ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах, смазываемых жидкими смазочными материалами методом погружения.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями ( см., например, Гузенков П.Г. «Детали машин»: Учеб. для вузов. - 4-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 1986. - 359 с.: ил., стр. 178, рис. 12.12, а.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что при смазывании его жидким смазочным материалом методом погружения, когда смазочный материал подается в зону зацепления с парным зубчатым колесом передачи зубьями этого колеса, погружаемыми периодически при вращении колеса в масляную ванну с жидким смазочным материалом, этот смазочный материал, захваченный из ванны боковыми (трущимися) поверхностями зубьев, при перемещении зубьев в зону зацепления стекает с этих поверхностей, поэтому смазочный материал в зоне зацепления может быть недостаточным для качественного смазывания трущихся поверхностей зубьев колес. Это интенсифицирует процесс их изнашивания, что может привести к выходу передачи из строя.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2532451, кл. F16H 55/10, опубл. 10.11.2014 г., Бюл. №31. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилю зуба, расчетного для данного колеса, с образованием боковых поверхностей зубьев, и пары кольцевых накладок, наружный диаметр которых равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, укрепленных на торцах тела, между которыми и на теле колеса укреплены зубья зубчатого венца.
Недостаток прототипа состоит в том, что между верхними концами пластин, образующих зубья зубчатого венца, имеются зазоры, через которые смазочный материал, при погружении зубьев в масляную ванну, затекает в полости зубьев и бесцельно перемещается в них при вращении колеса. Кроме того, смазывание зоны зацепления парных зубчатых колес (нижерасположенного колеса, погруженного в масляную ванну и вышерасположенного парного колеса) осуществляется за счет смазочного материала, захваченного боковыми (трущимися) поверхностями зубьев нижерасположенного зубчатого колеса. А количество захваченного ими смазочного материала может быть изначально недостаточным для осуществления нормального смазывания; кроме того, изначально захваченный смазочный материал за время перемещения зубьев из масляной ванны в зону зацепления стекает с этих зубьев, что уменьшает количество изначально захваченного материала и ухудшает тем самым режим трения зубьев сопряженных колес.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и повышения качества смазывания трущихся поверхностей его зубьев.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из прямоугольных пластин, изогнутых по профилю поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок, наружный диаметр которых равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, укрепленных на торцах тела, между которыми и на окружности тела укреплены зубья зубчатого венца. Причем каждый зуб выполнен из одной пластины, изогнутой по полному профилю расчетного зуба. Между основаниями опережающих, при вращении колеса, боковых поверхностей зубьев и телом колеса выполнены зазоры; в участках пластин, образующих отстающие боковые поверхности зубьев, в области вершин зубьев и с примыканием к этим вершинам, выполнены сквозные отверстия, расположенные вдоль ширины этих участков; внутри полости каждого зуба, с эквидистантным примыканием к участку пластины, образующей отстающую боковую поверхность зуба, укреплена вставка в виде клина, ширина которого равна ширине зуба; основание клина эквидистантно примыкает к телу колеса; вершина клина примыкает к сквозным отверстиям в области вершины зуба; а грань клина, обращенная вовнутрь полости зуба, выполнена плоской.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: схема зубчатой передачи (фиг. 1), фрагмент зубчатого колеса с местным разрезом - вид с торца (фиг. 2), разрез фрагмента зубчатого колеса - вид сбоку (фиг. 3), разрезы фрагмента зубчатого колеса по центральной плоскости вращения колеса - вид сбоку (фиг. 4 и 5).
1
2
На чертеже показаны: нижерасположенное зубчатое колесо 1, парное зубчатое колесо 2, жидкий смазочный материал 3, масляная ванна 4, тело 5 зубчатого колеса (1), пластины 6, опережающая боковая поверхность 7 зуба, отстающая боковая поверхность 8 зуба, вершина 9 зуба, кольцевые накладки 10 и 11, наружный периметр 12 накладок, внутренний периметр 13 накладок, окружность 14 оснований зубчатого венца, сквозные отверстия 15, полость 16 зуба, вставка 17; горизонтальная ось координат Х-Х; вертикальная ось координат У-У; направления вращения ω и ω зубчатых колес (1 и 2); зазор Δ; ширина В зуба; угол α между поперечной плоскостью симметрии зуба и боковой гранью вставки (17).
