RU2550249C1 - Gear wheel - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: gear wheel consists of a body and a geared rim with teeth. At the sections of tooth tips, width of their side surfaces is variable and depends on the multiplicity of engagement pairing. The dependence is inverse. The change of side surface width alters from maximal value at engagement poles to minimal value at teeth tips monotonically. The surfaces of teeth end faces adjoining the side surface sections with variable width are planes.

EFFECT: optimised design of a gear wheel, lower costs of its manufacturing.

2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к деталям машин, и может быть использовано в зубчатых передачах.The invention relates to mechanical engineering, namely to machine parts, and can be used in gears.

Известно зубчатое колесо, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями (Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для машиностроит. спец. техникумов. - М.: Высш. шк., 1984. - 336 с., ил., с.44).Known gear wheel containing the body and the ring gear with teeth (Dunaev PF, Lelikov OP Machine parts. Course design: Textbook for mechanical engineering. Special technical schools. - M .: Higher school., 1984. - 336 p., Ill., P. 44).

Недостаток данного зубчатого колеса состоит в том, что конструкция зубьев его зубчатого венца не учитывает величину парности зацепления с сопряженным зубчатым колесом в передаче. При вращении колеса линия контакта зубьев перемещается в поле зацепления, у которого одна сторона равна ширине зубчатого венца, а вторая равна длине активной линии зацепления - на боковых поверхностях зубьев. На участке поля зацепления, расположенного в зоне колеса зацепления - на линии полюса зацепления и прилегающих к ней зонах (со стороны вершины и со стороны корня зуба) имеет место однопарное зацепление. На остальных участках поля зацепления - в сторону вершины корня зуба - имеет место двухпарное зацепление. При однопарном зацеплении зуб воспринимает (передает) нагрузку в два раза больше, чем при двухпарном. Контактная прочность зубьев рассчитывается, исходя из величины нагрузок, воспринимаемых (передаваемых) зубьями. Исходя из величины контактной прочности зубьев, рассчитывается ширина зубьев. Из этого следует, что величина парности зацепления влияет на необходимую ширину зубьев, и для обеспечения требуемой контактной прочности зубьев ширина зубьев (ширина их боковых поверхностей - ширина поля зацепления) в зонах, прилегающих к полюсу зацепления - на участках однопарного зацепления, должна быть вдвое больше, чем на остальных участках поля зацепления. Т.е. ширина парности зацепления: выполнение ширины зубьев в зависимости от парности зацепления способно оптимизировать конструкцию зубьев зубчатого колеса, снизить потребное количество материала, идущего на их изготовление, и снизить издержки на изготовление колеса в целом. Выполнение зубьев равной ширины по всей их высоте приводит к перерасходу материала, идущего на изготовление зубьев, и повышению издержек на изготовление колеса в целом.The disadvantage of this gear wheel is that the design of the teeth of its gear ring does not take into account the magnitude of the pairing of gearing with the mating gear in the gear. When the wheel rotates, the line of contact of the teeth moves in the engagement field, in which one side is equal to the width of the ring gear, and the second is equal to the length of the active line of engagement - on the side surfaces of the teeth. On the site of the engagement field located in the area of the engagement wheel — on the line of the engagement pole and adjacent zones (from the apex side and from the tooth root side) there is a single-pair engagement. In other parts of the engagement field - towards the top of the tooth root - there is a two-pair engagement. With single-pair engagement, the tooth perceives (transfers) the load twice as much as with double-pair engagement. The contact strength of the teeth is calculated based on the magnitude of the loads perceived (transmitted) by the teeth. Based on the contact strength of the teeth, the width of the teeth is calculated. It follows that the magnitude of the pairing of meshing affects the necessary width of the teeth, and to ensure the required contact strength of the teeth, the width of the teeth (the width of their lateral surfaces is the width of the meshing field) in the areas adjacent to the meshing pole - in single-pair meshing sections should be twice as large than in other parts of the engagement field. Those. width of the gearing pair: the width of the teeth depending on the gearing pair can optimize the design of the gear teeth, reduce the amount of material required for their manufacture, and reduce the cost of manufacturing the wheel as a whole. The implementation of teeth of equal width over their entire height leads to an overspending of the material used for the manufacture of teeth, and an increase in the cost of manufacturing the wheel as a whole.

