RU2600393C1

RU2600393C1 - Gear wheel

Info

Publication number: RU2600393C1
Application number: RU2015126351/11A
Authority: RU
Inventors: Николай Викторович Мендрух
Original assignee: Николай Викторович Мендрух
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2016-10-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building and can be used in tooth gears. Gear wheel includes body, toothed rim with teeth and pair of circular pads, fixed on teeth ends and body ends sections adjacent to gear rim, which teeth width on their heads and feet sections is made stepped varying and inversely proportional dependent on engagement pairing ratio. Teeth width change boundary is shifted towards teeth tops and bases by value of transmission axial clearance half. Teeth in their cross-section are made symmetrical in form of letter H, which lateral vertical components are adjacent to end pads and have width equal to quarter of toothed rim width.

EFFECT: optimized gear wheel design.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности - к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах.The invention relates to mechanical engineering, in particular to machine parts, and can be used in gears.

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.A known design of a gear wheel containing a body, a ring gear with teeth and a pair of ring plates mounted on the ends of the teeth and parts of the ends of the body adjacent to the ring gear; moreover, the outer diameter of the linings is equal to the diameter of the circumference of the tops of the gear rim of the wheel - see, for example, patent for the invention of the Russian Federation No. 2488725, class. F16H 55/12, publ. 07/27/2013, bull. No. 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 неодинакова 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. Прямопропорциональна 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, это 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.The disadvantage of this design of the gear wheel is that the teeth of its gear rim have the same width of the side (working) surfaces involved in engagement with the pair of gears over the entire height of the teeth. This does not take into account the fact that the pairing of the teeth of the mating gears in the gear is not identical in height of the teeth: in the region of the pole of gearing of the teeth there is a single-pair gearing; in the areas of the teeth adjacent to their tops and bases, there is a two-pair engagement. Directly proportional to the magnitude of the engagement, respectively, and the magnitude of the loading of the corresponding sections of the tooth flanks — in the region of the meshing pole, the magnitude of the loading of the teeth is twice as large as in the areas of the lateral surfaces adjacent to the tops and bases of the teeth. And the width of the lateral (working) surfaces of the teeth, made identical over the entire height of the teeth, is the difference in loading along the height of the teeth, does not take into account and is set taking into account the maximum loading of the teeth (in the vicinity of their poles). This leads to an overspending of the material going to the manufacture of the ring gear and the wheel as a whole.

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 пропорционально зависящей от кратности парности зацепления, причем граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев на величину осевого зазора зубчатой передачи.As a prototype taken gear design according to the patent for the invention of the Russian Federation No. 2547201, class. F16H 55/08, publ. 04/10/2015, Bull. No. 10. Its essence lies in the fact that the gear wheel contains a body and a gear ring with teeth, moreover, on the sections of the tooth heads the width of the teeth is made stepwise changing and inversely proportional to the multiplicity of gearing, and the border of the width shift is shifted towards the tops of the teeth by the amount of the axial clearance of the gear transmission.

Недостаток прототипа состоит в том, что кратность парности зацепления зубьев учтена только для их головок (ширина зубьев на участках головок с двухпарным зацеплением уменьшена вдвое - кратно парности зацепления на этих участках); а для участков ножек с такой же парностью зацепления такого учета нет, и ножки по всей своей высоте выполнены с номинальной шириной, такой же, как для участков зубьев по их высоте с однопарным зацеплением. Выполнение ширины участков ножек с двухпарным зацеплением номинальной (полной) величины приводит к неоправданному расходу материала, идущего на изготовление этих ножек, что нерационально и способствует увеличению издержек на изготовление зубчатого венца и колеса в целом.The disadvantage of the prototype is that the multiplicity of the pair of gearing of the teeth is taken into account only for their heads (the width of the teeth in the areas of the heads with two-pair gearing is reduced by half - a multiple of the pairing of gearing in these areas); and for sections of legs with the same pair of engagement there is no such accounting, and legs along their entire height are made with a nominal width, the same as for sections of teeth along their height with single-pair engagement. The implementation of the width of the sections of the legs with two-pair engagement of the nominal (full) value leads to an unjustified consumption of material going to the manufacture of these legs, which is irrational and contributes to an increase in the cost of manufacturing the ring gear and the wheel as a whole.

Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса - снижения издержек на его изготовление и повышение прочности зубьев его зубчатого венца.The invention solves the problem of optimizing the design of the gear wheel - reducing the cost of its manufacture and increasing the strength of the teeth of its gear ring.

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 выполнена ступенчато изменяющейся и обратно пропорционально зависящей от кратности парности зацепления; граница изменения ширины смещена в сторону вершин зубьев; причем ширина зубьев на участках их ножек выполнена аналогично; границы изменения ширины зубьев на участках их головок и ножек смещены в стороны вершин и оснований зубьев на величину половины осевого зазора передачи; зубья в поперечном своем сечении выполнены симметричными в форме буквы Н, боковые вертикальные составляющие которой примыкают к кольцевым накладкам и имеют ширину, равную четверти ширины зубчатого венца.To this end, the gear wheel contains a body, a ring gear with teeth and a pair of ring plates mounted on the ends of the teeth and parts of the ends of the body adjacent to the ring gear, the width of the teeth of which is made stepwise changing and inversely proportional to the multiplicity of gearing; the border of the width change is shifted towards the tops of the teeth; moreover, the width of the teeth in the areas of their legs is made similarly; the boundaries of the change in the width of the teeth in the areas of their heads and legs are shifted to the sides of the tops and bases of the teeth by half the axial clearance of the gear; the teeth in their cross section are symmetrical in the shape of the letter H, the lateral vertical components of which are adjacent to the annular overlays and have a width equal to a quarter of the width of the ring gear.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен фрагмент зубчатого колеса (вид сбоку в сечении, с проекцией на сечение характеристик боковых поверхностей зубьев колеса - полюсной линии и границ участков с разной парностью зацепления).The invention is illustrated by the drawing, which shows a fragment of the gear wheel (side view in cross section, with a projection on the cross section of the characteristics of the side surfaces of the gear teeth of the pole line and the boundaries of sections with different gearing).

На чертеже показаны: тело 1, зуб 2, торцевые кольцевые накладки 3 и 4; диаметр Д_в окружности вершин зубчатого венца, внутренний диаметр Д кольцевых накладок (3 и 4), ширина В зубчатого венца, высота h зуба, осевой зазор (с) зубчатой передачи, полюсная линия р-р зуба, участки зуба с двухпарным зацеплением 1-2 и 3-4, участок зуба с однопарным зацеплением 2-3, участок с полной шириной (В) зуба - h₂, участки зуба с неполной шириной - h₁ и h₃.The drawing shows: body 1, tooth 2, end ring pads 3 and 4; diameter D _{in the} circumference of the tops of the ring gear, the inner diameter D of the ring plates (3 and 4), the width B of the ring gear, the height of the tooth h, the axial clearance (s) of the gear transmission, the pole line of the tooth rr, tooth sections with double pair 1- 2 and 3-4, a tooth section with single-pair gearing 2-3, a section with a full width (B) of a tooth — h ₂ , sections of a tooth with an incomplete width — h ₁ and h ₃ .

