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 при работе колеса в зацеплении с парным колесом передачи, пластичный смазочный материал вытесняется с боковых поверхностей зубьев на торцы колеса. Вытесненный смазочный материал исключается из процесса смазывания трущихся поверхностей зубьев колеса, это приводит к перерасходу смазочного материала и загрязнения торцов колеса вытесненным смазочным материалом, на который налипают загрязнения из окружающей среды. Это ухудшает процесс смазывания зубьев колеса.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и повышения качества смазывания.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями, на участках головок которых ширина боковых поверхностей зубьев выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорционально зависящей от кратности парности зацепления, а граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев, и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу; причем граница изменения ширины смещена на величину половины осевого зазора передачи; наружный диаметр накладок равен диаметру окружности, описываемой границей изменения ширины боковых поверхностей зубьев на участках их головок; а на наружном торце каждой накладки, перпендикулярно ей, укреплено цилиндрическое кольцо, имеющее наружный диаметр, равный наружному диаметру кольцевой накладки.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен фрагмент зубчатого колеса - вид сбоку в сечении, с проекцией на сечение характеристик боковых поверхностей зубьев.
в
о
1
2
На чертеже показаны: тело 1 колеса, зубчатый венец с зубьями 2, кольцевые накладки 3 и 4, ширина B зубчатого венца, высота h зубчатого венца, полюсная линия p-p, диаметр Д окружности вершин зубчатого венца, диаметр Д окружности оснований зубчатого венца, осевой зазор с передачи, внутренний диаметр Д кольцевых накладок, наружный диаметр Д кольцевых накладок, толщина m кольцевых накладок, участок b-с одного парного зацепления зубьев, участки а-b и c-d двухпарного зацепления зубьев, цилиндрические кольца 5 и 6, ширина колец - n.
1
2
2
Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец с зубьями 2 шириной B. Участки головок зубьев, на участках их двухпарного зацепления c-d (со смещением в сторону вершин зубьев на величину половины осевого зазора - с/2) выполнены с размером ширины их боковых поверхностей, равной В/2. На торцах зубьев 2 и участках торцов тела 1 колеса, прилегающих к зубчатому венцу, укреплена пара кольцевых накладок 3 и 4 толщиной m, имеющих внутренний диаметр Д и наружный диаметр Д, равный диаметру окружности, описываемой границей изменения ширины головок зубьев (на участке с двухпарным зацеплением c-d). На наружных торцах кольцевых накладок (3 и 4), перпендикулярно им, укреплена пара цилиндрических колец 5 и 6, шириной n, имеющих наружный диаметр, равный наружному диаметру Д кольцевых накладок 3 и 4.
При работе колеса в передаче, боковые поверхности его зубьев участвуют как в однопарном зацеплении с зубьями парного колеса (участок b-с), так и в двухпарном зацеплении (участки а-b и c-d). При двухпарном зацеплении каждый зуб колеса воспринимает половину нагрузки, воспринимаемой колесом в целом; это позволяет снизить ширину боковых поверхностей зубьев (в частности - на участках их головок) вдвое - до величины В/2. Граница изменения ширины головок зубьев смещена в сторону вершин зубьев на величину половины осевого зазора c - для компенсации возможных погрешностей при сборке передачи и погрешностей в ее работе. Наличие торцевых накладок 3 и 4 повышает изгибную прочность зубьев колеса. Кроме того, они локализуют зону смазывания зубьев колеса, образуя вместе с поверхностями зубчатого венца смазочные карманы для пластичного смазочного материала. Наличие цилиндрических колец 5 и 6 не позволяет пластичному смазочному материалу, вытесняемому с боковых поверхностей зубьев и зоны зацепления зубьев парных зубчатых колес, попадать на торцы колеса (наружные торцы кольцевых накладок 3 и 4), загрязняя эти поверхности и выходя из процесса смазывания зубьев колеса.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса учитывает изменение ширины боковых поверхностей зубьев на участках их головок с двухпарным зацеплением - путем выполнения торцевых кольцевых накладок с наружным диаметром, равным диаметру окружности, описываемой границей изменения ширины боковых поверхностей зубьев на участках их головок. Наличие цилиндрических колец 5 и 6 позволяет предотвратить попадание пластичного смазочного материала на торцы колеса. Это повышает качество смазывания зубчатого колеса.