В качестве прототипа взята конструкция зубчатого колеса, содержащего тело и зубчатый венец с зубьями (Производство зубчатых колес: Справочник / С.Н. Калашников, А.С. Калашников, Г.И. Коган и др.; Под общ. ред. Б.А. Тайца. - 3-е изд., перераб. и допол. - М.: Машиностроение, 1990. - 464 с., ил., с.33).As a prototype, the design of the gear wheel containing the body and the ring gear with teeth was taken (Production of gears: Handbook / S.N. Kalashnikov, A.S. Kalashnikov, G.I. Kogan and others; Under the general editorship of B. A. Thayts. - 3rd ed., Revised and supplemented. - M .: Mashinostroenie, 1990. - 464 p., Ill., P. 33).

Недостатки прототипа - те же, что и у аналога.The disadvantages of the prototype are the same as that of the analogue.

Изобретением решается задача оптимизации конструкции зубчатого колеса и снижения издержек на его изготовление.The invention solves the problem of optimizing the design of the gear wheel and reducing the cost of its manufacture.

Для этого зубчатое колесо содержит тело и зубчатый венец с зубьями, причем на участках головок зубьев ширина их боковых поверхностей выполняется переменной, зависящей от кратности парности зацепления, и эта зависимость обратно пропорциональна, причем изменение ширины боковых поверхностей изменяется от максимума в районе полюсов зацепления до минимума у вершин зубьев монотонно, при этом поверхности торцов зубьев, примыкающих к участкам боковых поверхностей с изменяющейся шириной, представляют собой плоскости.To this end, the gear wheel contains a body and a ring gear with teeth, moreover, in the areas of the tooth heads, the width of their lateral surfaces is variable, depending on the multiplicity of the engagement, and this dependence is inversely proportional, and the change in the width of the side surfaces varies from a maximum in the region of the engagement poles to a minimum at the tops of the teeth is monotonous, while the surfaces of the ends of the teeth adjacent to the sections of the side surfaces with varying widths are planes.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены: зуб зубчатого колеса с совмещенной диаграммой нагружения - вид с его торца (фиг.1) и тот же зуб - вид в сечении сбоку (фиг.2).The invention is illustrated in the drawing, which shows: a gear tooth with a combined loading diagram - view from its end face (figure 1) and the same tooth - side view in cross section (figure 2).

На чертеже показаны: тело 1 колеса, зуб 2, начальная окружность 3 колеса, начальная окружность 4, полюс зацепления Р, окружность впадин 4 зубчатого венца, высота h зуба, высота h_г головки зуба, высота h_н ножки зуба, участок однопарного зацепления (b-с, длиной l₂), участки двухпарного зацепления (а-b, длиной l₁, и c-d, длиной l₃), сила нагружения зуба при однопарном зацеплении (F_п), сила при двухпарном зацеплении (F_п/2), максимальная ширина зуба (В), минимальная ширина зуба (В/2).The drawing shows: the body of the wheel 1, tooth 2, the initial circumference of the 3 wheels, the initial circumference of 4, the pole of engagement P, the circumference of the depressions 4 of the ring gear, the height h of the tooth, the height h _{g of the} tooth head, the height h _{n of the} tooth leg, the area of unipair engagement ( b-c, length l ₂ ), areas of double-pair engagement (a-b, length l ₁ , and cd, length l ₃ ), tooth loading force with single-pair gearing (F _p ), force with two-pair gearing (F _p / 2) , maximum tooth width (B), minimum tooth width (B / 2).

