Зубчасте колесо з демпфіруючим ободом і зуб’ями

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано во всех видах зубчатых зацеплений и передач машин, механизмов и устройств. В основу изобретения поставлена задача создать такое зубчатое колесо с демпфирующим ободом и зубьями, в котором новое конструктивное исполнение обода и зубьев позволило бы обеспечить более рациональное распределение удельных давлений по контакту зацепления, за счет которого повышается долговечность колеса, уменьшаются шумность работы и трудоемкость его изготовления. Поставленная задача достигается тем, что в з убчатом колесе с демпфирующим ободом и зубьями обод выполнен с шириной, равной ширине зубчатого венца и толщиной на торцах колеса, представляющей собой острие кромки и монотонно возрастающей по прямолинейным или криволинейным образующим в направлении к диску колеса, с торцов обода и зубьев выполнены глухие полости с образованием острых кромок на торцах зубьев, а верхняя поверхность головок зубьев выполнена с волнообразным постоянным или переменным профилем, имеющем высоту волны в пределах 0,05-0,15 высоты зуба. Кроме того, для достижения поставленной задачи кромки на внутренней поверхности обода, образованные глухими полостями в зубьях, выполнены с фасками или скруглены. Кромочный эффект (повышенное сопротивление) на ободе практически отсутствует, так как кромка острая, а следовательно, ее податливость выше податливости глубинных сечений обода. По мере монотонного увеличения толщины обода в направлении к диску колеса, сужения прорезейполостей с уменьшением их глубины, передаваемое окружное усилие также монотонно возрастает. Таким образом, высокие контактные давления с серединных участков зубьев перераспределяются более равномерно по всей длине контакта с плавным уменьшением к торцам, а следовательно, обеспечивается эффект повышения долговечности по условию усталостной прочности зуба от изгибной нагрузки. Кроме того, уменьшенная переменная жесткость обода и выполненные в нем прорези-полости обеспечивают конструкции колеса большую демпфирующую способность. Указанными конструктивными решениями обеспечивается также эффект контактной прочности по условию износостойкости рабочей поверхности зуба в связи с уменьшением работы микросмещения от деформации нагружаемых зубьев, связанной с уменьшением жесткости обода по направлению к его торцам. Для этого же торцовые кромки зубьев выполнены также с предельно малой толщиной стенок (острыми, см.фиг.2,6,7,11) за счет прямых И, І2 и кривых qi образующи х, пересекающихся под прямым углом щ < 90°. Кроме того, острые кромки торцов зубьев уменьшают шумность работы зубчатого колеса (передачи) за счет уменьшения ударной энергии на торцах при входе зубьев в зацепление. Известно, что плоская поверхность кромки нагружаемого твердого тела оказывает большее сопротивление нагрузке, чем его глубинные объемы - кромочный эффект. Этот эффект можно уменьшить, выполнив кромочную поверхность не плоской, а волнистой, перераспределив тем самым высокие кромочные напряжения на глубинные объемы тела. Поэтому для повышения долговечности, уменьшения материалоемкости и шумно-сти, верхняя поверхность зубьев 3 (фиг.2-11) выполнена с волнообразным постоянным или переменным профилем, имеющего высоту волны в пределах 0,05-0,15 высоты зуба. Волнообразная верхняя поверхность зубьев, выполненная за пределами указанных размеров волны существенного увеличения положительного эффекта не дает. С целью снижения высоких кромочных напряжений, а следовательно, повышения долговечности, кромки на ободе (диске) колеса, образованные прорезями-плоскостями Π (фиг.2.3.5 и 7,8,10) выполнены с закруглениями Г(фиг.2,3,5) по кривой образующей или с фасками Φ (фиг.7 ,8,10). Все описанные отличительные признаки предложенного технического решения являются существенными, так как каждый из них составляет определенную существенную долю в получении общего положительного эффекта, заключающегося в повышении долговечности в 1,5...3 раза, снижении шумности на 3...5 децибел и уменьшении трудоемкости на 8...12% относительно конструкции прототипа, т.