колеса смазочным материалом (пластичным или жидким) этот материал в эти области не попадает.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса не позволяет при его смазывании попадать смазочному материалу в области между основаниями зубьев и ступицей. Тем самым снижается перерасход смазочного материала, предотвращается загрязнение этой области (смазочным материалом, грязью и т.п.), а также лучше сохраняются эксплуатационные свойства смазочного материала. Наличие жесткого кольца, связывающего между собой зубья колеса и торцевые диски, повышает жесткость и прочность колеса в целом.