RU2194897C2

RU2194897C2 - Reinforced gear wheel

Info

Publication number: RU2194897C2
Application number: RU2000114425/28A
Authority: RU
Inventors: В.М. Медунецкий
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет)
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2002-12-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; instrumentation engineering. SUBSTANCE: proposed reinforced gear wheel includes plastic gear rim with internal reinforcing member and hub with internal bush. Outer surface of gear rim is embraced by thin metal band . Reinforcing member is made in form of solid skeleton. Thin metal band is connected with solid skeleton rigidly and locally. EFFECT: enhanced bending and contact strength of gear wheels; enhanced precision of manufacture of gear wheels. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и приборостроению и может быть использовано, преимущественно, при проектировании и изготовлении зубчатых передач из армированных зубчатых колес, изготовленных из пластических масс или композитных материалов. The invention relates to mechanical engineering and instrumentation and can be used mainly in the design and manufacture of gears from reinforced gears made of plastics or composite materials.

Известны различные конструкции пластмассовых зубчатых армированных колес, металлические диски которых обеспечивают их жесткость (Орлов П.И. Основы конструирования. Книга 1. стр.470-471, М.: Машиностроение, 1988 г.). Недостатком таких конструкций является их относительная сложность в изготовлении при незначительном повышении жесткости зубчатого венца в целом. There are various designs of reinforced plastic gear wheels, the metal discs of which provide their rigidity (PI Orlov, Fundamentals of Design. Book 1. p. 470-471, M .: Mechanical Engineering, 1988). The disadvantage of such designs is their relative complexity in manufacturing with a slight increase in the rigidity of the ring gear as a whole.

Наиболее близким по технической сущности и выбранное автором за прототип является армированное зубчатое колесо (Старжинский В.Е. и др. Пластмассовые зубчатые колеса в передачах точного приборостроения, стр.250, рис.5.44. Минск: Наука и Техника, 1993 г.), содержащее пластмассовый зубчатый венец, внутренний армирующий элемент в виде диска внутри пластмассовой части и пластмассовую ступицу с внутренней втулкой. Такая конструкция зубчатого колеса не обеспечивает достаточной изгибной и контактной жесткости зубьев из-за их пластмассовой основы. При такой конструкции зубчатого колеса достаточно сложно обеспечить высокую точность изготовления зубчатого венца вследствие неравномерной усадки пластмассовых элементов и коробления в достаточно широком вероятностном диапазоне после их изготовления. По этой же причине сложно обеспечить требуемую точность посадочного диаметра ступицы. The closest in technical essence and chosen by the author for the prototype is a reinforced gear (Starzhinsky V.E. et al. Plastic gears in precision instrumentation gears, p. 250, Fig. 5.44. Minsk: Science and Engineering, 1993), containing a plastic gear ring, an inner reinforcing element in the form of a disk inside the plastic part, and a plastic hub with an inner sleeve. This design of the gear wheel does not provide sufficient bending and contact stiffness of the teeth due to their plastic base. With such a design of the gear wheel, it is quite difficult to ensure high accuracy of the manufacture of the ring gear due to the uneven shrinkage of the plastic elements and warpage in a rather wide probability range after their manufacture. For the same reason, it is difficult to ensure the required accuracy of the landing diameter of the hub.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении изгибной и контактной прочности зубьев зубчатого венца с одновременным повышением точности изготовления на универсальном оборудовании. The problem to which the invention is directed, is to increase the bending and contact strength of the teeth of the ring gear while increasing the accuracy of manufacturing on universal equipment.

