Зубчатое колесо и способ его изготовления

 

Изобретение относится к машиностроению , к зубчатым передачам. Цель - повышение надежности и долговечности зубчатого колеса, а также расширение технологических возможностей способа его изготовления, достигается за счет неразъемной и одновременно, упругой связи венца со ступицей и за счет использования огнеупорного стержневого материала при литье фасонной отливки (заготовки колеса) одновременно в качестве

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5D 4 Г 16 Н 55/1?, 55/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ((21) 4010712/25-28 (22) 11. 12.85 (46) 23.02.88. Бюл. У 7 (71) Белорусский политехнический институт (72) В.Ф. Горошко, В.Л. Басинюк, А,А. Якимович, Г.В. Мойсенович и С.А. Иванов (53) 62).833(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 863946, кл. Р 16 Н 55/14, 1979.

Патон Б.E. Иедовар Б.И., Бойко Г.А. Электрошлаковое литье.

Киев: Наукова думка, 1980, с. 15, рис. 3.

„„SU„„1375896 А 1 (54) ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО И СПОСОБ ЕГО

ИЗ ГОТОВЛЕ НИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению, к зубчатым передачам.

Цель — повышение надежности и долговечности зубчатого колеса, а также расширение технологических возможностей способа его изготовления, достигается за счет неразъемной и одновременно, упругой связи венца со ступицей и за счет использования огнеупорного стержневого материала при литье фасонной отливки (заготовки колеса) одновременно в качестве

13758 элемента конструкции готового изделия. Ступица 2 с трапециевидными выступами 3 соединена неразъемно с венцом 1. Выступы 3 размещены в кольцевой проточке венца 1, а неразъемное соединение ступицы 2 с венцом 1 осуществлено в месте контакта вершин выступов 3 с дном кольцевой проточки венца 1. flpocTpBHcTBo между венцом 1 и ступицей 2 с выступами

3 заполнено демпфирующим материалом

4. При работе в зацеплении венец 1 самоустанавливается под воздействием на него усилий, при этом выступы

3 работают как упругие консоли. Материал 4 снижает виброактивность колеса. Приведены геометрические со отношения для выступов. При изготовлении колеса на ступице 2 выполняют выступы треугольного профиля, а на наружную поверхность ступицы

2 и в пространство между выступами наносят слои огнеупорного материала

4 так, что вершины треугольных выступов, выступающие за диаметр Й остаются не закрытыми материалом 4.

Ступицу 2 устанавливают в кокиль и приплавляют к ней металл венца I методом электрошлакового литья с приплавлением. Приплавление происходит в зонах вершин треугольных выступов, оплавляемых слоем шлака. Огнеупорный материал 4 является одновременно и демпфирующим в готовом колесе. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил, 1

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых передачах.

Цель изобретения — повышение надежности и долговечности зубчатого колеса, а также расширение технологических возможностей способа его изготовления.

Положительный эффект достигается за счет неразъемной и одновременно упругой связи венца со ступицей.

Расширение технологических возможностей способа изготовления колеса достигается за счет использования огнеупорного стержневого материала при литье фасонной отливки одновременно в качестве элемента конструкции готового изделия, На фиг. 1 изображено зубчатое колесо, на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 — разрез В-В на фиг. 3; на фиг. 5 — выступ ступицы перед установкой ее в литейную форму; на фиг. 6 — разрез Г-Г на фиг. 5, на фиг. 7 — схема электрошлакового литья с приплавлением.

