RU2632378C1

RU2632378C1 - Gear wheel

Info

Publication number: RU2632378C1
Application number: RU2016126641A
Authority: RU
Inventors: Николай Викторович Мендрух
Original assignee: Николай Викторович Мендрух
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2017-10-04

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: gear wheel has a body, a gear ring with hollow teeth, and a pair of circular linings fixed on the ends of the wheel body, between which plates are fixed forming gear ring teeth. Each tooth in each plate has a pair of cuts with a width equal to half the tooth width and located symmetrically with respect to the ring linings. One cut in each plate is adjacent to the wheel body and its height is equal to the sum of the height of the non-working portion of the side surface and the height of the working portion of the side surface on the body side operating in the dual-pair engagement mode. The second cut is adjacent to the tooth vertex and its height is equal to the height of the working section from the side of the tooth vertex operating in the dual-pair engagement mode. There is an insert inside the cavity of each tooth. The insert has a cross-section in the rotation plane of the V-shaped wheel overlapping the cuts in the plates and fixed by its shelves on the inner surfaces of the plates. The shelf mounted on a lagging plate adjoins the wheel body, and the shelf mounted on advancing plate has a gap relative to the body.

EFFECT: improved quality of gear wheel lubrication, and reduced manufacturing costs.

3 dwg

Description

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

Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями (см., например, «Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1985. - 416 с., ил.», стр. 42, рис. 5.1).A gear wheel is known that contains a body and a ring gear with teeth (see, for example, “Dunaev PF, Lelikov OP. Designing of units and parts of machines: Textbook for mechanical engineering. Special universities. - 4th ed. ., revised and additional - M: Higher school, 1985. - 416 p., ill. ", p. 42, Fig. 5.1).

Недостаток данной конструкции зубчатого колеса состоит в том, что при работе его со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения количество смазочного материала, захватываемое из масляной ванны боковыми (трущимися) поверхностями зубьев зубчатого колеса, может быть недостаточным для обеспечения достаточного смазывания этих поверхностей в процессе работы колеса в передаче, что будет интенсифицировать изнашивание этих поверхностей, способное привести к выходу колеса из строя.The disadvantage of this design of the gear wheel is that when it is lubricated with liquid lubricant by immersion, the amount of lubricant captured from the oil bath by the side (friction) surfaces of the gear teeth may not be sufficient to ensure sufficient lubrication of these surfaces during operation of the wheel in the transmission, which will intensify the wear of these surfaces, which can lead to the failure of the wheel.

В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса по патенту на изобретение РФ №2536286, кл. F16H 55/10, F16H 55/17, F16H 57/04, опубл. 20.12.2013 г., Бюл. №35. Сущность его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из полых зубьев, состоящих из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилям боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок, наружный диаметр которых равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, укрепленных на торцах тела, и между которыми и на теле колеса укреплены пластины, образующие зубья. У каждого зуба в пластине, являющейся опережающей по ходу вращения колеса, в области ее примыкания к телу, выполнены сквозные отверстия. На конце другой пластины, являющейся отстающей, со стороны окружности вершин зубчатого венца и между кольцевыми накладками, укреплен Г-образный элемент, одна полка которого параллельна вершине зуба и расположена с зазором относительно опережающей пластины, а вторая полка ориентирована в сторону тела и выполнена с зазором относительно него. При погружении каждого зуба в масляную ванну с жидким смазочным материалом, когда этот зуб ориентирован своей вершиной вниз по вертикали, смазочный материал затекает в полость зуба -через зазор между Г-образным элементом и опережающей пластиной в области вершины зуба. При проворачивании колеса в сторону зацепления с парным зубчатым колесом и выходе зубьев из масляной ванны смазочный материал удерживается в объемах полостей зубьев, образованных отстающими пластинами, кольцевыми накладками и Г-образными элементами. При дальнейшем проворачивании колеса смазочный материал вытекает из этих объемов через сквозные отверстия в опережающих пластинах, попадая в область впадин зубьев, ограниченных с торцов кольцевыми накладками, которые совместно образуют масляные ванны, посредством которых (при их заполнении вытекшим смазочным материалом) происходит смазывание боковых (трущихся) поверхностей зубьев колеса, а также и боковых (трущихся) поверхностей зубьев парного зубчатого колеса при их погружении в масляную ванну. Это позволяет осуществить дополнительное смазывание зубьев парных сопряженных колес, что значительно снижает процесс их изнашивания.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. 12/20/2013, Bull. Number 35. Its essence lies in the fact that the gear wheel contains a body, a ring gear with hollow teeth, each of which is made of hollow teeth, consisting of a pair of rectangular plates, curved along the profiles of the side surfaces of the tooth, calculated for this wheel, and a pair of ring overlays, the outer the diameter of which is equal to the diameter of the circumference of the tops of the ring gear, mounted on the ends of the body, and between which and on the body of the wheel are plates forming the teeth. Through each hole in each plate, which is ahead in the direction of rotation of the wheel, through holes are made in the region of its adjacency to the body. At the end of another plate, which is lagging, on the circumference of the tops of the ring gear and between the ring plates, a L-shaped element is fixed, one shelf of which is parallel to the top of the tooth and is located with a gap relative to the leading plate, and the second shelf is oriented towards the body and made with a gap regarding him. When each tooth is immersed in an oil bath with liquid lubricant, when this tooth is oriented with its top down vertically, the lubricant flows into the tooth cavity through the gap between the L-shaped element and the leading plate at the top of the tooth. When the wheel is rotated in the direction of engagement with the pair of gears and the teeth exit the oil bath, the lubricant is held in the volumes of the tooth cavities formed by the lagging plates, ring linings and L-shaped elements. With further rotation of the wheel, the lubricant flows out of these volumes through the through holes in the leading plates, falling into the region of the tooth depressions bounded by ring linings at the ends, which together form oil baths, through which (when they are filled with leaked lubricant), side (friction) lubrication ) the surfaces of the teeth of the wheel, as well as the side (friction) surfaces of the teeth of the paired gears when they are immersed in an oil bath. This allows additional lubrication of the teeth of the paired mating wheels, which significantly reduces the process of wear.

