ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, а именно к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями (Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для машиностроит. спец. техникумов. - М.: Высш. шк., 1984. - 336 с., ил., с.44).
Недостаток данного зубчатого колеса состоит в том, что конструкция зубьев его зубчатого венца не учитывает величину парности зацепления с сопряженным зубчатым колесом в передаче. При вращении колеса линия контакта зубьев перемещается в поле зацепления, у которого одна сторона равна ширине зубчатого венца, а вторая равна длине активной линии зацепления - на боковых поверхностях зубьев. На участке поля зацепления, расположенного в зоне колеса зацепления - на линии полюса зацепления и прилегающих к ней зонах (со стороны вершины и со стороны корня зуба) имеет место однопарное зацепление. На остальных участках поля зацепления - в сторону вершины корня зуба - имеет место двухпарное зацепление. При однопарном зацеплении зуб воспринимает (передает) нагрузку в два раза больше, чем при двухпарном. Контактная прочность зубьев рассчитывается, исходя из величины нагрузок, воспринимаемых (передаваемых) зубьями. Исходя из величины контактной прочности зубьев, рассчитывается ширина зубьев. Из этого следует, что величина парности зацепления влияет на необходимую ширину зубьев, и для обеспечения требуемой контактной прочности зубьев ширина зубьев (ширина их боковых поверхностей - ширина поля зацепления) в зонах, прилегающих к полюсу зацепления - на участках однопарного зацепления, должна быть вдвое больше, чем на остальных участках поля зацепления. Т.е. ширина парности зацепления: выполнение ширины зубьев в зависимости от парности зацепления способно оптимизировать конструкцию зубьев зубчатого колеса, снизить потребное количество материала, идущего на их изготовление, и снизить издержки на изготовление колеса в целом. Выполнение зубьев равной ширины по всей их высоте приводит к перерасходу материала, идущего на изготовление зубьев, и повышению издержек на изготовление колеса в целом.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса, содержащего тело и зубчатый венец с зубьями (Производство зубчатых колес: Справочник / С.Н. Калашников, А.С. Калашников, Г.И. Коган и др.; Под общ. ред. Б.А. Тайца. - 3-е изд., перераб. и допол. - М.: Машиностроение, 1990. - 464 с., ил., с.33).
Недостатки прототипа - те же, что и у аналога.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижения издержек на его изготовление.
Для этого зубчатое колесо содержит тело и зубчатый венец с зубьями, причем на участках головок зубьев ширина их боковых поверхностей выполняется переменной, зависящей от кратности парности зацепления, и эта зависимость обратно пропорциональна, причем изменение ширины боковых поверхностей изменяется от максимума в районе полюсов зацепления до минимума у вершин зубьев монотонно, при этом поверхности торцов зубьев, примыкающих к участкам боковых поверхностей с изменяющейся шириной, представляют собой плоскости.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: зуб зубчатого колеса с совмещенной диаграммой нагружения - вид с его торца (фиг.1) и тот же зуб - вид в сечении сбоку (фиг.2).
г
н
2
1
3
п
п
На чертеже показаны: тело 1 колеса, зуб 2, начальная окружность 3 колеса, начальная окружность 4, полюс зацепления Р, окружность впадин 4 зубчатого венца, высота h зуба, высота h головки зуба, высота h ножки зуба, участок однопарного зацепления (b-с, длиной l), участки двухпарного зацепления (а-b, длиной l, и c-d, длиной l), сила нагружения зуба при однопарном зацеплении (F), сила при двухпарном зацеплении (F/2), максимальная ширина зуба (В), минимальная ширина зуба (В/2).
г
н
Ширина боковых (рабочих) поверхностей зубьев: в зоне их головок (h) и на участках двухпарного зацепления (участки c-d) выполнена монотонно уменьшающейся от максимальной ширины В (в зоне однопарного зацепления) до минимальной (В/2), у вершин зубьев - в соответствии с изменением парности зацепления (удвоением парности) и соответствующего снижения вдвое действующих на зуб нагрузок. Ширина боковых поверхностей на участках ножек (h) зубьев задается максимальной (В) для обеспечения прочности зубьев на изгиб.
н
При работе зубьев колеса в передаче они испытывают различные режимы нагружения - в зависимости от парности зацепления, которое изменяется вдоль высоты зубьев: на участках а-b и c-d имеет место однопарное зацепление, на участке b-с имеет место двухпарное зацепление. При этом нагрузка на зубья на участках а-b и c-d вдвое меньше, чем на участке b-с. Вследствие этого для обеспечения одинаковой контактной прочности зубьев по всей их высоте ширина зубьев при однопарном зацеплении должна быть вдвое больше, чем при двухпарном зацеплении. Это обеспечивается данной конструкцией зубьев колеса (выполнение ширины зубьев в зонах их ножек (h) максимальной - величиной В - до окружности впадин 4 зубчатого венца задается из условий прочности зубьев на изгиб).
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет снизить материалоемкость зубьев (особенно при крупномодульных и широких зубьях) и снизить издержки при изготовлении зубчатого колеса в целом.