Зубчатое колесо
Изобретение относится к зубчатым колесам и может быть использовано в коробках передач. Зубчатое колесо (10) содержит ступицу (15), круглый зубчатый обод (11) с зубчатым венцом (12) и, по меньшей мере, одну промежуточную стенку (14), которая связывает зубчатый обод (11) и ступицу (15) таким образом, чтобы ступица (15) фиксировалась, по существу, около центра зубчатого обода (11). Аксиальные концы ступицы (15) оканчиваются около или в пределах плоскости, которая ограничена аксиальными концами зубчатого обода (11) поперечно по отношению к продольному валу, вокруг которого должно быть размещено зубчатое колесо. По меньшей мере один из аксиальных концов ступицы (15) имеет соединительное устройство (16), выполненное как одно целое и предназначенное для вращения относительно ступицы смежного зубчатого колеса. Зубчатый обод (11) и ступица (15) являются двумя отдельными частями, соединенными вместе с помощью крепежного соединения (17) для образования зубчатого колеса (10). Изобретение направлено на повышение прочности и надежности зубчатого колеса. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к зубчатому колесу согласно вводной части пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
Зубчатые колеса используются в многочисленных применениях, например, в коробках передач для согласования скоростей вращения и для силовой передачи от первичного двигателя до финального использования.
Зубчатые колеса различных размеров и конфигураций используются в коробках передач для обеспечения желательных изменений скорости вращения и силовой трансмиссии. В коробке передач зубчатые колеса размещаются вокруг продольного главного вала и распределительного вала. Каждое зубчатое колесо имеет ступицу, которая окружает вал и которая размещается в центре зубчатого обода, снабженного зубьями вокруг его внешней периферии. Зубчатые колеса, размещенные вдоль вала, присоединяются с помощью их ступиц к смежным зубчатым колесам для предотвращения относительного вращения вокруг вала. Однако это означает, что ступицы должны быть длиннее, чем зубчатый обод, для обеспечения надежного зацепления между смежными ступицами, что приводит к появлению зазора между смежными зубчатыми колесами. Ширина зубчатого колеса имеет размер с учетом крутящего момента, который должен передаваться с его помощью, и зазоры, таким образом, приводят к увеличению общей длины коробки передач. Иное зубчатое колесо, предполагаемое для решения этой проблемы и описанное в EP 1464874, имеет ступицу с зубьями, которые являются не длиннее, чем длина зубчатого обода. Эти зубья изготавливаются как отдельная часть, которая прикрепляется впоследствии к кованой ступице зубчатого колеса. Однако зубчатое колесо с такой конфигурацией является дорогостоящим в изготовлении.
Следовательно, имеется необходимость в зубчатом колесе, которое обеспечивает лучшее использование имеющегося пространства в коробке передач и которое может быть изготовлено с приемлемой себестоимостью.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является создание зубчатого колеса, которое удовлетворяет вышеописанной потребности.
Эта цель достигается с помощью зубчатого колеса в соответствии с независимым пунктом формулы изобретения, которое содержит ступицу, круглый зубчатый обод и, по меньшей мере, одну промежуточную стенку, которая связывает зубчатый обод и ступицу. Зубчатое колесо отличается тем, что, по меньшей мере, один из аксиальных концов ступицы имеет соединительные устройства, выполненные как одно целое, предназначенные для фиксации зубчатого колеса с возможностью вращения относительно ступиц смежных зубчатых колес, и тем, что аксиальный конец/концы ступицы, каждый, содержат конец соединительного устройства на или в пределах плоскости, которая ограничена соответствующим аксиальным концом зубчатого обода поперечно по отношению к продольному валу, вокруг которого должно быть размещено зубчатое колесо. Круглый зубчатый обод и ступица представляют собой две отдельные части, которые изготавливаются отдельно для того, чтобы, в конечном итоге, быть соединенными вместе с помощью одного или более крепежных соединений для образования зубчатого колеса.
