ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах с крупномодульными зубчатыми колесами, смазываемых жидкими смазочными материалами методом погружения.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями - см., например, «Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1985. - 416 с., ил.», стр. 42, рис. 5.1.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что при работе его со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения количество смазочного материала, захватываемое из масляной ванны боковыми (трущимися) поверхностями зубьев зубчатого колеса, может быть недостаточным для обеспечения достаточного смазывания этих поверхностей в процессе работы колеса в передаче, что будет интенсифицировать изнашивание этих поверхностей, способное привести к выходу колеса из строя.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2536286, кл. F16H 55/10, F16H 55/17, F16H 57/04, опубл. 20.12.2013 г., Бюл. №35. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из полых зубьев, состоящих из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилям боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок, наружный диаметр которых равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, укрепленных на торцах тела, и между которыми, и на теле колеса, укреплены пластины, образующие зубья. У каждого зуба, в пластине, являющейся опережающей по ходу вращения колеса, в области ее примыкания к телу, выполнены сквозные отверстия. На конце другой пластины, являющейся отстающей, со стороны окружности вершин зубчатого венца, и между кольцевыми накладками, укреплен Г-образный элемент, одна полка которого параллельна вершине зуба и расположена с зазором относительно опережающей пластины, а вторая полка ориентирована в сторону тела и выполнена с зазором относительно него. При погружении каждого зуба в масляную ванну с жидким смазочным материалом, когда этот зуб ориентирован своей вершиной вниз по вертикали, смазочный материал затекает в полость зуба - через зазор между Г-образным элементом и опережающей пластиной в области вершины зуба. При проворачивании колеса, в сторону зацепления с парным зубчатым колесом и выходе зубьев из масляной ванны, смазочный материал удерживается в объемах полостей зубьев, образованных отстающими пластинами, кольцевыми накладками и Г-образными элементами. При дальнейшем проворачивании колеса смазочный материал вытекает из этих объемов - через сквозные отверстия в опережающих пластинах, попадая в область впадин зубьев, ограниченных с торцов кольцевыми накладками, которые совместно образуют масляные ванны, посредством которых (при их заполнении вытекшим смазочным материалом) происходит смазывание боковых (трущихся) поверхностей зубьев колеса, а также и боковых (трущихся) поверхностей зубьев парного зубчатого колеса - при их погружении в масляную ванну. Это позволяет осуществить дополнительное смазывание зубьев парных сопряженных колес, что значительно снижает процесс их изнашивания.
Недостаток прототипа состоит в том, что в случае работы зубчатого колеса в качестве ведомого и работе его в нереверсивном режиме, у каждого зуба колеса рабочей поверхностью является только одна - отстающая поверхность, вторая боковая поверхность в работе зуба не участвует, следовательно - не подвергается нагрузкам, и поэтому выполнять ее по прочности, равной рабочей (отстающей) поверхности, - нерационально. Кроме того, в районе оснований и вершин зубьев имеет место двухпарное зацепление, и только в областях, прилегающих к полюсам зубьев, имеет место однопарное зацепление; поэтому по контактной прочности выполнять боковые поверхности зубьев одинаковыми по всей высоте зубьев также нерационально: это приводит к перерасходу материала, идущего на изготовление этих поверхностей (в частности - пластин, образующих в данном случае боковые поверхности зубьев).
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижения издержек на его изготовление, с обеспечением оптимального его смазывания.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилю боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок, наружный диаметр которых равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, укрепленных на торцах тела, и между которыми, и на теле колеса, укреплены пластины. У каждого зуба в пластине, являющейся опережающей, по ходу вращения колеса, в области ее примыкания к телу, выполнены сквозные отверстия; а на конце отстающей пластины, со стороны окружности вершин зубчатого венца, и между кольцевыми накладками, укреплен Г-образный элемент, одна полка которого параллельна вершине зуба, а вторая полка ориентирована в сторону тела колеса и расположена с зазором относительно тела. Причем сквозные отверстия в опережающей пластине выполнено в виде вырезанного участка этой пластины, прилегающего к телу колеса; ширина участка равна половине ширины зуба, а высота этого участка равна сумме высоты нерабочего участка боковой поверхности зуба и рабочего участка боковой поверхности, работающего в режиме двухпарного зацепления со стороны тела колеса. Вырез аналогичной ширины выполнен в опережающей пластине и со стороны вершины зуба, высота этого выреза равна высоте рабочего участка боковой поверхности зуба со стороны вершины зуба, работающего в режиме двухпарного зацепления. Оба выреза расположены симметрично относительно кольцевых накладок. В полости каждого зуба расположен Г-образный элемент, одна полка которого шириной, равной ширине зуба, расположена в области вершины зуба, с перекрытием зазора между пластинами, образующими боковые поверхности зуба. Вторая полка элемента ориентирована в сторону тела колеса, эквидистантна внутренней поверхности опережающей пластины и закреплена на ней, с перекрытием выреза в области вершины зуба и образованием зазора относительно тела колеса, соизмеримого по высоте с высотой выреза в пластине со стороны тела колеса.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса с местным разрезом - вид с торца (фиг. 1), и разрез того же фрагмента - вид сбоку (фиг. 2).
