RU2616102C1

RU2616102C1 - Gear wheel

Info

Publication number: RU2616102C1
Application number: RU2016119845A
Authority: RU
Inventors: Николай Викторович Мендрух
Original assignee: Николай Викторович Мендрух
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2017-04-12

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: gear wheel comprises a body, a pair of annular plates and a ring gear, made of hollow teeth. Each tooth is made of a pair of curved plates forming the lateral gears surfaces and fixed between the inner ends of the annular linings. The plate forming wheel during rotation anticipatory side surface portion at its junction with the wheel body along the through hole of the plate width. The second curved plate is provided with a T-shaped element width equal to the width of the second curved plate. One flange element is fixed to the second curved plate in the area of a circle with a toothing peaks define a gap between the L-shaped element and the first curved plate, and the other of its shelf oriented towards the body of the gear to form a gap relative thereto. The width of the through holes constituting the through-window is equal to the width of the first curved plate, the height is equal to the height of the through window portion of the non-working tooth flank, calculated for a given gear. Shelves of T-shaped element is oriented in the direction of the gear body and is formed equidistant first curved plate, and the height of the shelf is set to provide a gap between the end of the shelf from the gear body and the minimum upper level of the lubricating oil bath material.

EFFECT: improved quality of gear wheel lubrication.

2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в тихоходных зубчатых передачах с крупномодульными зубчатыми колесами, смазываемыми жидкими смазочными материалами методом погружения.The invention relates to mechanical engineering, in particular to machine parts, and can be used in low-speed gears with large-modular gears, lubricated by liquid lubricants by immersion.

Известна конструкция зубчатого колеса, содержащего тело, зубчатый венец с зубьями и пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах зубьев и участках тела, прилегающих к зубчатому венцу, см., например, патент США №3861231, Кл. 74-410, 1976 г.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 body parts adjacent to the ring gear, see, for example, US patent No. 3861231, CL. 74-410, 1976

Недостаток данного зубчатого колеса состоит в том, что жидкий смазочный материал, захваченный зубьями колеса из масляной ванны - при их погружении в эту ванну - в процессе проворачивания колеса в сторону зоны зацепления парных зубчатых колес, нуждающуюся в смазывании, стекает с поверхностей зубьев колеса, и к моменту входа этих зубьев в зацепление с зубьями парного колеса они могут уже не нести на себе достаточного количества смазочного материала, необходимого для качественного смазывания зоны трения сопряженных зубьев парных колес. Это интенсифицирует процесс изнашивания зубьев парных колес.The disadvantage of this gear wheel is that the liquid lubricant captured by the teeth of the wheel from the oil bath - when they are immersed in this bath - in the process of turning the wheel in the direction of the engagement zone of the pair of gears, which needs to be lubricated, drains from the surfaces of the gear teeth, and by the time these teeth come into engagement with the teeth of the pair of wheels, they may no longer carry enough lubricant for the proper lubrication of the friction zone of the mating teeth of the pair of wheels. This intensifies the wear process of the teeth of the twin wheels.