1
2
Нижерасположенное зубчатое колесо 1, находящееся в зацеплении с парным зубчатым колесом 2, погружено в жидкий смазочный материал 3 масляной ванны 4; валы обоих зубчатых колес находятся в горизонтальной плоскости (по оси Х-Х) и вращаются, соответственно, в направлениях ω и ω. Зубчатое колесо 1 состоит из тела 5 и зубчатого венца с полыми зубьями, каждый из которых состоит из прямоугольной пластины 6, изогнутой по профилю зуба, расчетного для данного колеса, с образованием боковых поверхностей 7, 8 и вершины 9 зуба. На торцах тела 1 укреплена пара кольцевых накладок 10 и 11; диаметр наружного периметра 12 накладок равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, диаметр внутреннего периметра 13 накладок меньше диаметра окружности оснований 14 зубчатого венца. Между участком пластины 6 каждого зуба, образующего опережающую, при вращении ω1 колеса 1 боковую поверхность 7 зуба, и телом 1 колеса выполнен зазор Δ. В участках пластин 6, образующих отстающие боковые поверхности 8 зубьев, в области вершин 9 зубьев и с примыканием к этим вершинам, выполнены сквозные отверстия 15, расположенные вдоль ширины этих участков (ширины зуба В). Внутри полости 16 каждого зуба, с эквидистантным примыканием к участку пластины 6, образующей отстающую боковую поверхность 8 зуба, укреплена вставка 17 в виде клина, ширина которого равна ширине В зуба. Основание клина эквидистантно прилегает к телу 1 колеса. Вершина клина примыкает к сквозным отверстиям 15. А грань клина, обращенная вовнутрь полости зуба, выполнена плоской.
1
1
При работе зубчатой передачи со смазыванием, нижерасположенное зубчатое колесо 1 погружено в жидкий смазочный материал 3 масляной ванны 4 и находится в зацеплении с вышерасположенным парным зубчатым колесом 2. При вращении ω колеса 1 его зубья поочередно погружаются в смазочный материал 3; при этом смазочный материал - через зазоры Δ и через сквозные отверстия 15, заполняя полости 16 зубьев. При дальнейшем проворачивании ω колеса и выходе его зубьев из жидкого смазочного материала 3 масляной ванны 4, смазочный материал, попавший в полости 16 зубьев, начинает вытекать из этих полостей - через сквозные отверстия 15 в области вершин 9 зубьев. При этом осуществляется смазывание отстающих боковых поверхностей 8 этих зубьев, а также - опережающих боковых поверхностей 7 нижерасположенных зубьев колеса 1 и опережающих боковых поверхностей зубьев колеса 2 (при их входе в зону зацепления колес 1 и 2). Опережение полостей 16 зубьев колеса 1 обеспечивается наличием в полостях 16 вставок 17, стороны которых (грани клина), обращенные во внутрь полостей 17, расположены с наклоном в сторону сквозных (выливных) отверстий 15. Оптимальный режим опорожнения полостей 16 задается соответствующими сечениями сквозных (выливных) отверстий 15 и углом α наклона сторон вставок 17 в сторону этих отверстий (относительно горизонтальной оси ординат Х-Х при горизонтальном положении зубьев колеса 1 в зоне зацепления с парным зубчатым колесом 2.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет осуществлять смазывание боковых поверхностей зубьев и после выхода этих зубьев из масляной ванны, компенсируя тем самым потери смазочного материала с боковых поверхностей зубьев вследствие его стекания с этих поверхностей при перемещении зубьев из масляной ванны в зону зацепления с зубьями парного зубчатого колеса. Это повышает качество смазывания трущихся поверхностей зубьев и снижает их износ, особенно - при большом диаметре и малой скорости его вращения.