ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах.
Известно зубчатое колесо, выполненное составным, у которого тело со ступицей и зубчатый венец изготавливаются раздельно с последующей их сборкой в единое целое, а зубчатый венец состоит из венцового колеса с зубьями по его внешнему периметру - см., например, «Производство зубчатых колес: Справочник / С.Н. Калашников, А.С. Калашников, Г.И. Коган и др.; Под общ. ред. Т.А. Тайца. - 3-е изд., перераб. и допол. - М.: Машиностроение, 1990. - 464 с: ил.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что при крупномодульных зубьях, увеличиваются изгибающие нагрузки на зубья, способные привести к их поломке.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2548446, кл. F16H 55/12, опубл. 20.04.2015 г., БИ №11. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит ступицу, тело в виде плоского диска, наружный диаметр которого равен диаметру окружности вершин зубчатого венца; зубчатый венец выполнен в виде профильного кольца из полосы шириной, равной ширине зубьев, наружный профиль которого соответствует профилю зубчатого венца; а кольцо одним своим торцом укреплено на торце диска.
Недостаток прототипа состоит в том, что тело колеса выполнено в виде цельного диска, наружный диаметр которого равен диаметру окружности вершин зубчатого венца колеса. Это увеличивает издержки на изготовление колеса, которые тем больше, чем больше величина наружного диаметра колеса.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижения издержек на его изготовление.
Для этого зубчатое колесо содержит ступицу, тело и зубчатый венец, выполненный в виде профильного кольца из полосы шириной, равной ширине зубьев, наружный профиль которого соответствует расчетному профилю зубчатого венца колеса, а это кольцо одним своим торцом укреплено на торце тела; причем тело выполнено в виде плоского кольца, соединенного со ступицей спицами; наружный диаметр этого кольца равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, а внутренний его диаметр равен внутреннему диаметру профильного кольца; спицы расположены со стороны того же торца плоского кольца, что и профильное кольцо; они укреплены на этом торце плоского кольца между выступами профильного кольца, образующими боковые поверхности зубьев зубчатого венца, по оси их симметрии, на участках от внутренней окружности плоского кольца до вершин зубьев, с примыканием к вершинам и креплением к ним; концы спиц, расположенные на участке между внутренней окружностью плоского кольца и вершинами зубьев, выполнены с уширениями в плоскости вращения колеса, имеющими профиль, аналогичный профилю, образуемому внутренними поверхностями профильного кольца, между которыми расположены эти концы спиц; а эти уширения и эти поверхности жестко скреплены между собой.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: зубчатое колесо (вид с торца) - фиг. 1, то же колесо (вид сбоку) - фиг. 2, фрагмент зубчатого колеса (вид с торца) - фиг. 3.
в
вп
На чертеже показаны: ступица 1, плоское кольцо 2, спицы 3, профильное кольцо (зубчатый венец) 4, боковые поверхности 5 зубьев, вершины 6 зубьев; уширения 7 концов спиц (3); диаметр Д окружности вершин зубчатого венца; радиус R окружности впадин зубчатого венца; радиус R внутренней окружности плоского кольца 2 (и профильного кольца 4); ширина В зубьев; толщина С полосы, из которой изготовлено профильное кольцо 4 (зубчатый венец колеса).
в
в
Зубчатое колесо состоит из ступицы 1, тела в виде плоского кольца 2 с наружным диаметром, равным диаметру окружности вершин Д зубчатого венца колеса; кольцо 2 соединено со ступицей 1 спицами 3, имеющими наружный диаметр, равный диаметру Д (диаметру окружности вершин зубчатого венца). Зубчатый венец в виде профильного кольца 4 из полосы шириной, равной ширине В зубьев зубчатого венца, наружный профиль этого кольца соответствует расчетному профилю зубчатого венца колеса, а это кольцо одним своим торцом укреплено на торце плоского кольца 2. Внутренний диаметр плоского кольца 2 равен внутреннему диаметру (радиусом R) профильного кольца. Спицы 3 расположены со стороны того же торца плоского кольца 2, что и профильное кольцо 4; они укреплены на этом торце плоского кольца 2 между выступами профильного кольца 4, образующими боковые поверхности 5 зубьев зубчатого венца, по оси их симметрии, на участках от внутренней окружности радиусом R плоского кольца 2 до вершин 6 зубьев, с примыканием к этим вершинам и креплением к ним; концы спиц 3, расположенные на участке между внутренней окружностью плоского кольца 2 (радиусом R) и вершинами зубьев, выполнены с уширениями 7 в плоскости вращения колеса, имеющими профиль, аналогичный профилю, образуемому внутренними поверхностями профильного кольца 4, между которыми расположены концы спиц 3; а эти уширения и эти поверхности жестко скреплены между собой.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса более оптимальна. Она позволяет за счет снижения материалоемкости тела (это снижение тем больше, чем больше наружный диаметр колеса) снизить издержки на изготовление колеса. Кроме того, расположение спиц в объему цилиндра, описываемого вращающимся профильным кольцом 4 (зубчатым венцом колеса) повышает жесткость конструкции колеса; эта жесткость также повышается примыканием наружных концов спиц к профильному кольцу (к вершинам 6 его зубьев), т.к. вершины зубьев зубчатого венца опираются на концы спиц, а выполнение наружных концов спиц 3, прилегающих к профильному кольцу 4 с уширениями 7, имеющими профиль, аналогичный профилю, образуемому внутренними поверхностями профильного кольца 4, также способствует повышению жесткости колеса (его зубчатого венца).