Составное зубчатое колесо Российский патент 2025 года по МПК F16H55/12 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к зубчатым передачам, преимущественно, с параллельными осями валов. Оно будет востребовано в редукторах различного назначения.

Зубчатые колеса, как правило, выполняются монолитными. При заданных габаритах нагрузочная способность передач с такими колесами ограничена фактической протяженностью зоны контакта зубьев в осевом направлении. Простое увеличение ширины зубчатого колеса, то есть, увеличение длины зуба, не обеспечивает повышения нагрузочной способности передачи из-за перекоса осей зубьев, обусловленных неточностью изготовления и деформациями деталей редуктора.

Известны зубчатые колеса (например, RU 2745170), состоящие из обода с зубчатым венцом, ступицы и соединяющих их спиц. Наличие спиц у монолитного колеса дает повышение крутильной упругой податливости зубчатого венца, но не обеспечивает компенсации перекоса осей зубьев.

Известны технические решения, обеспечивающие распределение зоны контакта по всей длине колеса, независимо от его осевого размера - это колеса, составленные из отдельных зубчатых дисков (например, SU 1216494). Зубчатые диски установлены на валу или во втулке с возможностью смещения в осевом и окружном направлениях. Между этими дисками расположены промежуточные кольца, имеющие плоские торцовые поверхности для фрикционного взаимодействия с зубчатыми дисками. Промежуточные кольца связаны с валом или втулкой соединением, например, шлицевым, допускающим лишь осевое перемещение. Система зубчатых дисков и промежуточных колец сжата в осевом направлении с помощью пружины. Недостаток подобных конструкций состоит в том, что они не обеспечивают строго постоянного передаточного отношения.

Известны зубчатые колеса, (например, RU 2052694), выполненные в виде пакета зубчатых дисков, которые взаимодействуют с валом посредством шлицев на центрирующем отверстии. Такая конструкция способна компенсировать только незначительный перекос осей зубьев за счет упругой деформации звеньев.

Большей компенсирующей способностью обладает зубчатое колесо (RU 2067705), составленное из центрирующихся на валу зубчатых дисков. Вращение с вала на диски передается посредством торсионных стержней, один конец каждого из которых защемлен на соответствующем зубчатом диске, а другой на диске, жестко связанном с валом. При этом торсионные стержни расположены параллельно главной оси зубчатого колеса и свободно проходят в отверстия, выполненные в дисках, относительно которых данный стержень не защемлен. Недостатком конструкции является ее громоздкость.

Известно составное зубчатое колесо (RU 2029187), содержащее пакет дисков, каждый из которых имеет зубчатый венец и ступичный участок с шлицевым отверстием для посадки на шлицевый вал. Между боковыми поверхностями шлицев ступицы и вала помещены упругие вставки из неметаллического материала, существенно повышающие упругую податливость дисков в окружном направлении. Недостатком данной конструкции является присутствие неметаллических вставок, которые чувствительны к температуре, влажности, составу смазочного материала и, в целом, ограничивают ресурс работы редуктора.

Наиболее близким предлагаемому является составное зубчатое колесо (RU 221909), содержащее пакет дисков, изготовленных из листового материала, каждый из которых имеет зубчатый венец и ступичный участок с шлицевым отверстием для посадки на шлицевый вал. Зубчатый венец и ступичный участок диска связаны между собой вырезанными в этом диске спицами, что многократно повышает упругую податливость дисков в окружном направлении. Для надежной осевой фиксации пакет зубчатых дисков по торцам ограничен стягивающими его дисками без зубьев. Конструкция технологична и не содержит неметаллических вставок, которые чувствительны к температуре, влажности, составу смазочного материала.

Недостатком данной конструкции составного колеса становится достигнутая повышенная упругая крутильная податливость его зубчатого венца, которая на определенных, резонансных скоростных вращения может снижать надежность и ухудшать виброакустические характеристики привода.

В основу изобретения поставлена задача создания технологичной в изготовлении конструкции составного зубчатого колеса, не чувствительного к погрешностям изготовления и деформациям деталей редуктора, которая не ухудшает виброакустические характеристики привода.