В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2536286, кл. F16H 55/10, F16H 55/17, F16H 57/04, опубл. 20.12.2014 г., Бюл. №35. Сущность изобретения состоит в том, что колесо содержит тело, пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела колеса, наружный диаметр которых равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, и зубчатый венец, выполненный из полых зубьев, каждый из которых состоит из пары пластин, изогнутых по профилю боковых поверхностей расчетного для данного колеса зуба и закрепленных между торцевыми накладками на теле колеса. В пластине, являющейся опережающей при вращении колеса, на участке примыкания ее к телу колеса вдоль ширины зубчатого венца выполнены сквозные отверстия. Вторая пластина снабжена Г-образным элементом шириной, равной ширине этой пластины, одна полка элемента закреплена на этой пластине в районе окружности вершин зубчатого венца с образованием зазора между элементом и первой пластиной, а другая его полка ориентирована в сторону тела колеса, с образованием зазора относительно него. Полости зубьев, при погружении зубьев в жидкий смазочный материал ванны, захватывают этот смазочный материал - через зазоры области вершин зубьев - и, при вращении колеса, переносят его в сторону зоны зацепления, при приближении к которой смазочный материал из полостей зубьев выдается наружу - на смазываемые поверхности трения зубьев.As a prototype taken gear design according to the patent for the invention of the Russian Federation No. 2536286, class. F16H 55/10, F16H 55/17, F16H 57/04, publ. 12/20/2014, Bull. Number 35. The essence of the invention lies in the fact that the wheel contains a body, a pair of ring pads mounted on the ends of the wheel body, the outer diameter of which is equal to the diameter of the circumference of the tops of the ring gear, and a ring gear made of hollow teeth, each of which consists of a pair of plates bent along the profile of the lateral surfaces calculated for a given tooth wheel and fixed between the end plates on the wheel body. Through holes are made in the plate, which is leading when the wheel rotates, through holes in the area where it adjoins the wheel body along the width of the ring gear. The second plate is equipped with a L-shaped element with a width equal to the width of this plate, one shelf of the element is fixed to this plate in the region of the circumference of the tops of the ring gear with the formation of a gap between the element and the first plate, and the other shelf is oriented towards the wheel body, with the formation of a gap relative to him. The tooth cavities, when the teeth are immersed in the bath’s liquid lubricant, capture this lubricant - through the gaps of the tooth tip region - and, when the wheel rotates, transfer it to the engagement zone, when approaching which the lubricant from the tooth cavities extends outward to the lubricated tooth friction surfaces.

Недостаток прототипа состоит в том, что совокупность сечений сквозных отверстий в пластинах, образующих набегающие боковые поверхности зубьев, может быть недостаточной для оптимального опорожнения полостей зубьев от смазочного материала, набранного ими из масляной ванны (т.к. отверстия выполнены в части ширины пластины). Кроме того, полки Г-образных элементов, обращенные в сторону тела колеса, ориентированы радиально относительно колеса, в то время как боковые поверхности зубьев, как правило, криволинейны; следовательно, криволинейными будут и пластины, образующие эти поверхности (у рассматриваемого колеса). А выполнение Г-образных элементов прямолинейными не позволяет образовывать внутри полых зубьев (с криволинейными боковыми поверхностями) объемы, заполняемые смазочным материалом, требуемой величины. Это не позволяет захватывать полостями полых зубьев достаточного количества смазочного материала из масляной ванны. Кроме того, уровень смазочного материала в самой масляной ванне может быть недостаточной высоты, чтобы смазочный материал мог попасть из нее в полости зубьев. Это может привести к тому, что смазочный материал из масляной ванны вообще не попадает в полости зубьев, что значительно ухудшит процесс смазывания элементов передачи, т.к. смазочный материал, захватываемый боковыми (трущимися) поверхностями самих зубьев, может быть недостаточным для оптимального смазывания трущихся поверхностей взаимно сопрягаемых зубьев парных зубчатых колес.The disadvantage of the prototype is that the set of cross-sections of through holes in the plates forming the running lateral surfaces of the teeth may not be sufficient for optimal emptying of the tooth cavities from the lubricant collected from the oil bath (since the holes are made in part of the width of the plate). In addition, the shelves of the L-shaped elements facing the wheel body are oriented radially relative to the wheel, while the side surfaces of the teeth are generally curved; consequently, the plates forming these surfaces (at the wheel in question) will also be curved. And the implementation of the L-shaped elements in a straight line does not allow to form inside the hollow teeth (with curved side surfaces) volumes filled with lubricant of the required size. This does not allow the cavity of the hollow teeth to capture a sufficient amount of lubricant from the oil bath. In addition, the level of lubricant in the oil bath itself may not be of sufficient height so that the lubricant can get out of it into the cavity of the teeth. This can lead to the fact that the lubricant from the oil bath does not enter the tooth cavity at all, which will significantly worsen the process of lubricating the transmission elements, as the lubricant captured by the side (friction) surfaces of the teeth themselves may not be sufficient to optimally lubricate the friction surfaces of the mating teeth of the pair of gears.

Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и обеспечения качества смазывания зубчатых колес передачи с учетом высоты уровня смазочного материала масляной ванны.The invention solves the problem of optimizing the design of the gears and ensuring the quality of lubrication of the gears of the transmission, taking into account the height of the level of lubricant of the oil bath.

