Зубчатое колесо Советский патент 1980 года по МПК F16H55/14 

Изобретение относится к общему машиностроению, а именно к конструктивному ислолнению зубчатого колеса, и предназначено для использования в зубчатых передачах разнообразных механизмов и машин. Наиболее эффективным представляется ис- 5 пользование предлагаемой конструкции в губчатых передачах, к виброакустическим характеристикам которых предъявляются повышенные требования.

Известны конструкции составных зубча- ,Q тых колес, в которых для снижения виброакустической активности зубчатый венец соединяется со ступицей через промежуточный слой из упругоподатливого виброизолируюшего материала посредством адгезионного или фрикционного скрепления элементов ко- 15 леса I.

Однако сравнительно невысокая нагрузочная способность и надежность соединения венца со ступицей, лимитируемые адгезионными и прочностными характеристиками материалов промежуточного слоя, повышенная трудоемкость при изготовлении и сборке по сравнению с цельными зубчатыми колесами препятствуют широкому промышлен

ному внедрению таких зубчатых колес в конструкции передач современных машин.

Наиболее близким по технической сущности к преДлагае.мому изобретению является зубчатое колесо, содержащее ступицу, установленный концентрично ей с радиальным зазором зубчатый венец и размещенные в зазоре упругие соединительные элементы |2.

Упругие соединительные элементы выполнены в виде пружинных пластин криволинейной формы, одни концы которых закреплены на ступице, а другие - на венце.

Зубчатый венец такого колеса имеет повышенную радиальную податливость в зонах, свободных от опор на пружинные пластины, и при перегрузках чрезмерный его прогиб может вызвать выход сопряженных зубьев из зацепления, а при передаче номинальных нагрузок такой эффект будет являться причиной циклического нарушения плавности передачи и возникновения ударов. Кроме того, требуемая концентричность венца относительно ступицы, нарушение которой также приводит к возникновению динамических нагрузок, достигается путем строгой идентичности жесткостных параметров пружинных пластин, что составляет достаточную сложность, а самоустановка венца в плоскости зацепления зубьев затруднена предельно жесткими пружинными элементами, что не позволяет увеличить суммарное пятно контакта и не может способствовать снижению динамических нагрузок в зацеплении.

Цель изобретения - снижение динамических нагрузок в зацеплении.

Поставленная цель достигается тем, что упругие элементы выполнены в виде винтовых пружин кручения противоположного действия, каждая из которых состоит из двух частей с противоположным направлением навивки, одноименные концы которых соединены между собой и закреплены одни на ступице, другие - на зубчатом венце, при этом одна пружина расположена между частями другой.

Для увеличения площади контакта витков пружии с поверхностями венца и ступицы радиальный зазор между этлми поверхностями выполнен равномерно расширяющимся к торцам колеса, а пружины выполнены из проволоки переменного сечения, соответствующего профилю зазора. Кроме того, между поверхностью венца или ступицы и пружинами размещен слой виброизолирующего материала.

На фиг. 1 изображено зубчатое колесо, общий вид; на фиг. 2 - поперечный разрез на фиг. 1.

Зубчатое колесо содержит зубчатый венец 1, установленный на ступице 2 через слой виброизолирующего материала 3 посредством соединительных упругих элементов 4 и 5, выполненных в виде винтовых пружин кручения противоположного действия, закрепленных на венце и ступице и установленных в радиальном зазоре 6 между ними. Осевое смещение венца относительно ступицы и выпадание пружин в процессе эксплуатации исключается стопорными кольцами 7.

Каждая пружина кручения изготавливается из высококачественной пружинной стали, например 65 Г и состоит из двух частей 8,9 и 10,11, имеющих противоположное направление навивки, причем одна из пружин 5 устанавливается между частями 8 и 9 другой пружины 4, выполненной с учетом линейных размеров первой, так как поставленные рядом пружины при передаче нагрузки с венца на ступицу будут создавать перекащивающий момент в соединении и приводить к перекосу соединенных деталей колеса .

Такие пружины изготавливаются навивкой на оправке сложенной вдвое и отогнутой в шпоночный паз проволоки симметрично расходящимися витками, шаг которых для уменьшения габаритов пружин равен толщине проволоки, после чего :)амыкающие ее концы отгибаются поверх навитой спирали и скрепляются, например с помощью сварки.

Оправка для навивки пружин выполняется с учетом диаметра сопрягаемой поверхности ступицы, чтобы витки, установленных на нее пружин, плотно охватывали ее и обеспечивали концентричность соединения. При сборке колеса зубчатый венец базируется сопрягаемой поверхностью FTO виткам пружин, установленных на ступице, и должен обеспечивать беззазорное соединение. В сядельных случаях, для удешевления производства, в качестве оправок для навивки пружин могут применяться непосредственно ступица или венец изготавливаемого зубчатого колеса.

Венец и ступица имеют шпоночные пазы l2 для фиксации в них отогнутых концов 13, 14, 15 и 16 пружин 4 и 5, а н случае прн.менения какого-либо другого способа крепления пружин на coeдиняe fыx деталях колеса пазы .можно не предусматривать.

