RU2637573C1

RU2637573C1 - Gear wheel

Info

Publication number: RU2637573C1
Application number: RU2016125497A
Authority: RU
Inventors: Николай Викторович Мендрух
Original assignee: Николай Викторович Мендрух
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2017-12-05

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: gear wheel contains a body, a pair of annular linings and a gear rim with hollow teeth, each of which is made of a pair of rectangular plates. In the advancing plate there is a cut adjacent to the wheel body. The width of the cut is equal to a half the plate width, and the height is equal to the sum of height of non-working portion of the tooth side surface and the surface section operating in double-paired engagement mode and located on the wheel body side. A cut of similar width is provided in said plate and on the tooth apex side, in the area of the side surface section operating in double-paired engagement mode. All cuts are arranged symmetrically relative to both circular linings. On the inner side of the lagging plate and on both inner surfaces of the ring linings, with a clearance relative to the circumference of the tooth rim apexes, there is a flat partition equidistant to advancing plate and made with clearance relative to said plate and with clearance relative to the wheel body. In the lagging plate, in the area of the tooth apex, there is a cut with a width and arrangement with respect to circular linings similar to the cuts in the advancing plate. The bottom of said cut coincides in height with the apex of the flat partition. A reinforcing bridge is made in the advancing plate, in the area of tooth apex, in the form of a part of uncut advancing plate.

EFFECT: improved quality of gear wheel lubrication.

3 dwg

Description

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

Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями - см., например, «Заплетохин В.А. Конструирование деталей механических устройств: Справочник. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. - 669 с.: ил.», стр. 467.A gear wheel is known that contains a body and a ring gear with teeth - see, for example, “V. Zapletokhin. Design of parts of mechanical devices: Reference. - L .: Mechanical engineering. Leningra. Department, 1990. - 669 p.: ill. ”, p. 467.

Недостаток данного зубчатого колеса состоит в том, что жидкий смазочный материал, захватываемый зубьями колеса, нуждающимися в смазывании, из масляной ванны, в процессе переворачивания колеса в зону зацепления с вышерасположенным парным зубчатым колесом, стекает с зубьев колеса. И, вследствие этого, в зону зацепления попадает недостаточное количество смазочного материала, что приводит к интенсификации изнашивания сопряженных зубьев парных зубчатых колес.The disadvantage of this gear wheel is that the liquid lubricant captured by the teeth of the wheel in need of lubrication from the oil bath, in the process of turning the wheel into the engagement zone with the upstream pair of gears, flows from the gear teeth. And, as a result of this, an insufficient amount of lubricant gets into the engagement zone, which leads to intensification of wear of the mating teeth of paired gears.

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 его состоит в том, что зубчатое колесо содержит тело, пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела и зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых образован парой прямоугольных пластин, изогнутых по профилю боковых поверхностей расчетного для данного колеса зуба, закрепленных между торцевыми накладками и на теле колеса и образующих на пару профиль, идентичный профилю боковых поверхностей расчетного зуба. В набегающей по ходу вращения колеса пластине, в месте ее примыкания к телу, выполнены сквозные отверстия. Внутри полости зуба расположен Г-образный элемент шириной, равной ширине зубчатого венца. Одна полка элемента закреплена в районе окружности вершин зубьев зубчатого венца на внутренней стороне отстающей по ходу вращения колеса пластине, с зазором относительно другой пластины; а вторая полка элемента ориентирована в сторону окружности впадин зубьев зубчатого венца, с образованием зазоров относительно набегающей пластины и телом колеса. При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом, при вращении колеса и погружении зубьев в масляную ванну, зубья обращены своими вершинами вниз по вертикали и смазочный материал затекает в полости зубьев - через зазоры в области вершин зубьев и, при дальнейшем проворачивании колеса и выходе зубьев из масляной ванны, удерживается в полостях зубьев, образованных Г-образным элементом, внутренней поверхностью отстающей пластины и внутренними торцами кольцевых накладок. При дальнейшем проворачивании колеса и подходе зубьев, в полостях которых находится смазочный материал, к зоне зацепления с вышерасположенным зубчатым колесом, этот смазочный материал вытекает из полостей зубьев - через зазоры между набегающими пластинами и телом колеса - и попадает во впадины зубчатого венца, закрытые с торцов кольцевыми накладками, и смазывает зубья обоих парных колес.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. Its essence lies in the fact that the gear wheel contains a body, a pair of annular linings mounted on the ends of the body and a ring gear with hollow teeth, each of which is formed by a pair of rectangular plates bent along the profile of the side surfaces of the tooth for the given tooth, fixed between the end plates and on the body of the wheel and forming a pair profile, identical to the profile of the side surfaces of the calculating tooth. Through holes in the plate running along the rotation of the wheel, in the place of its contact with the body, through holes are made. Inside the tooth cavity there is a L-shaped element with a width equal to the width of the ring gear. One shelf of the element is fixed in the region of the circumference of the tops of the teeth of the ring gear on the inner side of the plate lagging along the rotation of the wheel, with a gap relative to the other plate; and the second shelf of the element is oriented in the direction of the circumference of the valleys of the teeth of the ring gear, with the formation of gaps relative to the oncoming plate and the wheel body. When the wheel is lubricated with liquid lubricant, when the wheel rotates and the teeth are immersed in the oil bath, the teeth face their vertices down and the lubricant flows into the tooth cavities through the gaps in the area of the tooth tops and, when the wheel rotates further and the teeth exit oil bath is held in the cavities of the teeth formed by the L-shaped element, the inner surface of the lagging plate and the inner ends of the ring plates. With further rotation of the wheel and the approach of the teeth, in the cavities of which the lubricant is located, to the area of engagement with the upstream gear, this lubricant flows from the cavities of the teeth - through the gaps between the oncoming plates and the wheel body - and enters the valleys of the gear ring closed from the ends ring overlays, and lubricates the teeth of both twin wheels.

