ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к зубчатым передачам, и может быть использовано в зубчатых колесах, работающих с ударными нагрузками.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями - см., например, «Гаврилов В.А. Зубчатые передачи в машиностроении. М., Машгиз, 1962. 352 стр. илл.», стр.76.
Недостаток данного зубчатого колеса состоит в том, что при его работе в режимах ударного нагружения, нагрузки, прилагаемые к зубьям, особенно в области их вершин, создают большие изгибающие моменты в зубьях и большие напряжения в области оснований зубьев, способные вызвать образование трещин в этих зонах и - изломы зубьев, приводящие к выходу колеса из строя.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по А.С. СССР №1523756, кл. F16H 55/12, опубл. 23.11.89 г., бюл. №43. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец и пару кольцевых торцевых накладок, укрепленных на теле колеса и торцах зубьев зубчатого венца. Торцевые кольца придают жесткость и прочность зубьям и предотвращают их изломы в областях их оснований.
Недостаток прототипа состоит в том, что при работе колеса в режиме ударных нагрузок, зубья испытывая динамические ударные нагружения, подвержены по боковым рабочим поверхностям усиленному изнашиванию - пластическому деформированию, искажающему рабочий профиль, и сколам в области вершин зубьев; кроме того, зубчатое колесо, восприняв ударное нагружение, передает динамические удары далее - следующим элементам зубчатой передачи, подшипникам валов и т.п.
Изобретением решается задача повышения надежности зубчатых колес.
Зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями и пару торцевых кольцевых накладок, укрепленных на теле колеса и перекрывающих торцы зубьев, причем зубчатый венец выполнен из отдельных, не связанных между собой зубьев, каждый зуб укреплен шарнирно в накладках с возможностью проворачивания в обе стороны в плоскости вращения колеса, между основаниями зубьев и телом выполнены зазоры, заполненные упругим материалом.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид со стороны вершин зубьев (фиг.1); фрагмент зубчатого колеса - вид со стороны торцов зубьев, в ненагруженном состоянии зуба (фиг.2); то же, в нагруженном состоянии зуба (фиг.2, 3).
1
2
3
4
На чертеже показаны: тело 1 зубчатого колеса; зуб 2; торцевые накладки 3 и 4; наружная окружность 5 накладок; внутренняя окружность 6 накладок; окружность впадин 7 зубьев; плоский участок 8 тела зуба (участок А-В); боковые поверхности 9 и 10 зуба; рабочие участки СD и EF боковых поверхностей зуба; основание 11 зуба; поверхность 12 основания зуба; упругий материал (например - резина) 13; ось 14; сквозное отверстие 15 в зубе; сквозные отверстия 16 и 17 в торцевых накладках; фиксаторы 18 и 19 оси 14; расстояние h от тела колеса до центра оси 14; расстояние h от центра оси 14 до верхних окружностей торцевых накладок; высота h основания 11 зуба; толщина h упругого материала; нагружающая зуб ударная сила Р; угол α поворота зуба под действием ударной нагрузки Р.
1
2
3
4
Работает данное зубчатое колесо следующим образом. При воздействии на зуб нагрузки номинальной величины зуб остается - посредством упругого элемента 13 - в вертикальном положении (фиг.2). При нагрузке Р ударного характера он проворачивается в оси 14 на угол α, тем самым удар от нагрузки нейтрализуется и исключается вероятность излома зуба в области его вершины, а также и вероятность пластической деформации в этой области. После снятия ударной нагрузки зуб 2 посредством упругого элемента 13 возвращается в исходное положение. Варьируя параметры h, h, h и h, а также степень упругости материала 13, подбирают требуемые характеристики сопротивления поворота зуба на оси под воздействием нагрузки Р.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса вследствие обеспечения амортизации зуба под действием ударных нагрузок имеет большую надежность и больший срок службы, кроме того, снижается действие ударных нагрузок на остальные элементы зубчатой передачи - подшипники, сопряженные зубчатые колеса и т.п.