С помощью вышеописанной конструкции зубчатого колеса ступица и зубчатое колесо могут быть изготовлены и подвергнуты механической обработке отдельно перед тем, как они будут соединены вместе, позволяя получить ступицу с зубьями, которая не продолжается аксиально дальше, чем зубчатый обод, что приводит к весьма положительному эффекту в отношении общей длины, например, коробки передач, которая содержит ряд зубчатых колес, размещенных бок о бок в ней.
Зубчатое колесо согласно настоящему изобретению функционирует лучше, чем обычное зубчатое колесо, поскольку все поверхности составных частей могут быть подвергнуты механической обработке с большей точностью, тем самым зубчатое колесо будет лучше сбалансировано и, следовательно, генерировать меньшую вибрацию, соответственно, с уменьшением риска поломок в течение более длительного срока.
Промежуточная стенка зубчатого колеса может быть выполнена или как одно целое со ступицей или с зубчатым ободом, или может быть отдельной частью.
Зубчатое колесо согласно настоящему изобретению также позволяет выбор различных материалов для разных частей, что может иметь положительный эффект как в отношении функционирования зубчатого колеса с точки зрения материалов, так и в отношении себестоимости механической обработки.
Зубчатое колесо согласно настоящему изобретению также обеспечивает качество различных частей, подлежащих улучшению, поскольку в значительной степени обеспечена возможность их доступа для механической обработки, и их обработка может быть выполнена до того, как они соединены вместе.
Другое преимущество зубчатого колеса согласно настоящему изобретению состоит в том, что оно может быть выполнено с помощью более предпочтительного способа изготовления различных частей отдельно до их соединения вместе. Более оптимизированная конфигурация позволяет дополнительное уменьшение толщины и количества материала, использованного в некоторых частях зубчатого колеса. Более оптимизированная конфигурация зубчатого колеса также может означать, что могут быть уменьшены обычно имеющиеся отверстия и каналы, необходимые при изготовлении с помощью существующих способов, что может иметь положительные эффекты в отношении прочности и т.д.
Зубчатое колесо согласно настоящему изобретению также позволяет размещение промежуточной стенки на некотором расстоянии от осевой линии зубчатого колеса, что может быть полезным в случае, если нагрузки на зубчатое колесо являются по некоторым причинам больше на одной стороне, чем на другой.
В варианте осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению зубчатый обод, промежуточная стенка и/или ступица выполнены из разных материалов, что позволяет оптимизировать различные части независимо друг от друга.
В варианте осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению зубчатый обод и ступица соединены вместе с помощью двух промежуточных стенок, которые продолжаются по существу в радиальном направлении от ступицы до зубчатого обода. Этот вариант осуществления может быть очень предпочтительным, например, в случае, если нагрузка на зубчатое колесо является большой или если пространство между двумя стенками по возможности может быть использовано для охлаждающей или смазочной среды.
В варианте осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению крепежное соединение принимает вид прессового соединения. В этом случае длина промежуточной стенки является несколько больше, чем расстояние между ступицей и внутренней стороной зубчатого обода, с тем, чтобы создавалось необходимое усилие для поддержания различных частей фиксированными друг относительно друга, когда ступица и промежуточная стенка вдавливаются в пространство около центра зубчатого обода.
В варианте осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению крепежное соединение принимает форму сварного соединения. Сварное соединение может быть или обычного типа, при котором добавляется материал для сварного шва, или сварным соединением, получаемым сваркой трением, при котором материалы в контактных поверхностях между смежными частями становятся пластифицированными и тем самым соединяются вместе.
В варианте осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению крепежное соединение принимает форму адгезивного соединения или резьбового соединения.
Комбинации этих различных типов крепежного соединения также возможны для увеличения надежности крепежного соединения или в случае, если материалы, из которых выполнены части, накладывают конкретные требования.
В варианте осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению внутренняя сторона зубчатого обода имеет одно или более выступающих утолщений, на которые может опираться промежуточная стенка. Эта конфигурация внутренней стороны зубчатого обода облегчает изготовление зубчатого колеса в том, что промежуточная стенка может опираться на это утолщение вплоть до частей, которые неразъемно скреплены вместе.