Недостаток прототипа состоит в том, что пластины, образующие боковые поверхности полых зубьев, имеют определенную толщину, величина которой задается из условия обеспечения жесткости и прочности этих пластин при зацеплении с зубьями парного зубчатого колеса. Вследствие этого, между пластинами, образующими на пару боковые поверхности зуба, между их верхними концами по линии окружности вершин зубчатого венца, на месте отсутствующих вершин зубьев, могут быть зазоры, величина которых будет недостаточной для обеспечения нормального заполнения полостей зубьев, или же - зазоров может не быть вообще - при малой величине толщины зубьев в области окружности зубчатого венца. Кроме того, боковые поверхности зубьев при работе в зацеплении с зубьями парного зубчатого колеса нагружены неравномерно по своей высоте: в районе полосы зацепления имеет место однопарное зацепление зубьев, а в районе вершин и оснований зубьев имеет место двухпарное зацепление. Поэтому выполнение боковых поверхностей одинаковыми по всей высоте зубьев приводит к неоправданному перерасходу материала, идущего на их изготовление.The disadvantage of the prototype is that the plates forming the side surfaces of the hollow teeth have a certain thickness, the value of which is set from the condition for ensuring the rigidity and strength of these plates when engaged with the teeth of a pair of gears. As a result of this, there may be gaps between the plates pairing the lateral surfaces of the tooth, between their upper ends along the circle of the tops of the toothed rim, in the place of the missing tops of the teeth, the size of which will be insufficient to ensure normal filling of the tooth cavities, or not to be at all - with a small amount of tooth thickness in the circumference of the ring gear. In addition, the lateral surfaces of the teeth when working with the teeth of a pair of gears are loaded unevenly in height: in the region of the gearing band, there is a single-pair gearing of the teeth, and in the region of the tops and bases of the teeth there is a two-pair gearing. Therefore, the execution of the lateral surfaces the same along the entire height of the teeth leads to an unjustified overspending of the material going to their manufacture.

Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса, снижения издержек на его изготовление и обеспечения качественного смазывания зубчатых колес передачи.The invention solves the problem of optimizing the design of the gear wheel, reducing the cost of its manufacture and ensuring high-quality lubrication of the gears of the transmission.

