Зубчатое колесо Российский патент 2024 года по МПК F16H55/17 F16H57/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к элементам с зубьями или фрикционными поверхностями для сообщения движения с охлаждением рабочих поверхностей.

Известна косозубая шестерня (патент RU № 2381401, F16H 55/02, опубл. 10.02.2010 Бюл. № 4), содержащая металлическую ступицу, жестко соединенный с ней полимерный диск с ребрами жесткости, переходящий в зубчатый венец, причем на поверхности основного полимерного диска выполнены 2 или 4 прилива в виде дисков меньшего размера, причем некоторое количество ребер жесткости имеют уменьшенную длину, а на наружной цилиндрической поверхности ступицы имеются выемки и/или проточки.

Недостатком этого аналога является его недостаточная прочность на изгиб в виду отсутствия армирующих волокон, а также высокая температура при работе такого зубчатого колеса.

Наиболее близким по технической сущности является зубчатое колесо (патент RU № 2739631, F16H 55/00, F16H 57/04, опубл. 28.12.2020 Бюл. № 1), имеющее тело колеса с зубчатым венцом, причем тело колеса содержит первый ряд отверстий, расположенных по первой окружности колеса, причем каждое отверстие первого ряда расположено точно под каждым зубом, на минимально возможном расстоянии, но не ближе такого расстояния, при котором концентрация изгибных напряжений в основании зуба не повышается в сравнении с таким же колесом без отверстий.

Основным недостатком данного наиболее близкого аналога является узкая область применения из-за ослабления конструкции большим количеством отверстий (как минимум под каждым зубом) и относительно низкий отвод тепла из зоны контакта (так как теплопроводность жидкости и газа, находящихся в отверстиях гораздо ниже теплопроводности металла), что исключает возможность его использования в высоконагруженных зубчатых передачах.

Техническим решением предлагаемого зубчатого колеса является увеличения области применения за счет использования в любых самых нагруженных зубчатых передачах, благодаря увеличению прочности и ускоренному отводу тепла от зубчатого венца.

Техническая задача решается зубчатым колесом, включающим зубчатый венец из композитного материала с теплоотводящей выборкой, выполненной от зубьев на минимально возможном расстоянии, но не ближе такого расстояния, при котором концентрация изгибных напряжений в основании зуба не повышается в сравнении с таким же колесом без выборки.

Новым является то, что зубчатое колесо изготовлено сборным, зубчатый венец которого надет на металлическую соосную ступицу, оснащенную снаружи в средней части кольцевым выступом и зафиксированную от проворота при больших нагрузках относительно зубчатого венца при помощи болтов, установленных равномерно по периметру с двух сторон на стыке зубчатого венца и ступицы, причем теплоотводящая выборка выполнена кольцевой внутри с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом ступицы для отвода тепла по ее телу.

Новым является то, что кольцевой выступ ступицы оснащен продольными выборками, а кольцевая проточка зубчатого венца – продольными выступами под соответствующие выборки для увеличения площади теплоотдачи.

Новым является то, что кольцевой выступ ступицы оснащен поперечными выборками, а кольцевая проточка зубчатого венца – поперечными выступами под соответствующие выборки для увеличения площади теплоотдачи.

На фиг. 1 изображено зубчатое колесо (с частичным осевым разрезом).

На фиг. 2 изображено зубчатое колесо (вид сбоку с частичным осевым продольным разрезом).

На фиг. 3 изображен увеличенный вид А фиг. 1.

На фиг. 4 изображен увеличенный вид Б фиг. 2.

Зубчатое колесо включает в себя зубчатый венец 1 (фиг. 1 и 2) из композитного материала с теплоотводящей выборкой 2, выполненной от зубьев 3 на минимально возможном расстоянии h, но не ближе такого расстояния, при котором концентрация изгибных напряжений в основании зуба 3 не повышается в сравнении с таким же колесом без выборки. Зубчатое колесо изготовлено сборным. Зубчатый венец 1 зубчатого колеса надет на металлическую соосную ступицу 4, оснащенную снаружи в средней части кольцевым выступом 5 и зафиксированную от проворота при больших нагрузках относительно зубчатого венца 1 при помощи поперечных болтов 6, установленных равномерно по периметру с двух сторон на стыке зубчатого венца 3 и ступицы 4. Теплоотводящая выборка 2 выполнена кольцевой внутри с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом 5 ступицы 4 для отвода тепла по ее телу.

Для зубчатых колец с косыми зубьями 3, работающих при больших нагрузках, для нивелирования большой осевой нагрузки и для увеличения площади теплоотдачи от зубчатого венца 1 к металлической ступице 4 кольцевой выступ 5 (фиг. 4) ступицы 4 может быть оснащен продольными выборками 7, а кольцевая проточка 2 зубчатого венца 1 – продольными выступами 8 под соответствующие выборки 7.

