RU2486392C1 - Gear wheel - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: gear wheel consists of rim (2) with teeth and disc (1) with hub (3) and divided uniformly in a circumferential direction with an annular gap, in which elastic elements (4) are uniformly inserted in a circumferential direction in the form of solid cylindrical inserts. On both sides of the disc, between hub (3) and rim (2) of the gear wheel there installed are additional elastic damping elements (5) with washers (6) in the form of rings. Fasteners (7, 8) are provided with disk springs (9) and arranged in a circumferential direction with a radial gap in the middle part of the disc between elastic elements that are fixed in axial direction with additional elastic damping elements.

EFFECT: reduction of noise, vibration, oscillations and improvement of operating reliability of an internal combustion engine and other equipment and their components.

3 dwg

Description

Изобретение относится к средствам и способам снижения вибрации, шума и колебаний зубчатых передач различного оборудования, машин, агрегатов, механизмов, насосов, турбокомпрессоров, редукторов, мультипликаторов, многоступенчатых коробок передач, колес рельсового транспорта.The invention relates to means and methods for reducing vibration, noise and vibration of gears of various equipment, machines, assemblies, mechanisms, pumps, turbocompressors, gearboxes, multipliers, multi-stage gearboxes, rail wheels.

Известно зубчатое колесо - патент Швейцарии СН №283866, кл. F16H 55/14 [1], состоящее из обода с зубьями и диска со ступицей, разделенных равномерно по окружности кольцевым зазором, в котором равномерно по окружности вставлены упругие элементы в виде пальцев и резины.Known gear wheel - Swiss patent SN No. 283866, class. F16H 55/14 [1], consisting of a rim with teeth and a disk with a hub, divided evenly around the circumference by an annular gap in which elastic elements in the form of fingers and rubber are inserted uniformly around the circumference.

Существенные недостатки известного зубчатого колеса [1]Significant disadvantages of the known gear [1]

1. Недопустимые угловые деформации зубчатого зацепления относительно ступицы, т.е. нарушение нормальной работы, например, газораспределительной системы, обеспечивающей открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, а также угла опережения подачи топлива в цилиндр при строго регулированных значениях, согласованных с углом поворота коленчатого вала и положением поршня, а также других элементов двигателя.1. Inadmissible angular deformations of gearing relative to the hub, i.e. violation of normal operation, for example, of a gas distribution system that provides opening and closing of intake and exhaust valves, as well as an angle of advance of fuel supply to the cylinder at strictly regulated values, consistent with the angle of rotation of the crankshaft and the position of the piston, as well as other engine elements.

2. Неработоспособность в условиях высоких температур (при повышении температуры резины увеличивается скорость релаксации и ползучесть, а коэффициент демпфирования уменьшается [2]-45, 47-65, 136.2. Inoperability at high temperatures (with increasing temperature of the rubber, the relaxation rate and creep increase, and the damping coefficient decreases [2] -45, 47-65, 136.

3. Неработоспособность при воздействии агрессивных сред (воды, масла, топлива, облучения и т.д.) и быстрое старение резины [2].3. Inoperability when exposed to aggressive environments (water, oil, fuel, radiation, etc.) and rapid aging of rubber [2].

4. Саморазогрев резины (резина при знакопеременной нагрузке является источником тепла, если равновесие между выделенным теплом не устанавливается, то температура будет расти до недопустимого уровня) [2].4. Self-heating of rubber (rubber under alternating load is a heat source, if the equilibrium between the released heat is not established, then the temperature will rise to an unacceptable level) [2].

Известно также зубчатое колесо - заявка на изобретение №95111184 [3], состоящее из диска, обода с зубьями и ступицы, разделенных по середине диска кольцевым зазорам. То есть зубчатое колесо выполнено составным из наружной и внутренней частей, между которыми устанавливается вибродемпфирующая вставка из неметаллического материала в качестве виброакустического барьера (прототип).A gear wheel is also known - application for invention No. 95111184 [3], consisting of a disk, a rim with teeth and a hub, divided by annular gaps in the middle of the disk. That is, the gear wheel is made integral of the outer and inner parts, between which a vibration damping insert of non-metallic material is installed as a vibro-acoustic barrier (prototype).

