RU2613935C1

RU2613935C1 - Gear wheel

Info

Publication number: RU2613935C1
Application number: RU2016115968A
Authority: RU
Inventors: Николай Викторович Мендрух
Original assignee: Николай Викторович Мендрух
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2017-03-22

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: the gear wheel comprises a body, a gear rim with a hollow teeth made of plate, bent in the outer teeth profile, calculated for the wheel, and a pair of circumferential linings. Within the cavity of each tooth along the tooth height and is perpendicular to the tooth axis, flat jumper bars are located. The area of each jumper bar is equal to the cross-section of the tooth cavity at the height of the jumper bar location. Around the periphery, the jumper bars are fixed on the inner tooth surfaces and the circumferential linings. In place of the leading side surface adjusting to the wheel body, a pair of through equal-sized rectangular holes is formed, adjacent to the inner surfaces of the circumferential linings and disposed symmetrically relative to each other. Similar pair of holes of equal formed in the leading side surface of and on the level of each jumper bar with openings bottoms adjusting to upper planes of the jumper bars. The height of all holes is less than the height of the cavities formed by the jumper bars in the general tooth cavity.

EFFECT: improved quality of gear wheel lubrication.

2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах, смазываемых жидкими смазочными материалами методом погружения.The invention relates to mechanical engineering, in particular to machine parts, and can be used in gears lubricated by liquid lubricants by immersion.

Известно зубчатое колесо, содержащее тело, зубчатый венец с зубьями - см., например, «Гузенков П.Г. Детали машин: Учеб. для вузов. - 4-е изд., испр. М.: Высш. шк., 1986. - 359 с.: ил.», стр. 154, рис. 12.1, а.It is known a gear wheel containing a body, a ring gear with teeth - see, for example, “P. Guzenkov. Machine details: Textbook. for universities. - 4th ed., Rev. M .: Higher. school, 1986. - 359 pp., ill. ”, p. 154, fig. 12.1, a.

Недостаток данного зубчатого колеса состоит в том, что при работе его со смазыванием методом погружения жидкий смазочный материал, захватываемый из масляной ванны зубьями колеса, в процессе проворачивания колеса в зону зацепления с парным колесом стекает с зубьев, и в зону зацепления поступает недостаточное количество смазочного материала, что интенсифицирует процесс изнашивания сопряженных зубьев обоих зубчатых колес.The disadvantage of this gear wheel is that when it is lubricated by immersion, the liquid lubricant captured from the oil bath by the teeth of the wheel drains from the teeth when the wheel rotates into the engagement zone with the twin wheel, and an insufficient amount of lubricant enters the engagement zone that intensifies the process of wear of the mating teeth of both gears.

