Колесо зубчатое упругое
GEAR TOUGH WHEEL

Упругое зубчатое колесо относится к области машиностроения и касается конструкции составного зубчатого колеса привода машин, в частности может быть использовано в тяговых передачах локомотивов.
Известны упругие зубчатые колеса, совокупность признаков которых сходна с совокупностью существенных признаков предлагаемого изобретения.
Известно упругое зубчатое колесо тяговой передачи электровоза, состоящее из венца, ступицы (центра) и кулачков, в сборе с пружинами, размещенными в гнездах венца и ступицы, равномерно расположенных по окружности. На опорных поверхностях венца предусмотрены выемки, а на кулачках - выступы. Каждая пара кулачков поджата распорной пружиной, нанизанной на направляющий валик [1].
Недостатком известного зубчатого колеса является наличие трения и износа опорных поверхностей кулачков, венца и ступицы (центра) упругого зубчатого колеса, а также большая трудоемкость ремонта.
Известно упругое зубчатое колесо, являющееся ведомым в тяговом редукторе тепловоза, которое состоит из ступицы с круговым наружным ребром и венца с диском (ребром), соединенных при помощи двух торцовых фланцев, закрепленных болтами на круговом ребре ступицы, и резино-металлических блоков (упругих элементов), равномерно расположенных по окружности и установленных в отверстиях (гнездах) торцовых фланцев и диска венца. При этом диск венца через ролики опирается на наружное круговое ребро ступицы, к которому крепятся торцовые фланцы. Каждый резино-металлический блок содержит внутреннюю металлическую втулку, на которой находятся цилиндрические резиновые элементы с наружными металлическими обоймами, в каждом из которых два крайних находятся в гнездах торцевых фланцев, а средний находится в гнезде диска венца [2].
Недостатком известного упругого колеса являются: последовательная, а не одновременная работа всех упругих (резиновых) элементов в каждом резино-металлическом блоке, рифление и другие повреждения роликов и дорожек качения на диске венца и наружном круговом ребре ступицы, недостаточная жесткость болтового крепления торцовых фланцев со ступицей, а также большая трудоемкость ремонта.
В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбрано упругое зубчатое колесо, содержащее ступицу, венец с диском, смонтированный с возможностью поворота относительно ступицы. Цилиндрические упругие элементы установлены без зазора в гнездах, выполненных равномерно по окружности колеса. В диске венца выполнены внутренние выступы, которые с регламентированными зазорами чередуются с наружными выступами, выполненными на ступице. Гнезда выполнены несквозными на стыке упомянутых выступов диска венца и ступицы с обоих торцов колеса, причем одна половина каждого гнезда выполнена на внутреннем выступе в диске венца, а другая - на наружном выступе ступицы. При этом смежные наружные выступы ступицы и внутренние выступы на диске венца сопряжены по плоскости, перпендикулярной плоскости вращения колеса и проходящей через ось втулки, на которой соосно установлена пара цилиндрических упругих элементов, а все наружные выступы ступицы по высоте выполнены равноудаленными от ее центра со сферическими поверхностями на концах, контактирующими с впадинами между внутренними выступами в диске венца [3].
Недостатками прототипа заключается в том, что наружные выступы ступицы сферическими поверхностями на концах контактируют с цилиндрическими поверхностями впадин между внутренними выступами в диске венца, образуя точечный контакт для каждой пары выступа и впадины. Вследствие малой площади точечного контакта в нем возникают высокие давления, что может приводить к повышенному износу и задирам контактирующих поверхностей при работе тяговой передачи и повышает расходы на ремонт при эксплуатации локомотива.
Предлагаемая компенсационная муфта тягового привода локомотива не имеет недостатков известных компенсационных муфт.
На фиг. 1 показан общий вид колеса зубчатого упругого в направлении оси колесной пары, а на фиг. 2 - вид упругого зубчатого колеса в разрезе.
Колесо зубчатое упругое содержит ступицу 1, венец с диском 2, смонтированный с возможностью поворота относительно ступицы 1, цилиндрические упругие элементы 3, установленные без зазора в гнездах 4, выполненных равномерно по окружности колеса. Упругие элементы 3 в гнездах 4 устанавливаются попарно и соосно на одной втулке 5, т.е. по одному с каждого торца упругого зубчатого колеса. На втулках 5 упругие элементы 3 закреплены с помощью стопорных винтов 6. В диске венца 2 (фиг. 1, 2) выполнены внутренние выступы 7, которые с регламентированными зазорами чередуются с наружными выступами 8, выполненными на ступице 1. Гнезда 4 выполнены несквозными, на стыке упомянутых выступов 7 и 8 с обоих торцов колеса, причем одна половина каждого гнезда 4 выполнена на внутреннем выступе 7 в диске венца 2, а другая - на наружном выступе 8 ступицы 1. Смежные наружные выступы 8 ступицы 1 и внутренние выступы 7 на диске венца 2 сопряжены по плоскости, перпендикулярной плоскости вращения колеса и проходящей через ось втулки 5, на которой соосно установлена пара цилиндрических упругих элементов 3. Возможность поворота и центровки венца 2 относительно ступицы 1 обеспечивается (фиг. 1, 2) за счет того, что все наружные выступы 8 по высоте выполнены равноудаленными от центра ступицы 1, со сферическими поверхностями на концах, контактирующими со впадинами между внутренними выступами 7 в диске венца 2.
При этом венец 2 выполнен разъемным из двух частей, соединенных болтами 9, зубья каждой из частей выполнены косыми с одинаковым и противоположным по направлению углом наклона, а поверхности впадин венца выполнены сферическими с радиусом, равным радиусу сферической поверхности выступов ступицы.
Колесо зубчатое упругое работает следующим образом. При движении локомотива возникающие динамические моменты в передаче амортизируются за счет деформации упругих элементов, что сопровождается поворотом венца 2 относительно ступицы 1. Поскольку поверхности впадин венца 2 и поверхности наружных выступов 8 ступицы 1 выполнены сферическими с одинаковым радиусом сферы, между ними возникает контакт по всей поверхности сферы, что снижает контактные напряжения и уменьшает износ поверхностей. При демонтаже венца 2 во время ремонта и обслуживания болты 9 отворачиваются, что обеспечивает разъем половин венца 2 и свободное отсоединение их от ступицы 1.
Предлагаемое изобретение обеспечивает получение следующего технического результата. Выполнение поверхностей впадин венца сферическими с радиусом, равным радиусу сферической поверхности выступов ступицы ведет к снижению износа контактирующих поверхностей венца и ступицы, а выполнение венца разъемным из двух частей обеспечивает монтаж и демонтаж венца и одновременно позволяет выполнить венец с шевронными зубьями, что увеличивает коэффициент перекрытия зубьев и повышает их долговечность, в совокупности обеспечивая снижение расходов на ремонт при эксплуатации локомотива.
Источники информации
1. А.А. Шацилло. Тяговый привод электроподвижного состава. М.: Трансжелдориздат, 1961 (стр. 54-57).
2. SU, А.с. №286419, Кл. F16H 55/14, опубл. 1970 г.
3. Колесо зубчатое упругое (варианты). Михайлов Г.И. Патент РФ №2341712, опубл. 20.12.2008, бюл. №35.