ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах, смазываемых жидкими смазочными материалами методом погружения.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело, зубчатый венец с зубьями - см., например, «Гузенков П.Г. Детали машин: Учеб. для вузов. - 4-е изд., испр. М.: Высш. шк., 1986. - 359 с.: ил.», стр. 154, рис. 12.1, а.
Недостаток данного зубчатого колеса состоит в том, что при работе его со смазыванием методом погружения жидкий смазочный материал, захватываемый из масляной ванны зубьями колеса, в процессе проворачивания колеса в зону зацепления с парным колесом стекает с зубьев, и в зону зацепления поступает недостаточное количество смазочного материала, что интенсифицирует процесс изнашивания сопряженных зубьев обоих зубчатых колес.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2536286, кл. F 16 Н 55/10, F 16 Н 55/17, F 16 Н 57/04, опубл. 20.12.2014 г., Бюл. №35. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу. Обе боковые поверхности каждого зуба выполнены из пары прямоугольных пластин, изогнутых по наружному профилю боковых поверхностей расчетного для данного колеса зуба. В пластине, образующей набегающую поверхность зуба, на участке примыкания ее к телу колеса, вдоль ширины зубчатого венца выполнены сквозные отверстия. Вторая пластина, образующая отстающую боковую поверхность зуба, снабжена Г-образным элементом шириной, равной ширине зубчатого венца; одна полка закреплена на этой пластине в районе окружности вершин зубьев зубчатого венца с образованием зазора между элементом и первой пластиной; другая его полка ориентирована в сторону окружности впадин зубчатого венца с образованием зазора относительно нее. При вращении колеса и погружении зубьев зубчатого венца в жидкий смазочный материал масляной ванны, когда зубья ориентированы своими вершинами вниз по вертикали, смазочный материал - через зазоры в области вершин зубьев, между набегающей боковой поверхностью и Г-образным элементом - затекает в полости зубьев. При дальнейшем проворачивании колеса и выходе зубьев из масляной ванны смазочный материал удерживается в полостях каждого зуба - между внутренней поверхностью пластины, образующей отстающую боковую поверхность, внутренними поверхностями кольцевых накладок и поверхностью Г-образного элемента. При дальнейшем проворачивании колеса и переориентации зубьев своими вершинами вверх по вертикали смазочный материал из этих полостей зубьев вытекает - через сквозные отверстия в набегающих боковых поверхностях на участке их примыкания к телу колеса - и попадает во впадины зубчатого венца, которые, совместно с внутренними поверхностями кольцевых накладок, образуют масляные ванны. Этим смазочным материалом смазываются боковые поверхности зубьев, а также зубья вышерасположенного парного зубчатого колеса - при их погружении в эти масляные ванны в зубчатом венце в процессе сопряжения с зубьями первого ниже расположенного зубчатого колеса. Такая конструкция зубчатого колеса повышает качество смазывания зубчатых колес передачи.
Недостаток прототипа состоит в том, что зуб выполнен из пары пластин. Кроме того, при нереверсивном режиме работы колеса только одна из двух боковых поверхностей каждого зуба является рабочей (т.е. участвующей в зацеплении с зубьями парного зубчатого колеса передачи), вторая же боковая поверхность каждого зуба в зацеплении не участвует. Т.е. выполнение этой второй (нерабочей) боковой поверхности аналогично первой (рабочей) боковой поверхности - нерационально, т.к. это приводит к неоправданному перерасходу материала, идущего на изготовление зубьев. Этот же недостаток имеет место и в реверсивных зубчатых передачах, когда при реверсе вторые боковые поверхности зубьев (будучи рабочими, в данном случае) испытывают погружения меньше, чем первые (рабочие) боковые поверхности, например в режиме холостого хода механизма, приводимого в движение данной зубчатой передачей.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса, снижения издержек на его изготовление и повышения качества смазывания этого колеса передачи в целом.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, выполненными из пластин, изогнутых по наружному профилю зубьев с образованием в набегающих боковых поверхностях зубьев сквозных отверстий между набегающими поверхностями зубьев и телом колеса, и пары кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела колеса, прилегающих к зубчатому венцу. Причем каждый зуб выполнен из одной пластины. Внутри полости каждого зуба, вдоль его высоты и перпендикулярно оси зуба, расположены плоские перемычки; площадь каждой перемычки равна площади поперечного сечения полости зуба на высоте расположения этой перемычки. Перемычки по своему периметру укреплены на внутренних поверхностях зуба и кольцевых накладок. В месте примыкания боковой набегающей поверхности к телу колеса в ней выполнена пара сквозных равновеликих прямоугольных отверстий, примыкающих к внутренним поверхностям обоих кольцевых накладок и расположенных симметрично друг относительно друга. Аналогичные равновеликие пары отверстий выполнены в боковой набегающей поверхности и на уровне каждой перемычки с примыканием низов отверстий к верхним плоскостям перемычек. А высота отверстий меньше, чем высота полостей, образуемых перемычками в общей полости зуба.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид с торца в разрезе (фиг. 1) и тот же фрагмент - вид сбоку в разрезе (фиг. 2).
