ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО Советский патент 1995 года по МПК F16H1/14 

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в производстве зубчатых передач, работающих в условиях высоких скоростей (n 10000-40000 об/мин) и нагрузок (N 500-1000 л.с.).

Цель изобретения повышение несущей способности зубчатого колеса за счет снижения вибронапряжений в диафрагме в режимах высоких скоростей и нагрузок.

Цель достигается тем, что в зубчатом колесе, содержащем ступицу, обод с зубчатым венцом, диафрагму и демпфер, выполненный в виде кольца и установленный с натягом под ободом, контактирующие с колесом поверхности демпфера в поперечном сечении выполнены клиновидными, а кольцо выполнено из материала, температурный коэффициент линейного расширения которого в 1,4-2,0 раза больше по сравнению с материалом колеса.

Характер распределения усилий в контактирующих поверхностях демпфера представлен на фиг.4, из которой видно возрастание нормальных сил на боковых поверхностях клина, обусловленное совокупным эффектом выбора клиновидной формы поперечного сечения кольца и материала демпфера.

Выбор материалов демпфера, коэффициенты линейного расширения которых лежат в пределах в 1,4-2,0 больших, чем коэффициент линейного расширения материала колеса, обусловлен тем, что этот диапазон обеспечивает снижение вибронапряжений, которые исключают поломки передач в условиях высоких скоростей и нагрузок и, следовательно, обеспечивают требуемую несущую способность передачи. Нижняя граница диапазона обусловлена взаимным износом трущихся поверхностей, что может резко снизить демпфирующие свойства, а верхняя снизить вибронапряжения до практически безопасного уровня.

На фиг.1 изображено известное зубчатое колесо с демпфером (прототип); на фиг. 2 предлагаемое зубчатое колесо с демпфером (вариант 1); на фиг.3 предлагаемое зубчатое колесо с демпфером (вариант 2); на фиг. 4 характер распределения усилий в демпфере.

Зубчатое колесо состоит из ступицы 1, обода с зубчатым венцом 2, диафрагмы 3 и демпфера 4.

При работе зубчатой передачи в условиях высоких скоростей и нагрузок осевая составляющая усилия в зацеплении при резонансах (когда частота вращения совпадает с собственной частотой зубчатого колеса) возбуждает в ободе 2 и диафрагме 3 веерные колебания с узловыми диаметрами, что приводит к возрастанию вибронапряжений в диафрагме 3 и ободе 2 и, как следствие этого, к частым поломкам зубчатых колес.

Установка демпфера 4 сухого трения по известному техническому решению позволяет снизить вибронапряжения в диафрагме 3 и ободе 2 и тем самым снизить вероятность выхода передачи из строя. Выполнение демпфера с клиновидным поперечным сечением с ободом колеса увеличивает нормальную силу давления на корпусных поверхностях демпфера, что дополнительно улучшает демпфирующие свойства конструкции.

Выполнение демпфера из материала с большим коэффициентом линейного расширения, чем материал колеса, обеспечивает автоматическое регулирование коэффициента демпфирования в зависимости от условий работы передачи: при возрастании нагрузок и скоростей растет температура внутри редуктора, а это приводит к возрастанию сил трения и, следовательно, к дополнительному гашению вибраций.

Пример конкретного выполнения предлагаемого зубчатого колеса.

Изготавливается коническое зубчатое колесо с круговыми зубьями из легированной стали со следующими параметрами: средний нормальный модуль m_n 3,5, число зубьев Z 45, угол наклона зуба β_n 21^о, коэффициент линейного расширения материала α_k 12˙ 10^-6 1/град. Демпфер изготавливается из нержавеющей аустенитной стали, коэффициент линейного расширения, которой α_g 17 ˙10^-6 1/град, α_g20˙ 10^-6 1/град (алюминиевый сплав) диаметр демпфирующего кольца d_g 120 мм.

Монтажный натяг между демпфером и ободом колеса f_m 0,12 мм.

При изменении температуры в редукторе температурный натяг f_z меняется по зависимости:
f_t d_g ˙Δt (d_g α_k), где Δ t разность между рабочей и комнатной температурой, Δ t 200^о 20^о 180^о.

При этих условиях дополнительный температурный натяг f_t 0,11 мм, f_t 0,22 мм.

Монтажный натяг в известном техническом решении (см. прототип) f_m 0,12 мм позволил снизить вибронапряжения до величины σ 12 кг/мм².

Кроме того, за счет клиновидной формы поперечного сечения увеличивается общая площадь контактирующих поверхностей и нормальная сила на боковых поверхностях демпфера. Это также позволит увеличить коэффициент демпфирования примерно на 50%
Таким образом, ожидаемый технический эффект от предложения, возникающий за счет выбора материала и клиновидной формы поперечного сечения демпфера позволит снизить вибронапряжение до величины σ 5-6 кг/мм², что, как показала практика эксплуатации таких передач, является безопасным с точки зрения их поломок.

По сравнению с базовым объектом, за счет снижения вибронапряжений в диафрагме с 20 кг/мм² до 5-6 кг/мм² несущая способность предлагаемого зубчатого колеса повысится в 3-4 раза.

Использование: изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при конструировании зубчатых колес с повышенной несущей способностью. Сущность: зубчатое колесо содержит ступицу 1, обод с зубчатым венцом 2, диафрагму 3 и демпфер 4. Контактирующие с колесом поверхности демпфера в поперечном сечении выполнены клиновидными, а кольцо демпфера выполнено из материала, температурный коэффициент линейного расширения которого в 1,4 2,0 раза больше по сравнению с материалом колеса. 4 ил.

ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО, содержащее ступицу, обод с зубчатым венцом, диафрагму и демпфер, выполненный в виде кольца и установленный в ободе с натягом, отличающееся тем, что с целью повышения надежности, кольцо выполнено из материала, температурный коэффициент линейного расширения которого в 1,4 2,0 раза больше температурного коэффициента линейного расширения материала колеса, а контактирующие с колесом торцовые поверхности кольца выполнены клиновидными.