ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах, смазываемых пластичными смазочными материалами.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями - см., например, «Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для машиностроит. спец. техникумов. - М.: Высш. шк., 1984. - 336 с., ил.», стр. 44, рис. 4.1.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что при его работе со смазыванием, в частности - пластичным смазочным материалом, этот смазочный материал вытесняется со смазываемых боковых (рабочих) поверхностей зубьев колеса (сопряженными зубьями парного колеса передачи). Вытеснение происходит в сторону торцов колеса - на торцы зубьев и торцы тела. Этот смазочный материал, вытесненный из зоны зацепления зубьев парных колес, исключается из процесса смазывания зубьев, что приводит к усилению их изнашивания. Вытеснение смазочного материала из зоны зацепления приводит к перерасходу смазочного материала, необходимого для смазывания зубьев колеса и на восстановление смазочного слоя на боковых (рабочих) поверхностях зубьев. Вытесненный смазочный материал, попавший на торцы колеса (торцы зубьев и торцы тела), является аккумулятором различных загрязнений из окружающей среды, накапливающихся на этом смазочном материале.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по А.С. СССР №1618972, кл. F16H 57/04, опубл. 07.01.91 г., Бюл. №1. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок с наружных диаметром, равным диаметру окружности вершин зубчатого венца, и внутренним диаметром, меньшим, чем диаметр окружности оснований зубьев, накладки укреплены на участках торцов тела колеса, прилегающих к зубчатому венцу, с зазорами относительно торцов зубьев. Накладки образуют с торцами зубьев полости (зазоры), служащие карманами-накопителями пластичного смазочного материала, откуда он рециркулирует обратно на боковые (рабочие) поверхности зубьев - в силу адгезионных свойств смазочного материала. А наличие зазоров между кольцевыми накладками и торцами зубьев обеспечивает необходимую упругость зубьев под воздействием нагрузок, действующих на зубья колеса при его работе в передаче.
Недостаток прототипа состоит в том, что при крупномодульных, утолщенных зубьях колеса рециркуляция смазочного материала обратно на боковые (рабочие) поверхности зубьев затруднена, т.к. этот смазочный материал располагается на торцах зубьев достаточно далеко от боковых поверхностей зубьев, нуждающихся в смазывании. Кроме того, объем смазочных карманов, образуемых торцами зубьев и внутренними поверхностями накладок, должен быть достаточно велик для размещения в нем смазочного материала, а увеличение этих объемов ухудшает рециркуляцию смазочного материала, т.к. при этом увеличивается расстояние между поверхностями накладок и торцами зубьев. Помимо этого необходимый зазор между накладками и торцами зубьев парного зубчатого колеса обеспечивается за счет уширения тела колеса, что нерационально, т.к. это приводит к дополнительному расходу материала (обычно - стали), идущего на изготовление тела.
Изобретением решается задача повышения качества смазывания зубьев колеса.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок с наружным диаметром, равным диаметру окружности вершин зубчатого венца и внутренним диаметром, меньшим диаметра окружности оснований зубьев, и укрепленных на участках торцов тела колеса, прилегающих к зубчатому венцу, с примыканием к торцам зубьев, без крепления к ним. Во внутренних поверхностях участков накладок, перекрывающих впадины зубчатого венца, на участках их примыкания к боковым поверхностям зубьев, выполнены вырезы, расположенные вдоль всей длины этих поверхностей; глубина вырезов по всей длине выполнена постоянной, а ширина в плоскости вращения колеса - переменной, зависящей прямо пропорционально от скорости скольжения на боковых поверхностях зубьев. Толщина накладок на их участках, расположенных между вырезами со стороны внутренних поверхностей накладок, уменьшена на величину необходимого зазора между этими поверхностями и торцами зубчатого венца сопряженного зубчатого колеса.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса с местным разрезом - вид с торца (фиг. 1), тот же фрагмент - вид сбоку (фиг. 2), разрез того же фрагмента - вид сбоку (фиг. 3).
