ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО
GEAR WHEEL

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в тихоходных зубчатых передачах с крупномодульными зубчатыми колесами, смазываемых жидкими смазочными материалами.
Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями - см., например, «Заплетохин В.А. Конструирование деталей механических устройств: Справочник. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. - 669 с.: ил.», стр. 467.
Недостаток данного зубчатого колеса состоит в том, что жидкий смазочный материал, захватываемый зубьями колеса, нуждающимися в смазывании, из масляной ванны, в процессе переворачивания колеса в зону зацепления с вышерасположенным парным зубчатым колесом, стекает с зубьев колеса. И, вследствие этого, в зону зацепления попадает недостаточное количество смазочного материала, что приводит к интенсификации изнашивания сопряженных зубьев парных зубчатых колес.
В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2536286, кл. F16H 55/10, F16H 55/17, F16H 57/04, опубл. 20.12.2014 г., Бюл. №35. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела и зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых образован парой прямоугольных пластин, изогнутых по профилю боковых поверхностей расчетного для данного колеса зуба, закрепленных между торцевыми накладками и на теле колеса и образующих на пару профиль, идентичный профилю боковых поверхностей расчетного зуба. В набегающей по ходу вращения колеса пластине, в месте ее примыкания к телу, выполнены сквозные отверстия. Внутри полости зуба расположен Г-образный элемент шириной, равной ширине зубчатого венца. Одна полка элемента закреплена в районе окружности вершин зубьев зубчатого венца на внутренней стороне отстающей по ходу вращения колеса пластине, с зазором относительно другой пластины; а вторая полка элемента ориентирована в сторону окружности впадин зубьев зубчатого венца, с образованием зазоров относительно набегающей пластины и телом колеса. При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом, при вращении колеса и погружении зубьев в масляную ванну, зубья обращены своими вершинами вниз по вертикали и смазочный материал затекает в полости зубьев - через зазоры в области вершин зубьев и, при дальнейшем проворачивании колеса и выходе зубьев из масляной ванны, удерживается в полостях зубьев, образованных Г-образным элементом, внутренней поверхностью отстающей пластины и внутренними торцами кольцевых накладок. При дальнейшем проворачивании колеса и подходе зубьев, в полостях которых находится смазочный материал, к зоне зацепления с вышерасположенным зубчатым колесом, этот смазочный материал вытекает из полостей зубьев - через зазоры между набегающими пластинами и телом колеса - и попадает во впадины зубчатого венца, закрытые с торцов кольцевыми накладками, и смазывает зубья обоих парных колес.
Недостаток прототипа состоит в том, что пластины, образующие боковые поверхности полых зубьев, имеют определенную толщину, величина которой задается из условия обеспечения жесткости и прочности этих пластин при зацеплении с зубьями парного зубчатого колеса. Вследствие этого, между пластинами, образующими на пару боковые поверхности зуба, между их верхними концами по линии окружности вершин зубчатого венца, на месте отсутствующих вершин зубьев, могут быть зазоры, величина которых будет недостаточной для обеспечения нормального заполнения полостей зубьев, или же - зазоров может не быть вообще - при малой величине толщины зубьев в области окружности зубчатого венца. Кроме того, боковые поверхности зубьев при работе в зацеплении с зубьями парного зубчатого колеса нагружены неравномерно по своей высоте: в районе полосы зацепления имеет место однопарное зацепление зубьев, а в районе вершин и оснований зубьев имеет место двухпарное зацепление. Поэтому выполнение боковых поверхностей одинаковыми по всей высоте зубьев приводит к неоправданному перерасходу материала, идущего на их изготовление.
Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса, снижения издержек на его изготовление и обеспечения качественного смазывания зубчатых колес передачи.
Для этого зубчатое колесо содержит тело, пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела, и зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин, изогнутых по наружному профилю боковых поверхностей расчетного для данного колеса зуба и закрепленных между кольцевыми накладками и на теле колеса, с выполнением зазора между набегающей при вращении колеса пластиной и телом колеса. Причем этот зазор выполнен в виде выреза в набегающей пластине, ширина каждого равна половине ширины пластины, а высота его равна сумме высот нерабочего участка боковой поверхности зуба и участка этой поверхности, работающего в режиме двухпарного зацепления и расположенного со стороны тела колеса. Вырез аналогичной ширины выполнен в этой пластине и со стороны вершины зуба, на месте участка боковой поверхности, работающего в режиме двухпарного зацепления. Все вырезы расположены симметрично относительно обеих кольцевых накладок. На внутренней стороне отстающей пластины и на обеих внутренних поверхностях кольцевых накладок, с зазором относительно окружности вершин зубчатого венца, укреплена плоская перегородка, эквидистантная набегающей пластине и выполненная с зазором относительно этой пластины и с зазором относительно тела колеса. В отстающей пластине, в области вершины зуба, выполнен вырез с шириной и расположением относительно кольцевых накладок, аналогичными вырезам в набегающей пластине; низ этого выреза по высоте совпадает с верхом плоской перегородки. А в набегающей пластине, в области вершины зуба, выполнена усиливающая перемычка, в виде части невырезанной набегающей пластины.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид с торца с местным разрезом по центральной плоскости вращения колеса (фиг. 1) и тот же фрагмент - вид сбоку в разрезах (фиг. 2 и 3).
