Результат интеллектуальной деятельности: ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в тихоходных зубчатых передачах с крупномодульными зубчатыми колесами, смазываемыми жидкими смазочными материалами методом погружения.

Известно зубчатое колесо, содержащее тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках тела колеса, прилегающих к зубчатому венцу - см. патент США №3861231, кл. 74-410, 1976 г.

Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что его зубья выполняются монолитными, что требует для их изготовления достаточно большого количества дефицитного материала, в то время как для непосредственно самой работы зубьев требуются только их боковые поверхности, посредством которых зубья сопрягаются в передаче с зубьями парного зубчатого колеса. Кроме того, жидкий смазочный материал, захваченный боковыми (трущимися) поверхностями зубьев, нуждающимися в смазывании, из масляной ванны - при смазывании зубчатой передачи методом погружения - в процессе поворота колеса и перемещении зубьев из масляной ванны в зону зацепления с зубьями парного зубчатого колеса - стекает с этих поверхностей; и в зону зацепления поступает недостаточное количество смазочного материала, что интенсифицирует процесс изнашивания сопряженных зубьев парных зубчатых колес.

В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2536286, кл. F16H 55/10, F16H 55/17, F16H 57/04, опубл. 20.12.2014 г., бюл. №35. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках тела, прилегающих к зубчатому венцу. Каждый зуб выполнен полым, состоящим из пары пластин, изогнутых по профилю зуба, расчетного для данного колеса. Пластина, являющаяся стекающей по ходу вращения колеса, снабжена Г-образным элементом шириной, равной ширине зубчатого венца; одна полка элемента закреплена на этой пластине в районе окружности вершин зубчатого венца с образованием зазора между элементом и второй пластиной; другая его полка ориентирована в сторону окружности впадин зубьев зубчатого венца, с образованием зазора относительно нее; в другой пластине, на участке примыкания ее к телу колеса, вдоль ширины зубчатого венца выполнены сквозные отверстия.

Недостаток прототипа состоит в сложности изготовления его зубьев, т.к. каждый состоит из двух половин, а также в нерациональном расходовании материала, идущего на изготовление боковых поверхностей зубьев, т.к. часть этих поверхностей работает в режиме двухпарного зацепления, когда нагрузка на эти поверхности равна половине максимальной, действующей на боковые поверхности.

Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижения издержек на его изготовление.

Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, выполненными из пластин, изогнутых по наружному профилю зубьев с образованием в их набегающих боковых поверхностях сквозных отверстий в местах примыкания этих поверхностей к телу колеса и пары кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках тела колеса, примыкающих к зубчатому венцу. Внутри каждого зуба, с зазором относительно его набегающей боковой поверхности и эквидистантно ей, расположена перемычка, укрепленная на внутренней стороне вершины зуба и внутренних поверхностях кольцевых накладок, с образованием зазора между ней и телом колеса. Причем каждый зуб выполнен из одной пластины. Сквозное отверстие выполнено симметрично относительно боковой поверхности. Ширина отверстия равна половине ширины боковой поверхности. Высота отверстия равна сумме высоты нерабочего участка боковой поверхности и высоты участка боковой поверхности, работающего в режиме двухпарного зацепления. Аналогичное сквозное отверстие выполнено в этой боковой поверхности со стороны вершины зуба, с примыканием к ней; ширина этого отверстия равна ширине первого отверстия; а высота его равна высоте участка боковой поверхности со стороны вершины зуба, работающего в режиме двухпарного зацепления, за минусом толщины участка полосы, образующей вершину зуба.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид с торца в разрезе (фиг. 1) и фрагмент этого зубчатого колеса - вид сбоку в разрезе (фиг. 2).

На чертеже показаны: тело 1; зубья (пластины) 2; набегающая боковая поверхность 3; вершины 4; отстающая боковая поверхность 5; кольцевые накладки 6 и 7; наружный периметр 8 накладок; внутренний периметр 9 накладок; окружность оснований 10 зубчатого венца; перемычка 11; полость 12; сквозные отверстия 13 и 14 в набегающей боковой поверхности 3 зуба; ширина B зубчатого венца; высота h зуба (2); толщина C пластины зуба (2); зазоры Δ₁ и Δ₂; высота h_п перемычки (11); ширина B/2 отверстий (13 и 14); высота h₀₁ и h₀₂ отверстий (13 и 14); высота h_н нерабочего участка боковой поверхности зуба (2); высота h₁ участка боковой поверхности зуба, работающего в режиме однопарного зацепления; высоты h₂ и h₃ участков боковой поверхности зуба, работающих в режиме двух парного зацепления; направление вращения ω колеса.

Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец шириной В, каждый зуб 2 которого высотой h выполнен из пластины толщиной C, изогнутой по наружному профилю расчетного для данного колеса зуба, с образованием его набегающей боковой поверхности 3, вершины 4 и отстающей боковой поверхности 5. На торцах зубьев 2 и участках торцов тела 1, прилегающих к зубчатому венцу, укреплена пара кольцевых накладок 6 и 7. Окружность наружного периметра 8 накладок имеет диаметр, равный диаметру окружности вершин зубчатого венца; окружность внутреннего периметра 9 накладок имеет диаметр, меньший диаметра окружности оснований 10 зубчатого венца. Внутри каждого зуба с зазором Δ₁ относительно набегающей боковой поверхности 3 и эквидистантно ей расположена перемычка 11 высотой h_п, укрепленная на внутренней стороне вершины 4 и внутренних поверхностях накладок 6 и 7, с образованием зазора Δ₂ между ней и телом 1 колеса. Внутренние поверхности вершины 4, отстающей боковой поверхности 5, внутренние поверхности кольцевых накладок 6 и 7 и перемычки 11 образуют полость 12. В набегающей боковой поверхности 3, в месте примыкания ее к телу 1 колеса, выполнено сквозное отверстие 13, симметрично поверхности 3. Ширина отверстия 13 равна половине ширины (B) зубчатого венца и равна B/2. Высота h₀₁ отверстия 13 равна сумме высоты h_н нерабочего участка боковой поверхности и высоты h₂ участка боковой поверхности, работающего в режиме двух парного зацепления. Аналогичное сквозное отверстие 14 (шириной B/2) выполнено в боковой поверхности 3 со стороны вершины 4 зуба 2, с примыканием к вершине; высота h₀₂ этого отверстия равна высоте h₃ участка боковой поверхности, работающего в режиме двух парного зацепления, за минусом толщины участка полосы, образующей вершину 4 зуба 2 (толщины C).

При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения, его зубчатый венец постоянно погружен в жидкий смазочный материал. При вращении (ω) колеса, все зубья 2 колеса поочередно погружаются в масляную ванну с жидким смазочным материалом, при этом зубья ориентированы своими вершинами 4 вниз по вертикали. При этом происходит заполнение полостей 12 зубьев 2 смазочным материалом - через сквозные отверстия 13 и 14 и зазоры Δ₁ и Δ₂. При проворачивании (ω) колеса и выходе зубьев 2 из масляной ванны, зубья 2 переориентируются своими вершинами 4 вверх. При этом набранный полостями 12 смазочный материал через зазоры Δ₂ и сквозные отверстия 13 выливается из полостей 12 и поступает во впадины зубчатого венца между соседними зубьями 2, смазывая боковые (трущиеся) поверхности зубьев. При этом смазочный материал удерживается во впадинах зубчатого венца в объемах, образованных боковыми поверхностями соседних зубьев и внутренними поверхностями кольцевых накладок 6 и 7; эти объемы выполняют также функцию масляных ванн, в которые погружаются и зубья парного зубчатого колеса, смазываясь при этом.

По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет упростить его конструкцию, т.к. каждый отдельный зуб зубчатого венца выполнен из одной пластины. Кроме того, помимо обеспечения качественного смазывания зубьев данного колеса и зубьев парного сопряженного колеса, обеспечивается экономия смазочного материала, идущего на изготовление зубьев, т.к. в боковых поверхностях зубьев (набегающих поверхностях) выполнены вырезы (13 и 14), выполняющие не только функцию по заполнению и опорожнению полостей 12 зубьев, но также позволяющие снизить расход материала, идущего на изготовление боковых поверхностей зубьев.