В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2536286, кл. F 16 Н 55/10, F 16 Н 55/17, F 16 Н 57/04, опубл. 20.12.2014 г., Бюл. №35. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела, прилегающих к зубчатому венцу. Обе боковые поверхности каждого зуба выполнены из пары прямоугольных пластин, изогнутых по наружному профилю боковых поверхностей расчетного для данного колеса зуба. В пластине, образующей набегающую поверхность зуба, на участке примыкания ее к телу колеса, вдоль ширины зубчатого венца выполнены сквозные отверстия. Вторая пластина, образующая отстающую боковую поверхность зуба, снабжена Г-образным элементом шириной, равной ширине зубчатого венца; одна полка закреплена на этой пластине в районе окружности вершин зубьев зубчатого венца с образованием зазора между элементом и первой пластиной; другая его полка ориентирована в сторону окружности впадин зубчатого венца с образованием зазора относительно нее. При вращении колеса и погружении зубьев зубчатого венца в жидкий смазочный материал масляной ванны, когда зубья ориентированы своими вершинами вниз по вертикали, смазочный материал - через зазоры в области вершин зубьев, между набегающей боковой поверхностью и Г-образным элементом - затекает в полости зубьев. При дальнейшем проворачивании колеса и выходе зубьев из масляной ванны смазочный материал удерживается в полостях каждого зуба - между внутренней поверхностью пластины, образующей отстающую боковую поверхность, внутренними поверхностями кольцевых накладок и поверхностью Г-образного элемента. При дальнейшем проворачивании колеса и переориентации зубьев своими вершинами вверх по вертикали смазочный материал из этих полостей зубьев вытекает - через сквозные отверстия в набегающих боковых поверхностях на участке их примыкания к телу колеса - и попадает во впадины зубчатого венца, которые, совместно с внутренними поверхностями кольцевых накладок, образуют масляные ванны. Этим смазочным материалом смазываются боковые поверхности зубьев, а также зубья вышерасположенного парного зубчатого колеса - при их погружении в эти масляные ванны в зубчатом венце в процессе сопряжения с зубьями первого ниже расположенного зубчатого колеса. Такая конструкция зубчатого колеса повышает качество смазывания зубчатых колес передачи.As a prototype taken gear design according to the patent for the invention of the Russian Federation No. 2536286, class. F 16 H 55/10, F 16 H 55/17, F 16 H 57/04, publ. 12/20/2014, Bull. Number 35. Its essence lies in the fact that the gear wheel contains a body, a ring gear with hollow teeth and a pair of ring plates mounted on the ends of the teeth and the parts of the ends of the body adjacent to the ring gear. Both lateral surfaces of each tooth are made of a pair of rectangular plates curved along the outer profile of the lateral surfaces calculated for a given tooth wheel. Through holes are made in the plate forming the running surface of the tooth, in the area where it adjoins the wheel body, along the width of the gear ring. The second plate, forming the lagging side surface of the tooth, is equipped with a L-shaped element with a width equal to the width of the ring gear; one shelf is fixed to this plate in the region of the circumference of the tops of the teeth of the ring gear with the formation of a gap between the element and the first plate; its other shelf is oriented towards the circumference of the depressions of the ring gear with the formation of a gap relative to it. When the wheel rotates and the teeth of the ring gear are immersed in the liquid lubricant of the oil bath, when the teeth are oriented with their vertices down vertically, the lubricant flows through the gaps in the region of the tops of the teeth between the oncoming lateral surface and the L-shaped element in the cavity of the teeth. With further rotation of the wheel and the exit of the teeth from the oil bath, the lubricant is held in the cavities of each tooth - between the inner surface of the plate forming the lagging side surface, the inner surfaces of the annular linings and the surface of the L-shaped element. With further rotation of the wheel and the reorientation of the teeth with its vertices up vertically, lubricant from these tooth cavities flows out - through holes in the running side surfaces at the site of their abutment to the wheel body - and enters the depressions of the ring gear, which, together with the inner surfaces of the ring overlays form an oil bath. This lubricant lubricates the lateral surfaces of the teeth, as well as the teeth of the upstream pair of gears - when they are immersed in these oil baths in the gear rim in the process of pairing with the teeth of the first lower gear. This gear design improves the lubrication of the gears of the transmission.

Недостаток прототипа состоит в том, что зуб выполнен из пары пластин. Кроме того, при нереверсивном режиме работы колеса только одна из двух боковых поверхностей каждого зуба является рабочей (т.е. участвующей в зацеплении с зубьями парного зубчатого колеса передачи), вторая же боковая поверхность каждого зуба в зацеплении не участвует. Т.е. выполнение этой второй (нерабочей) боковой поверхности аналогично первой (рабочей) боковой поверхности - нерационально, т.к. это приводит к неоправданному перерасходу материала, идущего на изготовление зубьев. Этот же недостаток имеет место и в реверсивных зубчатых передачах, когда при реверсе вторые боковые поверхности зубьев (будучи рабочими, в данном случае) испытывают погружения меньше, чем первые (рабочие) боковые поверхности, например в режиме холостого хода механизма, приводимого в движение данной зубчатой передачей.The disadvantage of the prototype is that the tooth is made of a pair of plates. In addition, in the non-reversible mode of operation of the wheel, only one of the two lateral surfaces of each tooth is working (i.e., participating in meshing with the teeth of the pair gear gear), and the second side surface of each tooth is not involved. Those. the implementation of this second (non-working) side surface similar to the first (working) side surface is irrational, because this leads to an unjustified overspending of the material used for the manufacture of teeth. The same drawback also occurs in reverse gears, when during reverse the second side surfaces of the teeth (being working, in this case) experience less immersion than the first (working) side surfaces, for example, in the idle mode of the mechanism driven by this gear transfer.

Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса, снижения издержек на его изготовление и повышения качества смазывания этого колеса передачи в целом.The invention solves the problem of optimizing the design of the gear wheel, reducing the cost of its manufacture and improving the lubrication quality of this gear wheel as a whole.