Вибродемпфирующие вставки выполнены в виде цилиндрических втулок или шайб, через которые с помощью крепежных средств осуществляется соединение двух частей колеса с образованием единого узла.Vibration damping inserts are made in the form of cylindrical bushings or washers, through which, using fasteners, two parts of the wheel are connected to form a single unit.

Существенные недостатки зубчатого колеса [3]Significant disadvantages of the gear [3]

1. Ограниченные возможности упругой деформации вставок (втулок) из-за ее тонкостенности. Увеличение толщины стенки вставок (втулок) возможно при уменьшении диаметра болта или увеличения их наружного диаметра. Однако уменьшение диаметра приведет к снижению коэффициента запаса прочности, а увеличению наружного диаметра препятствуют с одной стороны обод, а с другой - ступица колеса.1. The limited elastic deformation of the inserts (bushings) due to its thin-walled. An increase in the wall thickness of the inserts (bushings) is possible with a decrease in the diameter of the bolt or an increase in their outer diameter. However, a decrease in diameter will lead to a decrease in the safety factor, and an increase in the outer diameter is prevented by the rim on one side and the wheel hub on the other.

2. Недостаточное демпфирование вставок (втулок), которое обосновано не только ее тонкостенностью, но главным образом отсутствием дополнительных демпфирующих средств.2. Insufficient damping of the inserts (bushings), which is justified not only by its thinness, but mainly by the absence of additional damping means.

Указанные недостатки приводят не только к ухудшению эксплуатационной надежности двигателя, но и к аварийному состоянию.These shortcomings lead not only to a deterioration in the operational reliability of the engine, but also to an emergency state.

Предлагаемое изобретение направлено на усовершенствование зубчатых колес, а именно на снижение шума, вибрации, колебаний и повышение эксплуатационной надежности двигателя внутреннего сгорания, а также другого оборудования и их элементов.The present invention is aimed at improving the gears, namely, to reduce noise, vibration, vibrations and increase the operational reliability of the internal combustion engine, as well as other equipment and their elements.

Это достигается за счет того, чтоThis is achieved due to the fact that

зубчатое колесо, диск которого выполнен составным из двух частей - наружной, состоящей из обода с зубьями, и внутренней - ступицы, разделенных кольцевым зазором по окружности в средней части диска, и содержащее упругие элементы и крепежные средства в отверстиях по окружности диска, согласно изобретению,a gear wheel, the disk of which is made up of two parts - the outer one, consisting of a rim with teeth, and the inner one - hubs, separated by an annular gap around the circumference in the middle part of the disk, and containing elastic elements and fasteners in the holes around the circumference of the disk, according to the invention,

- упругие элементы выполнены в виде сплошных цилиндрических вставок, которые установлены между наружной и внутренней частями зубчатого колеса;- the elastic elements are made in the form of continuous cylindrical inserts that are installed between the outer and inner parts of the gear;

- зубчатое колесо содержит дополнительные упругодемпфирующие элементы с шайбами в виде колец, установленных с обеих сторон диска между ступицей и ободом колеса;- the gear wheel contains additional elastic damping elements with washers in the form of rings mounted on both sides of the disk between the hub and the wheel rim;

- крепежные средства выполнены с тарельчатыми пружинами и размещены по окружности с радиальным зазором в средней части диска между упругими элементами, при этом упругие элементы фиксированы в осевом направлении дополнительными упругодемпфирующими элементами.- fasteners are made with Belleville springs and placed around a circle with a radial clearance in the middle part of the disk between the elastic elements, while the elastic elements are axially fixed with additional elastic-damping elements.

В качестве материала упругого сплошные цилиндрического элемента - вставки и вибродемпфирующего элемента может быть, например, упругодемпфирующий металловолоконный элемент из прессованной проволоки, так называемая путанка или металлическая «резина» (МР) [2]-115, [4]-39-43 или из полимерного композиционного материала на основе, например, углепластиковых, стеклопластиковых, боросодержащих или других высокопрочных нитей, волокон.As the elastic material, the solid cylindrical element - the insert and the vibration-damping element can be, for example, an elastic-damping metal fiber element made of pressed wire, the so-called tangle or metal "rubber" (MR) [2] -115, [4] -39-43 or polymer composite material based on, for example, carbon fiber, fiberglass, boron-containing or other high-strength yarns, fibers.