Зубчатое колесо содержит соединенные между собой венец I и ступицу 2, На обращенной к венцу 1 по-, верхности ступицы 2 выполнены высту пы 3. На обращенной к ступице 2 поd = ш(я/cosy-7), 20

T макс Г

18 3 — — — — — зК.п я а,.В.п

2Тмакс п-В dpi ср3

1,53 Ь, П и>, Ь

Ь т

25: где d p — диаметр поверхности сопряжения вершин выступов 3 с дном кольцевой проточки3

Ь„, 30 Ь иЬ вЂ” соответственно большее, меньшее основания трапеции и высота выступов 3, 2 верхности венца 1 выполнена кольцевая проточка (фиг. 2 и 3), в которой размещены выступы 3. Пространство между венцом 1 и ступицей 2 заполнено демпфирующим материалом 4.

В месте сопряжения вершин выступов

3 с дном кольцевой проточки венца 1 последний соединен со ступицей 2 неразъемно. Выступы 3 в торцовом сечении колеса — транециедального профиля (фиг..4) с большим основанием

Ь„, обращенным к оси колеса. Диа-метр d поверхности сопряжения верР шин выступов 3 с дном кольцевой проточки венца 1 и размеры трапециедаль. ных выступов 3 могут быть выбраны равными

1375896 модуль число зубьев колеса; угол наклона зубьев колеса, заданный максимальный мо,5 мент, передаваемый колесом, длина выступов 3, число выступов 3.. заданное отношение жесткости зацепления к суммарной окружной жесткости выступов 3, Т макс

В и

К = 3-10 — В/В„ где В„ — ширина венца 1, Р7 и ", 7 — допустимые напряжения соответственно изгиба и среза для материала колеса.

Коэффициент р может быть равным

0,15-0,3.

Способ изготовления колеса реализуется следующим образом.

На ступице 2 выполняют выступы 5 (фиг. 5 и 6) треугольного поойиля

b1 с высотой H = h — — — . При этом диаЬ -b

20 метр d, ют как заготовки ступицы определяbg

d = d +2h — — ——

На наружную поверхность ступицы 2 и на торцовые поверхности выступов

5 наносят слой К огнеупорного материала 4, обладающего демпфирующими свойствами. Пространство между выступами 5 заполняют кольцевым слоем

h огнеупорного материала 4 (фиг. 5). 40

Расстояние от основания выступов

5 до периферии торцового и кольцевого слоев материала 4 делают меньшим высоты выступов 5, т.е. h <Н. Ступицу 2 с нанесенным на нее матерна- 45 лом 4 устанавливают в литейную форму 6 (фиг. 7) с радиальным зазором и заполняют зазор расплавленным

I металлом 7 методом электрошлакового литья с приплавлением, при котором 50 на поверхности заливаемого снизу в форму 6 металла 7 располагается слой

8 расплавленного шлака.

При работе зубчатого колеса место неразъемного соединения вершин вы- 55 ступов 3 с дном кольцевой проточки венца 1 обеспечивает повышенную податливость венца 1 относительно ступицы 2 за счет работы выступов 3 как упругих консолей. Слои демпфирующего материала 4 снижают виброактивность колеса. Толщину слоя d для крупномодульных широковенцовых зубчатых колес можно принимать равной 0,3-0,5 мм, - что обеспечивает реальный диапазон углов самоустановки венца 1 по ответному зубчатому колесу (не показано) .

Выражение для d получено из диапазона оптимальных толщин венца (1, удовлетворяющих одновременно и условиям прочности соединения венца

1 со ступицей 2 и условиям пониженной виброактивности колеса. Геометрия выступов 3 определена прочностным расчетом, причем пиапаэон.коэф-. ,фициента р определяется оптимальным соотношением между прочностью и податливостью нераэъемного соединения вершин выступов 3 с дном кольцевой проточки венца 1.

В процессе изготовления колеса по предлагаемому способу радиальный зазор между ступицей 2 с выступами

5 и формой б принимается равным суммарной величине толщины зубчатого венца, 1 и высоты зубьев с учетом припуска на механическую обработку.

Радиальный зазор сифонным способом заполняется расплавленным металлом

7 со слоем 8 расплавленного шлака.