Сущность изобретения заключается в том, что армированное зубчатое колесо, содержащее пластмассовый зубчатый венец с внутренним армирующим элементом и ступицей с внутренней втулкой, отличается тем, что наружную поверхность зубчатого венца охватывает тонкая металлическая лента, а армирующий элемент выполнен в виде объемного каркаса, причем тонкая металлическая лента жестко и локально соединена с объемным каркасом, который выполнен из дисков с зубчатыми венцами. В профиле эти зубья представлены полигональной кривой. Внутренняя втулка ступицы выполнена в виде внутреннего тонкостенного цилиндра с фланцем, который жестко соединен с внутренним объемным каркасом. The essence of the invention lies in the fact that the reinforced gear wheel containing a plastic gear rim with an internal reinforcing element and a hub with an inner sleeve, characterized in that the outer surface of the gear rim is covered by a thin metal tape, and the reinforcing element is made in the form of a volumetric frame, and a thin metal the tape is rigidly and locally connected to the three-dimensional frame, which is made of disks with gear rims. In the profile, these teeth are represented by a polygonal curve. The inner hub hub is made in the form of an internal thin-walled cylinder with a flange that is rigidly connected to the internal volumetric frame.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлен осевой разрез армированного зубчатого колеса из пластической массы;
на фиг.2 показан профиль зуба, состоящего из совокупности прямолинейных участков (полигональный профиль);
на фиг.3 показан вариант локального крепления ленты по впадинам зубчатых венцов дисков внутреннего объемного армирующего каркаса;
на фиг.4 представлен фрагмент зубчатого венца одного из дисков с функциональными отверстиями внутреннего объемного армирующего каркаса;
на фиг. 5 представлены металлические элементы в сборе без пластической массы.The invention is illustrated by drawings, where:
in FIG. 1 shows an axial section of a reinforced gear from plastic mass;
figure 2 shows the profile of the tooth, consisting of a set of straight sections (polygonal profile);
figure 3 shows a variant of the local fastening of the tape along the hollows of the gear rims of the disks of the internal volumetric reinforcing frame;
figure 4 presents a fragment of the ring gear of one of the disks with functional holes of the internal volumetric reinforcing frame;
in FIG. 5 shows the assembled metal elements without plastics.

Армированное зубчатое колесо содержит пластмассовый зубчатый венец с внутренними армирующими элементами в виде дисков 1 и 2 (фиг.1), которые образуют внутренний объемный каркас и которые имеют зубчатые венцы, ступицу 3 с внутренней втулкой в виде тонкостенного цилиндра 4 с фланцем 5, который жестко закреплен с одним из дисков. The reinforced gear wheel contains a plastic gear ring with internal reinforcing elements in the form of disks 1 and 2 (Fig. 1), which form an internal volumetric frame and which have gear rings, a hub 3 with an inner sleeve in the form of a thin-walled cylinder 4 with a flange 5, which is rigidly fixed with one of the drives.

Наружную поверхность зубчатого венца охватывает тонкая металлическая лента (оболочка) 6, которая зафиксирована на зубчатых венцах дисков 1 и 2. Толщина ленты 6 рекомендуется 0,1 m (где m - модуль зубчатого венца). Диски 1 и 2 зафиксированы заклепочными соединениями 7 на расстоянии, к примеру, 1-3 модуля. Профиль зубьев зубчатого венца дисков 1 и 2 представляет собой полигональную кривую (фиг.2), то есть состоит из прямолинейных участков. Это позволяет выполнить зубчатый венец данного вида обычной типовой дисковой фрезой, к примеру, с прямолинейными режущими кромками по методу дискретного огибания. The outer surface of the ring gear is covered by a thin metal band (sheath) 6, which is fixed on the ring gears of discs 1 and 2. The thickness of the band 6 is recommended 0.1 m (where m is the ring gear module). Disks 1 and 2 are fixed with rivets 7 at a distance of, for example, 1-3 modules. The profile of the teeth of the ring gear of the disks 1 and 2 is a polygonal curve (figure 2), that is, consists of straight sections. This allows you to make a gear rim of this type with the usual standard disk mill, for example, with straight cutting edges by the method of discrete rounding.

