ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах.
Известна конструкция зубчатого колеса, содержащего тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу; причем наружный диаметр накладок равен диаметру окружности вершин зубчатого венца колеса - см., например, патент на изобретение РФ №2488725, кл. F16H 55/12, опубл. 27.07.2013 г., бюл. №21.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что зубья его зубчатого венца имеют одинаковую ширину боковых (рабочих) поверхностей, участвующих в зацеплении с парным зубчатым колесом, по всей высоте зубьев. Это не учитывает того, что парность зацепления зубьев сопряженных зубчатых колес в передаче не одинакова по высоте зубьев: в районе полюса зацепления зубьев имеет место однопарное зацепление; на участках зубьев, прилегающих к их вершинам и основаниям, имеет место двухпарное зацепление. Прямопропорциональна величине зацепления, соответственно, и величина нагружения соответствующих участков боковых поверхностей зубьев - в районе полюса зацепления величина нагружения зубьев вдвое больше, чем на участках боковых поверхностей, прилегающих к вершинам и основаниям зубьев. А ширина боковых (рабочих) поверхностей зубьев, выполненная одинаковой по всей высоте зубьев, этой разности в нагружении по высоте зубьев не учитывает и задана с учетом максимального нагружения зубьев (в районе их полюсов). Это приводит к перерасходу материала, идущего на изготовление зубчатого венца и колеса в целом.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2547201, кл. F16H 55/08, опубл. 10.04.2015 г., бюл. №10. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело и зубчатый венец с зубьями, причем на участках головок зубьев ширина зубьев выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорциональна зависящей от кратности парности зацепления, причем граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев на величину осевого зазора зубчатой передачи.
Недостаток прототипа состоит в том, что кратность парности зацепления зубьев учтена только для их головок (ширина зубьев на участках головок с двухпарным зацеплением уменьшена вдвое - кратно парности зацепления на этих участках); а для участков ножек с такой же парностью зацепления такого учета нет, и ножки по всей своей высоте выполнены с номинальной шириной, такой же, как для участков зубьев по их высоте с однопарным зацеплением. Выполнение ширины участков ножек с двухпарным зацеплением номинальной (полной) величины приводит к неоправданному расходу материала, идущего на изготовление этих ножек, что нерационально и способствует увеличению издержек на изготовление зубчатого венца и колеса в целом.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса - снижение издержек на его изготовление и повышение прочности зубьев его зубчатого венца.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и частях торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу, ширина зубьев которого на участках их головок выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорционально зависящей от кратности парности зацепления; граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев; причем зубья выполнены симметричными, имеющими в своем главном поперечном сечении вид перевернутой буквы «П»; а граница изменения ширины головок смещена в сторону вершин зубьев на величину половины осевого зазора передачи.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса (вид с торца) - фиг. 1, то же (вид сбоку) - фиг. 2.
1
2
3
На чертеже показаны: тело 1, зуб 2, кольцевые накладки 3 и 4; окружность вершин 5 зубчатого венца, окружность впадин 6, начальная окружность 7, внутренние окружности 8 кольцевых накладок (3 и 4), наружные окружности 9 кольцевых накладок (3 и 4), плоскость симметрии 10 зуба; полюсная линия p-p зуба, осевой зазор с передачи, высота h зубчатого венца, размер l рабочего участка боковой поверхности зуба, участки с двухпарным зацеплением а-b и c-d (размерами l и l), участок с однопарным зацеплением b-с (размером l), ширина В зубчатого венца.
Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец с зубьями 2 и пару кольцевых накладок 3 и 4, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу. Зубья 2 выполнены симметричными относительно центральной плоскости вращения 10 колеса и в своем главном поперечном сечении имеют вид перевернутой буквы «П». Участки головок зубьев с двухпарным зацеплением (участки c-d, смещенные в стороны вершин зубьев на величину с/2, выполнены из двух равных частей шириной В/4.
3
1
2
При работе зубчатое колесо участвует как в однопарном зацеплении (участок b-с размером l), так и в двухпарном зацеплении (участки а-b и c-d размерами l и l). При двухпарном зацеплении зуб воспринимает половину нагрузки, воспринимаемой колесом. Это учитывается уменьшением ширины головок зубьев вдвое.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет повысить прочность зубьев колеса (в частности - их головок), за счет скрепления части головок зубьев с уменьшенной шириной (суммарно для обеих половин головок - вдвое) торцевыми накладками. Это позволяет обеспечить прочность головок зубьев с уменьшенной шириной и одновременно - снизить материалоемкость зубьев.