1
н
1
2
3
4
1
2
На чертеже показаны: тело 1 колеса; кольцевые накладки 2 и 3; наружный периметр 4 кольцевых накладок (окружность вершин зубчатого венца); внутренний периметр 5 кольцевых накладок; окружность 6 оснований зубчатого венца; пластины 7 и 8; набегающая боковая поверхность 9; отстающая боковая поверхность 10; перегородка 11; полость 12; перемычка 13; ширина В зубчатого венца; высота Н зуба; толщина С пластин 7 и 8; размер в вершины расчетного для данного колеса зуба; размер в концов пластин 7 и 8 по окружности 4 вершин зубчатого венца; высота h нерабочего участка боковой поверхности 9; высота h участка поверхности 9 с однопарным зацеплением; высота h и h участков боковой поверхности 9 с двухпарным зацеплением; расстояние h от окружности 4 вершин зубчатого венца до перегородки 11; зазоры Δ и Δ; направление вращения ω колеса.
1
н
2
3
4
1
2
4
Зубчатое колесо содержит тело 1, пару кольцевых накладок 2 и 3, укрепленных на торцах тела и зубчатый венец шириной В с полыми зубьями высотой Н. Диаметр наружного периметра 4 кольцевых накладок равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, диаметр внутреннего периметра 5 кольцевых накладок меньше диаметра окружности 6 оснований зубчатого венца. Каждый полый зуб зубчатого венца выполнен из пары прямоугольных пластин 7 и 8 толщиной С, изогнутых по профилю расчетного зуба для данного колеса с образованием боковых поверхностей 9 и 10 зуба. Пластины 7 и 8 укреплены между внутренними поверхностями кольцевых накладок 2, 3 и на теле 1 колеса, без образования зазоров относительно них. Верхние концы пластин 7 и 8 примыкают к окружности вершин зубчатого венца (к внешнему периметру 4 кольцевых накладок 2 и 3) на участке размером в по окружности зубчатого венца, размер которого равен размеру вершин зуба, расчетного для данного колеса. При этом между пластинами 7 и 8 может образовываться определенный зазор, который может быть весьма мал, или же такой зазор может не образовываться вовсе: это зависит от величины в и от величины в - размеров концов пластин 7 и 8 (толщиной С) по линии окружности вершин зубчатого венца (этот вариант показан на фиг. 1). У каждого зуба в набегающей (при вращении со) пластине 7, образующей набегающую боковую поверхность 9 зуба, выполнены вырезы, расположенные симметрично относительно обеих кольцевых накладок 2 и 3, ширина каждого выреза равна половине ширины зуба (В/2): вырезана часть нерабочего участка боковой поверхности (высотой h), прилегающий участок боковой поверхности с двухпарным зацеплением (высотой h) и участок боковой поверхности, прилегающий к вершине зуба (высотой h, за минусом ширины усиливающей перемычки 13). На внутренней стороне отстающей пластины 8 и на обеих внутренних поверхностях кольцевых накладок 2 и 3, на расстоянии h от окружности 4 вершин зубчатого венца, укреплена плоская перегородка 11, эквидистантная набегающей пластине 7 и выполненная с зазором Δ относительно этой пластины и с зазором Δ относительно тела 1 колеса. В отстающей пластине 8, в области вершины зуба, выполнен вырез высотой h с шириной В/2 и симметричным расположением относительно кольцевых накладок 2 и 3.
1
2
2
При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения, зубчатый венец колеса постоянно погружен в масляную ванну. При вращении ω колеса, все зубья колеса поочередно погружаются в масляную ванну, при этом зубья ориентированы своими вершинами вниз по вертикали и жидкий смазочный материал - через вырезы в пластинах 7, 8 и через зазоры Δ и Δ затекает в полости 12, образованные внутренними поверхностями кольцевых накладок 2 и 3, пластины 8 и перегородки 11. При дальнейшем проворачивании (ω) колеса и выходе зубьев из масляной ванны, смазочный материал удерживается в полостях 12. При дальнейшем проворачивании колеса, в сторону зацепления с парным колесом, зубья переориентируются своими вершинами вверх по вертикали и смазочный материал вытекает из полостей 12 - через зазоры Δ и вырезы в пластинах 7 - в области впадин зубчатого венца, закрытые с боков кольцевыми накладками 2 и 3, которые при этом выполняют функцию масляных ванн. При этом смазываются боковые поверхности зубьев колеса, а также - зубья парного колеса (при входе их в вышеуказанные образовываемые масляные ванны во впадинах зубчатого венца нижерасположенного колеса).
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет осуществлять заполнение полостей 12 полых зубьев, переносящих смазочный материал из масляной ванны в зону зацепления с парным, вышерасположенным, зубчатым колесом при малой величине зазора между верхними концами пластин, образующих боковые поверхности зубьев, или отсутствия таковых вообще. Тем самым, повышается качество смазывания зубчатых колес передачи. Кроме того, снижается расход материала на изготовление зубьев зубчатых колес.