Для этого зубчатое колесо содержит тело, пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела, наружный диаметр которых равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, и зубчатый венец, выполненный из полых зубьев. Каждый зуб выполнен из пары изогнутых пластин, образующих боковые поверхности зубьев и закрепленных между внутренними торцами кольцевых накладок. В пластине, образующей опережающую - при вращении колеса - боковую поверхность, на участке ее примыкания к телу колеса выполнено сквозное окно, ширина которого равна ширине этой пластины, а высота окна равна высоте нерабочего участка боковой поверхности зуба, расчетного для данного колеса. Полка Г-образного элемента, ориентированная в сторону тела колеса, выполнена эквидистантной первой пластине, а высота этой полки задана с обеспечением зазора между концом этой полки со стороны тела колеса и минимальным верхним уровнем смазочного материала масляной ванны.For this, the gear wheel contains a body, a pair of annular linings mounted on the ends of the body, the outer diameter of which is equal to the diameter of the circumference of the vertices of the ring gear, and a ring gear made of hollow teeth. Each tooth is made of a pair of curved plates forming the lateral surfaces of the teeth and fixed between the inner ends of the annular overlays. A side window is formed in the plate that forms the leading surface, when the wheel rotates, when it adjoins the wheel body, a through window is made, the width of which is equal to the width of this plate, and the window height is equal to the height of the non-working portion of the tooth side surface calculated for this wheel. The shelf of the L-shaped element, oriented towards the body of the wheel, is made equidistant to the first plate, and the height of this shelf is set to provide a gap between the end of this shelf from the side of the wheel body and the minimum upper level of lubricant of the oil bath.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых 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 drawings, which depict: 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 чертежах показаны: тело 1 зубчатого колеса, кольцевые накладки 2 и 3, окружность 4 вершин зубчатого венца, внутренняя окружность 5 кольцевых накладок (2 и 3), окружность 6 оснований зубчатого венца, пластины 7 и 9, наружные (боковые) поверхности 8 и 10 пластин (7 и 9), полки 11 и 13 Г-образного элемента, вершина 12 зуба; полость 14 полого зуба, заполняемая смазочным материалом; высота H зуба (зубчатого венца); высота C₁ окна в пластине (7); зазоры С₂ и С₃; высота h₁ полки (13) Г-образного элемента; расстояние h₂ между полкой (13) и телом (1) колеса; направление вращения ω колеса.The drawings show: the body 1 of the gear wheel, ring linings 2 and 3, the circumference of 4 vertices of the ring gear, the inner circumference of 5 ring plates (2 and 3), the circumference 6 of the base of the ring gear, plates 7 and 9, the outer (side) surfaces 8 and 10 plates (7 and 9), shelves 11 and 13 of the L-shaped element, top 12 of the tooth; cavity 14 of the hollow tooth, filled with lubricant; the height H of the tooth (ring gear); height C _{1 of the} window in the plate (7); clearances C ₂ and C ₃ ; height h _{1 of the} shelf (13) of the L-shaped element; the distance h ₂ between the shelf (13) and the body (1) of the wheel; direction of rotation ω of the wheel.

