Зубчатое колесо

Изобретение относится к машиностроению. Зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец, выполненный из пластин, изогнутых по наружному профилю зуба, и пары кольцевых накладок. Каждый зуб выполнен из одной пластины. Ширина участка пластины на набегающей боковой поверхности зуба меньше ширины зубчатого венца; этот участок расположен по центру зуба, на равных расстояниях от обеих кольцевых накладок по всей высоте зуба. Внутри полости зуба, вдоль его высоты и перпендикулярно оси зуба, расположены плоские прямоугольные полки шириной, равной ширине зубчатого венца, укрепленные на внутренней поверхности участка пластины, образующего отстающую боковую поверхность, и на внутренних поверхностях кольцевых накладок, с равными зазорами относительно участка пластины, образующего набегающую боковую поверхность. Стороны полок, обращенные в сторону набегающей боковой поверхности, снабжены козырьками шириной, равной ширине зубчатого венца, обращенными в сторону тела колеса и выполненными эквидистантными относительно набегающей боковой поверхности, с равными зазорами относительно нижерасположенных полок и тела колеса. Аналогичный козырек, с аналогичными зазорами, укреплен и на внутренней стороне участка пластины, образующего вершину зуба. Обеспечивается повышение качества смазывания зубчатого колеса. 2 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах, смазываемых жидкими смазочными материалами методом погружения.

Известно зубчатое колесо, содержащего тело, зубчатый венец с зубьями - см., например, «Гузенков П.Г. Детали машин: Учеб. для вузов. - 4-е изд., испр. М.: Высш. шк., 1986. - 359 с.: ил.», стр. 154, рис. 12.1, а.

Недостаток данного зубчатого колеса состоит в том, что при работе его со смазыванием методом погружения жидкий смазочный материал, захватываемый из масляной ванны зубьями колеса, в процессе проворачивания колеса в зону зацепления с парным колесом, стекает с зубьев, и в зону зацепления поступает недостаточное количество смазочного материала, что интенсифицирует процесс изнашивания сопряженных зубьев обоих 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, зубчатый венец с полыми зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу. Обе боковые поверхности каждого зуба выполнены из пары прямоугольных пластин, изогнутых по наружному профилю боковых поверхностей расчетного для данного колеса зуба. В пластине, образующей набегающую поверхность зуба, на участке примыкания ее к телу колеса, вдоль ширины зубчатого венца выполнены сквозные отверстия. Вторая пластина, образующая отстающую боковую поверхность зуба, снабжена Г-образным элементом шириной, равной ширине зубчатого венца; одна полка закреплена на этой пластине в районе окружности вершин зубьев зубчатого венца с образованием зазора между элементом и первой пластиной; другая его полка ориентирована в сторону окружности впадин зубчатого венца, с образованием зазора относительно нее. При вращении колеса и погружении зубьев зубчатого венца в жидкий смазочный материал масляной ванны, когда зубья ориентированы своими вершинами вниз по вертикали, смазочный материал - через зазоры в области вершин зубьев, между набегающей боковой поверхностью и Г-образным элементом - затекает в полости зубьев. При дальнейшем проворачивании колеса и выходе зубьев из масляной ванны смазочный материал удерживается в полостях каждого зуба - между внутренней поверхностью пластины, образующей отстающую боковую поверхность, внутренними поверхностями кольцевых накладок и поверхностью Г-образного элемента. При дальнейшем проворачивании колеса и переориентации зубьев своими вершинами вверх по вертикали смазочный материал из этих полостей зубьев вытекает - через сквозные отверстия в набегающих боковых поверхностях на участке их примыкания к телу колеса - и попадает во впадины зубчатого венца, которые, совместно с внутренними поверхностями кольцевых накладок, образуют масляные ванны. Этим смазочным материалом смазываются боковые поверхности зубьев, а также зубья вышерасположенного парного зубчатого колеса - при их погружении в эти масляные ванны в зубчатом венце в процессе сопряжения с зубьями первого, нижерасположенного зубчатого колеса. Такая конструкция зубчатого колеса повышает качество смазывания зубчатых колес передачи.

Недостаток прототипа состоит в том, что зуб выполнен из пары пластин. Кроме того, при нереверсивном режиме работы колеса, только одна из двух боковых поверхностей каждого зуба является рабочей (т.е. участвующей в зацеплении с зубьями парного зубчатого колеса передачи), вторая же боковая поверхность каждого зуба в зацеплении не участвует. Т.е. выполнение этой второй (нерабочей) боковой поверхности аналогично первой (рабочей) боковой поверхности - нерационально, т.к. это приводит к неоправданному перерасходу материала, идущего на изготовление зубьев. Этот же недостаток имеет место и в реверсивных зубчатых передачах, когда при реверсе вторые боковые поверхности зубьев (будучи рабочими, в данном случае), испытывают погружения меньше, чем первые (рабочие) боковые поверхности, например - в режиме холостого хода механизма, приводимого в движение данной зубчатой передачи.

Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса, снижения издержек на его изготовление и повышения качества смазывания этого колеса передачи в целом.

Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, выполненными из пластин, изогнутых по наружному профилю зубьев, расчетных для данного колеса, с образованием боковых поверхностей и вершин зубьев, и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу. Причем каждый зуб выполнен из одной пластины; ширина участка пластины на стороне набегающей боковой поверхности зуба меньше ширины зубчатого венца; этот участок расположен по центру зуба, на равных расстояниях от обеих кольцевых накладок по всей высоте зуба. Внутри полости зуба, вдоль его высоты и перпендикулярно оси зуба, расположены плоские прямоугольные полки шириной, равной ширине зубчатого венца, укрепленные на внутренней поверхности участка пластины, образующего отстающую боковую поверхность, и на внутренних поверхностях кольцевых накладок с равными зазорами относительно участка пластины, образующего набегающую боковую поверхность. Стороны полок, обращенные в сторону набегающей боковой поверхности, снабжены козырьками шириной, равной ширине зубчатого венца, обращенными в сторону тела колеса и выполненными эквидистантными относительно набегающей боковой поверхности, с равными зазорами относительно нижерасположенных полок и тела колеса. Аналогичный козырек, с аналогичными зазорами, укреплен и на внутренней стороне участка пластины, образующего вершину зуба.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид с торца в разрезе (фиг. 1) и тот же фрагмент - вид сбоку в разрезе (фиг. 2).

На чертеже показаны: тело 1; пластины 2, образующие зубья; отстающая боковая поверхность 3; вершина 4; набегающая боковая поверхность 5; кольцевые накладки 6 и 7; наружный периметр 8 кольцевых накладок; внутренний периметр 9 кольцевых накладок; окружность 10 оснований зубчатого венца; участок 11 пластины 2, образующий боковую набегающую поверхность 5 зуба; полки 12; козырьки 13; полости 14; ширина В зубчатого венца; размеры B₁ и В₂ по ширине участков зуба со стороны его набегающей боковой поверхности 5; высота h зуба; зазоры C₁ между полками 12 и участком 11 пластины 2, образующей набегающую боковую поверхность 5; высота С₂ зазоров между козырьками 13 и полками 12 и между нижним козырьком 13 и телом 1 колеса; высота h₁ полостей 14; направления вращения ω₁ и ω₂ колеса.

Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец шириной В с зубьями высотой h, каждый из которых образован пластиной 2, изогнутой по наружному профилю зуба, расчетного для данного колеса, с образованием (при вращения ω₁) отстающей боковой поверхности 3, вершины 4 и набегающей боковой поверхности 5, и пару кольцевых накладок 6 и 7, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела 1, прилегающих к зубчатому венцу. Диаметр наружного периметра 8 кольцевых накладок 6 и 7 равен диаметру окружности зубчатого венца; диаметр внутреннего периметра 9 кольцевых накладок меньше диаметра окружности оснований 10 зубчатого венца. Ширина B₁ участка 11 пластины 2 на стороне набегающей (ω₁) боковой поверхности 5 зуба меньше ширины В зубчатого венца; этот участок расположен по центру зуба, на равных расстояниях В₂ от обеих кольцевых накладок 6 и 7 по всей высоте h зуба. Внутри полости зуба, вдоль его высоты h и перпендикулярно оси зуба, расположены плоские прямоугольные полки 12 шириной, равной ширине В зубчатого венца, укрепленные на внутренней поверхности участка пластины 2, образующего отстающую боковую поверхность 3 и на внутренних поверхностях кольцевых накладок 6 и 7, с равными зазорами C₁ относительно участка 11 пластины 2, образующего набегающую (ω₁) боковую поверхность 5. Стороны полок 12, обращенные в сторону набегающей (ω₁) боковой поверхности 5, снабжены козырьками 13 шириной, равной ширине В зубчатого венца, обращенными в сторону тела 1 колеса и выполненными эквидистантными относительно набегающей (ω₁) боковой поверхности 5, с равными зазорами С₂ относительно нижерасположенных полок 12 и тела 1 колеса. Аналогичный козырек 13 с аналогичными зазорами (С₁ и С₂) укреплен и на внутренней стороне участка пластины 2, образующего вершину 4 зуба. Поверхности зуба, внутренние поверхности кольцевых накладок 6, 7, поверхности полок 12 и поверхности козырьков 13 образуют в общей полости зуба полости 14. А размеры зазоров С₂ меньше размеров h₁ полостей 14 по вертикали.

