Зубчатое колесо и способ его изготовления

(50 4 Р 16 Н 55/1, 55/14 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 5: Е П:ЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРФ 863946, кл. Р 16 Н 55/14, 1979.Патон Б.Е., Иедовар Б.ИБойко Г.А. Электрошлаковое литье,Киев: Наукова думка, 1980, с, 15,рис. 3.(57) Изобретение относится к машиностроению, к зубчатым передачам.Цель - повышение надежности и долговечности зубчатого колеса, а такжерасширение технологических возможностей способа его изготовления,достигается за счет неразъемной иодновременно, упругой связи венца соступицей и за счет использованияогнеупорного стержневого материалапри литье басонной отливки (заготовки колеса) одновременно в качестве96 13758 элемента конструкции готового изделия. Ступица 2 с трапециевидными выступами 3 соединена неразъемно с венцом 1. Выступы 3 размещены в кольцевой проточке венца 1, а неразъемное соединение ступицы 2 с венцом 1 осуществлено в месте контакта вершин выступов 3 с дном кольцевой проточки венца 1. Пространство между венцом 1 и ступицей 2 с выступами 3 заполнено демпфирующим материалом 4. При работе в зацеплении венец 1 самоустанавливается под воздействием на него усилий, при этом выступы 3 работают как упругие консоли. Материал 4 снижает виброактивность колеса. Приведены геометрические со отношения для выступов, При изготовлении колеса на ступице 2 выполняют выступы треугольного профиля,а на наружную поверхность ступицы2 и в пространство между выступаминаносят слои огнеупорного материала4 так, что вершины треугольных выступов, выступающие за диаметр Йостаются не закрытыми материалом 4,Ступицу 2 устанавливают в кокильи приплавляют к ней металл венца 1методом электрошлакового литья сприплавлением. Приплавление происходит в зонах вершин треугольных выступов, оплавляемых слоем шлака, Огнеупорный материал 4 является одновременно и демпфирующим в готовомколесе, 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил, 1Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых передачах.Цель изобретения - повышение надежности и долговечности зубчатого колеса, а также расширение технологических возможностей способа егоизготовления,Положительный эффект достигаетсяза счет неразъемной и одновременноупругой связи венца со ступицей,Расширение технологических возможностей способа изготовления колесадостигается за счет использованияогнеупорного стержневого материалапри литье фасонной отливки одновременно в качестве элемента конструкции готового изделия,На фиг. 1 изображено зубчатоеколесо, на фиг. 2 - разрез А-А нафиг, 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б нафиг. 1; на фиг, 4 - разрез В-В нафиг. 3; на фиг. 5 - выступ ступицыперед установкой ее в литейную форму; на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг, 5,на фиг. 7 - схема электрошлаковоголитья с приплавлением.Зубчатое колесо содержит соединенные между собой венец 1 и ступицу 2, На обращенной к венцу 1 по-,верхности ступицы 2 выполнены выступы 3, На обращенной к ступице 2 по Й= ш(з/совр),20 Т макс Г18 3 - -" --- ь 1 К пс;У КарВл ч2 Тмаксп В (Й р ь ф ср 31,5 З Ь,%К к,Ь1 Ь25где Й р - диаметр поверхности сопряжения вершин выступов 3 с дном кольцевой проточки 30 Ь иЬ- соответственно большее, меньшее основания трапеции и высота выступов 3,2верхности венца 1 выполнена кольцевая проточка (фиг. 2 и 3), в которой размещены выступы 3. Пространство между венцом 1 и ступицей 2заполнено демпфирующим материалом 4.В месте сопряжения вершин выступов3 с дном кольцевой проточки венца 1последний соединен со ступицей 2 неразъемно. Выступы 3 в торцовом сече нии колеса - транециедального профиля (фиг, 4) с большим основаниемЬ, обращенным к оси колеса. Диа:метр й поверхности сопряжения верРшин выступов 3 с Дном кольцевой проточки венца 1 и размеры трапециедальных выступов 3 могут быть выбраныравнымимодульчисло зубьев колеса,угол наклона зубьев колеса,заданный максимальный мо, 5мент, передаваемый колесом,длина выступов 3,число выступов 3заданное отношение жесткости зацепления к суммарной окружной жесткости выступов 3,Т макс В и К = 3-10В/В где В - ширина венца 1,С 67и ", 7 - допустимые напряжения соответственно изгиба и срезадля материала колеса,Коэффициент р может быть равным0,15-0,3.Способ изготовления колеса реализуется следующим образом.На ступице 2 выполняют выступы 5(фиг. 5 и 6) треугольного пройиляЬс высотой Н = Ь --- . При этом диаЬ -Ь1 20 метр Й,ют как заготовки ступицы определяЬ 2 с 1 = й +2 Ь ----Р ЬНа наружную поверхность ступицы 2 и на торцовые поверхности выступов 5 наносят слой К огнеупорного материала 4, обладающего демпфирующими свойствами, Пространство между выступами 5 заполняют кольцевым слоем Ь огнеупорного материала 4 (фиг. 5), 40 Расстояние от основания выступов 5 до периферии торцового и кольцевого слоев материала 4 делают меньшим высоты выступов 5, т,е, Ь кН, Ступицу 2 с нанесенным на нее матерна лом 4 устанавливают в литейную форму 6 (фиг, 7) с радиальным зазором и заполняют зазор расплавленным металлом 7 методом электрошлакового литья с приплавлением, при котором 50 на поверхности заливаемого снизу в форму 6 металла 7 располагается слой 8 расплавленного шлака.