е. обеспечивают достижение необходимого технического результата. На фиг.1 изображен общий вид колеса в аксонометрии; на фиг.2 - совмещенный продольный разрез (по зубу и впадине) зубчатого колеса 1 с демпфирующим ободом 2 и демпфирующими зубьями 3, к которому крутящий момент Мк (нагрузка) от вала 4 подвески с двух сторон (по 0,5 Мк с каждой стороны); на фиг.3 зубчатое колесо, показанное на фиг.2, вид сбоку; на фиг.4 - то же, видсверху; на фиг.5 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.6 - разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.7 изображен совмещенный продольный разрез (по зубу и впадине) зубчатого колеса 1 с демпфирующим ободом 2 и демпфирующими зубьями 3, к которому крутящий момент Мк (нагрузка) от вала 4 подведен с одной стороны; на фиг.8 - зубчатое колесо, показанное на фиг.7, вид сбоку; на фиг.9 - то же, вид свер ху; на фиг. 10 - разрез А-А на фиг.7; на фиг.11 - разрез Б-Б на фиг.8. Зубча тые колеса 1 (фиг.2,7) крепятся на валах 4 демпфирующими ступицами 5 прессовым соединением. Предлагаемые разновидности конструкций зубчатых колес с демпфирующими ободьями и зубьями созданы на базе действующи х конструкций обычных (жестких) зубчаты х колес. Однако это не ограничивает создание новых конструкций, отличных в меньшую сторону от габаритов существующи х конструкций. Фиг.2 - 6 и 7 - 11 изображают два аналогичных цилиндрических прямозубых колеса с одними и теми же обозначениями элементов, но с той лишь разницей, что, для получения эффекта контактной прочности при различных схемах нагружения колеса, длины 11 и 12 (фиг.2,7) демпфирующи х участков ободьев колес имеют разные соотношения. При равновеликой двусторонней нагрузке (фиг.2), диск 6, толщиной t находится посередине обода 2 и колесо имеет поперечную плоскость симметрии. Во всех других случаях схемы нагружения, включая схему, изображенную на фиг.7, диск 6 смещен относительно середины обода и колесо не имеет указанной плоскости симметрии. В дальнейшем описание изобретения ведется со ссылкой на фиг.2,3,4,5,6, однако описание будет справедливым и для фиг.7, 8, 9,10,11, кроме особо отраженных положений. В ободе 2 (фиг.2) пониженной переменной жесткости, в зоне расположения зубьев 3, выполнены глухие прорези-полости П, расширяющиеся как в сторону торцов, так и в сторону внутренней поверхности обода. Переменная толщина h обода имеет предельно малую величину на торцах, то есть, торцы обода являются острыми, образованными пересечением образующи х -прямой і и кривой q - под углом а < 90°. Зубча тое колесо работает следующим образом. Окружное усилие зубом и ободом передается, начиная с их кромок, расположенных на стороне подвода нагрузки к колесу от вала второго колеса, находящегося в зацеплении. Поскольку кромки зубьев и обода имеют предельно малую толщину, а следовательно, большую податливость, то они не в состоянии принять на себя и передать сколь-нибудь значительную часть окружного усилия. Поэтому вступают в работу смежные с кромками участки зуба и обода, которые менее податливы, а следовательно, принимают на себя и передают более значительную часть окружного усилия и так далее. При этом эпюра окружного усилия на зубе имеет волнообразную форму, начиная от предельно малой величины на торцах с монотонным возрастанием до максимальной - в глубине контакта. Такое распределение контактных давления повышает долговечность зубьев по части их усталостной прочности от изгибной нагрузки. Пониженная переменная жесткость обода и зубьев повышает износостойкость рабочей поверхности зубьев, так как при этом уменьшается работа микросмещения контактирующи х поверхностей зубьев, связанная с их деформацией при нагружении. Кроме того, пониженная переменная жесткость обода и зубьев повышает их демпфирующую способность, а следовательно, понижаются пики высоких напряжений в зубьях от неравномерности передаваемой нагрузки. Это также повышает долговечность зубьев.