ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах, работающих со смазыванием.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями - см., например, «Иосилевич Г.Б. и др. Прикладная механика: Для студентов втузов / Г.Б. Иосилевич, П.А. Лебедев, B.C. Стреляев. - М.: Машиностроение, 1985. - 576 с., ил.», с. 315, рис. 20.2.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что при его работе со смазыванием его зубьев, в процессе сопряжения этих зубьев с зубьями парного зубчатого колеса происходит вытеснение смазочного материала с боковых рабочих (трущихся) поверхностей зубьев. Утоньшение смазочного слоя на этих трущихся поверхностях приводит к интенсификации изнашивания этих поверхностей, способному привести к излому зубьев и выходу колеса из строя.
В качестве прототипа взято зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями, на боковых поверхностях которых выполнены смазкоудерживающие канавки - см. А.С. СССР №706631, кл. F16H 57/05, опубл. 30.12.1979 г. Бюл. №48. Смазкоудерживающие канавки позволяют удерживать смазочный материал в зонах трения боковых поверхностей зубьев при работе колеса со смазыванием. Это повышает износостойкость зубьев.
Недостаток прототипа состоит в том, что площадь канавок относительно площади рабочих участков боковых рабочих поверхностей зубьев одинакова по всей длине этих поверхностей. Однако зубья колеса работают в процессе своего зацепления с зубьями парного колеса разными участками своих боковых поверхностей в разных режимах их нагружения - в зависимости от парности зацепления зубьев колеса. Это не учтено в прототипе, что отрицательно сказывается на функционировании смазкоудерживающих канавок и не способствует оптимальному смазыванию трущихся поверхностей зубьев.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и повышения его износостойкости.
Для этого на рабочих участках боковых рабочих поверхностей зубьев выполнены смазкоудерживающие канавки. Причем величина суммарной площади канавок на единицу длины этих поверхностей выполнена переменной вдоль длины этих поверхностей и пропорционально зависящей от изменения кратности парности зацепления зубьев вдоль длины этих поверхностей, увеличиваясь в обе стороны от участков поверхностей с однопарным зацеплением.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид с торца (фиг. 1) и совмещенный график зависимости нагрузки, действующей на зуб, и площади смазкоудерживающих канавок вдоль рабочего участка боковой поверхности зуба.
н
п
min
max
На чертеже показаны: тело - 1 зубчатого колеса, зуб - 2 зубчатого венца, окружность оснований зубчатого венца - 3, основная окружность колеса - 4, начальная окружность колеса - 5, боковые поверхности зуба - 6 и 7; высота Н зуба; высота h нерабочего участка боковой поверхности зуба; длина l боковой поверхности зуба; длина  рабочего участка боковой поверхности зуба с однопарным зацеплением (участок b-с); длины  и  рабочих участков боковой поверхности зуба (участки  и c-d); нагрузка F, действующая на зуб; полная нагрузка - F; суммарная площадь смазкоудерживающих канавок на единицу длины рабочего участка боковой поверхности зуба; зоны смещения (е-b и ), переходя от S до S.
н
п
п
п
н
Зубчатое колесо содержит тело 1 и зубчатый венец с зубьями 2, окружность оснований зубчатого венца - 3, основная окружность колеса - 4, начальная окружность колеса - 5, боковые поверхности зуба - 6 и 7. Высота зуба - Н, высота нерабочих участков боковых поверхностей зуба - h. Рабочий участок каждой боковой стороны зуба - . На участке b-с длиной , прилегающем к полюсной линии зуба (начальной окружности 5 колеса), имеет место однопарное зацепление зуба и на зуб действует полная нагрузка - F. На участках  (длиной ) и c-d (длиной ) имеет место зацепление зубьев, большее, чем однопарное; на фиг. 1 и 2 представлен вариант, когда максимальная кратность зацепления равна двум, тогда на участках  и c-d на зуб будет действовать нагрузка, равная половине F- F/2. Нагрузка на зубья колеса образуется от контакта с зубьями парного зубчатого колеса и воспринимается рабочими участками боковых поверхностей зубьев. Для повышения износостойкости зубьев на рабочих участках их боковых поверхностей выполнены смазкоудерживающие канавки (на фиг. 1 - не показаны). Нагрузка от зубьев парного колеса воспринимается участками боковых поверхностей зубьев, свободными от смазкоудерживающих канавок (выступами между углублениями канавок). Для равнопрочности боковых поверхностей зубьев площадь этих выступов (между канавками), воспринимающих нагрузку, должна соответствовать величине этой нагрузки. А так как на участках  и c-d нагрузка F равна F/2, то, соответственно, при обеспечении равнопрочности боковых поверхностей зубьев на этих участках, можно уменьшить (в данном случае - вдвое) площадь выступов между канавками. Или, соответственно, вдвое увеличить площадь канавок (углублений между выступами). Поэтому (см. график - фиг. 2) площадь S канавок (на единицу длины рабочего участка боковой поверхности) задается обратно пропорционально нагрузке, действующей на зуб колеса. Причем для учета возможного осевого люфта сопряженных колес зоны перехода участков с разной площадью смазкоудерживающих канавок смещены в сторону вершин и оснований зубьев (величины смещения: e-b и , которые равны половине величины осевого зазора передачи (С) и равны С/2). Изменение суммарной площади канавок может быть выполнено: или увеличением площади каждой отдельной канавки, или увеличением частоты их нанесения на боковые поверхности зубьев.
При работе колеса со смазыванием смазочный материал удерживается в смазкоудерживающих канавках. За счет повышения площади (S) смазкоудерживающих канавок (без снижения контактной прочности зубьев) на боковых (трущихся) поверхностях зубьев повышается маслоемкость канавок (см. фиг. 2). Это улучшает процесс смазывания трущихся поверхностей зубьев колеса.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса учитывает влияние парности зубьев колеса на величину воспринимаемой ими нагрузки и, тем самым, - оптимизируется выполнение смазкоудерживающих канавок, тем самым, улучшаются условия смазывания зубчатого колеса, что приводит к повышению износостойкости зубьев колеса (их трущихся боковых поверхностей).