1
1
2
1
2
На чертеже показаны: тело 1; пластины 2, образующие зубья; отстающая боковая поверхность 3; вершина 4; набегающая боковая поверхность 5; кольцевые накладки 6 и 7; наружный периметр 8 кольцевых накладок; внутренний периметр 9 кольцевых накладок; окружность 10 оснований зубчатого венца; перемычка 11; сквозные отверстия 12; козырьки 13; полости 14; ширина В зубчатого венца; высота h зуба; высота С отверстий 12; высота h полостей 14; участок шириной B боковой набегающей поверхности 5 без сквозных отверстий 12; участки шириной B боковой набегающей поверхности 5 со сквозными отверстиями 12; направления вращения ω и ω колеса.
1
1
1
2
Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец шириной В с зубьями высотой h, каждый из которых образован пластиной 2, изогнутой по наружному профилю зуба, расчетного для данного колеса, с образованием (при направлении вращения ω) отстающей боковой поверхности 3, вершины 4 и набегающей боковой поверхности 5, и пару кольцевых накладок 6 и 7, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела 1, прилегающих к зубчатому венцу. Диаметр наружного периметра 8 кольцевых накладок 6 и 7 равен диаметру окружности зубчатого венца; диаметр внутреннего периметра 9 кольцевых накладок 6 и 7 меньше диаметра окружности 10 оснований зубчатого венца. Внутри полости каждого зуба, вдоль его высоты h и перпендикулярно оси зуба, расположены плоские перемычки 11. Площадь каждой перемычки равна площади поперечного сечения полости зуба на высоте расположения этой перемычки. Перемычки по своему периметру укреплены на внутренних поверхностях зуба и кольцевых накладок 6 и 7. В месте примыкания боковой набегающей поверхности 5 к телу 1 колеса в ней выполнена пара сквозных равновеликих прямоугольных отверстий 12, примыкающих к внутренним поверхностям кольцевых накладок 6, 7 и расположенных симметрично друг относительно друга. Аналогичные равновеликие пары отверстий 12 выполнены в боковой набегающей поверхности 5 и на уровне каждой перемычки 11 с примыканием низов отверстий 12 к верхним плоскостям перемычек 11. А высота С всех отверстий 12 меньше, чем высота h полостей 14, образуемых перемычками 11 в общей полости зуба. Над отверстиями 12 образуются козырьки 13 - между верхом отверстий 12 и нижними плоскостями выше расположенных перемычек 11 и между верхом верхнего отверстия 12 и нижней поверхностью вершины 4. На набегающей боковой поверхности 5 каждого зуба (общей шириной В), при наличии сквозных отверстий 12, образуются - вдоль этой поверхности, по высоте h зуба - три участка: один - шириной B - без отверстий 12 и два участка - каждый шириной В - с отверстиями 12.
1
1
1
2
1
2
2
1
1
2
1
2
При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения зубчатый венец постоянно погружен в смазочный материал масляной ванны. При этом зубья колеса, погруженные в масляную ванну, ориентированы своими вершинами 4 вниз по вертикали. При этом жидкий смазочный материал затекает в полость зуба (в полости 14) через сквозные отверстия 12 в боковой набегающей поверхности 5 зуба, заполняя эти полости (14). При проворачивании ω колеса зубья переориентируются своими вершинами 4 вверх по вертикали, при этом смазочный материал из полостей 14 (через отверстия 12) вытекает во впадины между соседними зубьями, смазывая их боковые поверхности (отстающие 3 и набегающие 5). При этом впадины, заполняемые вытекающим из полостей зубьев смазочным материалом, выполняют функцию масляных ванн для зубьев парного выше расположенного зубчатого колеса, которые при погружении в эти масляные ванны - в процессе зацепления с первым (ниже расположенным зубчатым колесом) - смазываются этим смазочным материалом. При направлении вращения ω колеса и работе колеса в режиме ведомого в зацеплении с парным зубчатым колесом будут находиться боковые поверхности 3 зубьев колеса. При нереверсивном режиме работы зубчатой передачи (и вращении колеса ω) набегающая боковая поверхность 5 выполняет две функции: она служит для предотвращения заклинивания зубьев парных колес при самоходе колес в обратную сторону (для данного колеса - в направлении ω), в этом случае размер В участка этой поверхности может быть минимальным, а размеры участков В - максимальными, т.к. в данном случае поверхность 5 рабочих нагрузок не испытывает; при реверсивном режиме работы колеса, когда при его вращении ω зубья колеса испытывают нагружение меньшее, чем при работе с вращением ω (холостой ход передачи и т.п.), размер B в сравнении с размерами В (относительно размера В) задается расчетным путем, по соотношению нагрузок при вращениях в направлениях ω и ω. Параметры отверстий 12 задаются с учетом оптимального заполнения полостей 14 смазочным материалом и их опорожнения.
По сравнению с прототипом, каждый отдельный зуб зубчатого колеса предлагаемой конструкции выполнен из одной пластины, а не из двух. За счет выполнения в набегающей боковой поверхности зубьев сквозных отверстий экономится материал, идущий на изготовление зубьев. Выполнение боковых поверхностей зубьев с оптимальным сочетанием их участков без сквозных отверстий и участков со сквозными отверстиями позволяет учитывать наличие или отсутствие реверсивного характера работы колеса, а также разность нагружения боковых поверхностей зубьев при реверсивном характере работы колеса. За счет наличия совокупности отверстий по всей высоте набегающих боковых поверхностей зубьев обеспечивается оптимальное заполнение полостей зубьев жидким смазочным материалом и опорожнение этих полостей; это улучшает качество смазывания данного зубчатого колеса, а также сопряженного с ним зубчатого колеса, т.е. передачи в целом.