RU2194896C2

RU2194896C2 - Skew gear

Info

Publication number: RU2194896C2
Application number: RU99117835A
Authority: RU
Inventors: Л.К. Шелепнева; В.Н. Павельев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Автокомплект"
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2002-12-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: skew gear includes metal hub, toothed rim and polymer disk which are rigidly connected with hub. Polymer disk and toothed rim are made from glass- filled polymer, for example armamide at rated linear expansion coefficient α.. Outer surface of hub is provided with separate H-shaped projections with undercut. Transition of polymer disk to hub is made over radius and outer diameter d of hub is found from relationship given in Specification. EFFECT: improved service characteristics at extremal temperature conditions; improved quality of polymer disk casting. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях, имеющих шестеренчатую передачу и, в частности, в шестерне распределительного вала двигателя автомобиля. The invention relates to mechanical engineering and can be used in structures having a gear transmission and, in particular, in a camshaft gear of a car engine.

Известны зубчатые колеса [1], выполненные из пластмассы с металлической ступицей. Cog wheels [1] made of plastic with a metal hub are known.

Недостатком этих колес являются сложность их изготовления, невысокий уровень эксплуатационных характеристик при больших нагрузках. The disadvantage of these wheels is the complexity of their manufacture, a low level of performance at high loads.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является косозубая шестерня [2], содержащая металлическую ступицу и жестко соединенные с ней зубчатый венец и полимерный диск, выполненные из полиамида с ребрами жесткости таким образом, что отношение площади поперечного сечения венца к сумме площадей поперечного сечения диска и ребер от 1:2 до 1:4, а количество ребер определяется из соотношений:

B₁=B₂=(1/25÷1/35)D_ш,
где N_реб - количество ребер;
D_дел - делительный диаметр шестерни;
B₁ - толщина диска;
B₂ - толщина зубчатого венца;
D_ш - диаметр окружности вершин зубьев.The closest in technical essence and the achieved result is a helical gear [2], containing a metal hub and a gear ring and a polymer disk rigidly connected to it, made of polyamide with stiffeners so that the ratio of the cross-sectional area of the crown to the sum of the cross-sectional areas of the disk and ribs from 1: 2 to 1: 4, and the number of ribs is determined from the relations:

B ₁ = B ₂ = (1/25 ÷ 1/35) D _w ,
where N _reb is the number of edges;
D _affairs - pitch diameter gear;
B ₁ is the thickness of the disk;
B ₂ - the thickness of the ring gear;
D _W - the diameter of the circle of the tops of the teeth.

Недостатком известной косозубой шестерни, принятой за ближайший аналог (прототип), является небольшая несущая способность (сцепная сила) соединения полимерного диска со ступицей, возможность потери прочности (растрескивание) полимерного диска при пониженных температурах, возможность потери центрирования полимерного диска и ступицы при повышенных температурах. A disadvantage of the known helical gear adopted for the closest analogue (prototype) is the small bearing capacity (grip) of the connection of the polymer disk with the hub, the possibility of loss of strength (cracking) of the polymer disk at low temperatures, the possibility of losing centering of the polymer disk and hub at elevated temperatures.

Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных характеристик шестерни при экстремальных температурных условиях и улучшение качества литья полимерного диска. The technical result of the invention is to increase the operational characteristics of the gear under extreme temperature conditions and improve the quality of casting of a polymer disk.

Указанный технический результат достигается тем, что в косозубой шестерне, содержащей металлическую ступицу, жестко соединенные с ней зубчатый венец и полимерный диск, согласно изобретению полимерные диск и зубчатый венец выполнены из стеклонаполненного полимера, например армамида, с коэффициентом линейного расширения α₁, определяемым выражением:
α₁-α₂≤15•10^-6 [1/^°C],
где α₂ - коэффициент линейного расширения ступицы.The specified technical result is achieved by the fact that in a helical gear containing a metal hub, a gear ring and a polymer disk are rigidly connected to it, according to the invention, the polymer disk and ring gear are made of glass-filled polymer, for example armamide, with a linear expansion coefficient α ₁ defined by the expression:
α ₁ -α ₂ ≤15 • 10 ^-6 [1 / ^° C],
where α ₂ is the coefficient of linear expansion of the hub.

