Результат интеллектуальной деятельности: ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах.

Известно зубчатое колесо, состоящее из ступицы, тела в виде диска и зубчатого венца с зубьями, нарезанными по внешней окружности тела - см., например, «Березовский и др. Детали машин: Учебник для машиностроительных техникумов / Ю.Н. Березовский, Д.В. Чернилевский, М.С.Петров; Под ред. Н.А. Бородина. - М.: Машиностроение, 1983. - 384 с, ил.», стр. 60, рис. 4.1, а.

Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что зубчатый венец, состоящий из связанных между собой по своим основаниям зубьев, малоремонтопригоден: в случае выхода из строя (поломки) одного или нескольких зубьев зубчатого венца возникает необходимость замены колеса целиком. Кроме того, зубья зубчатого колеса передают и воспринимают нагрузки - при работе с парным колесом в передаче - только рабочими участками своих боковых поверхностей, а участки боковых поверхностей, расположенные между рабочими участками и окружностями впадин зубьев, в работе не участвуют; поэтому выполнение зубьев по их полной, расчетной, высоте - от окружности вершин зубьев до окружности их впадин - приводит к нерациональному расходованию материала, идущего на изготовление зубьев и колеса в целом.

В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса, содержащего ступицу, тело в виде пары дисков, укрепленных на торцах ступицы, и зубчатый венец, составленный из отдельных, не связанных между собой, зубьев, укрепленных своими торцами между дисками, причем зубья выполнены усеченными по своим основаниям с сохранением рабочих участков своих боковых поверхностей - см. патент на изобретение РФ №2544467, кл. F16H 55/12, опубл. 20.03.2015 г., Бюл. №8.

Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что его зубья выполнены сплошными, что приводит к перерасходу материала, идущего на их изготовление.

Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижение издержек на его изготовление с сохранением их прочностных характеристик.

Для этого зубчатое колесо содержит ступицу, тело в виде пары дисков, укрепленных на обоих торцах ступицы и имеющих наружный радиус, равный радиусу окружности вершин колеса, и зубчатый венец, выполненный из отдельных, не связанных между собой зубьев, укрепленных своими торцами между дисками; причем каждый зуб выполнен из полосы шириной, равной ширине зубчатого венца; эта полоса, изогнутая по форме зуба с образованием своей внешней поверхностью поверхности зуба, идентичной расчетной для зуба данного колеса - рабочего участка одной боковой поверхности, вершины зуба и рабочего участка другой боковой поверхности - расположенных между основной окружностью колеса и окружностью вершин; отстающие по направлению вращения колеса боковые поверхности всех зубьев - ниже основной окружности - колеса - ориентированы по радиусам колеса и соединены по всей своей ширине с кольцом, ширина которого равна ширине пластин, укрепленным между внутренними торцами дисков и соосным колесу; наружный радиус кольца не больше радиуса расчетной для колеса окружности впадин; в кольце, между соседними зубьями, выполнено сквозное отверстие, соединенное патрубком, расположенным по радиусу колеса, со сквозным отверстием в ступице.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: зубчатое колесо (вид с торца) - фиг. 1 и то же колесо (вид сбоку в сечении, условно показаны два зуба зубчатого венца) - фиг. 2.

На чертеже показаны: ступица 1, тело в виде пары дисков 2 и 3, вершины 4 зубьев, рабочие участки 5 набегающих боковых поверхностей зубьев, рабочие участки 6 отстающих боковых поверхностей зубьев, нерабочие участки 7 отстающих боковых поверхностей зубьев, радиусы 8 колеса, кольцо 9, внутренние поверхности 10 и 11 боковых сторон зубьев; высота h зубьев; зазор Δ; радиус R₁ окружности вершин; радиус R₂ основной окружности; наружный радиус R₃ кольца (9), длина l рабочих участков 5 и 6 боковых поверхностей зубьев, отверстие 12 в кольце (9), патрубок 13, отверстие 14 в ступице (1), направление вращения ω колеса.

Зубчатое колесо содержит ступицу 1, тело в виде пары дисков 2 и 3, укрепленных на торцах ступицы и имеющих наружный радиус, равный радиусу R₁ окружности вершин 4 зубьев колеса, и зубчатый венец с зубьями, каждый из которых выполнен из полосы шириной, равной ширине зубчатого венца колеса; каждая полоса изогнута по форме зуба с образованием своей внешней поверхностью расчетной поверхности зуба колеса - рабочего участка 5 одной боковой поверхности, вершины 4 зуба и рабочего участка 6 другой боковой поверхности - расположенных между окружностью вершин (радиусом R₁) и основной окружностью (радиусом R₂); отстающие по направлению вращения (ω) колеса боковые поверхности всех зубьев - ниже основной окружности колеса (участки 7) - ориентированы по радиусам 8 колеса и соединены по всей своей ширине с кольцом 9, ширина которого равна ширине пластин, укрепленных своими торцами между внутренними торцами дисков 2 и 3, и соосным колесу; наружный радиус R₃ кольца 9 не больше радиуса расчетной для колеса окружности впадин; в кольце 9, между соседними зубьями, выполнено сквозное отверстие 12, соединенное патрубком 13 со сквозным отверстием 14 в ступице.

При работе зубчатое колесо передает и воспринимает рабочие нагрузки рабочими участками 5 и 6 боковых поверхностей своих зубьев. Полости, образуемые внутренними поверхностями (10, 11) боковых сторон зубьев, вершины 4, дисков 2 и 3 и наружной поверхностью кольца 9, позволяют при работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения в смазочную ванну захватывать из ванны смазочный материал (через зазор Δ между набегающей боковой стороной (5) и кольцом 9) и переносить захваченный смазочный материал при вращении ω колеса в зону зацепления с парным колесом в передаче. В зоне зацепления вышеуказанные поверхности вместе с отстающими боковыми поверхностями (6) вращающегося колеса образуют локальные масляные ванны в зоне зацепления зубьев парных колес, что оптимизирует процесс смазывания сопряженных зубьев парных колес. Наличие сквозного канала (патрубка 13) между сквозным отверстием 12 в кольце 9 и сквозным отверстием 14 в ступице 1 позволяет жидкому смазочному материалу перетекать из зоны зубчатого венца, где располагается жидкий смазочный материал, захваченный из масляной ванны вращающимися (ω) зубьями колеса, в зону трения внутренней поверхности ступицы 1 колеса и неподвижной оси, на которой установлено вращающееся зубчатое колесо (или зону трения внутренней поверхности ступицы 1 и подшипника скольжения, укрепленного на неподвижной оси); это снижает изнашивание внутренней поверхности ступицы и поверхности оси (или - поверхности подшипника скольжения).

По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса имеет меньшую материалоемкость - за счет снижения материалоемкости зубчатого венца колеса (т.е. зубья венца выполнены не сплошными, а из полосы). Кроме того, образование полостей поверхностями полых зубьев, кольца и дисков, позволяет при работе колеса с картерным смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения захватывать из масляной ванны смазочный материал и переносить его в зону зацепления с парным зубчатым колесом передачи, что оптимизирует процесс изнашивания зубьев парных зубчатых колес. Наличие сквозного канала (патрубка), соединяющего область между зубьями зубчатого венца и внутреннюю поверхность ступицы, позволяет осуществлять смазывание внутренней поверхности ступицы, что оптимизирует процесс ее изнашивания и увеличивает срок службы колеса.