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. Прямопропорциональна 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 разность в парности зацепления зубьев колеса учтена для головок зубьев (их ширина выполнена меньшей, чем ширина зубьев на остальной их высоте). Это не позволяет выполнить повышение прочности зубьев, а именно их головок (участков зубьев по их высоте, наиболее подверженным воздействию изгибающих нагрузок), посредством использования торцевых накладок, скрепляющих между собой головки соседних зубьев.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса - снижение 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 с наружным диаметром, равным диаметру окружности вершин зубчатого венца, укрепленных на торцах зубьев и частях торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу, у зубьев которого, на части их высоты, ширина зубьев выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорционально зависящей от кратности парности зацепления; причем это выполнение сделано для ножек зубьев, с равновеликим изменением этой ширины до пересечения боковых поверхностей с окружностью впадин зубчатого венца; а граница изменения смещена в сторону оснований зубьев на величину радиального зазора зубчатой передачи.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: схема нагружения зубьев колеса по их высоте (условно - без кольцевых накладок) - фиг. 1 и разрез фрагмента зубчатого колеса по радиальной плоскости симметрии зуба - фиг. 2.
в
вп
н
г
н
п
п
1
2
3
2
1
На чертеже показаны: тело 1, зубчатый венец с зубьями 2, кольцевые накладки 3 и 4; диаметр Д окружности вершин зубчатого венца; диаметр Д окружности впадин зубчатого венца; внутренний диаметр Д кольцевых накладок (3 и 4); высота h зуба; высота h головки зуба; высота h ножки зуба; величина c радиального зазора передачи; покосная линия р-р зуба; величина нагрузки F при однопарном зацеплении; величина нагрузки F/2 при двухпарном зацеплении; участки двухпарного зацепления 1-2 и 3-4 (соответственно длиной l и l); участок двухпарного зацепления 2-3 (длиной l); ширина B зуба при однопарном зацеплении; ширина B/2 зуба, при двухпарном зацеплении; величина участка h зуба (по его высоте h) с полной шириной (B); величина участка h зуба (по его высоте h) с половинной шириной (B/2).
н
1
1
2
Ширина зубьев вдоль их высоты h выполнена неодинаковой, на участках части ножек (h) - на участках 1-2 (длиной l, со смещением в сторону оснований зубьев на величину радиального зазора c - общей величиной h) ширина зубьев выполнена вдвое меньше (величиной B/2), чем на остальной высоте (h) зубьев (двухпарность зацепления на участках головок) и части ножек (величиной h) не учитывается, т.к. на этом участке каждый зуб своими торцами скреплен с кольцевыми накладками 3 и 4 (на этом участке ширина зубьев равна номинальной - B).
п
п
При работе колеса зубья имеют по своей высоте участки однопарного и двухпарного зацепления. При однопарном зацеплении на зуб действует полная нагрузка (F), а при двухпарном зацеплении - половина полной нагрузки (F/2), этот фактор и учитывается изменением ширины зубьев. Смещение границы изменения ширины зубьев на величину радиального зазора c передачи учитывает возможные неточности сборки колес в передаче и погрешности в их работе.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса имеет меньшую материалоемкость - т.е. ширина зубьев уменьшена на их ножках, где толщина зубьев максимальна. Это снижает издержки на изготовление зубчатого венца и колеса в целом. Кроме того, за счет кольцевых накладок, скрепляющих между собой зубья колеса, повышается жесткость зубчатого венца и его изгибная прочность, что повышает надежность зубчатого колеса в целом.