На фиг. 2 полигональный профиль представлен в упрощенном варианте для наглядности - в виде трех прямолинейных участков. Лента 6 надета на внутренний объемный каркас и замыкается по окружности по зубчатым венцам дисков 1 и 2, выправляя неровности полигональной кривой, и она локально закреплена в каждой впадине между зубьев зубчатого венца, к примеру, точечной лазерной сваркой (фиг. 3). Концы ленты соединены между собой. Соединение в виде, к примеру, лазерного сварочного шва целесообразно расположить во впадине зубчатого венца (между зубьев). Для обеспечения проникновения пластмассы между дисками в процессе изготовления данного зубчатого колеса в них выполнены функциональные отверстия (фиг.4). Для наглядности на фиг.5 показан "скелет" из металлических элементов предлагаемого пластмассового (композитного) армированного зубчатого колеса. In FIG. 2, the polygonal profile is presented in a simplified version for clarity - in the form of three straight sections. The tape 6 is worn on the inner volumetric frame and is closed around the circumference along the gear rims of the discs 1 and 2, straightening the irregularities of the polygonal curve, and it is locally fixed in each cavity between the teeth of the gear rim, for example, by spot laser welding (Fig. 3). The ends of the tape are interconnected. The connection in the form of, for example, a laser weld, it is advisable to place in the cavity of the ring gear (between the teeth). To ensure the penetration of plastic between the disks during the manufacturing process of this gear wheel, functional holes are made in them (Fig. 4). For clarity, figure 5 shows the "skeleton" of the metal elements of the proposed plastic (composite) reinforced gear.

Совокупность предложенных признаков позволяет обеспечить оптимальную жесткость и технологичность конструкции зубчатого колеса и повысить параметры качества за счет введения внешней оболочки на боковые рабочие поверхности зубьев зубчатого венца. The combination of the proposed features allows you to provide optimal rigidity and adaptability of the design of the gear wheel and improve the quality parameters by introducing an outer shell on the side working surfaces of the gear teeth.

Такая конструкция армированного зубчатого колеса позволяет использовать его в высокоскоростных передачах, так как поверхностный слой из металла на боковых рабочих поверхностях зубьев рассеивает тепло, образующееся в зоне зацепления, обеспечивает повышение изгибной прочности зубьев и их контактной прочности при достаточно малом удельном весе. Изгибная прочность зубов повышается, прежде всего, вследствие двойного армирования непосредственно тела каждого зуба при простом варианте их формирования. Обеспечивается значительно меньшее влияние на внешнюю геометрию зубчатого венца усадки и коробления пластической массы. Учитывая то обстоятельство, что внешняя рабочая поверхность зубчатого венца является металлической лентой, то на стадии формирования ленты возможно обеспечить регулярный микрорельеф или соответствующее антифрикционное покрытие, снижающее трение в зоне зацепления, что приводит к повышению КПД передач в целом. This design of the reinforced gear allows its use in high-speed gears, since the surface layer of metal on the lateral working surfaces of the teeth dissipates the heat generated in the engagement zone, provides an increase in the flexural strength of the teeth and their contact strength with a sufficiently small specific gravity. The flexural strength of the teeth increases, primarily due to the double reinforcement of the directly body of each tooth with a simple variant of their formation. Provides a significantly less impact on the external geometry of the ring gear shrinkage and warping of the plastic mass. Considering the fact that the outer working surface of the ring gear is a metal band, it is possible to provide a regular microrelief or corresponding antifriction coating at the stage of forming the band, which reduces friction in the engagement zone, which leads to an increase in gear efficiency in general.

Claims

1. A reinforced gear wheel containing a plastic gear ring with an inner reinforcing element and a hub with an inner sleeve, characterized in that the outer surface of the gear ring is covered by a thin metal tape, the reinforcing element is made in the form of a volumetric frame, and the thin metal tape is rigidly and locally connected to surround frame.

2. The reinforced gear wheel according to claim 1, characterized in that the internal volumetric frame is made of disks with gear rims, the teeth of which in the profile are represented by a polygonal curve.

3. The reinforced gear wheel according to claim 1, characterized in that the inner hub hub is made in the form of a thin-walled metal cylinder with a flange that is rigidly connected to the internal volumetric frame.