При работе зубчатого колеса место неразъемного соединения вершин вы ступов 3 с дном кольцевой проточки венца 1 обеспечивает повышенную податливость венца 1 относительно ступицы 2 за счет работы выступов 3 как упругих консолей. Слои демпфирующего материала 4 снижают виброактивность колеса. Толщину слоя Р для крупномодульных широковенцовых зубчатых колес можно принимать равной 0,3-0,5 мм,что обеспечивает реальный диапазон углов самоустановки венца 1 по от" ветному зубчатому колесу (не показано) .Выражение для й получено из диапазона оптимальных толщин венца 1, удовлетворяющих одновременно и условиям прочности соединения венца 1 со ступицей 2 и условиям пониженной виброактивности колеса. Геометрия выступов 3 определена прочностным расчетом, причем диапазон.коэф-. ,фициента р определяется оптимальным соотношением между прочностью и податливостью нераэъемного соединения вершин выступов 3 с дном кольцевой проточки венца 1.В процессе изготовления колеса по предлагаемому способу радиальный зазор между ступицей 2 с выступами 5 и формой 6 принимается равным суммарной величине толщинь 1 зубчатого венца, 1 и высоты зубьев с учетом припуска на механическую обработку.Радиальный зазор сифонным способом заполняется расплавленным металлом 7 со слоем 8 расплавленного шлака. При этом шлак, поступающий в литейную форму 6, соприкасаясь с ее стенками, остывает на них, образуя шлаковую оболочку, защищенную от соприкосновения с расплавленным металлом 7 стенки литейной формы 6, исключая непосредственный контакт и прихватывание металла 7 к металлической форме 6,Шлак, исключая выгорание легирующих компонентов и в то же время контактируя с выступами 5 на ступице 2, оплавляет их так как теплообмен между ступицей 2 и расплавленным шлаком и металлом 7 ограничен в ре-,. зультате наличия переходной зоны в виде выступов 3, впадины которых заполнены огнеупорным материалом 4. Тугоплавкий материал 4 исключает оплавление выступов 5 более, чем на величину д = Н-Ь.П р и м е р, Изготавливают ступицу, имеющую 40 треугольных выступов с наружным диаметром й = 932 мм. Выступы располагаются равномерно поокружности и имеют высоту Н = 126 мм и ширину у основания Ь = 20 мм.Впадины между выступами заполняются тугоплавким материалом (цирконом) на высоту Ь = 113 мм. Ступица на оправке устанавливается в форму (кокиль с внутренним диаметром 1000 мм) . . В зазор между кокилем и ступицей сифонным способом подается расплав" ленный металл со шлаком, Вершины выступов, оплавившись, образуют не- разъемное соединение венца и ступицы. После полной кристаллизации расплавленного металла заготовка излекается из кокиля, и по серийной ехнологии нарезаются зубья.Формула изобретения1. Зубчатое колесо, содержащеесоединенные между собой венец и ступицу, на обращенных поверхностях которых выполнены соответственно кольцевая проточка и размещенные в ней выступы, а пространство между венцоми ступицей заполнено демпфирующимматериалом, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения надежности и долговечности, венец со ступицей соединены неразъемно в местесопряжения вершин выступов с дномкольцевой проточки, а выступы в торцовом сечении колеса - трапециедального профиля с большим основанием,обращенным к оси колеса,2. Зубчатое колесо по п. 1, о .тл и ч а ю щ е е с я тем, что диаметр поверхности сопряжения вершинвыступов с дном кольцевой проточкии размеры выступов выбраны равнымис = ш(г/совр)Тмюкс Ь =183 ----- Кпр; ф Р 3 с В и зЬ = 1,53 Ъ, Кпр, где Й - диаметр поверхности сопряжения вершин выступов сдном кольцевой проточки;9Ь и Ь - соответственно большее; 10 г Р Максменьшее основания трапециии высота выступов;ш - модуль;- число зубьев колеса;- угол наклона зубьев колеса;- заданный максимальный мо"мент, передаваемый колесом,- длина выступов;- число выступов,заданное отношение жесткости .зацепления к суммарнойокружной жесткости высту 20 пов,= В/В,где В, - ширина венца,и ", 1 в допустимые напряжения соот 25 ветственно изгиба и срезадля материала колеса.3. Зубчатое колесо по п. 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что р выбрано равным 0,15-0,3,4 Способ изготовления зубчатогоколеса, заключающийся в том, что выполняют на ступице выступы, устанавливают в литейную форму с радиальным зазором и заполняют зазор расплавленным металлом методом электро"шлакового литья с приплавлением дляобразования венца, о т л и ч а ющ и й с я .тем, что, с целью расширения технологических возможностей,перед установкой ступицы в литейную40форму на ее наружную поверхность ина. торцовые поверхности выступовнаносят слой огнеупорного материала,обладающего демпфирующими свойствами, пространство межру выступами45заполняют кольцевым слоем этого жематериала, а расстояние от основания выступов до периферии торцовогои кольцевого слоев выбирают меньшимвысоты выступов, 13758961375896 ставитель М,Левинскиихред Л.Сердюкова аказ 76 Подписенного комитета СССРений и открытий-35, Раушская наб., д 5 г. Ужгород а ическое предприя роектна Редактор И.Горна Производственно Тираж 78 ВНИИПИ Государст по делам изобре 113035, Москва,рректор О.Кравцова