Для этого зубчатое колесо содержит тело, пару кольцевых накладок, укрепленных на торцах тела, и зубчатый венец с полыми зубьями, каждый из которых выполнен из пары прямоугольных пластин, изогнутых по наружному профилю боковых поверхностей расчетного для данного колеса зуба и закрепленных между кольцевыми накладками и на теле колеса, с выполнением зазора между набегающей при вращении колеса пластиной и телом колеса. Причем этот зазор выполнен в виде выреза в набегающей пластине, ширина каждого равна половине ширины пластины, а высота его равна сумме высот нерабочего участка боковой поверхности зуба и участка этой поверхности, работающего в режиме двухпарного зацепления и расположенного со стороны тела колеса. Вырез аналогичной ширины выполнен в этой пластине и со стороны вершины зуба, на месте участка боковой поверхности, работающего в режиме двухпарного зацепления. Все вырезы расположены симметрично относительно обеих кольцевых накладок. На внутренней стороне отстающей пластины и на обеих внутренних поверхностях кольцевых накладок, с зазором относительно окружности вершин зубчатого венца, укреплена плоская перегородка, эквидистантная набегающей пластине и выполненная с зазором относительно этой пластины и с зазором относительно тела колеса. В отстающей пластине, в области вершины зуба, выполнен вырез с шириной и расположением относительно кольцевых накладок, аналогичными вырезам в набегающей пластине; низ этого выреза по высоте совпадает с верхом плоской перегородки. А в набегающей пластине, в области вершины зуба, выполнена усиливающая перемычка, в виде части невырезанной набегающей пластины.To this end, the gear wheel contains a body, a pair of annular linings mounted on the ends of the body, and a gear rim with hollow teeth, each of which is made of a pair of rectangular plates bent along the outer profile of the side surfaces calculated for this tooth wheel and fixed between the ring linings and the body of the wheel, with the gap between the plate rolling on the rotation of the wheel and the wheel body. Moreover, this gap is made in the form of a cutout in the oncoming plate, the width of each is equal to half the width of the plate, and its height is equal to the sum of the heights of the inoperative portion of the tooth lateral surface and the portion of this surface operating in two-pair engagement and located on the side of the wheel body. A cutout of a similar width is made in this plate and from the side of the tooth apex, in place of a portion of the side surface operating in the dual-pair engagement mode. All cutouts are located symmetrically with respect to both ring overlays. On the inner side of the lagging plate and on both inner surfaces of the annular linings, with a gap relative to the circumference of the tops of the ring gear, a flat partition is fixed that is equidistant to the oncoming plate and made with a gap relative to this plate and with a gap relative to the wheel body. In the lagging plate, in the region of the tooth apex, a cut is made with a width and an arrangement relative to the annular overlays, similar to the cutouts in the oncoming plate; the bottom of this cut-out coincides in height with the top of the flat partition. And in the oncoming plate, in the region of the apex of the tooth, a reinforcing bridge is made, in the form of a part of the uncutted oncoming plate.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: фрагмент зубчатого колеса - вид с торца с местным разрезом по центральной плоскости вращения колеса (фиг. 1) и тот же фрагмент - вид сбоку в разрезах (фиг. 2 и 3).The invention is illustrated by the drawing, which shows: a fragment of the gear wheel - an end view with a local section along the central plane of rotation of the wheel (Fig. 1) and the same fragment is a side view in sections (Fig. 2 and 3).

На чертеже показаны: тело 1 колеса; кольцевые накладки 2 и 3; наружный периметр 4 кольцевых накладок (окружность вершин зубчатого венца); внутренний периметр 5 кольцевых накладок; окружность 6 оснований зубчатого венца; пластины 7 и 8; набегающая боковая поверхность 9; отстающая боковая поверхность 10; перегородка 11; полость 12; перемычка 13; ширина В зубчатого венца; высота Н зуба; толщина С пластин 7 и 8; размер в вершины расчетного для данного колеса зуба; размер в₁ концов пластин 7 и 8 по окружности 4 вершин зубчатого венца; высота h_н нерабочего участка боковой поверхности 9; высота h₁ участка поверхности 9 с однопарным зацеплением; высота h₂ и h₃ участков боковой поверхности 9 с двухпарным зацеплением; расстояние h₄ от окружности 4 вершин зубчатого венца до перегородки 11; зазоры Δ₁ и Δ₂; направление вращения ω колеса.The drawing shows: the body 1 of the wheel; ring linings 2 and 3; the outer perimeter of 4 ring pads (the circumference of the tops of the ring gear); inner perimeter of 5 ring pads; circumference of 6 bases of the ring gear; plates 7 and 8; running side surface 9; lagging side surface 10; partition 11; cavity 12; jumper 13; the width of the ring gear; tooth height H; thickness C of plates 7 and 8; the size at the vertices of the design for a given tooth wheel; the size at ₁ ends of the plates 7 and 8 around the circumference of 4 vertices of the ring gear; the height h _{n of the} non _- working portion of the side surface 9; height h ₁ of a surface portion 9 with single-pair engagement; the height h ₂ and h _{3 of the} sections of the side surface 9 with two-pair engagement; the distance h ₄ from the circle of 4 vertices of the ring gear to the partition 11; the gaps Δ ₁ and Δ ₂ ; direction of rotation ω of the wheel.