Недостаток прототипа состоит в том, что пластины, образующие боковые поверхности зубьев, имеют определенную толщину, вследствие этого при определенной конструкции зубьев и определенной толщине этих пластин между ними может не быть зазора, а пластины своими концами в области вершин зубчатого венца могут примыкать друг к другу, образуя своими сомкнутыми концами вершины зубьев. При этом затекание смазочного материала в полости зубьев через область вершин зубьев осуществлено быть не может. Кроме того, два участка каждой боковой поверхности зуба, один из которых расположен со стороны тела колеса, а второй расположен со стороны вершины зуба, работают в режиме двухпарного зацепления (участок в области полюса зацепления работает в режиме однопарного зацепления), следовательно, контактные нагрузки, действующие на эти два участка, вдвое меньше, чем на участке с однопарным зацеплением. Поэтому выполнять боковые поверхности зубьев одинаковыми по ширине нецелесообразно, т.к. это приводит к перерасходу материала, идущего на изготовление этих поверхностей и увеличение издержекна изготовление колеса в целом.The disadvantage of the prototype is that the plates forming the side surfaces of the teeth have a certain thickness, as a result of which, with a certain design of the teeth and a certain thickness of these plates, there may be no gap between them, and the plates with their ends in the area of the tops of the ring gear can adjoin each other forming the tips of the teeth with their closed ends. In this case, the flow of lubricant in the cavity of the teeth through the region of the tops of the teeth cannot be carried out. In addition, two sections of each tooth lateral surface, one of which is located on the side of the wheel body, and the second is located on the side of the tooth apex, operate in two-pair engagement (the area in the region of the engagement pole operates in single-pair engagement), therefore, contact loads, acting on these two sites, half as much as on the site with single-pair gearing. Therefore, it is impractical to make the lateral surfaces of the teeth the same in width, because this leads to cost overruns going to the manufacture of these surfaces and an increase in the cost of manufacturing the wheel as a whole.

Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижения издержек на его изготовление, с обеспечением оптимального его смазывания.The invention solves the problem of optimizing the design of the gear wheel and reducing the cost of its manufacture, while ensuring its optimal lubrication.

