Зубчатое колесо

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых передачах с консольными расположением колес на валах. Зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и частях торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу, у которого головки зубьев выполнены переменной ширины, зависящей обратно пропорционально от кратности зацепления. Зубья выполнены несимметричными, имеющими в главной поперечной своей плоскости сечения вид перевернутой буквы «Г». Граница изменения ширины головок смещена в сторону вершин зубьев на величину половины осевого зазора передачи. Кольцевая накладка, укрепленная на торцах зубьев с высотой, равной полной высоте зубчатого венца, имеет наружный диаметр, равный диаметру окружности вершин зубчатого венца. Наружный диаметр второй кольцевой накладки равен диаметру окружности, описываемой границей изменения ширины головок зубьев. Колесо устанавливают на консольном валу с обращением в сторону вала торцов зубьев с высотой, равной полной высоте зубчатого венца. Обеспечивается улучшение прочности зубьев зубчатого колеса. 2 ил.

 

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

Известна конструкция зубчатого колеса, содержащего тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу, причем наружный диаметр накладок равен диаметру окружности вершин зубчатого венца колеса - см., например, патент на изобретение РФ №2488725, кл. F16H 55/12, опубл. 27.07.2013 г., бюл. №21.

Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что зубья его зубчатого венца имеют одинаковую ширину боковых (рабочих) поверхностей, участвующих в зацеплении с парным зубчатым колесом, по всей высоте зубьев. Это не учитывает того, что парность зацепления зубьев сопряженных зубчатых колес в передаче не одинакова по высоте зубьев: в районе полюса зацепления зубьев имеет место однопарное зацепление; на участках зубьев, прилегающих к их вершинам и основаниям, имеет место двухпарное зацепление. Прямо пропорциональна величине зацепления соответственно и величина нагружения соответствующих участков боковых поверхностей зубьев - в районе полюса зацепления величина нагружения зубьев вдвое больше, чем на участках боковых поверхностей, прилегающих к вершинам и основаниям зубьев. А ширина боковых (рабочих) поверхностей зубьев, выполненная одинаковой по всей высоте зубьев, этой разности в нагружении по высоте зубьев не учитывает и задана с учетом максимального нагружения зубьев (в районе их полюсов). Это приводит к перерасходу материала, идущего на изготовление зубчатого венца и колеса в целом.

В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2547201, кл. F16H 55/08, опубл. 10.04.2015 г., бюл. №10. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело и зубчатый венец с зубьями, причем на участках головок зубьев ширина зубьев выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорциональна зависящей от кратности парности зацепления, причем граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев на величину осевого зазора зубчатой передачи.

Недостаток прототипа состоит в том, что при несимметричном нагружении зубьев колеса (например, при консольном расположении зубчатого колеса на валу) головки зубьев по своей ширине нагружены неравномерно; причем нагружение увеличивается при увеличении расстояния между этими участками головок и валом. Это приводит к перенагрузке головок, что увеличивает их изнашивание и может привести к поломке зубьев.

Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса - снижения издержек на его изготовление и повышение прочности зубьев его зубчатого венца.

Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и частях торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу, ширина зубьев которого на участках их головок выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорционально зависящей от кратности парности зацепления; граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев; причем зубья выполнены несимметричными, имеющими в своем поперечном сечении вид перевернутой буквы «Г», высота вертикальной составляющей которой равна полной высоте зубчатого венца; величина смещения равна половине осевого зазора передачи; наружный диаметр кольцевой накладки, укрепленной на торцах зубьев, имеющих высоту, равную высоте зубчатого венца, равен диаметру окружностей вершин зубчатого венца; а наружный диаметр второй кольцевой накладки равен диаметру окружности, описываемой границей изменения ширины головок зубьев.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: фрагмент зубчатого колеса (вид с торца в разрезе) - фиг. 1, то же (вид сбоку в сечении) - фиг. 2.

На чертежах показаны: тело 1 колеса, зубчатый венец с зубьями 2, кольцевые накладки 3 и 4; окружность вершин 5 зубьев (диаметром Д_в), окружность впадин 6 зубьев, начальная окружность 7, внутренняя окружность 8 кольцевых накладок 3 и 4 (диаметром Д), ширина В зубчатого венца, осевой зазор с передачи, высота h зуба полная (высота зубчатого венца), длина боковой поверхности l зуба, полюсная линия р-р зуба, участки боковых поверхностей зуба с двухпарным зацеплением а-b и c-d (длиной l₁ и l₂), участок с однопарным зацеплением b-с (длиной l₃).

Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец с зубьями 2 и пару кольцевых накладок 3 и 4, укрепленных на торцах зубьев и частях торцов тела. Зубья выполнены несимметричной формы, имеющими в поперечном сечении вид перевернутой буквы «Г». Участки головок зубьев с двухпарным зацеплением, со смещением на величину с/2 в сторону вершин выполнены шириной В/2. Одна кольцевая накладка (3), укрепленная на торцах зубьев с полной высотой зубчатого венца h, имеет наружный диаметр, равный диаметру окружности вершин зубчатого венца (Д_в), а вторая кольцевая накладка (4), укрепленная на противоположных торцах, имеет наружный диаметр, равный диаметру окружности, описываемой границей изменения ширины головок зубьев.

При работе колеса в передаче его зубья участвуют в однопарном зацеплении с зубьями сопряженного парного колеса (участки а-b и c-d) и в двухпарном зацеплении (участок b-с). Этот фактор учитывается разностью ширины головок зубьев. Смещение границы изменения ширины на величину с/2 в сторону вершин зубьев учитывает возможные неточности сборки колеса и погрешности в работе передачи.

По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет компенсировать неравномерность нагружения участков головок зубьев при консольном расположении колеса на валу. Это оптимизирует режим нагружения головок зубьев и повышает прочность и долговечность зубьев колеса.

Зубчатое колесо, преимущественно установленное на валу консольно, содержащее тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу, ширина зубьев которого на участках головок зубьев выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорционально зависящей от кратности парности зацепления, а граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев, отличающееся тем, что зубья зубчатого колеса выполнены несимметричными и имеющими в своем поперечном сечении вид перевернутой буквы «Г», граница изменения ширины головок зубьев смещена в сторону вершин зубьев на величину половины осевого зазора зубчатой передачи, наружный диаметр кольцевой накладки, укрепленной на торцах зубьев с высотой, равной полной высоте зубчатого венца, равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, наружный диаметр второй кольцевой накладки равен диаметру окружности, описываемой границей изменения ширины головок зубьев.