ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО Российский патент 2016 года по МПК F16H55/12 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах.

Известно зубчатое колесо, состоящее из ступицы, тела в виде диска и зубчатого венца с зубьями, нарезанными по внешней окружности тела - см., например, «Березовский и др. Детали машин: Учебник для машиностроительных техникумов / Ю.Н. Березовский, Д.В. Чернилевский, М.С.Петров; Под ред. Н.А. Бородина. - М.: Машиностроение, 1983. - 384 с, ил.», стр. 60, рис. 4.1, а.

Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что зубчатый венец, состоящий из связанных между собой по своим основаниям зубьев, малоремонтопригоден: в случае выхода из строя (поломки) одного или нескольких зубьев зубчатого венца возникает необходимость замены колеса целиком. Кроме того, зубья зубчатого колеса передают и воспринимают нагрузки - при работе с парным колесом в передаче - только рабочими участками своих боковых поверхностей, а участки боковых поверхностей, расположенные между рабочими участками и окружностями впадин зубьев, в работе не участвуют; поэтому выполнение зубьев по их полной, расчетной, высоте - от окружности вершин зубьев до окружности их впадин - приводит к нерациональному расходованию материала, идущего на изготовление зубьев и колеса в целом.

В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса, содержащего ступицу, тело в виде пары дисков, укрепленных на торцах ступицы, и зубчатый венец, составленный из отдельных, не связанных между собой, зубьев, укрепленных своими торцами между дисками, причем зубья выполнены усеченными по своим основаниям с сохранением рабочих участков своих боковых поверхностей - см. патент на изобретение РФ №2544467, кл. F16H 55/12, опубл. 20.03.2015 г., Бюл. №8.

Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что его зубья выполнены сплошными, что приводит к перерасходу материала, идущего на их изготовление.

Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижение издержек на его изготовление с сохранением их прочностных характеристик.

Для этого зубчатое колесо содержит ступицу, тело в виде пары дисков, укрепленных на обоих торцах ступицы и имеющих наружный радиус, равный радиусу окружности вершин колеса, и зубчатый венец, выполненный из отдельных, не связанных между собой зубьев, укрепленных своими торцами между дисками; причем каждый зуб выполнен из полосы шириной, равной ширине зубчатого венца; эта полоса, изогнутая по форме зуба с образованием своей внешней поверхностью поверхности зуба, идентичной расчетной для зуба данного колеса - рабочего участка одной боковой поверхности, вершины зуба и рабочего участка другой боковой поверхности - расположенных между основной окружностью колеса и окружностью вершин; отстающие по направлению вращения колеса боковые поверхности всех зубьев - ниже основной окружности - колеса - ориентированы по радиусам колеса и соединены по всей своей ширине с кольцом, ширина которого равна ширине пластин, укрепленным между внутренними торцами дисков и соосным колесу; наружный радиус кольца не больше радиуса расчетной для колеса окружности впадин; в кольце, между соседними зубьями, выполнено сквозное отверстие, соединенное патрубком, расположенным по радиусу колеса, со сквозным отверстием в ступице.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: зубчатое колесо (вид с торца) - фиг. 1 и то же колесо (вид сбоку в сечении, условно показаны два зуба зубчатого венца) - фиг. 2.

На чертеже показаны: ступица 1, тело в виде пары дисков 2 и 3, вершины 4 зубьев, рабочие участки 5 набегающих боковых поверхностей зубьев, рабочие участки 6 отстающих боковых поверхностей зубьев, нерабочие участки 7 отстающих боковых поверхностей зубьев, радиусы 8 колеса, кольцо 9, внутренние поверхности 10 и 11 боковых сторон зубьев; высота h зубьев; зазор Δ; радиус R₁ окружности вершин; радиус R₂ основной окружности; наружный радиус R₃ кольца (9), длина l рабочих участков 5 и 6 боковых поверхностей зубьев, отверстие 12 в кольце (9), патрубок 13, отверстие 14 в ступице (1), направление вращения ω колеса.

Зубчатое колесо содержит ступицу 1, тело в виде пары дисков 2 и 3, укрепленных на торцах ступицы и имеющих наружный радиус, равный радиусу R₁ окружности вершин 4 зубьев колеса, и зубчатый венец с зубьями, каждый из которых выполнен из полосы шириной, равной ширине зубчатого венца колеса; каждая полоса изогнута по форме зуба с образованием своей внешней поверхностью расчетной поверхности зуба колеса - рабочего участка 5 одной боковой поверхности, вершины 4 зуба и рабочего участка 6 другой боковой поверхности - расположенных между окружностью вершин (радиусом R₁) и основной окружностью (радиусом R₂); отстающие по направлению вращения (ω) колеса боковые поверхности всех зубьев - ниже основной окружности колеса (участки 7) - ориентированы по радиусам 8 колеса и соединены по всей своей ширине с кольцом 9, ширина которого равна ширине пластин, укрепленных своими торцами между внутренними торцами дисков 2 и 3, и соосным колесу; наружный радиус R₃ кольца 9 не больше радиуса расчетной для колеса окружности впадин; в кольце 9, между соседними зубьями, выполнено сквозное отверстие 12, соединенное патрубком 13 со сквозным отверстием 14 в ступице.

