Цилиндрическое зубчатое колесо
Изобретение относится к машиностроению. Цилиндрическое зубчатое колесо имеет форму цилиндра, полученного образующей при вращении ее вокруг оси, а также ступицу со шпоночным пазом и обод с выполненными на нем зубьями. Зубья относительно образующей выполнены в виде части окружности, радиус которой определяется по соотношению , где В - величина хорды, равная ширине обода зубчатого венца колеса, Н - высота хорды, равная наибольшей выпуклости зубьев на середине обода зубчатого колеса. Обеспечивается повышение точности изготовления зубьев колеса. 1 ил.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в цилиндрических зубчатых передачах.
Зубчатая передача относится к передачам зацеплением с непосредственным контактом ведущего и ведомого звеньев. Она состоит из двух зубчатых колес, каждое из которых включает ступицу со шпоночные пазом и обод, на котором выполнены зубья, образуя зубчатый венец. Меньшее зубчатое колесо называется шестерней, а большее - колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и к колесу. Классификация зубчатых передач дана на стр. 130 (рис. 6.2) в книге Г.Ф. Прокофьев, Н.И. Дундин, Н.Ю. Микловцик. Конструирование приводов технологических машин: учебное пособие для вузов - 2-е изд., испр. и доп. - Архангельск: ИД САФУ 2014. - 504 с.
Наибольшее применение в технике нашли цилиндрические зубчатые передачи. В них каждое из двух зубчатых колес имеет форму цилиндра, полученного образующей прямой при вращении ее вокруг оси.
В поперечном сечении зубья могут иметь различный профиль, откуда произошло название зацепления. Циклоидное зацепление - боковые поверхности зубьев выполнены в виде циклоиды. Оно нашло применение в часовых механизмах и в передачах, требующих высокую точность.
Эвольвентное зацепление - боковые поверхности зубьев выполнены в виде эвольвенты. Это основное зацепление в машиностроении, так как обладает большей прочностью, чем циклоидное зацепление и более технологично в изготовлении. Зацепление Новикова - боковые поверхности зубьев выполнены в виде цилиндров. Оно сложнее в изготовлении, так как требуется специальное оборудование и применяется в основном в оборонной промышленности. В предложенном техническом решении вид зацепления не имеет значения и может быть любым.
По расположению зубьев относительно образующей цилиндрические зубчатые передачи могут быть прямозубые, косозубые и шевронные. В прямозубых передачах зубья расположены параллельно образующей. Достоинства - простота изготовления и отсутствие боковых сил. Недостатки - повышенный износ, шум при больших скоростях, значительные габаритные размеры. Применяют при малых и средних окружных скоростях в основном в открытых передачах.
В косозубых передачах зубья расположены под углом к образующей. Достоинства - плавность зацепления, меньший шум, пониженные динамические нагрузки. Основной недостаток косозубых колес по сравнению с прямозубыми - наличие осевой силы, стремящейся сдвинуть колесо с валом вдоль его оси, что усложняет работу подшипниковых узлов. Рекомендуемый угол наклона зубьев β=8…18°. Менее восьми градусов угол β выполнять не рекомендуется, так как в этом случае эффект незначительный. При β>18° возникают большие осевые силы.
Шевронное колесо представляет собой сдвоенное косозубое колесо. Описание его приведено на странице 135-136 вышеупомянутого источника. Оно взято за прототип. Достоинство - вследствие разного направления наклона зубьев на полушевронах осевые силы взаимно уравновешиваются на колесе и на подшипники не передаются. Это позволяет у шевронных колес увеличить угол наклона зубьев β=25…40°, что повышает прочность зубьев. Минусы шевронных колес - недостаточные плавность зацепления и длина линий контакта зубьев.
Известно цилиндрическое зубчатое колесо по патенту РФ №2717870 МПК F16H / Г.Ф. Прокофьев - №2019122847; заяв. 19.07.2019;; опубл. 26.03.2020 Бюл. №9. Для повышения надежности работы зубчатой передачи за счет плавности зацепления зубьев и увеличения линии контакта зубья относительно образующей выполнены в виде синусоиды, выражаемой соотношением: у=A sin (180° ⋅х/В); где А - наибольшая выпуклость при х=В/2, В - ширина обода зубчатого колеса, х - расстояние от торца зубчатого колеса до рассматриваемой точки. Цилиндрическое зубчатое колесо по патенту РФ №2717870 взято за прототип.
Недостатком цилиндрического зубчатого колеса по патенту №2717870 является необходимость точного нарезания зубьев при движении режущего инструмента по сложной траектории с переменной кривизной.
Задача на которую направлено изобретение - обеспечение высокой точности изготовления зубьев колеса за счет движения пальцевой модульной фрезы по простой траектории с постоянной кривизной. Это достигается тем, что зубья выполнены в форме части окружности, радиус которой определяется по соотношению 
, где В - длина хорды, равная ширине обода зубчатого венца колеса, Н - высота хорды, равная наибольшей выпуклости зубьев на середине обода зубчатого колеса.
На фиг. 1 показано зубчатое колесо предложенной конструкции. Оно включает зубья 1, обод 2, ступицу 3 со шпоночным пазом 4, характер расположения каждого зуба относительно образующей показан в виде одной линии 5, выражающей часть окружности.
Зубчатое колесо предложенной конструкции обладает простотой, точностью изготовления и высокой надежностью в эксплуатации.
Цилиндрическое зубчатое колесо, имеющее форму цилиндра, полученного образующей при вращении ее вокруг оси, а также ступицу со шпоночным пазом и обод с выполненными на нем зубьями, отличающееся тем, что зубья относительно образующей выполнены в виде части окружности, радиус которой определяется по соотношению 
, где В - величина хорды, равная ширине обода зубчатого венца колеса, Н - высота хорды, равная наибольшей выпуклости зубьев на середине обода зубчатого колеса.
