Косозубая шестерня

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в конструкциях, имеющих шестеренчатую передачу, в частности, в шестерни распределительного вала двигателя автомобиля. Технической задачей предложенной полезной модели является создание такой конструкции косозубой шестерни, ступица которой обладала бы повышенной прочностью, износостойкостью, и позволяла бы надежно, без сбоев, использовать данную шестерню в двигателях с впрыском топлива. Поставленная техническая задача достигается за счет того, что в косозубой шестерне, содержащей металлическую ступицу, жестко соединенный с ней полимерный диск с различными ребрами жесткости, переходящий в зубчатый венец, по меньшей мере, одна торцевая поверхность ступицы имеет защитный слой из антифрикционного композитного материала. 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в конструкциях, имеющих шестеренчатую передачу, в частности, в шестерни распределительного вала двигателя автомобиля.

Известна косозубая шестерня, содержащая металлическую закладную ступицу и жестко соединенный с ней полимерный диск, переходящий в зубчатый венец, при этом полимерный диск выполнен из полиамида с ребрами жесткости (патент РФ на ИЗ 2016296, F16H 55/02).

Недостатками данной косозубой шестерни являются ее небольшая несущая способность соединения полимерного диска со ступицей, недостаточная прочность полимерного диска и его соединения со ступицей (растрескивание) при пониженных температурах и больших оборотах, а также его недостаточная устойчивость, т.е. возможность потери центрирования полимерного диска и ступицы при повышенных рабочих температурах в двигателе.

Известна также косозубая шестерня по патенту РФ на ИЗ 2194896, F16H 55/02, содержащая металлическую ступицу, жестко соединенные с ней зубчатый венец и полимерный диск, выполненные из полиамида с ребрами жесткости, при этом полимерный диск и зубчатый венец выполнены из стеклонаполненного полимера, например «Армамида», а наружная поверхность ступицы выполнена с отдельными Н-образными в сечении выступами, имеющими поднутрения.

В данной косозубой шестерни повышены эксплуатационные характеристики при экстремальных температурных условиях, а также улучшено качество литья полимерного диска, однако косозубые шестерни данной конструкции невозможно использовать в двигателях с впрыском топлива, отвечающих требованиям Евро 3 и Евро 4, со сниженным выбросом газов CO, NO и др.

Кроме того, к недостатку данной косозубой шестерни относится быстрый износ торцевых поверхностей ее ступицы, в процессе ее работы в двигателе.

Наиболее близкой по своей технической сущности и достигаемому результату к настоящей полезной модели является косозубая шестерня по патенту РФ на ИЗ 2381401, F16H 55/02, который выбран в качестве прототипа.

Данная косозубая шестерня содержит металлическую ступицу, жестко соединенный с ней полимерный диск с ребрами жесткости и приливами, переходящий в зубчатый венец, при этом некоторое количество ребер жесткости имеют уменьшенную длину, а на наружной цилиндрической поверхности ступицы имеются выемки и/или проточки.

Данная конструкция косозубой шестерни позволяет ее применять в двигателях с впрыском топлива отвечающих требованиям Евро 3 и Евро 4, со сниженным выбросом газов CO, NO и др. В данной конструкции также повышены эксплуатационные возможности косозубой шестерни.

Однако данная конструкция обладает значительным недостатком, это быстрый износ торцевых поверхностей ее ступицы в процессе работы двигателя, который превышает 1,5 мм при оборотах 1-3 тыс., что приводит, особенно в впрысковом двигателе УМЗ 4216, 4213, и их модификаций к сбоям в работе впрыскового механизма. В данном случае происходит смещение косозубой шестерни, и отметчик впрыска, расположенный на косозубой шестерне, при ее вращении не дает сигнала на датчик фазы, что ведет к перебоям в работе двигателя.

Происходит раскачивание данной шестерни, потеря осевого вращения при износе связанных трущихся поверхностей в узле распределительного механизма.

Технической задачей предложенной полезной модели является создание такой конструкции косозубой шестерни, ступица которой обладала бы повышенной прочностью, износостойкостью, и позволяла бы надежно, без сбоев, использовать данную шестерню в двигателях с впрыском топлива.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что в косозубой шестерне, содержащей металлическую ступицу, жестко соединенный с ней полимерный диск с различными ребрами жесткости, переходящий в зубчатый венец, по меньшей мере, одна торцевая поверхность ступицы имеет защитный слой из антифрикционного композитного материала.