Достигаемый технический результат - повышение нагрузочной способности и снижение виброактивности зубчатой передачи.

Поставленная задача решается тем, что составное зубчатое колесо включает пакет зубчатых дисков, изготовленных из листового материала, а также расположенные по торцам зубчатого колеса боковые диски без зубьев, которые стягивают пакет зубчатых дисков. Каждый из зубчатых дисков содержит зубчатый венец, ступицу, имеющую профильное отверстие для взаимодействия с валом, и вырезанную в диске систему спиц, связывающую между собой зубчатый венец и ступицу. От прототипа это колесо отличается тем, что между зубчатыми дисками размещены разделительные фрикционные диски, имеющие профильное отверстие для взаимодействия с валом, которые при сжатии боковых дисков входят во фрикционное взаимодействие с зубчатыми дисками. В данной конструкции равномерность распределения нагрузки вдоль зуба обеспечивает упругая деформация спиц, вырезанных в зубчатых дисках, а разделительные фрикционные диски, прижатые к зубчатым дискам своими боковыми поверхностями, обеспечивают гашение автоколебаний системы на резонансных частотах вращения вала.

Для дополнительного подавления колебаний системы за счет уменьшения люфтов, зубчатый и разделительный диски в районе ступицы попарно жестко связаны между собой, например, сваркой.

Для дополнительного повышения компенсирующей способности конструкции за счет увеличения упругой крутильной податливости системы, ступица каждого зубчатого диска выполнена состоящей из участков, вращающихся вместе с валом, которые чередуются с участками, опирающимися на вал с возможностью скольжения, а система спиц выполнена в виде изначально изогнутой, упруго деформируемой ленты, соединяющей подвижные и неподвижные относительно вала участки ступицы.

Рациональным конструктивным решением является составное зубчатое колесо, в котором каждый сектор системы спиц содержит четыре радиальных участка, участвующих в деформации изгиба.

Рациональным конструктивным решением является составное зубчатое колесо, содержащее стягивающие болты, которые проходят в отверстия боковых и разделительных дисков и в промежутки между спицами зубчатых дисков.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется рисунками: фиг. 1 - составное зубчатое колесо; фиг. 2 - один зубчатый диск; фиг. 3 - один разделительный фрикционный диск; фиг. 4 - зубчатый диск с увеличенной упругой крутильной податливостью зубчатого венца.

Составное зубчатое колесо, показанное на фиг. 1, 2, 3 содержит пакет зубчатых дисков 1, изготовленных из листового материала. Каждый из дисков 1 имеет зубчатый венец 2 и ступицу 3 с профильным, а именно, шлицевым отверстием для посадки на шлицевый вал 4. Зубчатый венец 2 и ступица 3 каждого диска 1 связаны вырезанными в нем спицами 5. Между зубчатыми дисками 1 размещены разделительные фрикционные диски 6, имеющие шлицевое отверстие для взаимодействия с валом 4, и плоские боковые поверхности для фрикционного взаимодействия с зубчатыми дисками 1. Пакет дисков 1 и 6 по торцам ограничен стягивающими его дисками 7 без зубьев. Прижатие дисков 7 к пакету зубчатых дисков 1 и разделительных фрикционных дисков 6 осуществляется болтами 8, которые проходят в отверстия боковых 7 и разделительных 6 дисков и в промежутки между спицами 5 зубчатых дисков 1. Дополнительные пружины в таком прижимном устройстве не требуются, так как необходимой осевой упругой податливостью обладают не идеально плоские диски 1 и 6. При правильно выбранном сочетании суммарной толщины дисков 1 и 6 и расстояния между упорными буртиками 9 вала 4 затяжка гаек 10 до упора обеспечивает расчетную величину осевой силы, сжимающей систему дисков 1, 6 и 7.