Зубчатое колесо содержит тело 1, пару кольцевых накладок 2 и 3, укрепленных на торцах тела и зубчатый венец шириной В с полыми зубьями высотой Н. Диаметр наружного периметра 4 кольцевых накладок равен диаметру окружности вершин зубчатого венца, диаметр внутреннего периметра 5 кольцевых накладок меньше диаметра окружности 6 оснований зубчатого венца. Каждый полый зуб зубчатого венца выполнен из пары прямоугольных пластин 7 и 8 толщиной С, изогнутых по профилю расчетного зуба для данного колеса с образованием боковых поверхностей 9 и 10 зуба. Пластины 7 и 8 укреплены между внутренними поверхностями кольцевых накладок 2, 3 и на теле 1 колеса, без образования зазоров относительно них. Верхние концы пластин 7 и 8 примыкают к окружности вершин зубчатого венца (к внешнему периметру 4 кольцевых накладок 2 и 3) на участке размером в по окружности зубчатого венца, размер которого равен размеру вершин зуба, расчетного для данного колеса. При этом между пластинами 7 и 8 может образовываться определенный зазор, который может быть весьма мал, или же такой зазор может не образовываться вовсе: это зависит от величины в и от величины в₁ - размеров концов пластин 7 и 8 (толщиной С) по линии окружности вершин зубчатого венца (этот вариант показан на фиг. 1). У каждого зуба в набегающей (при вращении со) пластине 7, образующей набегающую боковую поверхность 9 зуба, выполнены вырезы, расположенные симметрично относительно обеих кольцевых накладок 2 и 3, ширина каждого выреза равна половине ширины зуба (В/2): вырезана часть нерабочего участка боковой поверхности (высотой h_н), прилегающий участок боковой поверхности с двухпарным зацеплением (высотой h₂) и участок боковой поверхности, прилегающий к вершине зуба (высотой h₃, за минусом ширины усиливающей перемычки 13). На внутренней стороне отстающей пластины 8 и на обеих внутренних поверхностях кольцевых накладок 2 и 3, на расстоянии h₄ от окружности 4 вершин зубчатого венца, укреплена плоская перегородка 11, эквидистантная набегающей пластине 7 и выполненная с зазором Δ₁ относительно этой пластины и с зазором Δ₂ относительно тела 1 колеса. В отстающей пластине 8, в области вершины зуба, выполнен вырез высотой h₄ с шириной В/2 и симметричным расположением относительно кольцевых накладок 2 и 3.The gear contains the body 1, a pair of ring plates 2 and 3, mounted on the ends of the body and a ring gear with a width B and hollow teeth with a height N. The diameter of the outer perimeter of the 4 ring rings is equal to the diameter of the circle of the tops of the ring gear, the diameter of the inner perimeter of 5 ring rings is smaller than the diameter of the circle 6 bases of gear ring. Each hollow tooth of the ring gear is made of a pair of rectangular plates 7 and 8 of thickness C, curved along the profile of the design tooth for this wheel with the formation of the side surfaces 9 and 10 of the tooth. The plates 7 and 8 are fixed between the inner surfaces of the annular linings 2, 3 and on the body 1 of the wheel, without the formation of gaps relative to them. The upper ends of the plates 7 and 8 are adjacent to the circumference of the tops of the ring gear (to the outer perimeter of 4 ring plates 2 and 3) in a portion the circumference of the ring gear, the size of which is equal to the size of the tooth vertices calculated for this wheel. In this case, between the plates 7 and 8, a certain gap can be formed, which can be very small, or such a gap can not be formed at all: it depends on the value of b and on the value of ₁ - the sizes of the ends of the plates 7 and 8 (thickness C) along the line the circumference of the tops of the ring gear (this option is shown in Fig. 1). Each tooth has cutouts arranged symmetrically with respect to both annular overlays 2 and 3 in the running (when rotating co) plate 7, forming the running side surface 9 of the tooth, the width of each cut is equal to half the width of the tooth (B / 2): a part of the inoperative section has been cut out the lateral surface (height h _n ), the adjacent portion of the side surface with two-pair engagement (height h ₂ ) and the portion of the side surface adjacent to the top of the tooth (height h ₃ , minus the width of the reinforcing bridge 13). On the inner side of the lagging plate 8 and on both inner surfaces of the annular linings 2 and 3, at a distance of h ₄ from the circumference of the 4 tops of the ring gear, a flat partition 11 is fixed that is equidistant to the oncoming plate 7 and made with a gap Δ ₁ relative to this plate and with a gap Δ ₂ relative to the body of 1 wheel. In the lagging plate 8, in the region of the tooth apex, a cutout of height h ₄ with a width of B / 2 and a symmetrical arrangement relative to the annular overlays 2 and 3 is made.