Зубчатое колесо состоит из тела 1, зубчатого венца с зубьями 2 и пары торцевых кольцевых накладок 3 и 4, укрепленных на торцах зубьев (2) и участках торцов тела (1), прилегающих к зубчатому венцу. Наружный диаметр накладок равен диаметру окружности вершин Д_в зубчатого венца, а их внутренний диаметр равен Д. Каждый зуб 2 колеса по своей высоте h выполнен переменной ширины. На участке с однопарным зацеплением (увеличенным в сторону вершин и оснований зуба на половину величины осевого зазора передачи - с/2) - величиной h₂ - ширина зуба выполнена полной и равной ширине зубчатого венца - В. На участках с двухпарным зацеплением (уменьшенных, соответственно, на величину с/2), ножки и головки зубьев выполнены раздвоенными, ширина их равна В/4, каждая из этих половин прилегает к кольцевой накладке и укреплена на ней. Раздвоенные головки и ножки зубьев разнесены друг относительно друга на величину В/2.The gear wheel consists of a body 1, a ring gear with teeth 2 and a pair of end ring linings 3 and 4, mounted on the ends of the teeth (2) and parts of the ends of the body (1) adjacent to the ring gear. The outer diameter of the pads is equal to the diameter of the circle of the peaks D _{in the} ring gear, and their inner diameter is D. Each tooth 2 wheels in its height h is made of variable width. In the area with unipair gearing (increased in the direction of the tops and bases of the tooth by half the value of the axial clearance of the gear - s / 2) - with the value of h ₂ - the width of the tooth is made full and equal to the width of the ring gear - B. In areas with two-pair gearing (reduced, respectively , by c / 2), the legs and tooth heads are bifurcated, their width is B / 4, each of these halves is adjacent to the annular plate and mounted on it. The bifurcated heads and tooth legs are spaced relative to each other by a value of B / 2.

При работе колеса в передаче каждый его зуб по своей высоте h имеет один участок с однопарным зацеплением, имеющий ширину, равную ширине зубчатого венца - В и два участка с двухпарным зацеплением, ширина которых равна В/2. При однопарном зацеплении зуб воспринимает полную нагрузку, воспринимаемую колесом, а при двухпарном - только половину этой нагрузки. Этот фактор и учитывается изменением ширины зубьев по их высоте. Смещение границ изменения ширины зубьев на величину с/2 учитывает возможные неточности сборки колес и погрешности при их работе. Наличие кольцевых накладок 3 и 4 увеличивает жесткость и прочность зубьев, а прилегание участков зубьев с уменьшенной шириной к накладкам, на которых они укреплены, также способствует повышению изгибной прочности этих участков.When the wheel is in gear, each tooth in height h has one section with single-pair gearing, having a width equal to the width of the gear rim - B and two sections with two-pair gearing, whose width is B / 2. With single-pair engagement, the tooth takes up the full load perceived by the wheel, and with two-pair engagement, only half of this load. This factor is taken into account by changing the width of the teeth along their height. The shift of the boundaries of the change in the width of the teeth by a value of s / 2 takes into account possible inaccuracies in the assembly of the wheels and errors during their operation. The presence of annular linings 3 and 4 increases the rigidity and strength of the teeth, and the fit of the tooth sections with a reduced width to the linings on which they are mounted also helps to increase the bending strength of these sections.

По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса имеет меньшую материалоемкость - за счет уменьшения ширины ножек зубьев на участках их двухпарного зацепления, а наличие кольцевых накладок, связывающих между собой зубья колеса (по их торцам) и тело колеса, повышает изгибную прочность зубьев, и позволяет не уменьшать изгибную прочность зубьев и их жесткость при уменьшении ширины ножек зубьев.Compared with the prototype, the proposed design of the gear wheel has a lower material consumption - by reducing the width of the teeth of the teeth in the areas of their two-pair engagement, and the presence of ring pads connecting the teeth of the wheel (at their ends) and the wheel body, increases the flexural strength of the teeth, and allows not to reduce the bending strength of the teeth and their rigidity while reducing the width of the legs of the teeth.

Claims

A gear wheel containing a body, a ring gear with teeth, and a pair of ring linings mounted on the ends of the teeth and parts of the ends of the body adjacent to the ring gear, the width of the teeth of which is made on the parts of their heads stepwise and inversely proportional to the multiplicity of gearing, and the boundary the width changes are shifted towards the tops of the teeth, characterized in that the width of the teeth in the areas of their legs is made similarly; the boundaries of the change in the width of the teeth in the areas of their heads and legs are shifted toward the tops and bases of the teeth by half the value of the axial clearance of the transmission; the teeth in their cross section are made symmetrically in the shape of the letter H, the lateral vertical components of which are adjacent to the annular overlays and have a width equal to a quarter of the width of the ring gear.