Для этого зубчатое колесо содержит тело и зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин, изогнутых по профилю боковых поверхностей зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок, наружный диаметр которых равен диаметру окружности зубчатого венца, укрепленных на торцах тела, и между которыми и на теле колеса укреплены пластины. У каждого зуба в пластине, являющейся опережающей по ходу вращения колеса, в области ее примыкания к телу выполнено сквозное отверстие. Причем сквозное отверстие выполнено в виде вырезанного участка этой пластины, прилегающего к телу колеса. Ширина этого участка равна половине ширины зуба, а высота этого участка равна сумме высоты нерабочего участка боковой поверхности и высоты рабочего участка боковой поверхности со стороны тела колеса, работающего в режиме двухпарного зацепления. Участок аналогичной ширины вырезан в опережающей пластине со стороны вершины зуба, высота выреза равна высоте рабочего участка боковой поверхности со стороны вершины зуба, работающего в режиме двухпарного зацепления. Оба выреза расположены симметрично относительно кольцевых накладок. Аналогичные вырезы выполнены и в отстающих пластинах зубьев. В полости каждого зуба расположена вставка, имеющая в плоскости вращения колеса сечение Л-образной формы, укрепленная своими полками на внутренних поверхностях пластин, образующих зуб, и перекрывающая своими полками вырезы в этих пластинах. Полка вставки, укрепленная на отстающей пластине, примыкает к телу колеса, а полка вставки, укрепленная на опережающей пластине, выполнена с зазором относительно тела колеса; а высота зазора соизмерима с высотой выреза в этой пластине со стороны тела колеса.To this end, the gear wheel contains a body and a gear ring with hollow teeth, each of which is made of a pair of rectangular plates curved along the profile of the tooth tooth flanks, calculated for this wheel, and a pair of ring plates, the outer diameter of which is equal to the diameter of the circumference of the gear ring mounted on the ends of the body, and between which and on the body of the wheel plates are fixed. For each tooth in the plate, which is ahead in the direction of rotation of the wheel, a through hole is made in the region of its adjacency to the body. Moreover, the through hole is made in the form of a cut out portion of this plate adjacent to the body of the wheel. The width of this section is equal to half the width of the tooth, and the height of this section is equal to the sum of the height of the inoperative section of the side surface and the height of the working section of the side surface from the side of the wheel body operating in double-pair engagement mode. A section of a similar width is cut in the leading plate from the top of the tooth, the height of the cut is equal to the height of the working section of the side surface from the side of the top of the tooth, operating in double pair engagement mode. Both cutouts are located symmetrically relative to the annular linings. Similar cuts are made in the lagging tooth plates. An insert is located in the cavity of each tooth, having an L-shaped cross section in the plane of rotation of the wheel, reinforced with its shelves on the inner surfaces of the plates forming the tooth, and overlapping cutouts in these plates with its shelves. The insert shelf mounted on the lagging plate adjoins the wheel body, and the insert shelf mounted on the leading plate is made with a gap relative to the wheel body; and the height of the gap is commensurate with the height of the cutout in this plate from the side of the wheel body.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса с местным разрезом - вид с торца (фиг. 1) и разрез данного фрагмента - вид сбоку (фиг. 2 и 3).The invention is illustrated by drawings, which depict: a fragment of a gear wheel with a local cut - end view (Fig. 1) and a section of this fragment is a side view (Fig. 2 and 3).

На чертежах показаны: тело 1 зубчатого колеса, пластины 2 и 3, боковые поверхности 4 и 5 зубьев, кольцевые накладки 6 и 7, наружный периметр 8 накладок, внутренний периметр 9 накладок, окружность 10 впадин зубчатого венца, полки 11 и 12 вставки, полость 13; высота Н зубьев; толщина C₁ пластин 2 и 3; ширина В пластин 2 и 3 (ширина зубьев); направление вращения ω колеса; высоты h₁ и h₃ вырезов; высота h₄ нерабочего участка боковой поверхности зуба; высоты h₂ и h₃ рабочего участка боковой поверхности с двухпарным зацеплением; высота h₄ рабочего участка боковой поверхности с однопарным зацеплением; толщина С₂ полок вставки; ширина

вершины зуба; ширина

концов пластин 2 и 3 по окружности вершин зубчатого венца, зазор Δ.The drawings show: the body 1 of the gear wheel, the

plate

2 and 3, the side surfaces of the 4 and 5 teeth, the

ring lining

6 and 7, the outer perimeter 8 of the lining, the inner perimeter of the 9 lining, the circumference 10 of the depressions of the ring gear, the

shelf

11 and 12 insert cavity 13; tooth height H; thickness C _{1 of} plates 2 and 3; width B of plates 2 and 3 (tooth width); direction of rotation ω of the wheel; heights h ₁ and h ₃ cutouts; height h ₄ inoperative portion of the tooth lateral surface; heights h ₂ and h _{3 of the} working section of the side surface with two-pair engagement; height h _{4 of the} working section of the side surface with single-pair engagement; thickness C ₂ shelves of the insert; width

tops of a tooth; width

the ends of the

plates

2 and 3 around the circumference of the tops of the ring gear, the gap Δ.