в
о
вн
н
На чертеже показаны: тело 1 зубчатого колеса; зубчатый венец с зубьями 2; кольцевые накладки 3 и 4; боковые поверхности 5 зубьев; вырезы 6; уменьшенный участок 7 накладок; диаметр Д окружности вершин зубчатого венца; диаметр Д окружности оснований зубьев; внутренний диаметр Д кольцевых накладок (3 и 4), ширина а накладок; толщина b накладок; ширина с вырезов, глубина d вырезов, величина l зазоров между накладками (3 и 4) и торцами зубьев сопряженного зубчатого колеса; диаметр Д начальной окружности колеса.
в
вн
о
Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец с зубьями 2 и пару кольцевых накладок 3 и 4 шириной а и толщиной b, имеющих наружный диаметр, равный диаметру Д окружности вершин зубчатого венца, и внутренний диаметр Д, меньший, чем диаметр Д окружности оснований зубьев. Накладки (3 и 4) укреплены на участках торцов тела 1, прилегающих к зубчатому венцу (например, методом наклеивания, т.к. накладки не подвержены силовым нагрузкам), и примыкают к торцам зубьев (2), без крепления к ним. Во внутренних поверхностях участков накладок (3 и 4), перекрывающих впадины зубчатого венца, на участках их примыкания к боковым поверхностям 5 зубьев, выполнены вырезы 6 шириной c и глубиной d, расположенные вдоль всей длины этих поверхностей; глубина d вырезов 6 по всей их длине (равной длине боковых поверхностей 5 зубьев) выполнена постоянной, а их ширина с, в плоскости вращения колеса, - переменной, зависящей прямо пропорционально от скорости скольжения на боковых поверхностях 5 зубьев (скорость скольжения минимальна в районе полюсов зубьев, расположенных по основной окружности колеса - диаметром Дн, и увеличивается в стороны от полюсов - в стороны вершин зубьев и их оснований). Толщина b накладок 3 и 4 на участках 7, расположенных между вырезами 5 со стороны внутренних поверхностей накладок, уменьшена на величину необходимого зазора l между этими поверхностями и торцами зубчатого венца сопряженного зубчатого колеса.
При работе колеса в передаче со смазыванием пластичным смазочным материалом смазочный материал, вытесняемый с боковых (рабочих) поверхностей зубьев, накапливается в вырезах 6, расположенных вдоль этих поверхностей, откуда этот материал рециркулирует обратно на боковые поверхности зубьев в силу адгезионных свойств смазочного материала. Накладки примыкают к торцам зубьев (практически зазор между ними отсутствует), поэтому смазочный материал в зоны между внутренними поверхностями накладок и торцами зубьев не попадает и не накапливается в них, что снижает потребное количество смазочного материала для зубчатого колеса (его зубьев). Отсутствие крепления накладок на зубьях позволяет осуществляться микроизгибам зубьев при воздействиях на них ударных нагрузок (в этом случае наличие микрозазоров между накладками и торцами зубьев - вследствие отсутствия скрепления накладок и торцов зубьев между собой - позволяет некоторому, незначительному количеству смазочного материала попадать в эти микрозазоры и, осуществляя смазывание поверхностей накладок и торцов зубьев, уменьшать трение между ними, что способствует осуществлению микроизгибов зубьев при ударных нагрузках на них). Выполнение сечения вырезов вдоль их длины переменной величины, прямо пропорционально зависящей от скоростей скольжения на участках боковых поверхностей зубьев, соответствующих участкам вырезов (по их длине), позволяет накапливать (и рециркулировать) пластичный смазочный материал, который необходим для оптимального смазывания соответствующих боковых (рабочих) поверхностей зубьев.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет осуществлять накапливание вытесняемого с боковых поверхностей зубьев - при работе колеса - пластичного смазочного материала непосредственно вблизи трущихся поверхностей зубьев (их боковых поверхностей), что облегчает рециркуляцию смазочного материала на эти поверхности. Предотвращается излишнее расходование смазочного материала и повышается качество смазывания зубьев колеса. А выполнение вырезов (по их длине) переменного сечения, прямо пропорционально зависящего от скоростей скольжения на соответствующих участках боковых поверхностей зубьев, позволяет обеспечить оптимальное их смазывание.