При работе колеса со смазыванием жидким смазочным материалом методом погружения, зубчатый венец колеса постоянно погружен в масляную ванну. При вращении ω колеса, все зубья колеса поочередно погружаются в масляную ванну, при этом зубья ориентированы своими вершинами вниз по вертикали и жидкий смазочный материал - через вырезы в пластинах 7, 8 и через зазоры Δ₁ и Δ₂ затекает в полости 12, образованные внутренними поверхностями кольцевых накладок 2 и 3, пластины 8 и перегородки 11. При дальнейшем проворачивании (ω) колеса и выходе зубьев из масляной ванны, смазочный материал удерживается в полостях 12. При дальнейшем проворачивании колеса, в сторону зацепления с парным колесом, зубья переориентируются своими вершинами вверх по вертикали и смазочный материал вытекает из полостей 12 - через зазоры Δ₂ и вырезы в пластинах 7 - в области впадин зубчатого венца, закрытые с боков кольцевыми накладками 2 и 3, которые при этом выполняют функцию масляных ванн. При этом смазываются боковые поверхности зубьев колеса, а также - зубья парного колеса (при входе их в вышеуказанные образовываемые масляные ванны во впадинах зубчатого венца нижерасположенного колеса).When the wheel is lubricated with liquid lubricant by immersion, the gear ring of the wheel is constantly immersed in an oil bath. When the wheel ω rotates, all the teeth of the wheel are alternately immersed in the oil bath, while the teeth are oriented vertically downward and the liquid lubricant flows through the cutouts in the plates 7, 8 and through the gaps Δ ₁ and Δ ₂ flow into the cavities 12 formed by the internal the surfaces of the annular linings 2 and 3, the plate 8 and the baffle 11. When further turning (ω) the wheel and the teeth exit the oil bath, the lubricant is held in the cavities 12. When further turning the wheel, in the direction of engagement with the pair of wheels, the teeth do not eorientiruyutsya their tops up vertically and lubricant flows from the cavities 12 - Δ ₂ through the gaps and recesses in the plates 7 - in the region of the depressions toothing laterally closed annular plates 2 and 3, which thus perform the function of oil baths. In this case, the side surfaces of the teeth of the wheel are lubricated, as well as the teeth of the twin wheels (when they enter the aforementioned oil baths in the cavities of the gear rim of the lower wheel).

По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет осуществлять заполнение полостей 12 полых зубьев, переносящих смазочный материал из масляной ванны в зону зацепления с парным, вышерасположенным, зубчатым колесом при малой величине зазора между верхними концами пластин, образующих боковые поверхности зубьев, или отсутствия таковых вообще. Тем самым, повышается качество смазывания зубчатых колес передачи. Кроме того, снижается расход материала на изготовление зубьев зубчатых колес.Compared with the prototype, the proposed design of the gear allows filling cavities of 12 hollow teeth transferring lubricant from the oil bath to the engagement zone with a paired, upstream gear wheel with a small amount of clearance between the upper ends of the plates forming the side surfaces of the teeth, or lack thereof at all. This improves the lubrication quality of the gears of the transmission. In addition, material consumption for the manufacture of gear teeth is reduced.

Claims

A gear wheel, mainly a large-modular low-speed gear, lubricated by immersion in liquid lubricant, containing a body, a pair of ring linings mounted on the ends of the teeth, and a ring gear with hollow teeth, each tooth of which is made of a pair of rectangular plates curved along the tooth profile of the lateral surfaces calculated for a given gear wheel of the tooth and fixed between the ring plates and on the body of the gear wheel, characterized in that in the running gear along the rotation of the gear the plate has at least one cutout adjacent to the body of the gear wheel, the width of the cutout is half the width of the plate, and its height is equal to the sum of the heights of the inoperative portion of the tooth lateral surface and the portion of this surface operating in double-pair engagement and located on the side of the wheel body, the cutout the same width is made in the oncoming plate and from the side of the tooth apex, in place of a portion of the side surface operating in the two-pair engagement mode, all cuts are located symmetrically with respect to both of the front plates, on the inner side of the lagging plate and on both inner surfaces of the annular plates, with a gap relative to the circumference of the tops of the ring gear, a flat partition is fixed that is equidistant to the oncoming plate and made with a gap relative to the oncoming plate and with a gap relative to the gear body, in the lagging plate, in the region of the tooth apex, a cut is made with a width and an arrangement relative to the annular overlays, similar to the cuts in the oncoming plate, the bottom of this cut in height coincides It gives a top planar septum, and in the incoming plate in the tooth tip is formed as a reinforcing bridge portion uncut upwind plate.