Техническое решение поясняется чертежами, где представлены на фиг.1 диск 1 с ободом и зубьями 2, диск со ступицей 3, разделенные равномерно по окружности кольцевым зазором «В» и отверстиями «С», «D», на фиг.2 - общий вид зубчатого колеса в сборе, а на фиг.3 - его поперечный разрез.The technical solution is illustrated by drawings, which show in figure 1 a disk 1 with a rim and teeth 2, a disk with a hub 3, evenly spaced around the circumference by an annular gap "B" and holes "C", "D", figure 2 is a General view gear assembly, and in Fig.3 - its cross section.

На фиг.2-3 обозначены: 4 - упругие элементы, выполненные в виде сплошных цилиндрических вставок; 5 - дополнительные упругодемпфирующие элементы с наружными шайбами 6 в виде колец, установленные с обеих сторон диска 1 между ступицей 3 и ободом 2 колеса; 7, 8 - крепежные средства; 9 - тарельчатые пружины.Figure 2-3 marked: 4 - elastic elements made in the form of continuous cylindrical inserts; 5 - additional elastic damping elements with outer washers 6 in the form of rings mounted on both sides of the disk 1 between the hub 3 and the rim 2 of the wheel; 7, 8 - fixing means; 9 - Belleville springs.

Средство - упругий элемент - в качестве виброакустического барьера выполнено в виде сплошных цилиндрических вставок 4 из вибродемпфирующего, нейтрального от воздействия высоких температур, масла, топлива, воды, облучения, а также агрессивных сред материала.The tool - an elastic element - as a vibro-acoustic barrier is made in the form of continuous cylindrical inserts 4 of vibration damping, neutral from exposure to high temperatures, oil, fuel, water, radiation, as well as aggressive media.

Сплошные цилиндрические вставки 4 (фиг.2, 3) установлены в отверстия «С» (фиг.1). При этом в промежутках зазоры сохраняются.Solid cylindrical inserts 4 (Fig.2, 3) are installed in the holes "C" (Fig.1). At the same time, gaps are maintained in between.

Крепежные средства 7, 8 с тарельчатыми пружинами 9 (фиг.2, 3) размещены по окружности в отверстиях «D» (фиг.1) с радиальным зазором «Е» в средней части диска 1 (фиг.2, 3).Fixing means 7, 8 with Belleville springs 9 (Fig.2, 3) are placed around the circumference in the holes "D" (Fig.1) with a radial clearance "E" in the middle part of the disk 1 (Fig.2, 3).

Упругие элементы 4 (фиг.2, 3) фиксированы в осевом направлении дополнительными упругодемпфирующими элементами 5.The elastic elements 4 (figure 2, 3) are fixed in the axial direction by additional elastic damping elements 5.

Зубчатое колесо работает следующим образом.The gear wheel operates as follows.

Низкочастотные колебания в зубчатых колесах передач возникают в результате неравномерности нагрузок, дисбаланса вращающихся масс, сочетания этих ошибок в колесах и шестернях, а также вследствие перекоса осей. К низкочастотным возбуждениям системы приводит действие местных накопленных и единичных ошибок на профиле зуба, расположение которых по обороту колеса носит случайный характер. Значительные колебания вызывают также неравномерность работы двигателя.Low-frequency vibrations in gears of gears arise as a result of uneven loads, an imbalance of rotating masses, a combination of these errors in the wheels and gears, and also due to the skewness of the axles. The low-frequency excitations of the system are caused by the action of local accumulated and single errors on the tooth profile, the location of which is random in the rotation of the wheel. Significant fluctuations also cause uneven engine operation.

Наличие в зубчатых передачах значительного числа возмущающих сил ударного характера обуславливает интенсивные резонансные крутильные, поперечные и осевые колебания колес и шестерен передач, а также изгибные колебания деталей, например картера.The presence in the gears of a significant number of perturbing forces of shock nature causes intense resonant torsional, transverse and axial vibrations of the gear wheels and gears, as well as bending vibrations of parts, such as the crankcase.

