ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах.
Известно зубчатое колесо, состоящее из ступицы, тела в виде диска и зубчатого венца с зубьями, нарезанными по внешней окружности тела, см., например, Березовский и др. Детали машин: Учебник для машиностроительных техникумов /Ю.Н. Березовский, Д.В. Чернилевский, М.С. Петров; Под ред. Н.А. Бородина. - М.: Машиностроение, 1983. - 384 с, ил., стр. 60, рис. 4.1, а.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что зубчатый венец, состоящий из связанных между собой по своим основаниям зубьев, малоремонтопригоден: в случае выхода из строя (поломки) одного или нескольких зубьев зубчатого венца возникает необходимость замены колеса целиком. Кроме того, зубья зубчатого колеса передают и воспринимают нагрузки - при работе с парным колесом в передаче - только рабочими участками своих боковых поверхностей, а участки боковых поверхностей, расположенные между рабочими участками и окружностями впадин зубьев, в работе не участвуют; поэтому выполнение зубьев по их полной, расчетной, высоте - от окружности вершин зубьев до окружности их впадин - приводит к нерациональному расходованию материала, идущего на изготовление зубьев и колеса в целом.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса, содержащего ступицу, тело в виде пары дисков, укрепленных на торцах ступицы, и зубчатый венец, составленный из отдельных, не связанных между собой зубьев, укрепленных своими торцами между дисками, причем зубья выполнены усеченными по своим основаниям с сохранением рабочих участков своих боковых поверхностей, см. положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке №2013153311/11 от 29.11.2013 г., кл. F16H 55/12.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что его зубья выполнены сплошными, что приводит к перерасходу материала, идущего на их изготовление.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижение издержек на его изготовление, с сохранением их прочностных характеристик.
Для этого зубчатое колесо содержит ступицу, тело в виде пары дисков, укрепленных на торцах ступицы, и зубчатый венец, составленный из отдельных, не связанных между собой зубьев, укрепленных своими торцами между дисками; причем каждый зуб выполнен из участка отрезка полосы шириной, по всей своей длине, равной ширине зубчатого венца; этот участок, начиная с одного конца отрезка полосы, изогнут по форме зуба, начиная с основной окружности колеса, и с образованием своей внешней поверхностью поверхностей зуба, идентичных расчетным для зуба данного колеса - рабочего участка одной боковой поверхности, вершины зуба и рабочего участка другой боковой поверхности - до основной окружности колеса; остальная часть отрезка полосы отогнута, начиная с основной окружности колеса, по радиусу колеса и прилегает к ступице; отрезок полосы, по всей своей длине, обоими своими торцами укреплен на внутренних торцах обоих дисков; объем между внутренними торцами дисков и ступицей заполнен затвердевшим расплавом, например пластмассы, с максимальным наружным размером относительно центра колеса, не большим, чем радиус окружности впадин; причем участки наружных поверхностей расплава, расположенные между соседними отрезками полос, погруженными в расплав, выполнены плоскими.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: зубчатое колесо (вид с торца, с местным сечением в плоскости вращения колеса) - фиг. 1, и то же колесо (вид сбоку, в сечении) - фиг. 2.
1
2
3
На чертеже показаны: ступица 1, тело колеса в виде пары дисков 2 и 3, вершины 4 зубьев, рабочие участки 5 и 6 боковых поверхностей зубьев, ребра жесткости 7; радиус R окружности вершин зубьев (4), радиус R основной окружности колеса, длина l рабочего участка боковой поверхности зуба, затвердевший расплав 8, максимальный габарит R расплава, зазор Δ, направление вращения ω колеса, внутренние поверхности 10, 11 рабочих участков боковых зубьев.
1
2
2
3
2
3
Зубчатое колесо состоит из ступицы 1, на обоих торцах которой укреплена пара дисков 2 и 3 с наружным радиусом R, равным радиусу вершин 4 зубьев колеса; зубчатый венец выполнен из отдельных, не связанных между собой зубьев; каждый зуб выполнен из участка отрезка полосы шириной, по всей своей длине, равной ширине зубчатого венца; этот участок, начиная с одного конца полосы, изогнут по форме зуба, начиная с основной окружности колеса (радиусом R), и с образованием своей внешней поверхностью поверхностей зуба, идентичных расчетным для зуба данного колеса - расчетного участка (длиной l) одной боковой поверхности, вершины (4) зуба и рабочего участка 6 другой боковой поверхности до основной окружности (радиусом R); остальная часть (7) отрезка полосы отогнута, начиная с основной окружности колеса, по его радиусу и прилегает к ступице (1); полоса по всей своей длине, обоими своими торцами укреплена на внутренних торцах дисков (2 и 3) с образованием ребер жесткости (участок 7 полосы), объем между внутренними торцами дисков 2, 3 и ступицей 1 заполнен затвердевшим расплавом 8, например пластмассы, с максимальным наружным размером R относительно центра колеса, не большим чем радиус окружности впадин; при этом между основной окружностью (радиусом R и максимальным габаритом (R) расплава образуется зазор Δ; участки наружных поверхностей 9 расплава 8, расположенные между соседними отрезками полос 7, погруженными в расплав (8), выполнены плоскими.
1
2
При работе колеса в зацеплении с парным колесом передачи рабочие нагрузки передаются и воспринимаются колесом посредством рабочих участков 5 и 6 боковых поверхностей каждого зуба, расположенных между окружностью вершин (с радиусом R) и основной окружностью (с радиусом R) колеса; участки 7 полос, из которых изготовлены зубья колеса и которые укреплены между внутренними торцами дисков 2 и 3, образуют ребра жесткости, повышая прочность колеса в целом. Присутствие затвердевшего расплава 8 между торцами дисков 2, 3, ступицей 1 и отрезками полос 7 (ребер жесткости) способствует повышению жесткости конструкции колеса. Кроме того, при наличии расплава 8 его наружных поверхностей 9 (выполненных плоскими для удобства выполнения этих поверхностей) образуются полости между этими поверхностями (9), участками 7, отрезков полос, внутренними поверхностями вершин (4) и внутренними поверхностями 10 и 11 рабочих участков боковых сторон зубьев, имеющих зазор Δ между одной боковой стороной зуба и расплавом 8. Наличие этих полостей позволяет при работе колеса с картерным смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения захватывать этими полостями смазочный материал (при вращении колеса по направлению ω) и переносить его в зону зацепления с парным колесом передачи (наличие вышеуказанных поверхностей в совокупности с поверхностями 7 и 6 опережающих зубьев колеса образуют смазочные ванны, в которых происходит зацепление сопряженных зубьев парных колес, что улучшает режим смазывания сопряженных колес).
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет снизить издержки на его изготовление - за счет выполнения зубьев не цельными; прочность колеса при этом обеспечивается наличием ребер жесткости, выполненных из части элементов (полос), из которых изготовлены сами зубья, наличие застывшего расплава повышает прочность колеса. Кроме того, конструкция данного колеса позволяет повысить качество смазывания колеса жидкими смазочными материалами при его картерном смазывании методом погружения.