При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения зубчатый венец постоянно погружен в смазочный материал масляной ванны. При этом зубья колеса, погруженные в масляную ванну, ориентированы своими вершинами 4 вниз по вертикали. При этом жидкий смазочный материал затекает в полость зуба (в полости 14) - через зазоры С₂, заполняя эти полости. При проворачивании ω₁ колеса зубья переориентируются своими вершинами 4 вверх по вертикали, при этом смазочный материал из полостей 14 через зазоры С₂ вытекает во впадины между соседними зубьями, смазывая эти боковые поверхности (отстающие 3 и набегающие 5). При этом впадины, заполняемые вытекающим из полостей зубьев смазочным материалом, выполняют функцию масляных ванн для зубьев парного вышерасположенного зубчатого колеса, которые при погружении в эти масляные ванны - в процессе зацепления с первым (нижерасположенным зубчатым колесом) - смазываются этим смазочным материалом. При направлении вращения ω₁ колеса и работе колеса в режиме ведомого, в зацеплении с парным зубчатым колесом будут находиться боковые поверхности 3 зубьев колеса. При нереверсивном режиме работы зубчатой передачи (и вращении колеса ω₁) набегающая боковая поверхность 5 выполняет две функции: она служит для предотвращения заклинивания зубьев парных колес при самоходе колес в обратную сторону (для данного колеса - в направлении ω₂), в этом случае размер В₁ участка этой поверхности может быть минимальным, а размеры участков В₂ - максимальными, т.к. в данном случае поверхность 5 рабочих нагрузок не испытывает; при реверсивном режиме работы колеса, когда при его вращении ω₂ зубья колеса испытывают нагружение меньшее, чем при работе с вращением ω₁ (холостой ход передачи и т.п.), размер B₁ в сравнении с размерами В₂ (относительно размера В) задается расчетным путем, по соотношению нагрузок при вращениях в направлениях ω₁ и ω₂. Параметры С₁, С₂ и h₁ задаются с учетом оптимального заполнения полостей 14 смазочным материалом и их опорожнения.

По сравнению с прототипом, каждый зуб зубчатого колеса предлагаемой конструкции выполнен из одной пластины, а не из двух. За счет выполнения боковой набегающей (ω₁) поверхности 5 не цельной (шириной, равной В), а меньшей ширины (размером В₁) экономится материал, идущий на изготовление зубьев. Выполнение боковых набегающих (ω₁) поверхностей 5 с оптимальной шириной В₁ (по отношению к величине В₂) позволяет учитывать наличие или отсутствие реверсивного характера работы колеса, а также разность нагружения боковых поверхностей зубьев при реверсивной характере работы колеса. За счет наличия зазора С₁ между участков 11 пластины 2, образующего набегающую боковую поверхность 5 и полками 12 (и козырьками 13) обеспечивается оптимальное заполнение полостей 14 жидким смазочным материалом и - опорожнение этих полостей; это улучшает качество смазывания данного зубчатого колеса, а также сопряженного с ним зубчатого колеса, т.е. - передачи в целом.

Зубчатое колесо, преимущественно крупномодульное, тихоходной зубчатой передачи, смазываемой жидким смазочным материалом методом погружения, содержащее тело, зубчатый венец с полыми зубьями, выполненными из пластин, изогнутых по наружному профилю зубьев, расчетных для данного зубчатого колеса, с образованием боковых поверхностей и вершин зубьев, и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу, отличающееся тем, что каждый зуб выполнен из одной пластины, ширина участка пластины на стороне набегающей боковой поверхности зуба меньше ширины зубчатого венца, этот участок пластины расположен по центру зуба, на равных расстояниях от обеих кольцевых накладок по всей высоте зуба, внутри полости зуба вдоль его высоты и перпендикулярно оси зуба расположены плоские прямоугольные полки шириной, равной ширине зубчатого венца, укрепленные на внутренней поверхности участка пластины, образующего отстающую боковую поверхность зуба, и на внутренних поверхностях кольцевых накладок с равными зазорами относительно участка пластины на стороне набегающей боковой поверхности зуба, стороны полок, обращенные в сторону набегающей боковой поверхности зуба, снабжены козырьками шириной, равной ширине зубчатого венца, обращенными в сторону тела зубчатого колеса и выполненными эквидистантными относительно набегающей боковой поверхности зуба, с равными зазорами относительно нижерасположенных полок и тела зубчатого колеса, аналогичный козырек с аналогичными зазорами укреплен и на внутренней стороне участка пластины, образующего вершину зуба.