ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, а именно - к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах.
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.
Недостаток данного зубчатого колеса состоит в том, что конструкция зубьев его зубчатого венца не учитывает величину парности зацепления с сопряженным зубчатым колесом в передаче. При вращении колеса линия контакта зубьев перемещается в поле зацепления, у которого одна сторона равна ширине зубчатого венца, а вторая равна длине активной линии зацепления - на боковых поверхностях зубьев. На участке поля зацепления, расположенного в зоне колеса зацепления - на линии полюса зацепления и прилегающих к ней зонах (со стороны вершины и со стороны корня зуба) имеет место однопарное зацепление. На остальных участках поля зацепления - в сторону вершины корня зуба - имеет место двухпарное зацепление. При однопарном зацеплении зуб воспринимает (передает) нагрузку в два раза большую, чем при двухпарном. Контактная прочность зубьев рассчитывается исходя из величины нагрузок, воспринимаемых (передаваемых) зубьями. Исходя из величины контактной прочности зубьев, рассчитывается ширина зубьев. Из этого следует, что величина парности зацепления влияет на необходимую ширину зубьев, и для обеспечения требуемой контактной прочности зубьев, ширина зубьев (ширина их боковых поверхностей - ширина поля зацепления) в зонах, прилегающих к полюсу зацепления - на участках однопарного зацепления - должна быть вдвое больше, чем на остальных участках поля зацепления. Т.е. ширина парности зацепления: выполнение ширины зубьев в зависимости от парности зацепления способно оптимизировать конструкцию зубьев зубчатого колеса, снизить потребное количество материала, идущего на их изготовление, и снизить издержки на изготовление колеса в целом. Выполнение зубьев равной ширины по всей их высоте приводит к перерасходу материала, идущего на изготовление зубьев, и повышению издержек на изготовление колеса в целом.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса, содержащего тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и части тела, прилегающей к зубчатому венцу, - см. АС СССР №1578406, кл. F16H 55/12, опубл. 15.07.1990 г., бюл. №26.
Недостатки прототипа - те же, что и у аналога.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижения издержек на его изготовление.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и части тела, прилегающей к зубчатому венцу, причем ширина боковых поверхностей зубьев вдоль их высоты выполнена переменной, зависящей от кратности парности зацепления зубьев колеса и обратно пропорциональной этой кратности, а ширина корня зуба равна ширине его ножки в области основной окружности.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: фрагмент зубчатого колеса (вид с торца колеса) - фиг. 1 и тот же фрагмент (вид сбоку колеса) - фиг. 2.
в
н
к
р
1
2
3
На чертежах показаны: тело 1 зубчатого колеса, зуб 2, торцевые накладки 3 и 4, внутренний диаметр 5 накладок, наружный диаметр 6 накладок, окружность 7 впадин зубчатого венца, окружность 8 вершин зубчатого венца, начальная окружность 9 зубчатого колеса, основная окружность 10 зубчатого колеса, ось симметрии 11 зуба (вид с торца зуба), ось симметрии 12 зуба (вид сбоку зуба); полюс зацепления P зуба, ширина B зубчатого венца, высота h зуба, высота h вершины зуба, высота h ножки зуба, высота h корня зуба, высота h рабочей боковой поверхности зуба, участок l боковой рабочей поверхности зуба с однопарным зацеплением, участки l и l боковой рабочей поверхности зуба с двухпарным зацеплением.
1
2
3
1
к
Ширина каждого зуба 2 зубчатого венца колеса выполнена переменной вдоль высоты зуба и зависящей от парности зацепления зубьев колеса: на участке l боковой рабочей поверхности зуба (на участке однопарного зацепления) ширина зуба (B) максимальна, равна ширине зубчатого венца и определена, исходя из расчетной контактной прочности зубьев при однопарном зацеплении. На участках l и l боковой рабочей поверхности зуба, где имеет место двухпарное зацепление, ширина зубьев вдвое меньше (B/2) расчетной ширины зубьев при однопарном зацеплении, т.к. величина контактных нагрузок на этих участках вдвое меньше, чем на участке l. Ширина корня зуба (на участке h высоты h зуба) равна ширине зуба на основной окружности (10).
При работе данного зубчатого колеса имеют место два режима нагружения боковых (рабочих) поверхностей его зубьев - двухпарное и однопарное. Однопарное зацепление имеет место в области полюса зацепления, а двухпарное - в области вершин и оснований зубьев. В соответствии с этим (с учетом действующих на зубья нагрузок) ширина зубьев выполнена переменной по высоте зубьев - ширина зубьев в области двухпарного зацепления выполнена вдвое меньшей, чем при однопарной. Эта зависимость позволяет обеспечить равную контактную и изгибную прочность зубьев по всей их высоте.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса имеет меньшую материалоемкость зубчатого венца и колеса в целом. Эта разница увеличивается при увеличении модуля колеса и высоты его зубьев. Снижение материалоемкости колеса уменьшает и издержки на его изготовление. При этом прочность зубчатого венца на изгиб его зубьев не уменьшается.