Зубчатое колесо Советский патент 1979 года по МПК F16H55/18 

1

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для использования в зубчатых передачах различных механизмов и машин, особенно в тех, к динамике которых предъявляются повышенные требования.

Известны зубчатые колеса и звездочки для цепных передач, в которых для улучшения динамики передач и снижения их виброакустической активности зубья выполнены вставными и установлены в гнезда венца через прокладки из материалов с большим коэффициентом внутреннего трения или сами изготовлены из таких материалов .

Такие конструкции позволяют уменьшить дефицит высококачественных материалов для изготовления зубьев, однако довольно высокая сложность в изготовлении, а в ряде случаев незначительное улучшение динамики препятствуют широкому использованию этих конструкций в механических передачах современных машин.

Наиболее близким по технической сушности к изобретению является зубчатое колесо, содержащее ступицу, установленные в ней вставные зубья и упругие элементы, взаимодействующие со ступицей и зубьями

этом колесе упругие элементы располагаются в пазах, образованных выемками, выполненными на каждой боковой поверхности зуба по его длине и на прилегающей к ней поверхности ступицы, причем зубья колеса могут быть выполнены из полимерного материала.

Такая конструкция позволяет повысить экономичность передачи за счет применения сменных вставных зубьев, однако не позволяет достичь желаемой эффективности в равномерности распределения нагрузки между зубьями в силу отсутствия силового взаимодействия между ними. В реальных передачах может иметь место большое расхождение в погрешностях шага зубьев, в результате один из зубьев, находящихся в зацеплении, полностью воспринимает передаваемую нагрузку, другие же оказываются разгруженными или воспринимают лишь незначительную долю этой нагрузки.

Кроме того, упругие несущие элементы могут являться каналами для передачи вибраций с зубьев на ступицу и наоборот, что уменьшает эффект структурного шума механизма и отрицательно сказывается на его долговечности.

Целью изобретения является снижение удельной нагрузки на зубья.

Для этого в предлагаемом зубчатом колесе сопрягающиеся поверхности ступицы и зубьев имеют цилиндрическую форму, в зубьях и ступице выполнены кольцевые канавки, а упругие элементы выполнены в виде кольцевых пружин, размещенных в канавках. Кроме того, между сопрягаюш.имися поверхностями зубьев, ступицы и кольцевых пружин размещены слои виброизолирующего материала. В таком выполнении зубчатое колесо обеспечивает многопарность зацепления, что повыщает его нагрузочную способность. На фиг. 1 изображено предлагаемое зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с парным колесом; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1. Зубчатое колесо содержит ступицу 1, установленные в ней вставные зубья 2 и размещенные в кольцевых канавках 3 и 4 зубьев и ступицы кольцевые пружины 5 и 6. Сопрягающиеся поверхности 7 и 8 соответственно зубьев и ступицы имеют цилиндрическую форму. Для исключения контакта зубьев колеса и кольцевых пружин со ступицей промежутки между поверхностями зубьев и ступицы заполняются слоями 9 виброизолирующего материала, а для исключения контакта кольцевых пружин со ступицей и с зубьями кольцевые канавки также заполняются слоями 10 виброизолирующего материала. После сборки колеса кольцевые пружины закрепляются в канавках от выпадания торцовыми накладками 11, что исключает смещение зубьев в осевом направлении и обеспечивает надежность соединения. Зубчатая передача работает следующим образом. При передаче крутящего момента зуб 2 колеса под действием окружного усилия jPoKp (см. фиг. 1) стремится повернуться в своем гнезде на ступице в сторону действия этого усилия и изгибает пружины таким образом, что соседний зуб а поворачивается навстречу входящему с ним в зацепление зубу парного колеса 12, а выходящий из зацепления зуб b поворачивается в сторону, противоположную вращению колес, и продолжает оставаться в контакте с зубом парного колеса (этот процесс обозначен на фиг. 1 щтриховыми линиями и показан стрелками), что обеспечивает многопарный контакт зубьев передачи, равномерное распределение нагрузки между зубьями и плавность хода зацепляющихся колес, а следовательно, способствует улучшению динамики передачи и повышению ее долговечности. Причем величиной диаметральных зазоров кольцевых канавок ступицы и каждой из пружин определяется силовое замыкание зубьев при перегрузках, при нормальных же режимах работы силовое замыкание зубьев колеса осуществляется за счет упругих свойств кинематически связывающих кольцевых пружин. Слой виброизолирующего материала, размещенный в гнездах ступицы для установки зубьев, способствует значительному ослаблению механических колебаний зубьев, а следовательно, и передаче их на ступицу, обеспечивает возможность компенсации погрещностей изготовления зубчатых колес и монтажных перекосов передачи, а также выполняет функцию антифрикционного покрытия в щарнирном соединении зубьев со ступицей. Заполнение кольцевых проточек ступицы виброизолирующим материалом также способствует затуханию колебаний кольцевых пружин, размещенных в них, а также уменьщению упругих деформаций пружин под действием работающих зубьев. Конструкция зубчатого колеса имеет минимальное количество деталей, достаточно технологична в изготовлении и сборке и может быть использована для изготовления крупномодульных зубчатых колес и звездочек цепных передач. Использование описываемой конструкции в качестве звездочек цепных передач позволит обеспечить плавное зацепление ее зубьев с ведущей ветвью цепи и исключить «залипание на звездочке ведомой ветви в силу перечисленных выще динамических возможностей данной конструкции, что позволит применять такую передачу при повыщенных скоростях, обеспечить высокую плавность и малощумность передачи. Динамический процесс, описанный применительно к зацеплению зубчатых колес, аналогичен и для зацепления звездочки такой же конструкции с цепью, когда наиболее нагруженный зуб звездочки «перекладывает часть нагрузки на соседние, с которыми он связан общими упругими элементами, благодаря чему уменьшаются динамические нагрузки при входе в зацепление, повышается равномерность распределения нагрузки между ними и долговечность передачи. Подбором параметров кольцевых пружин, их упругих свойств, а также величин диаметральных зазоров в кольцевых канавках можно обеспечить устойчивую работу пружин в пределах своей упругости в широком диапазоне передаваемых нагрузок, так как нри многопарном зацеплении, обеспеченном кинематической взаимосвязанностью зубьев, локальные нагрузки в зоне сопряжения с зубьями и прогибы пружин будут невелики. При кратковременных перегрузках, которые могут иметь место в работающей передаче, максимальный прогиб пружин ограничивается величиной диаметральных зазоров в кольцевых канавках ступицы, что снижает вероятность их поломки и обеспечивает надежность соединения. Формула изобретения 1. Зубчатое колесо, содержащее ступицу, установленные в ней вставные зубья и упругие элементы, взаимодействующие со ступицей и зубьями, отличающееся тем, что, с целью снижения удельной нагрузки на зубья, сопрягающиеся поверхности ступицы и зубьев имеют цилиндрическую форму, в зубьях и ступице выполнены кольцевые канавки, а упругие элементы выполнены в виде кольцевых пружин, размещенных в канавках.

2. Колесо по п. 1, отличающееся тем, что между сопрягающимися поверхностями зубьев, ступицы и кольцевых пружин размещены слои виброизолирующего материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Бируля А. Л. и др. Экспериментальное исследование виброизоляции зубчатого колеса. - «Вестник мащиностроения, № 3, 1974, с. 35-36.

2.Авторское свидетельство СССР № 246980, кл. F 16Н 55/30, 1967 (прототип).