Для зубчатых колец (фиг. 1 и 2) с прямыми зубьями 3 (не показаны), работающих при больших нагрузках, для нивелирования большой тангенциальной нагрузки вместе с болтами 6 и для увеличения площади теплоотдачи от зубчатого венца 1 к металлической ступице 4 кольцевой выступ 5 (фиг. 3) ступицы 4 может быть оснащен поперечными выборками 9, а кольцевая проточка 2 зубчатого венца 1 – поперечными выступами 10 под соответствующие выборки 9.

Зубчатое колесо работает следующим образом.

Предварительно производят расчеты редуктора (не показан – авторы на это не претендуют), в котором будет использовано зубчатое колесо, и определяют нагруженность зубьев 3 (фиг. 1 и 2), то есть крутящий момент на них, и тепловыделение (определяется эмпирическим путем при испытаниях). Также эмпирическим путем, зная материал ступицы 4 и зубчатого венца 1, определяют минимально возможное расстояние h. Исходя из полученных данных, выполнения зубчатых колец с прямыми или косыми зубьями 3 и теплопроводности металла ступицы 4 принимают решение (чаще всего подбирая эмпирическим путем) о необходимости наличия на выступе 5 ступицы 4 соответственно направлению зубьев 3 поперечных 9 (фиг. 3) или продольных 7 (фиг. 4) выборок, так как увеличение площади контакта кольцевой проточки 2 зубчатого венца 1 и кольцевого выступа 5 ступицы 4 приводит к увеличению теплоотвода от зубчатого венца 1. При этом металл ступицы 4 (фиг. 1 и 2) значительно эффективней отводит тепло, чем воздух или жидкость, обеспечивая необходимые температурные параметры работы зубчатого венца 1, а отсутствие отверстий в зубчатом венце 1 значительно увеличивает его прочностные характеристики. После изготовления ступицу 4 помещают в форму (не показана) и снаружи по периметру заполняют или заливают композитным материалом, который после соответствующей технологической операции (застывания, расплавления и застывания, сжатия прессом с высокой температурой и давлением или т.п. – авторы на это не претендуют) формирует зубчатый венец 1. При этом внутренняя выборка 2 с продольными 9 (фиг. 3) или поперечными 7 (фиг. 4) выступами или без них, получается исходя из взаимодействия с кольцевым выступом 5 (фиг. 1 и 2) ступицы 4. После чего равномерно по периметру с двух сторон на стыке зубчатого венца 1 (фиг. 2) и ступицы 4 выполняют резьбовые отверстия 11, в которые вкручивают соответствующие болты 6 для фиксации от проворота при больших нагрузках зубчатого венца 1 на ступице 4. Необходимое количество болтов 6 определяют эмпирическим путем.

После изготовления зубчатое колесо (фиг. 1) фиксируют на соответствующем валу (не показан), например, при помощи центрального отверстия 12, и устанавливают в редуктор для последующей работы.

Предлагаемое зубчатое колесо позволяет увеличить область применения за счет использования в любых самых нагруженных зубчатых передачах, благодаря увеличению прочности и ускоренному отводу тепла от зубчатого венца.

Изобретение относится к машиностроению. Зубчатое колесо включает зубчатый венец из композитного материала с теплоотводящей выборкой, выполненной от зубьев на минимально возможном расстоянии, но не ближе такого расстояния, при котором концентрация изгибных напряжений в основании зуба не повышается в сравнении с таким же колесом без выборки. Колесо изготовлено сборным, зубчатый венец которого надет на металлическую соосную ступицу, оснащенную снаружи в средней части кольцевым выступом и зафиксированную от проворота при больших нагрузках относительно зубчатого венца при помощи болтов, установленных равномерно по периметру с двух сторон на стыке зубчатого венца и ступицы. Теплоотводящая выборка выполнена кольцевой внутри с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом ступицы для отвода тепла по ее телу. Обеспечивается увеличение прочности зубчатого колеса и ускоренный отводу тепла от зубчатого венца. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Зубчатое колесо, включающее зубчатый венец из композитного материала с теплоотводящей выборкой, выполненной от зубьев на минимально возможном расстоянии, но не ближе такого расстояния, при котором концентрация изгибных напряжений в основании зуба не повышается в сравнении с таким же колесом без выборки, отличающееся тем, что зубчатое колесо изготовлено сборным, зубчатый венец которого надет на металлическую соосную ступицу, оснащенную снаружи в средней части кольцевым выступом и зафиксированную от проворота при больших нагрузках относительно зубчатого венца при помощи болтов, установленных равномерно по периметру с двух сторон на стыке зубчатого венца и ступицы, причем теплоотводящая выборка выполнена кольцевой внутри с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом ступицы для отвода тепла по ее телу.

2. Зубчатое колесо по п. 1, отличающееся тем, что кольцевой выступ ступицы оснащен продольными выборками, а кольцевая проточка зубчатого венца – продольными выступами под соответствующие выборки для увеличения площади теплоотдачи.

3. Зубчатое колесо по п. 1, отличающееся тем, что кольцевой выступ ступицы оснащен поперечными выборками, а кольцевая проточка зубчатого венца – поперечными выступами под соответствующие выборки для увеличения площади теплоотдачи.