Для увеличения площади сцепления витков пружин с сопрягаемыми поверхностями венца и ступиц пружины могут быть выполнены из длинномерного материала, имеющего прямоугольное поперечное сечение или переменное сечение, для чего зазор между венцом и ступицей выполняется расширяющимся от середины к торцам колеса (па чертеже пе показано).

Слой виброизолирующего материала, например поливинилбутираля марки Г1Ш ГОСТ 9439-- 60, может быть нанесен на поверхности пружип или па сопрягаемые поверхности венца или ступицы, что обеспечивает виброизоляцию венца от ступицы и наоборот.

В случае применения предлагаемого конструктивного решения для зубчатых колес малого диаметра, установка венца осуществляется на пружины, поставленные непосредственно на вал.

При работе зубчатого колеса под действием окружного усилия вепец t стремится повернуться относительно ступицы 2 в сторону действия этого усилия, однако пружины 4 и 5, концы которых закреплены на венце и ступице, допускают такое перемещение лишь в пределах упругих свойств слоя виброизолирующего материала 3 и того минимального зазора, который необходим для сборки колеса. При этом витки пружины, направление навивки которой совпадает с направлением действия окружного усилия {например пружины 4), и которая работает, таким образом, на закручивание, плотно охватывает сопрягаемую поверхность ступицы, а витки пружины встречной навивки (например пружины 5), работающей на раскручивание, плотно прилегают к сопрягаемой поверхности венца. Таким образом, переда

5

ч;) крупицею момент с ненца i(;i civunuv )t:yаичтвлисия большей мере .ча счет сил сиецления (трения), рюзпикаюших между еопрягаемыми поверхностями деталей колеса и поверхностями витков пружин, которые установлены в зазоре между ними.

При реверсировании движения принцип работы пружин изменяется на обратный, т.е. пружина 4, работавп ая до того на закручивание, начинает работать на раскручивание, а вторая пружина 5, наоборот - на закручивание, причем в начальный момент реверсирования «выбирается предварительный натяг пружины, а зате.м происходит их плавное включение в работу по обратному принципу, что способствует повышению Г1лавности передачи и снижению динамических нагрузок на зубья.

Улучшению динамики способствует также эффект упругого соединения венца и ступицы, создаваемого за счет преднатяга нагруженных передаваемым моментом пружин, в результате которого венец в процессе работы остается всегда подпружиненным в тангенциальном направлении, стремится повернуться навстречу действующему усилию и, таким образом, препятствует размыканию зубьев, а следовател1)НО, вo; ник ioвeнию ударных нагрузок в зацеплении.

Концентричность венца относительно ступицы обеспечивается его установкой непосредственно по виткам пружин с .мини.%;г льным зазором, необходимым для сборки колеса, и поэтому не зависит от упруги.х характеристик каждой из них. В процессе работы зазор в соединении выбирается нагруженными пружинами, благодаря чему исключается чрезмерное смеп1.ение венца под действием радиальной составляющей окружного усилия и колебание бокового зазора в зацеплении.

Это позволяет выполнять венец предельно тонким, за счет чего повышается его суммарная податливость, что обеспечивает увеличение коэффициента перекрытия в зацеплении, значительно облегчается виброизоляция его от ступицы и сокращается расход

i I. i t.

(HiuiOMCpiio ii(;;iiip-H iiiit(,ii,;; no t.cvvy кольцевом , noMtu 1-:мгчч Ri).i iii/t HiKTb ()П( caN oyii ин;11 ки в /i:i(H-KsicТИ з;|цеп,1ения. :i:i гг чпГ) увеличению су гмарнпго iisnii; ксмт , ;: слгдоиаюлг.по, снижению удельных нлгру.кж на 6. fioaepxHOCTH зубьев.

Форму.И и.чпбретения

1.Зубчатое К1)лес() со.чержащее , установленный KciHitcirrpHHtK) ей с .и HiiiM зазо)С1М пенец и размещенные в зазо)е упругие соединительные э;кменты, отличающееся тс.м, что, с лелью сиий-емня дина.мичсских нагрузок и злценленни, упругие эле.менть выпо.тены в внде вингоВ1, пружин кручения противоноложногч) дейст вня, каждая из ксггорых состоит из двух частей с нротнвопо.южнЕм.м нанравле Н1ем навивки, однои.мен11ые концы которых соединены между сг)б)й и закреплены один на , другие - на зубчатом eeinie, при этом одна пружина расположена между частями другой .

2.Колесо по п. , от.шчают,ееся тем, что, с це;И)К) увеличения п.кмцади контакта витков пружин с повсрхносгями и ступицы, радиальный зпзор чеж.цу этнмм поверхностями BhiiiiuiueH рлпномерно расщнряющимся к торцам колеса, а Н1,пжины выполнены из проволоки переменного сечегп и. соответствующего профилю зазора.

3.Колесо но пп. 1, 2. от.тчающееся , что между п;1верхностью венца или сту ницы и пружин.«. размещен с.той виброизолирующего маторна...

Ис-гочннки информации, 1тр 11|ятые во внимание при экспертизе

1.Б.ируля А. Л. н др. Экспериментальное нсследонанне внбронзо.тяцин зубчатого колеса. «Вестник ма1мннострое1н1яз. 1974, Л 3.

2.Авторское спндетсльство CCCF

№ 2284{ 6, кл. Г 16 Н 55/14, 1967 (прототип)