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 больше, 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 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, на участках головок, которых ширина их боковых поверхностей выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорционально зависящей от кратности парности зацепления, а граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев на величину осевого зазора передачи.
Недостатки прототипа состоят в том, что в случае несимметричного нагружения зубьев колеса (например, при консольном расположении колеса на валу), на разные участки головок зубьев будет воздействовать нагрузка, неравномерные по ширине этих головок (они тем больше, чем больше эти участки удалены от вала, на котором установлено зубчатое колесо. Это будет приводить к перенапряжению головок воспринимаемыми ими нагрузками и способствовать изнашиванию и поломкам зубьев колеса.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и повышения его прочности.
Для этого зубчатое колесо содержит тело и зубчатый венец с зубьями, на участках головок которых ширина их боковых поверхностей выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорционально зависящей от кратности парности зацепления, а граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев; причем зубья выполнены несимметричными, в своих центральных поперечных сечениях и имеющими вид перевернутой буквы «Г», высота вертикальной составляющей которой равна полной высоте зубчатого венца; части зубьев с полной высотой расположены со стороны вала, на котором установлено зубчатое колесо; а граница изменения ширины зубьев смещена в сторону вершин зубьев на величину половины осевого зазора передачи.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен фрагмент зубчатого колеса - вид сбоку в сечении, с проекцией на сечение характеристик боковых поверхностей зуба.
1
2
На чертеже показаны: тело 1 колеса, зуб 2, ширина B зубчатого венца, осевой зазор с передачи; высота h зуба, полюсная линия p-p зуба, участки 1-2 и 3-4 с двухпарным зацеплением, участок 2-3 с однопарным зацеплением, участок высоты h зуба с полной шириной (B), участок h высоты зуба с половинной шириной (B/2).
2
1
Зубчатое колесо состоит из тела 1 и зубчатого венца с зубьями 2, имеющего высоту h и ширину В. Зубья выполнены несимметричными, имеющими в своих центральных поперечных сечениях вид перевернутой буквы «Г», высота вертикальной составляющей которой равна полной высоте зубчатого венца (h). Части зубьев с полной высотой (h) расположены со стороны вала, на котором установлено зубчатое колесо (не показано). Ширина головок зубьев выполнена переменной ширины, обратно пропорционально зависящей от кратности парности зацепления - на участках между полюсной линией p-p и границей изменения кратности зацепления (линия точки 3), со смещением на величину c/2 в сторону вершин зубьев, ширина зубьев равна полной ширине зубчатого венца B; на участках головок, расположенных выше (высотой h), ширина головок равна B/2. На остальных участках зубьев высотой h (по полной высоте h зубьев) ширина зубьев равна ширине зубчатого венца - В.
При работе колеса в передаче, его зубья участвуют на разных этапах взаимодействия с зубьями парного колеса в двухпарном зацеплении - участки 1-2 и 3-4 и в однопарном зацеплении - участок 2-3. Выполнение головок зубьев (по высоте h 2 общей высоты h зубьев) шириной B/2, равной половине ширины зубчатого венца, учитывает этот фактор. А выполнение зубьев несимметричной формы (смещение головок в сторону вала, на котором установлено колесо) учитывает влияние перекашивающих нагрузок, действующих на зубья.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса - за счет смещения зауженной части головок зубьев в сторону вала, на котором установлено зубчатое колесо - позволяет уменьшить влияние несимметричного нагружения зубьев при консольном расположении колеса на валу. Этим повышается прочность колеса и его долговечность.