ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в тихоходных реверсивных зубчатых передачах с крупномодульными зубчатыми колесами, смазываемых жидкими смазочными материалами методом погружения.
Известно зубчатое колесо по патенту на изобретение РФ №2550245, кл. F16H 55/12, опубл. 10.05.2015 г., Бюл. №13, сущность которого состоит в том, что оно состоит из тела, пары кольцевых накладок с наружным диаметром, равным диаметру окружности зубчатого венца, и зубчатого венца с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилю зуба, расчетного для данного колеса, с образованием рабочих участков обоих его боковых поверхностей; пластины, образующие зубья зубчатого венца, закреплены между внутренними торцами кольцевых накладок.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что при работе его со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения, смазочный материал, захватываемый зубьями колеса, нуждающимися в смазывании, из масляной ванны, в процессе перемещения зубьев из масляной ванны в зону зацепления с парным зубчатым колесом передачи, стекает с поверхностей зубьев, в частности - с боковых рабочих поверхностей зубьев, участвующих в зацеплении с парным зубчатым колесом. Это приводит к тому, что в зону зацепления парных колес поступает недостаточное количество смазочного материала; это интенсифицирует процесс изнашивания трущихся боковых поверхностей зубьев.
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 полыми зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу. Обе боковые поверхности каждого зуба выполнены из пары прямоугольных пластин, изогнутых по наружному профилю боковых поверхностей расчетного для данного колеса зуба. В пластине, образующей набегающую поверхность зуба, на участке примыкания ее к телу колеса, вдоль ширины зубчатого венца выполнены сквозные отверстия. Вторая пластина, образующая отстающую боковую поверхность зуба, снабжена Г-образным элементом шириной, равной ширине зубчатого венца; одна полка закреплена на этой пластине в районе окружности вершин зубьев зубчатого венца с образованием зазора между элементом и первой пластиной; другая его полка ориентирована в сторону окружности впадин зубчатого венца с образованием зазора относительно нее. При вращении колеса и погружении зубьев зубчатого венца в жидкий смазочный материал масляной ванны, когда зубья ориентированы своими вершинами вниз по вертикали, смазочный материал - через зазоры в области вершин зубьев, между набегающей боковой поверхностью и Г-образным элементом - затекает в полости зубьев. При дальнейшем проворачивании колеса и выходе зубьев из масляной ванны смазочный материал удерживается в полостях каждого зуба - между внутренней поверхностью пластины, образующей отстающую боковую поверхность, внутренними поверхностями кольцевых накладок и поверхностью Г-образного элемента. При дальнейшем проворачивании колеса и переориентации зубьев своими вершинами вверх по вертикали, смазочный материал из этих полостей зубьев вытекает - через сквозные отверстия в набегающих боковых поверхностях на участке их примыкания к телу колеса - и попадает во впадины зубчатого венца, которые, совместно с внутренними поверхностями кольцевых накладок, образуют масляные ванны. Этим смазочным материалом смазываются боковые поверхности зубьев, а также зубья вышерасположенного парного зубчатого колеса - при их погружении в эти масляные ванны в зубчатом венце в процессе сопряжения с зубьями первого, нижерасположенного, зубчатого колеса. Такая конструкция зубчатого колеса повышает качество смазывания зубчатых колес передачи.
Недостаток прототипа состоит в том, что полости зубьев колеса способны захватывать смазочный материал из масляной ванны и переносить его в зону зацепления с парным зубчатым колесом только при одном направлении вращения колеса (при нереверсивном режиме работы зубчатой передачи). А при реверсе передачи и вращении колеса в противоположном направлении полости зубьев такой перенос смазочного материала осуществлять не могут; в этом случае (при реверсе передачи) в зону зацепления парных зубчатых колес будет поступать недостаточное количество смазочного материала, что будет способствовать интенсификации износа зубьев сопряженных парных зубчатых колес.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и обеспечения качественного смазывания зубьев колес передачи при реверсивном режиме ее работы.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела, и зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из одной прямоугольной пластины, изогнутой по профилю зуба, расчетного для данного колеса. Пластины укреплены между кольцевыми накладками и на теле колеса. Каждый второй зуб зубчатого венца выполнен с обеими боковыми поверхностями, имеющими высоту, равную высоте зубчатого венца (зуба), и закрепленными своими нижними концами на теле колеса. В остальных зубьях зубчатого венца между одной из двух боковых поверхностей каждого такого зуба и телом колеса выполнен зазор относительно тела шириной, равной ширине зубчатого венца. Это выполнение сделано с чередованием расположения зазоров в набегающих и отстающих боковых поверхностях этих зубьев относительно каждого одного из двух направлений вращения колеса.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид с торца с местным разрезом по центральной плоскости вращения колеса (фиг. 1), часть фрагмента зубчатого колеса с одним зубом - вид с торца с местным разрезом (фиг. 2); та же часть фрагмента зубчатого колеса - вид сбоку в разрезе (фиг. 3).
1
2
На чертежах показаны: тело 1 колеса; кольцевые накладки 2 и 3; наружный периметр 4 кольцевых накладок; внутренний периметр 5 кольцевых накладок; окружность оснований 6 зубчатого венца; зубья 7 без сквозных отверстий; зубья 8, 9 со сквозными отверстиями; пластина 10, образующая зуб; боковая поверхность 11 зуба со сквозным отверстием; вершина 12 зуба; боковая поверхность 13 зуба без сквозного отверстия; полость 14 зуба; высота H зуба; ширина В зубчатого венца; высота С сквозного отверстия в боковой поверхности зуба; направления вращения ω и ω зубчатого колеса.
