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. Прямо пропорциональна 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 несимметричном нагружении зубьев колеса (например, при консольном расположении зубчатого колеса на валу) головки зубьев по своей ширине нагружены неравномерно; причем нагружение увеличивается при увеличении расстояния между этими участками головок и валом. Это приводит к перенагрузке головок, что увеличивает их изнашивание и может привести к поломке зубьев.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса - снижения издержек на его изготовление и повышение прочности зубьев его зубчатого венца.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и частях торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу, ширина зубьев которого на участках их головок выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорционально зависящей от кратности парности зацепления; граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев; причем зубья выполнены несимметричными, имеющими в своем поперечном сечении вид перевернутой буквы «Г», высота вертикальной составляющей которой равна полной высоте зубчатого венца; величина смещения равна половине осевого зазора передачи; наружный диаметр кольцевой накладки, укрепленной на торцах зубьев, имеющих высоту, равную высоте зубчатого венца, равен диаметру окружностей вершин зубчатого венца; а наружный диаметр второй кольцевой накладки равен диаметру окружности, описываемой границей изменения ширины головок зубьев.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: фрагмент зубчатого колеса (вид с торца в разрезе) - фиг. 1, то же (вид сбоку в сечении) - фиг. 2.
в
1
2
3
На чертежах показаны: тело 1 колеса, зубчатый венец с зубьями 2, кольцевые накладки 3 и 4; окружность вершин 5 зубьев (диаметром Д), окружность впадин 6 зубьев, начальная окружность 7, внутренняя окружность 8 кольцевых накладок 3 и 4 (диаметром Д), ширина В зубчатого венца, осевой зазор с передачи, высота h зуба полная (высота зубчатого венца), длина боковой поверхности l зуба, полюсная линия р-р зуба, участки боковых поверхностей зуба с двухпарным зацеплением а-b и c-d (длиной l и l), участок с однопарным зацеплением b-с (длиной l).
в
Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец с зубьями 2 и пару кольцевых накладок 3 и 4, укрепленных на торцах зубьев и частях торцов тела. Зубья выполнены несимметричной формы, имеющими в поперечном сечении вид перевернутой буквы «Г». Участки головок зубьев с двухпарным зацеплением, со смещением на величину с/2 в сторону вершин выполнены шириной В/2. Одна кольцевая накладка (3), укрепленная на торцах зубьев с полной высотой зубчатого венца h, имеет наружный диаметр, равный диаметру окружности вершин зубчатого венца (Д), а вторая кольцевая накладка (4), укрепленная на противоположных торцах, имеет наружный диаметр, равный диаметру окружности, описываемой границей изменения ширины головок зубьев.
При работе колеса в передаче его зубья участвуют в однопарном зацеплении с зубьями сопряженного парного колеса (участки а-b и c-d) и в двухпарном зацеплении (участок b-с). Этот фактор учитывается разностью ширины головок зубьев. Смещение границы изменения ширины на величину с/2 в сторону вершин зубьев учитывает возможные неточности сборки колеса и погрешности в работе передачи.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет компенсировать неравномерность нагружения участков головок зубьев при консольном расположении колеса на валу. Это оптимизирует режим нагружения головок зубьев и повышает прочность и долговечность зубьев колеса.