1
1
3
4
2
3
4
2
2
1
2
На чертеже показаны: тело 1 зубчатого колеса, пластины 2 и 3, боковые поверхности 4 и 5 зубьев, кольцевые накладки 6 и 7, наружный периметр 8 накладок, внутренний периметр 9 накладок, окружность 10 впадин зубчатого венца, полки 11 и 12 Г-образного элемента, полость 13 зуба; высота H зубьев (зубчатого венца); толщина C пластин 2 и 3; ширина В пластин 2 и 3 (ширина зубчатого венца); направление вращения ω колеса; высоты h и h вырезов; высота h нерабочего участка боковой поверхности; высоты h и h рабочих участков боковой поверхности с двухпарным зацеплением; высота h рабочего участка боковой поверхности с однопарным зацеплением; толщина С полок Г-образного элемента; ширина в вершины зуба; ширина в зазора между пластинами 2 и 3; зазоры Δ и Δ.
1
1
1
н
2
3
1
3
2
1
2
1
1
2
Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец с полыми зубьями высотой Н. Каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин 2 и 3 толщиной C и шириной В (равной ширине зуба зубчатого венца), изогнутых по профилям боковых поверхностей 4 и 5 зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок 6 и 7, диаметр наружного периметра 8 которых равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, а диаметр внутреннего периметра 9 накладок меньше диаметра окружности 10 впадин зубчатого венца. Накладки укреплены на торцах тела 1. Между накладками, и на теле колеса, укреплены зубья колеса (пластины 2 и 3, образующие зубья). При этом ширина вершины зубьев равна в, а между концами пластин 2 и 3 по окружности зубчатого венца образуется зазор Δ. В опережающих, по ходу вращения ω колеса, пластинах 2 выполнена пара вырезов, ширина которых равна В/2 (половине ширины В пластин 2), вырезы расположены симметрично относительно накладок 6 и 7. Один вырез примыкает к телу 1 колеса, высота h этого выреза равна сумме высоты h нерабочего участка боковой поверхности 4 и высоты h прилегающего рабочего участка боковой поверхности 4 с двухпарным зацеплением. Второй вырез примыкает к вершине зуба, его высота равна высоте h соответствующего участка боковой поверхности 4 с двухпарным зацеплением. Внутри полости каждого зуба расположен Г-образный элемент. Одна полка (11) элемента, ширина которой равна ширине зуба (В), закреплена в области вершины зуба и перекрывает собой величину зазора Δ между пластинами 2 и 3, вторая его полка (12) ориентирована в сторону тела 1 колеса, эквидистантна внутренней поверхности опережающей пластины 2 и закреплена на этой поверхности с перекрытием выреза в пластине в области вершины зуба (высотой h) и образованием зазора Δ относительно тела 1, соизмеримого по высоте с высотой h выреза в пластине 2 со стороны тела 1 колеса. Толщина С Г-образного элемента, т.к. он подвержен нагрузкам - в отличие от пластин 2 и 3 (толщиной C) - задана меньше толщины С. Внутренние поверхности пластин 2 и 3, Г-образного элемента и кольцевых накладок 6 и 7 образуют полости 13 зубьев, открытые с одной стороны - со стороны зазора Δ.
При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения и вращении ω колеса, все зубья колеса поочередно погружаются в смазочный материал масляной ванны, при этом зубья ориентированы вершинами вниз по вертикали. При этом смазочный материал - через вырез в пластине 2 (в области оснований зубьев) и зазор Δ2 - затекает в полости 13 зубьев, заполняя их. При дальнейшем проворачивании колеса и выходе зубьев из масляной ванны, смазочный материал удерживается в полостях 13. При дальнейшем проворачивании колеса - в сторону зоны зацепления зубьев колеса с зубьями парного колеса - смазочный материал вытекает через вышеуказанные зазоры и вырезы и поступает в области впадин зубчатого венца колеса, ограниченные с торцов кольцевыми накладками 6 и 7, эти области, заполняемые смазочным материалом, выполняют функцию масляных ванн, из которых осуществляется смазывание боковых (трущихся) поверхностей зубьев колеса, а также боковых (трущихся) поверхностей зубьев парного зубчатого колеса - при их погружении в эти впадины, заполненные смазочным материалом. Смазывание таким образом трущихся поверхностей зубьев обоих парных зубчатых колес позволяет значительно снизить изнашивание этих поверхностей.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет снизить издержки на его изготовление (за счет выполнения опережающих поверхностей зубьев, с учетом парности их зацепления, и снижения расхода материала на их изготовление); при этом (за счет обеспечения заполняемости полостей зубьев) обеспечивается оптимальное смазывание трущихся поверхностей зубьев колеса (а также - и зубьев парного зубчатого колеса).