При этом шлак, поступающий в литейную форму 6, соприкасаясь с ее стенками, остывает на них, образуя шлаковую оболочку, защищенную от соприкосновения с расплавленным металлом 7 стенки литейной формы 6, исключая непосредственный контакт и прихватывание металла 7 к металлической форме 6.

Шлак, исключая выгорание легирующих компонентов и в то же время контактируя с выступами 5 на ступице

2, оплавляет их так как теплообмен между ступицей 2 и расплавленным шлаком и металлом 7 ограничен в ре-,. зультате наличия переходной зоны в виде выступов 3, впадины которых заполнены огнеупорным материалом 4.

Тугоплавкий материал 4 исключает оплавление выступов 5 более, чем на величину 4 = Н-п.

Пример. Изготавливают ступицу, имеющую 40 треугольных выступов с наружным диаметром d = 932 мм.

Выступы располагаются равномерно по

1375896 окружности и имеют высоту Н = 126 мм и ширину у основания Ь„ = 20 мм.

Впадины между выступами заполняются тугоплавким материалом (цирконом) на высоту h = 113 мм. Ступица на оправке устанавливается в форму (кокиль с внутренним диаметром 1000 мм) . . В зазор между кокилем и ступицей сифонным способом подается расплавленный металл со шлаком, Вершины выступов, оплавившись, образуют неразъемное соединение венца и ступицы. После полной кристаллизации расплавленного металла заготовка из1 лекается из кокиля, и по серийной ехнологии нарезаются зубья.

Формула изобретения

1. Зубчатое колесо, содержащее соединенные между собой венец и ступицу, на обращенных поверхностях которых выполнены соответственно кольцевая проточка и размещенные в ней выступы, а пространство между венцом и ступицей заполнено демпфирующим материалом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и долговечности, венец со ступицей соединены неразъемно в месте сопряжения вершин выступов с дном кольцевой проточки, а выступы в торцовом сечении колеса — трапециедального профиля с большим основанием, обращенным к оси колеса.

2. Зубчатое колесо по п. 1, о .тл и ч а ю щ е е с я тем, что диаметр поверхности сопряжения вершин выступов. с дном кольцевой проточки и размеры выступов выбраны равными с1р = m(z/cosy-7) смаке

Ь = 18 3 — — — — — Кпр; (bl d . В-и

2Т макс и В- dp (.ср) з

h = 1 53Ъ, К.п-у, где d — диаметр поверхности сопряжения вершин выступов с дном кольцевой проточки;

У

b u h — соответственно большее;

Р макс в п

К=З-10 меньшее основания трапеции и высота выступов;

m — модуль; — число зубьев колеса; — угол наклона зубьев колеса; — заданный максимальный момент, передаваемый колесом, — длина выступов; — число выступов заданное отношение жесткости .зацепления к суммарной окружной жесткости высту20 пов, Р= В/В1 где В, — ширина венца, С<) и (., 1 в допустимые напряжения соот25 ветственно изгиба и среза для материала колеса.

3. Зубчатое колесо по п. 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что р выбрано равным 0,15-0,3.

4„ Способ изготовления зубчатого колеса, заключающийся в том, что выполняют на ступице выступы, устанавливают в литейную форму с радиальным зазором и заполняют зазор расплавленным металлом методом электрошлакового литья с приплавлением для образования венца, о т л и ч а юшийся .тем, что, с целью расширения технологических возможностей, перед установкой ступицы в литейную

40 форму на ее наружную поверхность и на. торцовые поверхности выступов наносят слой огнеупорного материала, обладающего демпфирующими свойствами, пространство межру выступами

45 заполняют кольцевым слоем этого же материала, а расстояние от основания выступов до периферии торцового и кольцевого слоев выбирают меньшим высоты выступов.

1375896

1375896

Составитель N.Ëåâèíñêèé

Техред Л.Сердюкова Корректор О.Кравцова

Редактор И.Горная

Заказ 764/38 Тираж 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4