ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах, смазываемых твердыми смазочными материалами в порошкообразной дисперсной фазе.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями - см., например, «Гузенков П.Г.: Учеб. для вузов. - 4-е изд., испр. М.: Высш. шк., 1986. - 359 с: ил.», стр. 154, рис. 12.1, а.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что его зубья в процессе работы колеса в передаче подвержены изгибающим нагрузкам, способным привести к излому зубьев и выходу колеса из строя. Эта опасность возрастает с увеличением величины нагрузок, испытываемых зубьями и с увеличением высоты зубьев.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса, состоящего из тела и зубчатого венца с зубьями, на торцах которых укреплена пара кольцевых накладок - см. патент на изобретение №2558764, кл. F16Η 55/12, опубл. 10.08.2015 г., Бюл. №22. Кольцевые накладки, связывая между собой зубья колеса, повышают их изгибную прочность, т.к. зубья в этом случае можно рассматривать как балки, защемленные с двух сторон (со стороны оснований и вершин зубьев).
Недостаток прототипа состоит в том, что при смазывании зубьев зубчатого колеса твердым смазочным материалом в порошкообразной дисперсной фазе этот порошковый материал накапливается в областях оснований впадин зубчатого венца и уплотняется сопряженными зубьями парного зубчатого колеса, огражденных к тому же с торцов кольцевыми накладками. Это может привести к заклиниванию сопряженных зубьев парных зубчатых колес и выходу их из строя. Кроме того, конструкция тела колеса не учитывает наличия кольцевых накладок, обеспечивающих защемление зубьев и повышение их изгибной прочности, что приводит к нерациональному расходованию материала, идущего на изготовление тела колеса.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и повышения надежности его работы.
Для этого зубчатое колесо содержит тело в виде диска и зубчатый венец с зубьями, на торцах которых укреплена пара кольцевых накладок с внутренним диаметром, не меньшим диаметра окружности оснований зубчатого венца. Причем сопряжение боковых поверхностей зубьев и тела колеса выполнено без переходных галтелей. По периметру диска тела в участках обоих его торцов, прилегающих к каждой впадине зубчатого венца, выполнена пара равновеликих и симметричных друг другу вырезов, ориентированных радиально. Каждый вырез образован тремя секущими плоскостями, две плоскости перпендикулярны торцу диска, ориентированы радиально и сопряжены с боковыми поверхностями соседних зубьев по окружности оснований зубчатого венца; третья плоскость проходит через линию, соединяющую точки пересечения на боковой плоскости симметрии колеса боковых поверхностей этих зубьев с телом колеса, и ориентирована в сторону торца тела с наклоном к центру колеса.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса с местным разрезом - вид с торца (фиг. 1) и разрез этого фрагмента - вид сбоку (фиг. 2).
в
о
вн
б
р
н
а
На чертеже показаны: тело 1 зубчатого колеса, зубчатый венец с зубьями 2, кольцевые накладки 3 и 4, боковые поверхности 5 и 6 зубьев; поверхности вырезов (секущие плоскости) - 7, 8, 9, 10, 11; ребра 12; высота h зубьев; радиус окружности вершин зубчатого венца - R; радиус окружности оснований зубчатого венца - R; ширина В зубчатого венца; радиус R внутреннего периметра кольцевых накладок; ширина  кольцевых накладок; длина l боковых поверхностей зубьев; длина l рабочих участков боковых поверхностей зубьев; длина l нерабочих участков боковых поверхностей зубьев; глубина в вырезов; угол α наклона поверхностей вырезов; реперные точки А и Б.
в
о
в
вн
н
б
р
a
Зубчатое колесо содержит тело 1 в виде диска и зубчатый венец шириной В с зубьями 2 высотой h. Радиус окружности вершин зубчатого венца - R, радиус окружности оснований зубчатого венца - R. На торцах зубьев 2 укреплена пара кольцевых накладок 3 и 4, радиус наружного периметра которых равен R, радиус их внутреннего периметра - R; ширина накладок - . Сопряжение боковых поверхностей 5 и 6 зубьев 2 и тела 1 колеса выполнено без переходных галтелей (нерабочие участки длиной lбоковых поверхностей общей длиной l являются продолжением по прямой рабочих участков длиной l этих поверхностей). По периметру диска тела 1 в участках обоих его торцов, прилегающих к каждой впадине зубчатого венца, выполнена пара равновеликих и симметричных друг другу вырезов, ориентированных радиально. Каждый вырез образован тремя секущими плоскостями. С левого торца тела 1 (см. фиг. 1, 2) каждый вырез образован двумя плоскостями 7 и 8, перпендикулярными этому торцу, ориентированными радиально и сопряженными с боковыми поверхностями 5 и 6 соседних зубьев по окружности оснований зубчатого венца (радиусом Ro); третья плоскость (9), образующая вырез, проходит через линию, соединяющую точки пересечения на боковой плоскости симметрии колеса (расположенной на расстояниях В/2 от кольцевых накладок 3 и 4) боковых поверхностей 5 и 6 этих зубьев с телом 1 колеса (реперные точки А и Б), и ориентирована в сторону вышеуказанного торца тела 1, с наклоном под углом α к центру колеса. Аналогичный вырез выполнен с другого торца тела плоскостями 10, 11 (третья плоскость не изображена). Между каждой парой вырезов в области каждой впадины зубчатого венца образуются ребра 12 (по линиям А-Б).
При работе колеса со смазыванием твердым смазочным материалом в порошкообразной дисперсной фазе смазочный материал (порошок), попадающий в области оснований зубчатого венца, не накапливается и не спрессовывается в этих основаниях, а имеет возможность свободного перемещения через вырезы в области торцов колеса. Выполнение вырезов с наклонными поверхностями (наклон под углом α) облегчает это перемещение. Это свободное перемещение и предотвращение спрессовывания смазочного материала стимулируется наличием ребра 12 между вырезами.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса исключает накапливание порошкообразного смазочного материала в областях оснований зубчатого венца и заклинивания сопряженных зубьев парных зубчатых колес, это повышает надежность работы как колеса, так и зубчатой передачи в целом. Кроме того, за счет выполнения вырезов в теле колеса снижается потребное количество материала, идущего на изготовление этого колеса, тем самым снижаются расходы на изготовление этого зубчатого колеса.