Для этого зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, выполненными из пластин, изогнутых по наружному профилю зубьев с образованием в набегающих боковых поверхностях зубьев сквозных отверстий между набегающими поверхностями зубьев и телом колеса, и пары кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела колеса, прилегающих к зубчатому венцу. Причем каждый зуб выполнен из одной пластины. Внутри полости каждого зуба, вдоль его высоты и перпендикулярно оси зуба, расположены плоские перемычки; площадь каждой перемычки равна площади поперечного сечения полости зуба на высоте расположения этой перемычки. Перемычки по своему периметру укреплены на внутренних поверхностях зуба и кольцевых накладок. В месте примыкания боковой набегающей поверхности к телу колеса в ней выполнена пара сквозных равновеликих прямоугольных отверстий, примыкающих к внутренним поверхностям обоих кольцевых накладок и расположенных симметрично друг относительно друга. Аналогичные равновеликие пары отверстий выполнены в боковой набегающей поверхности и на уровне каждой перемычки с примыканием низов отверстий к верхним плоскостям перемычек. А высота отверстий меньше, чем высота полостей, образуемых перемычками в общей полости зуба.To this end, the gear wheel contains a body, a ring gear with hollow teeth made of plates curved along the outer profile of the teeth with the formation of through holes in the running lateral surfaces of the teeth between the running tooth surfaces and the wheel body, and a pair of ring plates mounted on the ends of the teeth and sections the ends of the wheel body adjacent to the ring gear. Moreover, each tooth is made of one plate. Inside the cavity of each tooth, along its height and perpendicular to the axis of the tooth, there are flat jumpers; the area of each jumper is equal to the cross-sectional area of the tooth cavity at the height of this jumper. Lintels around its perimeter are mounted on the internal surfaces of the tooth and annular overlays. At the junction of the side running surface to the body of the wheel, a pair of through isometric rectangular holes is made in it, adjacent to the inner surfaces of both ring plates and located symmetrically relative to each other. Similar equal-sized pairs of holes are made in the oncoming side surface and at the level of each bridge with the bottom of the holes adjoining the upper planes of the bridge. And the height of the holes is less than the height of the cavities formed by the jumpers in the common cavity of the tooth.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид с торца в разрезе (фиг. 1) и тот же фрагмент - вид сбоку в разрезе (фиг. 2).The invention is illustrated by the drawing, which shows: a fragment of the gear wheel - an end view in section (Fig. 1) and the same fragment is a side view in section (Fig. 2).

На чертеже показаны: тело 1; пластины 2, образующие зубья; отстающая боковая поверхность 3; вершина 4; набегающая боковая поверхность 5; кольцевые накладки 6 и 7; наружный периметр 8 кольцевых накладок; внутренний периметр 9 кольцевых накладок; окружность 10 оснований зубчатого венца; перемычка 11; сквозные отверстия 12; козырьки 13; полости 14; ширина В зубчатого венца; высота h зуба; высота С отверстий 12; высота h₁ полостей 14; участок шириной B₁ боковой набегающей поверхности 5 без сквозных отверстий 12; участки шириной B₂ боковой набегающей поверхности 5 со сквозными отверстиями 12; направления вращения ω₁ и ω₂ колеса.The drawing shows: body 1; teeth forming plates 2; lagging side surface 3; vertex 4; running side surface 5; ring linings 6 and 7; outer perimeter of 8 ring pads; inner perimeter of 9 ring pads; a circumference of 10 bases of the ring gear; jumper 11; through holes 12; visors 13; cavity 14; the width of the ring gear; tooth height h; height C of holes 12; height h ₁ cavities 14; a section of width B _{1 of the} lateral running surface 5 without through holes 12; sections of width B _{2 of the} lateral running surface 5 with through holes 12; direction of rotation ω ₁ and ω ₂ wheels.

Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец шириной В с зубьями высотой h, каждый из которых образован пластиной 2, изогнутой по наружному профилю зуба, расчетного для данного колеса, с образованием (при направлении вращения ω₁) отстающей боковой поверхности 3, вершины 4 и набегающей боковой поверхности 5, и пару кольцевых накладок 6 и 7, укрепленных на торцах зубьев и участках торцов тела 1, прилегающих к зубчатому венцу. Диаметр наружного периметра 8 кольцевых накладок 6 и 7 равен диаметру окружности зубчатого венца; диаметр внутреннего периметра 9 кольцевых накладок 6 и 7 меньше диаметра окружности 10 оснований зубчатого венца. Внутри полости каждого зуба, вдоль его высоты h и перпендикулярно оси зуба, расположены плоские перемычки 11. Площадь каждой перемычки равна площади поперечного сечения полости зуба на высоте расположения этой перемычки. Перемычки по своему периметру укреплены на внутренних поверхностях зуба и кольцевых накладок 6 и 7. В месте примыкания боковой набегающей поверхности 5 к телу 1 колеса в ней выполнена пара сквозных равновеликих прямоугольных отверстий 12, примыкающих к внутренним поверхностям кольцевых накладок 6, 7 и расположенных симметрично друг относительно друга. Аналогичные равновеликие пары отверстий 12 выполнены в боковой набегающей поверхности 5 и на уровне каждой перемычки 11 с примыканием низов отверстий 12 к верхним плоскостям перемычек 11. А высота С всех отверстий 12 меньше, чем высота h₁ полостей 14, образуемых перемычками 11 в общей полости зуба. Над отверстиями 12 образуются козырьки 13 - между верхом отверстий 12 и нижними плоскостями выше расположенных перемычек 11 и между верхом верхнего отверстия 12 и нижней поверхностью вершины 4. На набегающей боковой поверхности 5 каждого зуба (общей шириной В), при наличии сквозных отверстий 12, образуются - вдоль этой поверхности, по высоте h зуба - три участка: один - шириной B₁ - без отверстий 12 и два участка - каждый шириной В₂ - с отверстиями 12.The gear wheel contains a body 1, a gear ring of width B with teeth of height h, each of which is formed by a plate 2, curved along the outer profile of the tooth, calculated for this wheel, with the formation (in the direction of rotation ω ₁ ) of a lagging side surface 3, top 4 and the incident side surface 5, and a pair of annular linings 6 and 7, mounted on the ends of the teeth and parts of the ends of the body 1 adjacent to the ring gear. The diameter of the outer perimeter 8 of the ring plates 6 and 7 is equal to the diameter of the circumference of the ring gear; the diameter of the inner perimeter 9 of the ring plates 6 and 7 is less than the diameter of the circle 10 of the base of the ring gear. Inside the cavity of each tooth, along its height h and perpendicular to the axis of the tooth, there are flat jumpers 11. The area of each bridge is equal to the cross-sectional area of the tooth cavity at the height of this bridge. The jumpers along their perimeter are mounted on the inner surfaces of the tooth and the annular overlays 6 and 7. At the junction of the side running surface 5 to the wheel body 1, a pair of through equal rectangular holes 12 are made in it, adjacent to the inner surfaces of the annular overlays 6, 7 and located symmetrically to each other relative to a friend. Similar equal-sized pairs of holes 12 are made in the side running surface 5 and at the level of each jumper 11 with the bottoms of the holes 12 adjacent to the upper planes of the jumpers 11. And the height C of all holes 12 is less than the height h _{1 of the} cavities 14 formed by the jumpers 11 in the common tooth cavity . Visors 13 are formed above the holes 12 - between the top of the holes 12 and the lower planes above the located jumpers 11 and between the top of the upper hole 12 and the lower surface of the vertex 4. On the incident lateral surface 5 of each tooth (total width B), with through holes 12, are formed - along this surface, in height h of the tooth — three sections: one - with a width of B ₁ - without holes 12 and two sections - each with a width of B ₂ - with holes 12.

При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения зубчатый венец постоянно погружен в смазочный материал масляной ванны. При этом зубья колеса, погруженные в масляную ванну, ориентированы своими вершинами 4 вниз по вертикали. При этом жидкий смазочный материал затекает в полость зуба (в полости 14) через сквозные отверстия 12 в боковой набегающей поверхности 5 зуба, заполняя эти полости (14). При проворачивании ω₁ колеса зубья переориентируются своими вершинами 4 вверх по вертикали, при этом смазочный материал из полостей 14 (через отверстия 12) вытекает во впадины между соседними зубьями, смазывая их боковые поверхности (отстающие 3 и набегающие 5). При этом впадины, заполняемые вытекающим из полостей зубьев смазочным материалом, выполняют функцию масляных ванн для зубьев парного выше расположенного зубчатого колеса, которые при погружении в эти масляные ванны - в процессе зацепления с первым (ниже расположенным зубчатым колесом) - смазываются этим смазочным материалом. При направлении вращения ω₁ колеса и работе колеса в режиме ведомого в зацеплении с парным зубчатым колесом будут находиться боковые поверхности 3 зубьев колеса. При нереверсивном режиме работы зубчатой передачи (и вращении колеса ω₁) набегающая боковая поверхность 5 выполняет две функции: она служит для предотвращения заклинивания зубьев парных колес при самоходе колес в обратную сторону (для данного колеса - в направлении ω₂), в этом случае размер В₁ участка этой поверхности может быть минимальным, а размеры участков В₂ - максимальными, т.к. в данном случае поверхность 5 рабочих нагрузок не испытывает; при реверсивном режиме работы колеса, когда при его вращении ω₂ зубья колеса испытывают нагружение меньшее, чем при работе с вращением ω₁ (холостой ход передачи и т.п.), размер B₁ в сравнении с размерами В₂ (относительно размера В) задается расчетным путем, по соотношению нагрузок при вращениях в направлениях ω₁ и ω₂. Параметры отверстий 12 задаются с учетом оптимального заполнения полостей 14 смазочным материалом и их опорожнения.When the wheel is lubricated with liquid lubricant by immersion, the ring gear is constantly immersed in the lubricant of the oil bath. In this case, the teeth of the wheel, immersed in an oil bath, are oriented with their vertices 4 down vertically. In this case, the liquid lubricant flows into the tooth cavity (in the cavity 14) through the through holes 12 in the side running surface 5 of the tooth, filling these cavities (14). When turning ω _{1 the} wheels of the teeth reorient their vertices 4 up vertically, while the lubricant from the cavities 14 (through the holes 12) flows into the cavities between the adjacent teeth, lubricating their side surfaces (lagging 3 and running 5). In this case, the depressions filled with the lubricant flowing out from the tooth cavities function as oil baths for the teeth of the paired upper gear wheel, which, when immersed in these oil baths, during engagement with the first gear (located below the gear wheel), are lubricated by this lubricant. With the direction of rotation ω _{1 of the} wheel and the operation of the wheel in the slave mode, the lateral surfaces of the 3 teeth of the wheel will mesh with the pair of gears. In the non-reversible mode of operation of the gear train (and the rotation of the wheel ω ₁ ), the running side surface 5 has two functions: it serves to prevent jamming of the teeth of the pair of wheels when the wheels are self-propelled in the opposite direction (for this wheel, in the direction of ω ₂ ), in this case, the size In ₁ section of this surface can be minimal, and the size of sections In ₂ - the maximum, because in this case, the surface 5 does not experience workloads; in the reverse mode of operation of the wheel, when during its rotation ω _{2 the} teeth of the wheel experience less load than when working with the rotation of ω ₁ (idle transmission, etc.), size B ₁ in comparison with dimensions B ₂ (relative to size B) is set by calculation, by the ratio of loads during rotations in the directions of ω ₁ and ω ₂ . The parameters of the holes 12 are set taking into account the optimal filling of the cavities 14 with lubricant and their emptying.