Ширина боковых (рабочих) поверхностей зубьев: в зоне их головок (h_г) и на участках двухпарного зацепления (участки c-d) выполнена монотонно уменьшающейся от максимальной ширины В (в зоне однопарного зацепления) до минимальной (В/2), у вершин зубьев - в соответствии с изменением парности зацепления (удвоением парности) и соответствующего снижения вдвое действующих на зуб нагрузок. Ширина боковых поверхностей на участках ножек (h_н) зубьев задается максимальной (В) для обеспечения прочности зубьев на изгиб.The width of the lateral (working) surfaces of the teeth: in the area of their heads (h _g ) and in the areas of double-pair engagement (sections cd) is made monotonously decreasing from the maximum width B (in the area of single-pair engagement) to the minimum (B / 2), at the tops of the teeth - in accordance with the change in the pairing of the engagement (doubling of the pairing) and the corresponding reduction of the loads acting on the tooth by half. The width of the side surfaces in the areas of the legs (h _n ) of the teeth is set to maximum (B) to ensure the strength of the teeth in bending.

При работе зубьев колеса в передаче они испытывают различные режимы нагружения - в зависимости от парности зацепления, которое изменяется вдоль высоты зубьев: на участках а-b и c-d имеет место однопарное зацепление, на участке b-с имеет место двухпарное зацепление. При этом нагрузка на зубья на участках а-b и c-d вдвое меньше, чем на участке b-с. Вследствие этого для обеспечения одинаковой контактной прочности зубьев по всей их высоте ширина зубьев при однопарном зацеплении должна быть вдвое больше, чем при двухпарном зацеплении. Это обеспечивается данной конструкцией зубьев колеса (выполнение ширины зубьев в зонах их ножек (h_н) максимальной - величиной В - до окружности впадин 4 зубчатого венца задается из условий прочности зубьев на изгиб).When the teeth of the wheel work in gear, they experience different loading conditions - depending on the pairing of the gear, which varies along the height of the teeth: in sections a-b and cd, one-pair engagement takes place, in section b-c, two-pair engagement takes place. At the same time, the load on the teeth in sections a-b and cd is half as much as in section b-c. As a result, to ensure the same contact strength of the teeth along their entire height, the width of the teeth with single-pair gearing should be twice as large as with two-pair gearing. This is ensured by this design of the teeth of the wheel (the implementation of the width of the teeth in the zones of their legs (h _n ) with a maximum value of B - up to the circumference of the depressions 4 of the ring gear is set from the conditions of the strength of the teeth in bending).

По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция зубчатого колеса позволяет снизить материалоемкость зубьев (особенно при крупномодульных и широких зубьях) и снизить издержки при изготовлении зубчатого колеса в целом.Compared with the prototype, the proposed design of the gear wheel allows to reduce the material consumption of the teeth (especially with large-modular and wide teeth) and to reduce costs in the manufacture of the gear wheel as a whole.

Claims (1)

Зубчатое колесо преимущественно крупномодульное, содержащее тело и зубчатый венец с зубьями, отличающееся тем, что на участках головок зубьев ширина их боковых поверхностей выполнена переменной, зависящей от кратности парности зацепления и эта зависимость обратна пропорциональна, причем изменение ширины боковых поверхностей изменяется от максимума в районе полюсов зацепления до минимума у вершин зубьев монотонно, при этом поверхности торцов зубьев, примыкающих к участкам боковых поверхностей с изменяющейся шириной, представляют собой плоскости. The gear wheel is predominantly coarse-grained, containing a body and a gear ring with teeth, characterized in that on the sections of the tooth heads the width of their side surfaces is made variable, depending on the multiplicity of gearing and this dependence is inversely proportional, and the change in the width of the side surfaces varies from the maximum in the region of the poles gearing to a minimum at the tips of the teeth is monotonous, while the surfaces of the ends of the teeth adjacent to the sections of the side surfaces with a varying width are oh plane.

Images