В варианте осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению промежуточная стенка снабжена одной или более выемками для уменьшения веса зубчатого колеса и количества используемого материала. Это может привести к значительной экономии в случае, если выемки размещены в участках промежуточной стенки, где нагрузки являются небольшими.
Настоящее изобретение также относится к коробке передач, содержащей, по меньшей мере, два зубчатых колеса по любому из п.п.1-9.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение объясняется более подробно со ссылкой на чертежи, которые изображают половину сечения зубчатого колеса, то есть сечение от центра зубчатого колеса к его зубчатому ободу. Фиг.1 изображает первый вариант осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению, и фиг.2 - второй вариант осуществления зубчатого колеса согласно настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
Фиг.1 изображает зубчатое колесо 10, содержащее круглый зубчатый обод 11, снабженный зубчатым венцом 12 вокруг его внешней периферии. Зубья на зубчатом венце 12 могут быть прямыми или наклонными и иметь размер с учетом ожидаемых нагрузок, которые зубчатое колесо 10 должно передавать. Осевая длина (ширина) зубчатого обода 11 и, следовательно, также зубчатого венца 12 определяется с учетом нагрузок, которые должны передаваться зубчатым колесом 10. Зубчатое колесо 10 также содержит промежуточную стенку 14, которая продолжается по существу радиально наружу от ступицы 15, размещенной около центра зубчатого колеса. В этом варианте осуществления зубчатого колеса промежуточная стенка 14 составляет единое целое со ступицей 15, но также может иметь вид полностью отдельной части, выполненной с возможностью прикрепления к зубчатому ободу и ступице на этапах ее изготовления. Промежуточная стенка 14 соединяет зубчатый обод 11 и ступицу 15.
Для облегчения изготовления зубчатого колеса 10 внутренняя сторона зубчатого обода может быть снабжена опорным утолщением 13, на которое может опираться промежуточная стенка 14 вплоть до неразъемного крепежного соединения 17, в этом случае сварное соединение, которое фиксирует различные части друг к другу, размещено на месте около перехода между зубчатым ободом 11 и промежуточной стенкой 14. Утолщение 13 обычно размещено таким образом, чтобы промежуточная стенка 14 была размещена около центра зубчатого колеса 10 для предотвращения косонаправленных нагрузок в зубчатом колесе, что может приводить к угловым отклонениям между различными компонентами. Зубчатое колесо также может содержать две или более промежуточных стенки, предпочтительно, размещенных симметрично в зубчатом колесе. В таком случае опорные утолщения 13 будут использоваться преимущественно для каждой промежуточной стенки.
Ступица 15 имеет по существу круглую цилиндрическую форму с центральным круглым отверстием 18, проходящим через нее для непоказанного вала. Один аксиальный конец ступицы снабжен соединительными зубьями 16 для соединения зубчатого колеса 10 с возможностью вращения со смежным зубчатым колесом, снабженным соответствующими соединительными зубьями. Если зубчатое колесо подлежит соединению с возможностью вращения со смежными зубчатыми колесами с обеих сторон, оба конца ступицы снабжены зубьями. Аксиальный конец или концы ступицы, которые обеспечены соединительными зубьями 16, заканчиваются на или в пределах плоскости, которая ограничена соответствующими аксиальными концами зубчатого обода 11 поперечно по отношению к продольному валу, вокруг которого должно быть размещено зубчатое колесо.
Соединительные зубья 16 направлены или в радиальном направлении от концевых поверхностей ступицы 15, или в осевом направлении от концевых поверхностей ступицы. Однако соединительные зубья 16 никогда не продолжаются в осевом направлении дальше, чем зубчатый обод 11, для того, чтобы свести к минимуму нежелательное пространство, которое образовано между смежными зубчатыми ободами, в случае, если длина ступицы является больше длины зубчатого обода.