По сравнению с прототипом, каждый отдельный зуб зубчатого колеса предлагаемой конструкции выполнен из одной пластины, а не из двух. За счет выполнения в набегающей боковой поверхности зубьев сквозных отверстий экономится материал, идущий на изготовление зубьев. Выполнение боковых поверхностей зубьев с оптимальным сочетанием их участков без сквозных отверстий и участков со сквозными отверстиями позволяет учитывать наличие или отсутствие реверсивного характера работы колеса, а также разность нагружения боковых поверхностей зубьев при реверсивном характере работы колеса. За счет наличия совокупности отверстий по всей высоте набегающих боковых поверхностей зубьев обеспечивается оптимальное заполнение полостей зубьев жидким смазочным материалом и опорожнение этих полостей; это улучшает качество смазывания данного зубчатого колеса, а также сопряженного с ним зубчатого колеса, т.е. передачи в целом.Compared with the prototype, each individual gear tooth of the proposed design is made of one plate, not two. By performing through holes in the running lateral surface of the teeth, the material used to manufacture the teeth is saved. The implementation of the lateral surfaces of the teeth with the optimal combination of their sections without through holes and sections with through holes allows you to take into account the presence or absence of a reversible nature of the wheel, as well as the difference in the loading of the side surfaces of the teeth with a reversible nature of the wheel. Due to the presence of a set of holes along the entire height of the incident lateral surfaces of the teeth, optimal filling of the tooth cavities with liquid lubricant and emptying of these cavities is ensured; this improves the lubrication quality of a given gear wheel, as well as the associated gear wheel, i.e. transmission in general.

Claims

A gear wheel, mainly a large-modular low-speed gear, lubricated by immersion in liquid lubricant, comprising a body, a gear ring with hollow teeth made of plates curved along the outer tooth profile to form a through hole between the running side surface of each tooth and the gear body, and a pair of annular linings mounted on the ends of the teeth and parts of the ends of the body adjacent to the ring gear, characterized in that each tooth is made of one plate, inside Flat bridges are located along the cavity of each tooth along its height and perpendicular to the axis of the tooth, the area of each bridge is equal to the cross-sectional area of the tooth cavity at the height of this bridge, the bars are perimeter mounted on the inner surfaces of the tooth and annular overlays, at the junction of the side running surface to the body of the gear wheel is made of a pair of through isometric rectangular holes adjacent to the inner surfaces of both annular overlays and located symmetrically about each other, similar equal-sized pairs of holes are made in the side running surface and at the level of each bridge with the bottoms of the holes adjoining the upper planes of the jumpers, and the height of all holes is less than the height of the cavities formed by the jumpers in the common tooth cavity.