Предпочтительно, чтобы в косозубой шестерне защитный слой был выполнен в виде установленной на торцевой поверхности ступицы шайбы из антифрикционного композитного материала.

Целесообразно, чтобы в косозубой шестерни защитный слой из антифрикционного композитного материала был выполнен в виде покрытия торцевой поверхности ступицы.

Желательно, чтобы в косозубой шестерне толщина шайбы составляла от 0,5 до 5,0 мм.

Предпочтительно, чтобы в косозубой шестерни толщина покрытия торцевой поверхности ступицы составляла от 0,1 до 3,0 мм.

Целесообразно, чтобы в косозубой шестерне защитный слой из антифрикционного композитного материала был выполнен из наполненных композиций полиамидов, предпочтительно из угленаполненных композиций полиамида 6 или 66.

Предпочтительно, чтобы в косозубой шестерне защитный слой из антифрикционного композитного материала был выполнен из бронзы, латуни, и/или их компонентов.

Желательно, чтобы в косозубой шестерне защитный слой из антифрикционного композитного материала был выполнен из гибридонаполненных композиций полиамида 6 или 66 с содержанием углеволокна от 5% до 30%.

В предпочтительном варианте целесообразно, чтобы в косозубой шестерне были выполнены приливы в виде дисков меньшего размера, а некоторое количество ребер жесткости имело уменьшенную длину.

Желательно, чтобы на наружной цилиндрической поверхности ступицы были выполнены выемки и/или проточки..

Целесообразно, чтобы в косозубой шестерне количество ребер жесткости составляло от 8 до 24.

Желательно, чтобы в косозубой шестерне количество ребер жесткости уменьшенной длины составляло от 2 до 6.

Предпочтительно, чтобы в косозубой шестерне наружная поверхность ступицы имела от 3 до 8 выемок и/или проточек.

Желательно, чтобы в косозубой шестерне количество приливов составляло от 2 до 4.

Целесообразно, чтобы в косозубой шестерне полимерный диск с венцом, а также приливы, в виде дисков меньшего размера, были выполнены из наполненных композиций полиамидов, предпочтительно стеклонаполненного полиамида 6 или 66, модифицированных полиолефинами или каучуками.

Предпочтительно, чтобы ступица косозубой шестерни была выполнена из чугуна, или стали, или металлических пресс-порошков.

Техническим результатом полезной модели является обеспечение работоспособности без сбоев и увеличение срока службы косозубой шестерни в двигателях с впрыском топлива за счет применения в конструкции ступицы защитного слоя из антифрикционного полимерного композиционного материала, который предотвращает быстрый износ ее торцевых поверхностей, а также уменьшение массы ступицы за счет ее частичного выполнения из полимерного композиционного материала.

Для более подробного раскрытия полезной модели далее приводится описание конкретных возможных вариантов ее исполнения с соответствующими чертежами.

Фиг. 1 - общий вид косозубой шестерни.

Фиг. 2 - вид ступицы с покрытием ее торцевой поверхности.

Фиг. 3 - вид ступицы и ее продольный разрез с двумя установленными на ее торцевых поверхностях шайбами.

Предпочтительный вариант косозубой шестерни состоит из металлической ступицы 1, с которой жестко соединен полимерный диск 2, переходящий в зубчатый венец 3. Полимерный диск 3 имеет различные ребра жесткости 4, некоторые из которых могут быть выполнены в виде ребер с уменьшенной длиной 5 (Фиг. 1). Одна, или две торцевые поверхности ступицы 1 имеют защитный слой, который может быть выполнен как в виде покрытия 6 торцевой поверхности ступицы 1 антифрикционным композитным материалом (Фиг. 2), так и в виде шайбы 7 из антифрикционного композитного материала, установленной на торцевой поверхности ступицы 1(Фиг. 3). При этом шайбы 7 из антифрикционного композитного материала могут быть установлены на обеих торцевых поверхностях ступицы (Фиг. 3). Защитный слой может быть выполнен из наполненных композиций полиамида, предпочтительно из угленаполненных композиций полиамида 6 или 66, а также из бронзы, латуни, и/или их композиций. Предпочтительная толщина покрытия 6 лежит в пределах от 0,1 до 3,0 мм, а толщина шайбы 7 лежит в пределах от 0,5 до 5,0 мм. Также на поверхности полимерного диска 2 могут быть выполнены приливы 8 в виде дисков меньшего размера (Фиг. 1). Приливы 8 предназначены для установки металлических отметчиков для работы впрыскового двигателя. Также на наружной цилиндрической поверхности ступицы 1 могут быть выполнены проточки и/или выемки 9 в виде круглых или квадратных углублений, которые обеспечивают жесткое и надежное крепление шестерни в продольном направлении.