Зубчатое колесо содержит тело 1, зубчатый венец с полыми зубьями высотой Н, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин 2 и 3 толщиной С₁, изогнутых по профилям боковых поверхностей 4 и 5 зуба, расчетного для данного колеса, и пары кольцевых накладок 6 и 7, диаметр наружного периметра 8 которых равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, диаметр внутреннего периметра 9 накладок меньше диаметра окружности 10 впадин зубчатого венца. Накладки укреплены на торцах тела 1. Между накладками 6, 7 и на теле 1 колеса укреплены зубья колеса (пластины 2 и 3, образующие зубья колеса). В обеих пластинах (2 и 3), образующих каждый зуб, выполнена пара вырезов, ширина которых равна В/2 (половине ширины В зуба); вырезы расположены симметрично относительно кольцевых накладок 6, 7 и выполнены симметрично относительно плоскости симметрии зуба. В каждой пластине (2 или 3) один вырез примыкает к телу колеса и его высота равна сумме высоты нерабочего участка боковой поверхности зуба и высоте рабочего участка боковой поверхности со стороны тела, работающего в режиме двухпарного зацепления. Второй вырез примыкает к вершине зуба, и его высота равна высоте рабочего участка боковой поверхности со стороны вершины зуба с двухпарным зацеплением. Внутри полости каждого зуба расположена вставка, имеющая в плоскости вращения колеса сечение Л-образного вида, перекрывающая вырезы в пластинах и укрепленная своими полками 11 и 12 на внутренних поверхностях пластин 2 и 3, образующих зуб. Полка 11, укрепленная на пластине 3, примыкает к телу 1 колеса; полка 12, укрепленная на пластине 2, выполнена с зазором Δ относительно тела 1 колеса. Внутренние поверхности полок 11, 12 и кольцевых накладок 6, 7 образуют полость 13 зуба, открытую с одной стороны - через зазор Δ.The gear wheel contains a body 1, a ring gear with hollow teeth of height H, each of which is made of a pair of rectangular plates 2 and 3 of thickness C ₁ , curved along the profiles of the side surfaces 4 and 5 of the tooth, calculated for this wheel, and a pair of ring plates 6 and 7, the diameter of the outer perimeter 8 of which is equal to the diameter of the circumference of the tops of the ring gear, the diameter of the inner perimeter 9 of the overlays is less than the diameter of the circle 10 of the cavities of the ring gear. The pads are mounted on the ends of the body 1. Between the pads 6, 7 and on the body 1 of the wheel, the teeth of the wheel are fixed (plates 2 and 3 forming the teeth of the wheel). In both plates (2 and 3) that form each tooth, a pair of cuts is made, the width of which is equal to B / 2 (half the width of the tooth B); cutouts are located symmetrically relative to the annular overlays 6, 7 and are made symmetrically relative to the plane of symmetry of the tooth. In each plate (2 or 3), one cutout is adjacent to the wheel body and its height is equal to the sum of the height of the inoperative portion of the tooth lateral surface and the height of the working portion of the lateral surface from the side of the body operating in the double-pair engagement mode. The second cut is adjacent to the top of the tooth, and its height is equal to the height of the working section of the lateral surface from the top of the tooth with two-pair engagement. Inside the cavity of each tooth there is an insert with an L-shaped cross section in the plane of rotation of the wheel, overlapping cutouts in the plates and reinforced with its shelves 11 and 12 on the inner surfaces of the plates 2 and 3 forming the tooth. The shelf 11, mounted on the plate 3, is adjacent to the body 1 of the wheel; the shelf 12, mounted on the plate 2, is made with a gap Δ relative to the body 1 of the wheel. The inner surfaces of the shelves 11, 12 and the annular overlays 6, 7 form the cavity 13 of the tooth, open on one side through the gap Δ.