Наружная поверхность ступицы для ее жесткого соединения с полимерным диском выполнена с отдельными H-образными в сечении выступами, имеющими поднутренние, причем переход полимерного диска к ступице выполнен по радиусу, а наружный диаметра ступицы определяется соотношением:

где Δt - перепад рабочих температур.The outer surface of the hub for its rigid connection with the polymer disk is made with separate H-shaped protrusions with undercuts, the transition of the polymer disk to the hub made in radius, and the outer diameter of the hub is determined by the ratio:

where Δt is the difference in operating temperatures.

Сущность изобретения проясняется чертежами. The invention is clarified by the drawings.

На фиг. 1 изображен общий вид косозубой шестерни, на фиг.2 - металлическая ступица (вид сбоку), на фиг.3 - вид сверху на Н-образные выступы на поверхности ступицы. In FIG. 1 shows a General view of the helical gear, figure 2 is a metal hub (side view), figure 3 is a top view of the H-shaped protrusions on the surface of the hub.

Косозубая шестерня содержит металлическую ступицу 1, жестко соединенные с ней полимерный диск 2 с зубчатым венцом 3 и ребрами 4. Ступица 1 снабжена Н-образными выступами 5 с поднутрением 6. The helical gear contains a metal hub 1, a polymer disk 2 rigidly connected to it with a ring gear 3 and ribs 4. The hub 1 is provided with H-shaped protrusions 5 with an undercut 6.

Работа и устройство косозубой шестерни состоит в следующем. Металлическая ступица 1 снабжена H-образными выступами для того, чтобы увеличить несущую способность соединения диска 2 и ступицы 1. Work and device helical gears is as follows. The metal hub 1 is provided with H-shaped protrusions in order to increase the bearing capacity of the connection of the disk 2 and the hub 1.

Материал при заливке диска 2 обволакивает выступы 5 по максимально возможной поверхности, причем полимер на этих участках не прерывается металлом насквозь, т.е. соединение не ослабляется. Поднутрения 6 необходимы при повышенных температурах. Полимер, обладая большим коэффициентом линейного расширения, старается оторваться от металлической ступицы 1 и нарушить центрирование, однако материал диска 2, находящийся в поднутрении 6, препятствует этому. При пониженных температурах полимерный диск 2, обладая большим коэффициентом линейного расширения, старается сдавить металлическую ступицу 1. В месте их соединения возникают напряжения, которые могут превысить предел прочности полимера, и он может лопнуть. С целью предотвращения этого согласно изобретению полимерный материал выполнен стеклонаполненным, например армамид [4], с очень маленьким коэффициентом линейного расширения α₁=25•10^-6 [1/^oC], при этом должно α₁-α₂≤15•10^-6 [1/^oС].When filling the disk 2, the material envelops the protrusions 5 over the maximum possible surface, and the polymer in these areas is not interrupted by the metal through, i.e. the connection does not loosen. Undercuts 6 are necessary at elevated temperatures. The polymer, having a large coefficient of linear expansion, tries to tear itself away from the metal hub 1 and upset the centering, however, the material of the disk 2, which is undercut 6, prevents this. At low temperatures, the polymer disk 2, having a large coefficient of linear expansion, tries to squeeze the metal hub 1. In the place of their connection, stresses arise that can exceed the tensile strength of the polymer, and it can burst. In order to prevent this, according to the invention, the polymer material is made glass-filled, for example, Armamide [4], with a very small coefficient of linear expansion α ₁ = 25 • 10 ^-6 [1 / ^o C], while α ₁ -α ₂ ≤15 • 10 ^-6 [1 / ^o C].

Ступица в основном выполняется из стали или чугуна α₂=10÷12•10^-6 [1/^oС] (для повышения механической прочности). Правомерность этого выражения докажем дальше.The hub is mainly made of steel or cast iron α ₂ = 10 ÷ 12 • 10 ^-6 [1 / ^o С] (to increase the mechanical strength). We will prove the validity of this expression further.

Известно, чем больше разность коэффициентов линейного расширения охватывающей и охватываемой детали, тем большие напряжения возникают в местах их соединения. It is known that the greater the difference between the linear expansion coefficients of the female and male parts, the greater the stresses occur at their junctions.