Представленная косозубая шестерня изготавливается литьем под давлением из композиций полиамида 6 или 66 (например Армамид ПАСВ30) с использованием заготовок ступиц из различных металлов, предпочтительнее из чугуна. Шайбы, имеющие наружный диаметр меньше внешнего диаметра ступицы изготавливают также литьем под давлением из угленаполненных композиций полиамида 6 или 66 (УВ15 и 30), а также из бронзы, латуни, и/или их сплавов. Затем, при сборке на заводе, шайбу устанавливают в ступицу.

Как очевидно специалистам в данной области техники, данную полезную модель легко разработать в других конкретных формах, не выходя при этом за рамки сущности данной полезной модели.

При этом настоящие варианты осуществления необходимо считать просто иллюстративными, а не ограничивающими, причем объем полезной модели представлен ее формулой, и предполагается, что в нее включены все возможные изменения и область эквивалентности пунктам формулы данной полезной модели.

1. Косозубая шестерня, содержащая металлическую ступицу, жестко соединенный с ней полимерный диск с различными ребрами жесткости, переходящий в зубчатый венец, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна торцевая поверхность ступицы имеет защитный слой из антифрикционного композитного материала.

2. Косозубая шестерня по п.1, отличающаяся тем, что защитный слой из антифрикционного композитного материала выполнен в виде установленной на торцевой поверхности ступицы шайбы.

3. Косозубая шестерня по п.1, отличающаяся тем, что защитный слой из антифрикционного композитного материала выполнен в виде покрытия торцевой поверхности ступицы.

4. Косозубая шестерня по п.2, отличающаяся тем, что толщина шайбы составляет от 0,5 до 5,0 мм.

5. Косозубая шестерня по п.3, отличающаяся тем, что толщина покрытия торцевой поверхности ступицы составляет от 0,1 до 3,0 мм.

6. Косозубая шестерня по п.1, отличающаяся тем, что защитный слой из антифрикционного композитного материала выполнен из наполненных композиций полиамидов, предпочтительно из угленаполненных композиций полиамида 6 или 66.

7. Косозубая шестерня по п.1, отличающаяся тем, что защитный слой из антифрикционного композитного материала выполнен из бронзы, латуни и/или их композиций.

8. Косозубая шестерня по п.1, отличающаяся тем, что защитный слой из антифрикционного композитного материала выполнен из гибридонаполненных композиций полиамида 6 или 66 с содержанием углеволокна от 5% до 30%.

9. Косозубая шестерня по п.1, отличающаяся тем, что на поверхности полимерного диска выполнены приливы в виде дисков меньшего размера, а некоторое количество ребер жесткости имеют уменьшенную длину.

10. Косозубая шестерня по п.1, отличающаяся тем, что на наружной цилиндрической поверхности ступицы выполнены выемки и/или проточки.

11. Косозубая шестерня по п.1, отличающаяся тем, что количество различных ребер жесткости составляет от 8 до 24.

12. Косозубая шестерня по п.9, отличающаяся тем, что количество ребер жесткости уменьшенной длины составляет от 2 до 6.

13. Косозубая шестерня по п.10, отличающаяся тем, что наружная поверхность ступицы имеет от 3 до 8 выемок и/или проточек.

14. Косозубая шестерня по п.9, отличающаяся тем, что количество приливов составляет от 2 до 4.

15. Косозубая шестерня по п.1, отличающаяся тем, что полимерный диск с венцом, а также приливы в виде дисков меньшего размера выполнены из наполненных композиций полиамидов, предпочтительно стеклонаполненного полиамида 6 или 66, модифицированных полиолефинами или каучуками.

16. Косозубая шестерня по п.1, отличающаяся тем, что ступица выполнена из чугуна, или стали, или металлических пресс-порошков.