При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения и вращения со колеса, все зубья колеса поочередно погружаются в смазочный материал масляной ванны, при этом зубья ориентированы вершинами вниз по вертикали. При этом смазочный материал через вырез в пластине 2 (в области оснований зубьев) и зазор Δ затекает в полости 13 зубьев, заполняя их. При дальнейшем проворачивании колеса и выходе зубьев из масляной ванны смазочный материал удерживается в полостях 13. При дальнейшем проворачивании колеса в сторону зоны зацепления зубьев колеса с зубьями парного колеса смазочный материал вытекает через вышеуказанные зазоры и вырезы и поступает в области впадин зубчатого венца колеса, ограниченные с торцов кольцевыми накладками 6 и 7, эти области, заполняемые смазочным материалом, выполняют функцию масляных ванн, из которых осуществляется смазывание боковых (трущихся) поверхностей зубьев колеса, а также боковых (трущихся) поверхностей зубьев парного зубчатого колеса при их погружении в эти впадины, заполненные смазочным материалом. Смазывание таким образом трущихся поверхностей зубьев обоих парных зубчатых колес позволяет значительно снизить изнашивание этих поверхностей.When the wheel is lubricated with liquid lubricant by immersion and rotation from the wheel, all the teeth of the wheel are alternately immersed in the lubricant of the oil bath, while the teeth are oriented vertically downward. In this case, the lubricant through the cutout in the plate 2 (in the region of the tooth bases) and the gap Δ flows into the cavity 13 of the teeth, filling them. With further rotation of the wheel and the exit of the teeth from the oil bath, the lubricant is held in the cavities 13. With further rotation of the wheel towards the zone of engagement of the teeth of the wheel with the teeth of the twin wheels, the lubricant flows out through the above clearances and cutouts and enters into the recesses of the gear rim limited to the ends of the annular linings 6 and 7, these areas filled with lubricant, perform the function of oil baths, from which the tooth is lubricated side (rubbing) surfaces wheels, as well as the lateral (friction) surfaces of the teeth of a pair of gears when they are immersed in these cavities filled with lubricant. The lubrication of the friction surfaces of the teeth of both paired gears in this way can significantly reduce the wear of these surfaces.

По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет снизить издержки на его изготовление (за счет выполнения вырезов в боковых поверхностях зубьев - пластинах 2 и 3, с учетом парности зацепления этих поверхностей, и снижения расхода материала на их изготовление); при этом (за счет обеспечения заполняемости полостей зубьев наличием вставок) обеспечивается оптимальное смазывание трущихся поверхностей зубьев колеса (а также и зубьев парного зубчатого колеса).Compared with the prototype, the proposed design of the gear wheel allows to reduce the cost of its manufacture (due to cuts in the lateral surfaces of the teeth - plates 2 and 3, taking into account the pairing of meshing of these surfaces, and reduce the consumption of material for their manufacture); at the same time (by ensuring the filling of the tooth cavities with the presence of inserts), optimal lubrication of the friction surfaces of the teeth of the wheel (as well as the teeth of the pair of gears) is ensured.

Claims

A gear wheel, predominantly lubricated with liquid lubricant by immersion, containing a body, a ring gear with hollow teeth, each of which is made of a pair of rectangular plates curved along the profiles of the side surfaces calculated for a given gear wheel of the tooth, and a pair of ring linings, the outer diameter of which is equal to the diameter of the circumference of the tops of the gear rim, mounted on the ends of the body and between which and on the body of the gear wheel reinforced plates, characterized in that in the plates, which are ahead of in the direction of rotation of the gear, in the area of their adjacency to the body, through cuts are made with a width equal to half the width of the tooth, the height of the cut is equal to the sum of the height of the inoperative portion of the tooth lateral surface and the height of the working portion of the lateral surface when operating in two-pair gearing from the side of the gear body, cut the same width is made from the top of the tooth, the height of the cut is equal to the height of the working section of the lateral surface from the side of the top of the tooth, when working in double pair engagement, both cuts are located They are symmetrical with respect to the annular overlays, symmetrically similar cuts are made in the plates of each tooth, which are lagging along the rotation of the gear, in the cavity of each tooth there is an insert with an L-shaped cross section in the plane of rotation of the wheel, overlapping cuts in all the plates and reinforced with shelves on the inner surfaces of all the plates, while the shelf mounted on the plate, which is lagging in the direction of rotation of the gear, adjoins the body of the gear, and the shelf, reinforced I on a plate, which is advanced in the course of rotation of the toothed wheel is formed with a gap relative to the body.