Из литературы [3] известно
Δt = 10³d(α₁-α₂)Δt,
где Δt - температурный натяг (или зазор),
d - диаметр соединения охватывающей и охватываемой детали,
α₁, α₂ - коэффициенты линейного расширения этих деталей,
Δt - перепад температур.From the literature [3] it is known
Δt = 10 ³ d (α ₁ -α ₂ ) Δt,
where Δt is the temperature interference (or gap),
d is the diameter of the connection of the female and male parts,
α ₁ , α ₂ - linear expansion coefficients of these parts,
Δt is the temperature difference.

Отсюда

Согласно графикам по формулам Ламе [3] максимальный температурный натяг ▽t для сочетания cтали или чугуна и материала Армамид [4] равен около 100 мкм, поэтому

Это максимальный диаметр сочленения стальной ступицы и армамида.From here

According to the graphs according to the Lame formulas [3], the maximum temperature interference ▽ t for the combination of steel or cast iron and Armamide material [4] is about 100 μm, therefore

This is the maximum diameter of the joint of the steel hub and armamide.

Имея α₁-α₂=15•10^-6 [1/^oС] и Δt=70^oС, т.е. разность от 20^oС до допустимой рабочей температуры автомобиля 50^oС, получим d≈95 мм. Это тот предельный диаметр ступицы 1, при котором сохраняется прочность материала Армамид, охватывающего стальную ступицу. В общем случае:

Из литературы [3] известно, что на краях сочленения при тепловых натягах возникают концентрации напряжений. Для их устранения края охватывающей детали делают с фаской.Having α ₁ -α ₂ = 15 • 10 ^-6 [1 / ^o С] and Δt = 70 ^o С, i.e. the difference from 20 ^o With up to the permissible operating temperature of the car 50 ^o With, we get d≈95 mm This is the maximum diameter of the hub 1 at which the strength of the Armamide material covering the steel hub is maintained. In general:

From the literature [3] it is known that stress concentrations occur at the edges of the joint under thermal interference. To eliminate them, the edges of the covering part are made with a chamfer.

Однако согласно изобретению переход полимерного диска 2 к ступице выполнен по радиусу. Это плавнее снижает концентрацию напряжений. However, according to the invention, the transition of the polymer disk 2 to the hub is made along the radius. This smoothly reduces stress concentration.

К тому же при литье шестерни не образуется турбулентного потока, а поток материала идет ламинарный, без завихрений, а значит без воздушных включений. Этим самым повышается прочность литьевых заготовок и качество. In addition, when the gear is cast, no turbulent flow is formed, and the material flow is laminar, without turbulence, and therefore without air inclusions. This increases the strength of the injection molding and quality.

Согласно признакам предложенного изобретения авторы провели опытную работу и получили положительные результаты. According to the features of the proposed invention, the authors conducted experimental work and obtained positive results.

Источники информации
1. Белый В. А. "Зубчатые передачи из пластмасс", Минск, 1965 г., Машиностроение.Sources of information
1. White V. A. "Gears made of plastics", Minsk, 1965, Engineering.

2. "Косозубая шестерня" патент РФ 2016296, кл. F 16 Н 55/02. 2. "Helical gear" RF patent 2016296, cl. F 16 H 55/02.

3. Орлов П.И. "Основы конструирования", Москва, 1977 г., Машиностроение. 3. Orlov P.I. "Fundamentals of Design", Moscow, 1977, Mechanical Engineering.

4. Армамид. Технические условия ТУ 2243-015-11378612-97. 4. Armamide. Specifications TU 2243-015-11378612-97.

Claims

A helical gear containing a metal hub, a gear ring and a polymer disk rigidly connected to it, made of polyamide with stiffening ribs, characterized in that the polymer disk and ring gear are made of glass-filled polymer, for example Armamide, with a linear expansion coefficient α ₁ defined by the expression
α ₁ -α ₂ ≤15 • 10 ^-6 1 / ^° C,
where α ₂ is the coefficient of linear expansion of the hub;
the outer surface of the hub for its rigid connection with the polymer disk is made with separate H-shaped protrusions with undercuts, the transition of the polymer disk to the hub is made in radius, and the outer diameter d of the hub is determined by the ratio

where Δ _t is the temperature interference (or gap), μm (Δ _t = 100 μm = 0.1 mm);
d is the diameter of the connection of the female and male parts, mm;
α ₁ , α ₂ - linear expansion coefficients of these parts, 1 / ^o С;
Δt - temperature difference, ^o C.