Зубчатое колесо содержит тело 1, пару кольцевых накладок 2 и 3, укрепленных на торцах тела колеса, наружный диаметр которых равен диаметру окружности вершин 4 зубчатого венца колеса, а их внутренний диаметр (5) - меньше диаметра окружности 6 оснований зубчатого венца, и зубчатый венец, выполненный из полых зубьев высотой Н. Каждый зуб выполнен из пары изогнутых пластин, образующих боковые поверхности зубьев и закрепленных между внутренними торцами кольцевых накладок 2 и 3. В каждой пластине (7), образующей опережающую - при вращении ω колеса - боковую поверхность 8 зуба, на участке ее примыкания к телу 1 колеса, выполнено сквозное окно; ширина этого окна равна ширине пластины 7 (ширине зубчатого венца колеса), а высота этого окна равна высоте нерабочего участка C₁ боковой поверхности 8 зуба, расчетного для данного колеса. Вторая пластина (9), образующая отстающую боковую поверхность 10 зуба, снабжена Г-образным элементом шириной, равной ширине этой пластины. Одна полка (11) этого элемента закреплена на пластине 9 в районе окружности вершин 4 зубчатого венца, с образованием вершины 12 зуба, с зазором С₂ между полкой 11 и пластиной 7. А другая полка (13), высотой h₁ ориентирована в сторону тела (1) колеса и расположена эквидистантно пластине 7. Расстояние между полкой 13 и телом (1) колеса равно h₂; это расстояние задано с учетом образования зазора С₃ между полкой 13 и верхним уровнем ВУ жидкого смазочного материала масляной ванны. Внутренние поверхности полок 11 и 13, пластины 9 и кольцевых накладок 2 и 3 образуют полость 14, заполняемую смазочным материалом из масляной ванны.The gear wheel contains a body 1, a pair of annular linings 2 and 3, mounted on the ends of the wheel body, the outer diameter of which is equal to the diameter of the circumference of the tops 4 of the gear ring, and their inner diameter (5) is less than the diameter of the circle 6 of the base of the ring gear, and the ring gear made of hollow teeth with a height of N. Each tooth is made of a pair of curved plates that form the side surfaces of the teeth and are fixed between the inner ends of the annular overlays 2 and 3. In each plate (7) that forms the leading - when the wheel ω rotates - side voy surface 8 of the tooth, in the area of its abutment to the body of the wheel 1, a through window is made; the width of this window is equal to the width of the plate 7 (the width of the gear rim of the wheel), and the height of this window is equal to the height of the inoperative section C _{1 of the} side surface 8 of the tooth, calculated for this wheel. The second plate (9), which forms the lagging side surface 10 of the tooth, is equipped with a L-shaped element with a width equal to the width of this plate. One shelf (11) of this element is fixed to the plate 9 near the circumference of the gear ring vertex 4, to form the apex of a tooth 12 with a clearance C ₂ between the flange 11 and the plate 7. The other shelf (13), the height h ₁ is oriented towards the body (1) the wheels and is located equidistant to the plate 7. The distance between the shelf 13 and the body (1) of the wheel is h ₂ ; this distance is set taking into account the formation of a gap C ₃ between the shelf 13 and the upper level of the hydraulic unit of the liquid lubricant of the oil bath. The inner surfaces of the shelves 11 and 13, the plate 9 and the annular linings 2 and 3 form a cavity 14, filled with lubricant from the oil bath.

При работе колеса в передаче и его вращении (ω) все зубья зубчатого венца поочередно периодически погружаются в жидкий смазочный материал масляной ванны. При этом смазочный материал затекает в полости полых зубьев через зазоры С₂ в области вершин 12 зубьев (когда зубья погружены в масляную ванну и их вершины ориентированы вниз по вертикали). Смазочный материал заполняет часть полостей полых зубьев - полости 14, образованные внутренними поверхностями пластин 9, полок 13 и кольцевых накладок 2 и 3. При дальнейшем проворачивании колеса зубья переориентируются своими вершинами 12 вверх по вертикали; и смазочный материал, захваченный полостями 14 зубьев, вытекает из полых зубьев через сквозные окна в пластинах 7 (высотой C₁), заполняя впадины между соседними зубьями и смазывая боковые (трущиеся) поверхности этих зубьев.When the wheel is in gear and its rotation (ω), all the teeth of the ring gear are periodically immersed periodically in the liquid lubricant of the oil bath. In this case, the lubricant flows into the cavity of the hollow teeth through the gaps C ₂ in the region of the vertices of the 12 teeth (when the teeth are immersed in the oil bath and their vertices are oriented downward vertically). The lubricant fills part of the cavities of the hollow teeth — the cavities 14 formed by the internal surfaces of the plates 9, the shelves 13 and the annular linings 2 and 3. With further rotation of the wheel, the teeth reorient their vertices 12 upward; and the lubricant captured by the cavities of the 14 teeth flows out of the hollow teeth through the through holes in the plates 7 (C ₁ high), filling the cavities between the adjacent teeth and lubricating the side (friction) surfaces of these teeth.

