ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах с крупномодульными зубчатыми колесами.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями - см., например, «Иванов М.И. Детали машин: Учеб. для машиностр. спец. вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 1984. - 336 с., ил.», стр. 96, рис. 8.2.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что зубья его зубчатого венца выполнены цельными, в то время как непосредственно для работы колеса в передаче, в зацеплении с парным зубчатым колесом, необходимы только боковые поверхности его зубьев, участвующие в зацеплении с этим парным зубчатым колесом. А выполнение зубьев цельными приводит к перерасходу материала, идущего на их изготовление.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2550245, кл. F16Н 55/12, опубл. 10.05.2015 г., Бюл. №13. 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 рабочих участков боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела, между которыми укреплены зубья колеса.
Недостаток прототипа состоит в том, что толщина пластин, образующих боковые поверхности зубьев, одинакова по всей высоте этих зубьев, что не учитывает неодинаковости изнашивания боковых поверхностей зубьев в процессе работы колеса на разных участках высоты зубьев. Эта неодинаковость определяется неодинаковостью скольжения (и трения) сопряженных зубьев парных зубчатых колес, которое равно нулю в области полюсов зубьев и возрастает в стороны вершин и оснований зубьев, достигая в этих областях максимальных значений. Увеличение скольжения и трения приводит к уменьшению толщины пластин, что способно привести к деформациям и поломкам пластин; поэтому для компенсации утоньшения пластин в процессе работы колеса приходится увеличивать толщину пластин. А увеличение этой толщины по всей высоте зубьев - нерационально, т.к. приводит к перерасходу материала, идущего на изготовление зубьев и увеличивает издержки на изготовление колеса в целом.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижения издержек на его изготовление.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилю рабочих участков боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела, между которыми укреплены зубья зубчатого венца. Причем толщина пластин вдоль высоты зубьев выполнена переменной, увеличивающейся в обе стороны от минимума на линии начальной (полюсной) окружности зубчатого венца; это увеличение прямо пропорционально увеличению скоростей скольжения на боковых поверхностях зубьев в этих направлениях. А увеличение толщины выполнено вовнутрь полостей зубьев.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса с местным разрезом - вид с торца (фиг. 1) и график изменения толщины пластин, образующих зубья колеса (фиг. 2).
1
2
р
н
1
2
3
s
На чертеже показаны: тело 1 зубчатого колеса, пластины 2 и 3, кольцевые накладки 4 и 5, наружный периметр 6 кольцевых накладок, внутренний периметр 7 кольцевых накладок, окружность 8 оснований зубьев зубчатого венца, начальная (полюсная) окружность 9; расстояние H между окружностями 6 и 8; высота Н зубьев; величина l боковой поверхности зубьев; величина l рабочего участка боковой поверхности зубьев; величина l нерабочего участка боковой поверхности зубьев; величина толщины пластин (2 и 3) - С, С, С; полюса Р зубьев колеса; скорость скольжения ν; опорные точки a, b, с боковой поверхности зубьев колеса.
1
2
1
р
н
1
2
3
3
s
Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин 2 и 3, изогнутых по профилю рабочих участков боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок 4 и 5, укрепленных на торцах тела 1, между которыми укреплены пластины 2 и 3, образующие зубья колеса. Диаметр наружного периметра 6 кольцевых накладок равен диаметру окружности вершин зубчатого венца; диаметр внутреннего периметра 7 кольцевых накладок меньше диаметра окружности 8 оснований зубчатого венца. Расстояние между окружностями 6 и 8 равно H. Высота зубьев равна Н, она меньше расстояния Н на высоту отсутствующих нерабочих участков боковых поверхностей зубьев. Величина рабочего участка боковых поверхностей зубьев равна l, величина нерабочих из участков равна l, общая величина боковых (расчетных) поверхностей зубьев - l. По линии начальной (полюсной) окружности 9 толщина пластин 2 и 3 - минимальна и равна С. Толщина пластин 2 и 3 увеличивается в обе стороны от окружности 9 (от полюсов Р) в стороны окружностей вершин (6) и оснований (8) зубчатого венца, достигая, соответственно, значений С и С (точки a и b). Пластины 2 и 3 могут быть продолжены до тела 1 и закреплены на нем (точки с), при этом толщина пластин 2 и 3 на участках примыкания к телу 1 равна толщине в точках b (равна величине С). Изменение толщины пластин 2 и 3 прямо пропорционально изменению скоростей скольжения ν в этих направлениях (см. фиг. 2).
1
2
3
При работе колеса в передаче, боковые поверхности зубьев (наружные поверхности пластин 2 и 3) подвержены износу, причем изнашивание участков этих поверхностей вдоль высоты зубьев не одинаково - оно изменяется с изменением скоростей скольжения взаимно сопряженных зубьев парных зубчатых колес: на полюсах зубьев скольжение равно нулю, оно увеличивается в направлениях вершин оснований зубьев. Толщина пластин 2 и 3 в области полюсов Р зубьев (величиной C) задана минимальной, из условия обеспечения прочности пластин при работе колеса в передаче. Эта толщина, увеличивающаяся в стороны окружностей - вершин и оснований зубчатого венца (до значений С и С), учитывает изнашивание (утоньшение) пластин в процессе работы колеса.
По сравнению с прототипом, у предлагаемой конструкции зубчатого колеса толщина пластин, образующих боковые (рабочие) поверхности зубьев, выполнена с учетом износа этих поверхностей при работе колеса в передаче, что позволяет оптимизировать конструкцию зубьев колеса и снизить издержки на его изготовление, особенно - для колеса с крупномодульными зубьями.