За счет упругих знакопеременных пространственных деформаций упругих сплошных цилиндрических вставок 4 (фиг.2, 3) при одновременной деформации и трении дополнительных упругодемпфирующих элементов 5 с соответствующими поверхностями диска 1 обеспечивают бесшумность в работе, низкую вибрационную активность, работу без возникновения крутильных, изгибных и осевых колебаний. Сила трения между диском 1 и упругодемпфирующими элементами 5 регулируется тарельчатыми пружинами 9.Due to the elastic alternating spatial deformations of the elastic continuous cylindrical inserts 4 (Fig.2, 3) with simultaneous deformation and friction of additional elastically damping elements 5 with the corresponding surfaces of the disk 1, they ensure quiet operation, low vibration activity, work without torsional, bending and axial vibrations . The frictional force between the disk 1 and the elastic-damping elements 5 is regulated by Belleville springs 9.

Из представленной фиг.1 видно, что зубчатое колесо можно изготовить путем использования существующих в эксплуатации без особых затрат. Кроме того, учитывая, что диск колеса часто выполняется с отверстиями, их можно использовать для размещения упругих вставок.From the presented figure 1 shows that the gear can be manufactured by using existing in operation without any special costs. In addition, given that the wheel disk is often made with holes, they can be used to accommodate elastic inserts.

Заданные характеристики предложенного зубчатого колеса по сравнению с прототипом, как следствие, способствуют повышению также надежности и увеличению срока их службы.The specified characteristics of the proposed gear compared with the prototype, as a result, also increase reliability and increase their service life.

Идея технического решения, как отмечено выше, может быть успешно использована и в других устройствах, например в колесах вагонов метрополитена, трамваев, вагонов и другого рельсового транспорта для обеспечения их бесшумности, комфортности пассажиров, снижения вибрационной активности, увеличения надежности, срока службы.The idea of a technical solution, as noted above, can be successfully used in other devices, for example, in the wheels of subway cars, trams, wagons and other rail vehicles to ensure their noiselessness, passenger comfort, reduce vibration activity, increase reliability, and service life.

Таким образом, какие-либо другие технические решения с указанными особенностями и отличительными признаками неизвестны.Thus, any other technical solutions with the indicated features and distinguishing features are unknown.

Источники информацииInformation sources

1. Патент Швейцарии СН №283866, кл. F16H 55/14. 1952 г.1. Swiss patent SN No. 283866, cl. F16H 55/14. 1952

2. Ионов А.В. Средства снижения вибрации и шума на судах. - СПб.: ЦНИИ им. А.Н.Крылова, 2000. - 348 с.(с.45, 47-65, 136).2. Ionov A.V. Means of reducing vibration and noise on ships. - St. Petersburg: Central Research Institute named after A.N. Krylova, 2000 .-- 348 p. (P. 45, 47-65, 136).

3. Заявка на изобретение 95111184. Дата публикации 20.04.1997. Зубчатое колесо (прототип).3. Application for invention 95111184. Date of publication 04/20/1997. Gear wheel (prototype).

4. Минасян М.А. Амортизация судовых механизмов, приборов и аппаратуры тросовыми и комбинированными виброизоляторами // Судостроение. 2004. №1 с.39-43.4. Minasyan M.A. Depreciation of ship mechanisms, instruments and equipment by cable and combined vibration isolators // Shipbuilding. 2004. No. 1 p. 39-43.

Claims (1)

Зубчатое колесо, диск которого выполнен составным из двух частей - наружной, состоящей из обода с зубьями, и внутренней - ступицы, разделенных кольцевым зазором по окружности в средней части диска, содержащее упругие элементы и крепежные средства в отверстиях по окружности диска, отличающееся тем, что зубчатое колесо снабжено дополнительными упругодемпфирующими элементами с шайбами в виде колец, установленными с обеих сторон диска между ступицей и ободом колеса с возможностью фиксации упругих элементов в осевом направлении, крепежные средства выполнены с тарельчатыми пружинами и размещены по окружности с радиальным зазором в средней части диска между упругими элементами. A gear wheel, the disk of which is made up of two parts - the outer one, consisting of a rim with teeth, and the inner one - hubs, separated by an annular circumferential clearance in the middle part of the disk, containing elastic elements and fasteners in the holes around the disk circumference, characterized in that the gear wheel is equipped with additional elastic damping elements with washers in the form of rings mounted on both sides of the disk between the hub and the wheel rim with the possibility of fixing the elastic elements in the axial direction, fasteners The devices are made with Belleville springs and placed around a circle with a radial clearance in the middle part of the disk between the elastic elements.

Images