По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет образовывать участки объемов полостей зубьев, заполняемых смазочным материалом, достаточными для захватывания ими достаточного количества смазочного материала, идущего на смазывание трущихся поверхностей зубьев. Кроме того, выполнение сквозных выливных окон (по всей ширине зубьев) вместо совокупности сквозных отверстий, служащих для опорожнения полостей зубьев, заполненных смазочным материалом, позволяет опорожнять полости зубьев своевременно, до подхода зубьев к зоне зацепления с зубьями парного зубчатого колеса. А выполнение высоты этих окон равной высоте нерабочих участков боковых поверхностей зубьев учитывает то, что эти участки в зацеплении не участвуют и зубьями парного колеса не перекрываются. Выполнение полок Г-образных элементов, обращенных в сторону тела колеса и образующих объемы, заполняемые смазочным материалом, эквидистантными криволинейным пластинам, образующим боковые (набегающие) поверхности зубьев, позволяет оптимизировать объем полостей, заполняемых смазочным материалом. А выполнение необходимого зазора между концами Г-образных элементов, обращенных в сторону тела колеса, и минимальным верхним уровнем смазочного материала масляной ванны позволяет осуществлять заполнение полостей зубьев смазочным материалом при минимальном этом уровне, что позволяет, при проворачивании колеса в зону зацепления с парным колесом, осуществлять перенос смазочного материала в эту зону и обеспечить ее нормальное смазывание. Укорачивание высоты полок Г-образных элементов, обращенных в сторону тела колеса, и тем самым уменьшение объема полостей зубьев, заполняемых смазочным материалом, не ухудшает процесс смазывания, т.к. заполняемый смазочным материалом объем полых зубьев достаточно велик, чтобы захватить из масляной ванны достаточное количество смазочного материала, особенно при крупномодульных зубьях большой высоты (Н).Compared with the prototype, the proposed design of the gear wheel allows you to form sections of the volume of the cavities of the teeth filled with lubricant sufficient to capture them with a sufficient amount of lubricant, which is used to lubricate the friction surfaces of the teeth. In addition, the implementation of through pouring windows (across the entire width of the teeth) instead of a set of through holes that serve to empty the tooth cavities filled with lubricant, allows the tooth cavities to be emptied in a timely manner, before the teeth approach the area of engagement with the teeth of the pair of gears. And the execution of the height of these windows equal to the height of non-working sections of the tooth flanks takes into account the fact that these sections do not participate in the engagement and do not overlap with the teeth of the twin wheels. The execution of the shelves of the L-shaped elements facing the wheel body and forming volumes filled with lubricant, equidistant curved plates forming the lateral (running) surfaces of the teeth, allows you to optimize the volume of cavities filled with lubricant. And the necessary clearance between the ends of the L-shaped elements facing the wheel body and the minimum upper level of the lubricant of the oil bath allows filling the tooth cavities with lubricant at this minimum, which allows, when turning the wheel into the engagement zone with the pair of wheels, carry out the transfer of lubricant to this zone and ensure its normal lubrication. Shortening the height of the shelves of the L-shaped elements facing the wheel body, and thereby reducing the volume of the tooth cavities filled with lubricant, does not impair the lubrication process, since the volume of hollow teeth filled with lubricant is large enough to capture a sufficient amount of lubricant from the oil bath, especially with large-modular teeth of high height (N).

Claims

A gear wheel, mainly coarse-grained, non-reversible low-speed gear, lubricated by immersion in liquid lubricant, containing a body, a pair of ring linings mounted on the ends of the body, the outer diameter of which is equal to the diameter of the circumference of the tops of the ring gear, and each ring gear made of hollow teeth, each tooth made of a pair of curved plates forming the lateral surfaces of the teeth and fixed between the inner ends of the annular overlays, in a curved plate forming ahead of rotation and a gear wheel has a side surface, at the site of its contact with the gear body, at least one through hole is made along the width of the curved plate, the second curved plate is provided with a L-shaped element with a width equal to the width of the second curved plate, one shelf of the L-shaped element is fixed on a second curved plate in the circumference of the tops of the ring gear with the formation of a gap between the L-shaped element and the first curved plate, and the other shelf is oriented towards the body of the gear wheel with the development of a gap relative to it, characterized in that the width of the through hole, which is the through window, is equal to the width of the first curved plate, the height of the through window is equal to the height of the inoperative portion of the tooth lateral surface calculated for a given gear wheel, L-shaped shelf oriented to the side the body of the gear, is made equidistant to the first curved plate, and the height of the said shelf is set to provide a gap between its end on the side of the body of the gear and the minimum top m level of lubricant oil bath.