1
2
Зубчатое колесо содержит тело 1, пару кольцевых накладок 2 и 3, диаметр наружного периметра 4 которых равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, а диаметр внутреннего периметра 5 меньше диаметра окружности 6 зубчатого венца; накладки 2 и 3 укреплены на торцах тела 1 колеса; и зубчатый венец шириной В с полыми зубьями 7, 8, 9 высотой Н. Каждый зуб выполнен из одной прямоугольной пластины 10, изогнутой по профилю зуба, расчетного для данного колеса, и закрепленной между кольцевыми накладками 2 и 3 и на теле 1. Пластина 10 образует одну боковую поверхность 11 зуба, вершину 12 зуба и вторую боковую поверхность 13 зуба. Изогнутая пластина 10, совместно с внутренними поверхностями кольцевых накладок 2, 3 и поверхностью тела 1, образует полость 14 зуба. Каждый второй зуб (7) зубчатого венца выполнен с обеими полными боковыми поверхностями, расположенными от вершины 12 зуба до тела 1, с закреплением на теле (см. поз. 7 на фиг. 1 и поз. 13 на фиг. 2). У остальных зубьев зубчатого венца (см. поз. 8 и 9 - фиг. 1) одна боковая поверхность (13) выполнена полной, расположенной от вершины 12 до тела 1, с закреплением на теле, а другая боковая поверхность (11) выполнена с зазором величиной С относительно тела 1; ширина зазора равна ширине зуба (зубчатого венца) и равна В. Зубья 8 и 9 - с зазором С между одной их боковой поверхностью (11) и телом 1 колеса - расположены вдоль зубчатого венца с чередованием расположения зазоров в набегающих и отстающих боковых поверхностях этих зубьев относительно каждого одного из двух направлений вращения (ω или ω) колеса.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения и вращения (ω или ω) колеса зубья 7, 8, 9 его зубчатого венца (см. фиг. 1) поочередно погружаются в масляную ванну. При этом зубья 7, 8, 9 ориентированы своими вершинами 12 вниз по вертикали, и полости 14 зубьев (8 и 9), у которых одна из боковых поверхностей (11) выполнена с зазором относительно тела 1, заполняется смазочным материалом, затекающим в полости 14 через зазоры (высотой С и шириной В). При дальнейшем проворачивании (ω или ω) колеса и выходе зубьев 8 и 9 из масляной ванны смазочный материал из зубьев, у которых зазоры выполнены в отстающих боковых поверхностях (по ходу вращения колеса - (ω или ω), вытекает из полостей 14 - через те же зазоры - обратно в масляную ванну, по пути омывая боковые (трущиеся) поверхности зубьев зубчатого венца. А зубья, у которых боковые поверхности 11 с зазорами являются набегающими, смазочный материал в своих полостях 14 переносят по направлению к зоне зацепления с парным зубчатым колесом. При дальнейшем проворачивании (ω или ω) колеса зубья (8 и 9) переориентируются своими вершинами 12 вверх по вертикали, и смазочный материал начинает вытекать из полостей 14 в зону впадин зубчатого венца, локализованных с боков кольцевыми накладками 2 и 3 и образующих масляные ванны, удерживающие вытекающий смазочный материал. При этом происходит смазывание боковых (трущихся) поверхностей зубьев колеса. При дальнейшем проворачивании (ω или ω) колеса и подходе участков зубчатого венца колеса с образованными во впадинах его зубчатого венца масляными ваннами к зоне зацепления с вышерасположенным парным зубчатым колесом зубья этого парного вышерасположенного зубчатого колеса, входя в зацепление с зубьями нижерасположенного зубчатого колеса, погружаются в эти образованные масляные ванны с жидким смазочным материалом, смазываясь при этом. При вращении ω переносящими смазочный материал являются зубья 8 (см. фиг. 1), а при вращении ω переносящими смазочный материал являются зубья 9 (см. фиг. 1). Фактор того, что при данной конструкции зубчатого колеса и вращении колеса в одном направлении (ω или ω) не все полости зубьев (7, 8, 9) зубчатого венца переносят смазочный материал из масляной ванны в зону зацепления с парным вышерасположенным зубчатым колесом, а только полость каждого пятого зуба (см. фиг. 1) - не является существенным; т.к. вышерасположенное парное зубчатое колесо имеет количество зубьев, отличное от количества зубьев нижерасположенного зубчатого колеса, поэтому в оборудованные во впадинах нижерасположенного зубчатого колеса масляные ванны погружаются в итоге все зубья вышерасположенного парного зубчатого колеса без исключения, смазываясь при этом.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет осуществлять захват жидкого смазочного материала из масляной ванны полостями зубьев и перенос его в зону зацепления с парным зубчатым колесом при любом направлении вращения зубчатого колеса. Это позволяет обеспечить присутствие смазочного материала в зоне зацепления парных зубчатых колес в требуемом количестве, что повышает качество смазывания зубьев колес и снижает интенсивность их изнашивания.