Фиг.2 изображает второй вариант осуществления зубчатого колеса 20 согласно настоящему изобретению. Это зубчатое колесо 20 содержит части, подобные тем, которые описаны выше, а именно зубчатый обод 21 с зубчатым венцом 22, промежуточную стенку 24 и ступицу 25 с соединительными зубьями 26, размещенными в соединении с одним концом ступицы 25, и по существу кругообразно размещенное отверстие 28 для вала, вокруг которого должно размещаться зубчатое колесо 20. Однако в этом случае внутренняя сторона зубчатого обода 21 является по существу ровной, без опорного утолщения, и промежуточная стенка 24 и зубчатый обод 21 соединены вместе с помощью сварного соединения 27, связанного с переходом между промежуточной стенкой 24 и внутренней стороной зубчатого обода 21 на каждой стороне промежуточной стенки 24.
Различные альтернативные крепежные соединения между частями были описаны выше и могут преимущественно использоваться в комбинации друг с другом для большей надежности при закреплениях. Если используются резьбовые соединения, внутренняя сторона зубчатого обода и/или внешняя сторона ступицы преимущественно снабжены радиально направленным выступом, на который опирается промежуточная стенка. Для надежного закрепления вместе различных частей завинчиваются винты в осевом направлении через выступ и промежуточную стенку.
Настоящее изобретение было описано на основе варианта осуществления зубчатого колеса. Однако возможны дополнительные изменения, например, в размерах и детальной конфигурации различных частей. Кроме того, промежуточная стенка зубчатого колеса может быть смещена от центральной плоскости зубчатого колеса с точки зрения дальнейшей оптимизации зубчатого колеса в соответствии с действующим режимом нагрузки.
Несмотря на то, что изобретение было описано на основе различных примерных вариантов осуществления, настоящее изобретение не ограничено этим, но определено на основе соответствующей формулы изобретения.
1. Зубчатое колесо (10; 20), содержащее:
ступицу (15; 25) с соответствующими первым и вторым аксиальными концами, выполненную с возможностью размещения вокруг оси вращения;
круглый зубчатый обод (11; 21) с соответствующими первым и вторым аксиальными концами и внешней периферией, которая снабжена зубчатым венцом (12; 22); и
по меньшей мере, одну промежуточную стенку (14; 24), которая связывает зубчатый обод (11; 21) и ступицу (15; 25) таким образом, чтобы ступица (15; 25) фиксировалась, по существу, около центра зубчатого обода (11; 21), отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из соответствующих первого и второго аксиальных концов ступицы имеет соединительные устройства (16; 26), выполненные как одно целое, предназначенные для фиксации зубчатого колеса (10; 20) с возможностью вращения относительно ступицы смежного зубчатого колеса, при этом аксиальный конец/концы ступицы (15; 25), которые содержат конец соединительных устройств около или в пределах плоскости, которая ограничена соответствующим аксиальным концом зубчатого обода (11; 21) поперечно по отношению к продольному валу, вокруг которого должно быть размещено зубчатое колесо, причем зубчатый обод (11; 21) и ступица (15; 25) представляют собой две отдельные части, соединенные вместе с помощью крепежных соединений (17; 27) для образования зубчатого колеса (10; 20).
2. Зубчатое колесо (10; 20) по п.1, отличающееся тем, что зубчатый обод (11; 21), промежуточная стенка (14; 24) и/или ступица (15; 25) выполнены из разных материалов.
3. Зубчатое колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что зубчатый обод и ступица соединены вместе с помощью двух промежуточных стенок, которые продолжаются, по существу, в радиальном направлении от ступицы до зубчатого обода.
4. Зубчатое колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что крепежное соединение содержит прессовое соединение.
5. Зубчатое колесо (10; 20) по п.1 или 2, отличающееся тем, что крепежное соединение (17; 27) содержит сварное соединение.
6. Зубчатое колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что крепежное соединение содержит адгезивное соединение.
7. Зубчатое колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что крепежное соединение содержит резьбовое соединение.
8. Зубчатое колесо (10) по п.1 или 2, отличающееся тем, что внутренняя сторона зубчатого обода (11) имеет одно или более выступающих утолщений (13), на которые может опираться промежуточная стенка (14).
9. Зубчатое колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что промежуточная стенка снабжена одной или более выемками для уменьшения веса зубчатого колеса и количества используемого материала.
10. Коробка передач, содержащая, по меньшей мере, два зубчатых колеса (10; 20) по любому из пп.1-9.