При работе зубчатое колесо передает и воспринимает рабочие нагрузки рабочими участками 5 и 6 боковых поверхностей своих зубьев. Полости, образуемые внутренними поверхностями (10, 11) боковых сторон зубьев, вершины 4, дисков 2 и 3 и наружной поверхностью кольца 9, позволяют при работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения в смазочную ванну захватывать из ванны смазочный материал (через зазор Δ между набегающей боковой стороной (5) и кольцом 9) и переносить захваченный смазочный материал при вращении ω колеса в зону зацепления с парным колесом в передаче. В зоне зацепления вышеуказанные поверхности вместе с отстающими боковыми поверхностями (6) вращающегося колеса образуют локальные масляные ванны в зоне зацепления зубьев парных колес, что оптимизирует процесс смазывания сопряженных зубьев парных колес. Наличие сквозного канала (патрубка 13) между сквозным отверстием 12 в кольце 9 и сквозным отверстием 14 в ступице 1 позволяет жидкому смазочному материалу перетекать из зоны зубчатого венца, где располагается жидкий смазочный материал, захваченный из масляной ванны вращающимися (ω) зубьями колеса, в зону трения внутренней поверхности ступицы 1 колеса и неподвижной оси, на которой установлено вращающееся зубчатое колесо (или зону трения внутренней поверхности ступицы 1 и подшипника скольжения, укрепленного на неподвижной оси); это снижает изнашивание внутренней поверхности ступицы и поверхности оси (или - поверхности подшипника скольжения).

По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса имеет меньшую материалоемкость - за счет снижения материалоемкости зубчатого венца колеса (т.е. зубья венца выполнены не сплошными, а из полосы). Кроме того, образование полостей поверхностями полых зубьев, кольца и дисков, позволяет при работе колеса с картерным смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения захватывать из масляной ванны смазочный материал и переносить его в зону зацепления с парным зубчатым колесом передачи, что оптимизирует процесс изнашивания зубьев парных зубчатых колес. Наличие сквозного канала (патрубка), соединяющего область между зубьями зубчатого венца и внутреннюю поверхность ступицы, позволяет осуществлять смазывание внутренней поверхности ступицы, что оптимизирует процесс ее изнашивания и увеличивает срок службы колеса.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых передачах. Зубчатое колесо содержит ступицу, тело в виде пары дисков, укрепленных на обоих торцах ступицы и имеющих наружный радиус, равный радиусу окружности вершин зубчатого колеса, и зубчатый венец, выполненный из отдельных не связанных между собой зубьев, укрепленных своими торцами между дисками. Каждый зуб выполнен из полосы шириной, равной ширине зубчатого венца. Полоса изогнута по форме зуба с образованием своей внешней поверхностью поверхности зуба, идентичной расчетной для зуба данного зубчатого колеса: вершины зуба и рабочих участков обеих боковых поверхностей, расположенных между окружностью вершин и основной окружностью. Отстающие по направлению вращения зубчатого колеса боковые поверхности всех зубьев ниже основной окружности зубчатого колеса ориентированы по радиусам зубчатого колеса и соединены по всей своей ширине с кольцом, ширина которого равна ширине зубчатого венца, укрепленным своими торцами между внутренними торцами дисков и соосным зубчатому колесу. Наружный радиус кольца выполнен не больше радиуса расчетной для зубчатого колеса окружности впадин. В кольце, между соседними зубьями, выполнено сквозное отверстие, соединенное патрубком со сквозным отверстием в ступице. Обеспечивается оптимизация конструкции зубчатого колеса. 2 ил.

Зубчатое колесо, содержащее ступицу, тело в виде пары дисков, укрепленных на обоих торцах ступицы и имеющих наружный радиус, равный радиусу окружности вершин зубчатого колеса, и зубчатый венец, выполненный из отдельных не связанных между собой зубьев, укрепленных своими торцами между дисками, отличающееся тем, что каждый зуб выполнен из полосы шириной, равной ширине зубчатого венца, полоса изогнута по форме зуба с образованием своей внешней поверхностью поверхности зуба, идентичной расчетной для зуба данного зубчатого колеса: вершины зуба и рабочих участков обеих боковых поверхностей, расположенных между окружностью вершин и основной окружностью, отстающие по направлению вращении зубчатого колеса боковые поверхности всех зубьев ниже основной окружности зубчатого колеса ориентированы по радиусам зубчатого колеса и соединены по всей своей ширине с кольцом, ширина которого равна ширине зубчатого венца, укрепленным своими торцами между внутренними торцами дисков и соосным зубчатому колесу, наружный радиус кольца выполнен не больше радиуса расчетной для зубчатого колеса окружности впадин, причем в кольце между соседними зубьями выполнено сквозное отверстие, соединенное патрубком со сквозным отверстием в ступице.