Преимущества предлагаемого составного зубчатого колеса проявляются при работе передачи с погрешностями относительного расположения зубьев взаимодействующих колеса и шестерни. Венцы 2 крайних дисков 1 составного зубчатого колеса, на которые пришлась максимальная нагрузка, за счет упругой деформации спиц 5 смещаются относительно ступицы 3 и вала 4 в окружном направлении. К передаче нагрузки подключаются другие диски 1. При этом, благодаря спицам 5, максимально допустимый угол закручивания дисков, значительно превышает величину угловой погрешности расположения зубьев колеса относительно зубьев шестерни. Разделительные фрикционные диски 6 прижаты к зубчатым дискам 1 сравнительно небольшой силой, не препятствующей закручиванию их зубчатых венцов 2 на спицах 5. Однако трение на торцах дисков 1 и 6 гасит упругие колебания системы и повышает работоспособность передачи на резонансных частотах.

Для дополнительного снижения амплитуды колебаний системы за счет уменьшения люфтов в соединениях, соседние зубчатый 1 и разделительный 6 диски попарно приварены друг к другу в районе ступицы 3.

Зубчатый диск составного колеса, показанный на фиг. 4, отличается от предыдущего конструкцией ступицы и формой спиц. Здесь ступица каждого зубчатого диска 1 состоит из участков 11, вращающихся вместе с валом 4, и участков 12, опирающихся на вал 4 с возможностью проворачивания. Соседние подвижные 12 и неподвижные 11 относительно вала 4 участки, ступицы соединены между собой системой спиц 13, которая выполнена в виде изначально изогнутой, упруго деформируемой ленты-серпантина. На фиг. 4 каждый сектор упругой ленты-серпантина содержит четыре последовательно соединенных радиальных участка (т.е. четыре спицы), участвующих в деформации изгиба. Данный вариант конструкции составного колеса обеспечивает повышенную окружную податливость его зубчатого венца. Он предпочтителен при малой длине спиц.

Изобретение относится к машиностроению. Составное зубчатое колесо содержит пакет дисков 1, изготовленных из листового материала. Каждый из дисков имеет зубчатый венец 2 и ступицу 3 с профильным, в частности, шлицевым отверстием для посадки на вал 4. Зубчатый венец 2 и ступица 3 каждого диска связаны вырезанными в диске спицами 5. Между зубчатыми дисками 1 размещены разделительные фрикционные диски 6, имеющие профильное отверстие для взаимодействия с валом, которые при сжатии боковых дисков 7 входят во фрикционное взаимодействие с зубчатыми дисками 1. Обеспечивается повышение нагрузочной способности и снижение виброактивности зубчатой передачи. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Составное зубчатое колесо, включающее пакет зубчатых дисков, изготовленных из листового материала, а также расположенных по торцам зубчатого колеса боковые диски без зубьев, которые стягивают пакет зубчатых дисков, каждый из зубчатых дисков содержит зубчатый венец, ступицу, имеющую профильное отверстие для взаимодействия с валом, и вырезанную в диске систему спиц, связывающую между собой зубчатый венец и ступицу, отличающееся тем, что между зубчатыми дисками размещены разделительные фрикционные диски, имеющие профильное отверстие для взаимодействия с валом, которые при сжатии боковых дисков входят во фрикционное взаимодействие с зубчатыми дисками.

2. Колесо по п. 1, отличающееся тем, что зубчатый и разделительный диски в районе ступицы попарно жестко связаны между собой.

3. Колесо по п. 1, отличающееся тем, что ступица каждого зубчатого диска выполнена состоящей из участков, вращающихся вместе с валом, которые чередуются с участками, опирающимися на вал с возможностью скольжения, а система спиц выполнена в виде изначально изогнутой, упруго деформируемой ленты, соединяющей подвижные и неподвижные относительно вала участки ступицы.

4. Колесо по п. 3, отличающееся тем, что каждый сектор системы спиц содержит четыре радиальных участка, участвующих в деформации изгиба.

5. Колесо по пп. 1, 2, 3, 4, отличающееся тем, что содержит стягивающие болты, которые проходят в отверстия боковых и разделительных дисков и в промежутки между спицами зубчатых дисков.