ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности к зубчатым передачам, и может быть использовано в тяжелонагруженных зубчатых колесах.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями - см., например, Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. для машиностр. спец. вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 1984. - 336 с. ил., стр.96.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что при работе колеса в режимах тяжелого нагружения его зубья испытывают большие изгибающие моменты при зацеплении с сопряженным колесом; эти повышенные нагрузки создают большие напряжения в области оснований зубьев, способствующие образованию трещин, которые могут привести к излому зубьев и выходу колеса из строя.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту США №3861231, кл. 74-410, 1976 г. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на теле и торцах зубьев. Накладки жестко соединяют торцы зубьев между собой (и сами зубья - с телом колеса), тем самым накладки повышают жесткость зубьев и обеспечивают им необходимую изгибную прочность.
Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что толщина торцевых накладок одинакова по их ширине, в то время как нагрузки, воспринимаемые и передаваемые ими, неодинаковы по ширине накладок. Зубья представляют собой аналог балок, защемленных с одного конца (в данном случае - в теле колеса), поэтому величина изгибающих моментов, действующих на зубья, возрастает по высоте зубьев в сторону их вершин и в районе вершин - она максимальна, а в районе оснований зубьев - равна нулю. Поэтому нагрузки, воспринимаемые и передаваемые накладками, максимальны в области вершин зубьев, и равны нулю в районе оснований зубьев. Поэтому выполнять накладки равнопрочными (а следовательно, и одинаковой толщины) по всей ширине накладок - одинаковой толщины в районе вершин зубьев и в районе оснований зубьев нецелесообразно и приводит только к перерасходу материала, идущего на изготовление этих накладок.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса.
Зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями и пару торцевых кольцевых накладок, укрепленных на теле и торцах зубьев, причем накладки выполнены разновеликой толщины в радиальной плоскости колеса - в области головок зубьев толщина накладок максимальна, а в области ножек зубьев и тела колеса минимальна, причем изменение толщины выполнено одноступенчато.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено зубчатое колесо (вид в разрезе) - вид сбоку колеса.
1
2
На чертеже показаны: тело 1 зубчатого колеса; зубчатый венец с зубьями 2; торцевые кольцевые накладки 3 и 4; участок 4 накладок увеличенной толщины (толщина h); участок 5 накладок уменьшенной толщины (толщина h); головка 7 зуба; ножка 8 зуба; область впадин 9 зубьев; общая ширина 1 накладок.
1
2
1
2
Работает данное зубчатое колесо следующим образом. Торцевые накладки 3 и 4, связывая между собой зубья 2 зубчатого венца, обеспечивают им необходимую жесткость и изгибную прочность. Причем для этого обеспечения достаточно связать между собой зубья в области их головок (7), при этом зуб будет представлять собой балку, защемленную с двух сторон. Накладки выполнены разной толщины (h и h). Участки 5 (большей толщины - h) расположены в области головок 7 зубьев и служат для придания зубьям необходимой жесткости; участки 6 (меньшей толщины - h) расположены в области ножек 8 зубьев и служат для создания смазочных карманов в области впадин (9) зубчатого венца, эти участки не являются силовыми, поэтому их толщина уменьшена.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет снизить материалоемкость торцевых накладок (за счет выполнения ненагруженных участков 6 меньшей толщины, чем нагруженные участки 5). При этом снижается и материалоемкость колеса в целом - без ухудшения работы торцевых накладок. Функции торцевых накладок при этом выполняются полностью - участки 5 придают жесткость зубьям, а участки 6 создают смазочные карманы в области впадин зубьев, что особенно необходимо при смазывании зубчатого колеса пластичными смазочными материалами.