КОСОЗУБАЯ ШЕСТЕРНЯ Российский патент 1994 года по МПК F16H55/02 

Изобретение относится к машиностроению и, в частности к конструкции двигателя внутреннего сгорания, имеющего шестеренчатые передачи, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства.

Известно применение зубчатых шестерен из синтетической смолы для двигателей (а.с. N 257936, кл. 47 B 23; а.с. N 348372, кл. B 29 d 15/00; заявка Японии N 59-41056, кл. F 16 H 55/06; заявка Японии N 59-43672, кл. F 16 H 55/06; B 29 d 15/00, патент США N 4433964, кл. F 16 H 55/06, кл. 474-152; Белый В.А. Зубчатые передачи из пластмасс, Минск 1965, Машиностроение; Белый В.А., Свириденок А.И. О применении зубчатых колес из полиамидов в сельскохозяйственном машиностроении, Минск, Машиностроение).

Однако недостатком этих зубчатых шестерен является сложность их изготовления и невысокий уровень эксплуатационных характеристик при больших нагрузках.

В качестве прототипа выбрана косозубая шестерня газораспределения двигателя внутреннего сгорания, которая содержит закладную ступицу, диск, переходящий в зубчатый венец, изготавливаемая методом прессования из текстолита с последующим нарезанием зубьев.

К недостаткам этого прототипа относятся: большая материалоемкость, , разнотолщинность диска и венца, низкая надежность, сложность изготовления, экологическая вредность производства.

Целью изобретения является снижение материалоемкости при сохранении эксплуатационных характеристик, упрощение технологического процесса и улучшение экологии.

Указанная цель достигается тем, что в косозубой шестерне, содержащей металлическую закладную ступицу, жестко соединенную с полимерным диском, переходящим в зубчатый венец, диск выполнен из полиамида с ребрами жесткости, таким образом, что отношение площади поперечного сечения венца к сумме площадей поперечного сечения диска и ребер составляет от 1:2 до 1:4, при этом количество ребер определяется из соотношения N_реб = Д_дел/10 ÷ 20 , а b₁=b₂ = (1/25 ÷ 1/35) Д_ш, где N_реб - количество ребер;
Д_дел - делительный диаметр шестерни;
b₁ - толщина диска;
b₂ - толщина зубчатого венца;
Д_ш - диаметр окружности вершин зубьев.

Равнотолщинность поперечного сечения диска и венца обеспечивает уравновешенные внутренние напряжения по всему объему диска и венца, за счет чего повышаются эксплуатационные характеристики шестерни.

Если толщина диска и зубчатого венца будет больше 1/25 Д_ш, то при этом увеличивается материалоемкость, а эксплуатационные характеристики не увеличиваются.

Если толщина диска и зубчатого венца будет менее 1/35 Д_ш, то эксплуатационные характеристики падают из-за недостатка толщины.

Оптимальное количество ребер жесткости определяется по формуле N_реб = Д_дел/10 ÷ 20 и позволяет достигнуть необходимую прочность конструкции шестерни. При коэффициенте менее 10 количество ребер возрастает без увеличения эксплуатационных характеристик, но с увеличением материалоемкости. Если коэффициент более 20 - количество ребер снижается до величины, при которой не выполняется основная функция ребер - упрочнение конструкции.

Отношение площади поперечного сечения венца (S_в) к сумме площадей поперечного сечения диска (S_д) и ребер (2S_р) составляет от 1:2 до 1:4, т.е.

= 1:2÷1:4
Указанное соотношение позволяет выбрать оптимальную толщину ребер при фиксированной площади венца и диска.

При соотношении 1 к величине, меньшей 2, ребра либо становятся слишком тонкими и не выполняют функции упрочнения конструкции, либо вообще исчезают.

При соотношении 1 к величине, большей 4, толщина ребер неоправданно увеличивается, что приводит к значительному возрастанию материалоемкости, без улучшения эксплуатационных характеристик.

Кроме того, наличие ребер жесткости выполняет функцию дополнительных литниковых каналов, обеспечивающих качественное изготовление периферийных (от центрального литника) областей шестерни, что позволяет реализовать высокие прочностные и эксплуатационные показатели зубьев.

Изготовление диска из полиамида упрощает технологический процесс, позволяет повысить производительность труда, снизить трудоемкость, в связи с переходом на более прогрессивный метод изготовления - литье под давлением взамен прессования, а также с отсутствием необходимости в операции нарезки зубьев.

Изготовление шестерен с формованным зубом методом литья под давлением является более прогрессивным и высокопроизводительным по сравнению с изготовлением шестерен методом прессования т.к. проходит в одну стадию, в то время как прессование - многостадийный процесс, включающий подготовку материала (пропитка, нарезка, укладка), предварительное холодное прессование, горячее прессование и нарезку зубьев.

Кроме того, отказ от применения текстолита, экологически вредного в любой стадии его использования (как при его изготовлении, прессовании самих заготовок, так и при нарезке зубьев) значительно улучшит состояние окружающей среды, а также условия работы операторов и станочников.

Из анализа научно-технической и патентной литературы известно использование полиамида для изготовления зубчатых шестерен (Белый В.А. Зубчатые передачи из пластмасс, Минск, Машиностроение 1965). Выполнение конструкций с ребрами жесткости общеизвестно. Однако авторам неизвестно изготовление шестерен из полиамида с ребрами жесткости при конкретном соотношении размеров элементов шестерни (указанных в формуле).

На чертеже представлена шестерня по предлагаемому изобретению, где: 1 - закладная металлическая ступица, 2 - диск, 3 - венец; 4 - ребра жесткости.

Экономический эффект от используемого изобретения достигается за счет снижения материалоемкости (в 2 раза), повышения надежности, увеличения производительности труда при изготовлении и применении более дешевого материала.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях, имеющих шестеренчатые передачи. Изобретение позволяет снизить материалоемкость при сохранении эксплуатационных характеристик, упростить технологический процесс и улучшить экологию при изготовлении шестерен. Для этого в косозубой шестерне, содержащей металлическую закладную ступицу, жестко соединенную с полимерным диском, переходящим в зубчатый венец, диск выполнен из полиамида с ребрами жесткости таким образом, что отношение площади поперечного сечения венца к сумме площадей поперечного сечения диска и ребер составляет от 1 : 2 до 1 : 4, при этом количество ребер определяется из соотношения, приведенного в описании. 1 ил.

КОСОЗУБАЯ ШЕСТЕРНЯ, содержащая металлическую закладную ступицу и жестко соединенный с ней полимерный диск, переходящий в зубчатый венец, отличающаяся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик, диск выполнен из полиамида с ребрами жесткости таким образом, что отношение площади поперечного сечения венца к сумме площадей поперечного сечения диска и ребер от 1 : 2 до 1 : 4, а количество ребер определяется из соотношений
N_реб= ;
b₁ = b₂ = (1/25 - 1/35) D_ш,
где D_ш - диаметр окружности вершин зубьев;
D_дел - делительный диаметр шестерни;
b₁ - толщина диска;
b₂ - толщина зубчатого венца.