ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО Российский патент 2017 года по МПК F16H55/17 

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах с крупномодульными зубчатыми колесами.

Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями - см., например, «Иванов М.И. Детали машин: Учеб. для машиностр. спец. вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 1984. - 336 с., ил.», стр. 96, рис. 8.2.

Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что зубья его зубчатого венца выполнены цельными, в то время как непосредственно для работы колеса в передаче, в зацеплении с парным зубчатым колесом, необходимы только боковые поверхности его зубьев, участвующие в зацеплении с этим парным зубчатым колесом. А выполнение зубьев цельными приводит к перерасходу материала, идущего на их изготовление.

В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2550245, кл. F16Н 55/12, опубл. 10.05.2015 г., Бюл. №13. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилю рабочих участков боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела, между которыми укреплены зубья колеса.

Недостаток прототипа состоит в том, что толщина пластин, образующих боковые поверхности зубьев, одинакова по всей высоте этих зубьев, что не учитывает неодинаковости изнашивания боковых поверхностей зубьев в процессе работы колеса на разных участках высоты зубьев. Эта неодинаковость определяется неодинаковостью скольжения (и трения) сопряженных зубьев парных зубчатых колес, которое равно нулю в области полюсов зубьев и возрастает в стороны вершин и оснований зубьев, достигая в этих областях максимальных значений. Увеличение скольжения и трения приводит к уменьшению толщины пластин, что способно привести к деформациям и поломкам пластин; поэтому для компенсации утоньшения пластин в процессе работы колеса приходится увеличивать толщину пластин. А увеличение этой толщины по всей высоте зубьев - нерационально, т.к. приводит к перерасходу материала, идущего на изготовление зубьев и увеличивает издержки на изготовление колеса в целом.

Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижения издержек на его изготовление.

Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилю рабочих участков боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела, между которыми укреплены зубья зубчатого венца. Причем толщина пластин вдоль высоты зубьев выполнена переменной, увеличивающейся в обе стороны от минимума на линии начальной (полюсной) окружности зубчатого венца; это увеличение прямо пропорционально увеличению скоростей скольжения на боковых поверхностях зубьев в этих направлениях. А увеличение толщины выполнено вовнутрь полостей зубьев.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса с местным разрезом - вид с торца (фиг. 1) и график изменения толщины пластин, образующих зубья колеса (фиг. 2).

На чертеже показаны: тело 1 зубчатого колеса, пластины 2 и 3, кольцевые накладки 4 и 5, наружный периметр 6 кольцевых накладок, внутренний периметр 7 кольцевых накладок, окружность 8 оснований зубьев зубчатого венца, начальная (полюсная) окружность 9; расстояние H₁ между окружностями 6 и 8; высота Н₂ зубьев; величина l боковой поверхности зубьев; величина l_р рабочего участка боковой поверхности зубьев; величина l_н нерабочего участка боковой поверхности зубьев; величина толщины пластин (2 и 3) - С₁, С₂, С₃; полюса Р зубьев колеса; скорость скольжения ν_s; опорные точки a, b, с боковой поверхности зубьев колеса.

Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин 2 и 3, изогнутых по профилю рабочих участков боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок 4 и 5, укрепленных на торцах тела 1, между которыми укреплены пластины 2 и 3, образующие зубья колеса. Диаметр наружного периметра 6 кольцевых накладок равен диаметру окружности вершин зубчатого венца; диаметр внутреннего периметра 7 кольцевых накладок меньше диаметра окружности 8 оснований зубчатого венца. Расстояние между окружностями 6 и 8 равно H₁. Высота зубьев равна Н₂, она меньше расстояния Н₁ на высоту отсутствующих нерабочих участков боковых поверхностей зубьев. Величина рабочего участка боковых поверхностей зубьев равна l_р, величина нерабочих из участков равна l_н, общая величина боковых (расчетных) поверхностей зубьев - l. По линии начальной (полюсной) окружности 9 толщина пластин 2 и 3 - минимальна и равна С₁. Толщина пластин 2 и 3 увеличивается в обе стороны от окружности 9 (от полюсов Р) в стороны окружностей вершин (6) и оснований (8) зубчатого венца, достигая, соответственно, значений С₂ и С₃ (точки a и b). Пластины 2 и 3 могут быть продолжены до тела 1 и закреплены на нем (точки с), при этом толщина пластин 2 и 3 на участках примыкания к телу 1 равна толщине в точках b (равна величине С₃). Изменение толщины пластин 2 и 3 прямо пропорционально изменению скоростей скольжения ν_s в этих направлениях (см. фиг. 2).

При работе колеса в передаче, боковые поверхности зубьев (наружные поверхности пластин 2 и 3) подвержены износу, причем изнашивание участков этих поверхностей вдоль высоты зубьев не одинаково - оно изменяется с изменением скоростей скольжения взаимно сопряженных зубьев парных зубчатых колес: на полюсах зубьев скольжение равно нулю, оно увеличивается в направлениях вершин оснований зубьев. Толщина пластин 2 и 3 в области полюсов Р зубьев (величиной C₁) задана минимальной, из условия обеспечения прочности пластин при работе колеса в передаче. Эта толщина, увеличивающаяся в стороны окружностей - вершин и оснований зубчатого венца (до значений С₂ и С₃), учитывает изнашивание (утоньшение) пластин в процессе работы колеса.

По сравнению с прототипом, у предлагаемой конструкции зубчатого колеса толщина пластин, образующих боковые (рабочие) поверхности зубьев, выполнена с учетом износа этих поверхностей при работе колеса в передаче, что позволяет оптимизировать конструкцию зубьев колеса и снизить издержки на его изготовление, особенно - для колеса с крупномодульными зубьями.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых передачах с крупномодульными зубчатыми колесами. Зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилю рабочих участков боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела колеса, между которыми укреплены зубья зубчатого венца. Толщина пластин вдоль высоты зубьев выполнена переменной, увеличивающейся от минимума на линии начальной окружности зубчатого венца в стороны окружностей вершин и оснований зубчатого венца. Это увеличение прямо пропорционально увеличению скоростей скольжения на боковых поверхностях зубьев в этих направлениях; причем увеличение толщины выполнено вовнутрь полостей зубьев. Обеспечивается оптимизация конструкции зубьев и снижение издержек на его изготовление. 2 ил.

Зубчатое колесо, преимущественно крупномодульное, содержащее тело, зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилю рабочих участков боковых поверхностей зуба, расчетного для данного зубчатого колеса, и пары кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела зубчатого колеса, между которыми укреплены зубья зубчатого венца, отличающееся тем, что толщина пластин вдоль высоты зубьев выполнена переменной, увеличивающейся от минимума на линии начальной окружности зубчатого венца в стороны окружностей вершин и оснований зубчатого венца, это увеличение прямо пропорционально увеличению скоростей скольжения на боковых поверхностях зубьев в этих направлениях, причем увеличение толщины выполнено вовнутрь полостей зубьев.