Коническое зубчатое колесо с соединительным зубчатым венцом

013416 Данное изобретение относится к коническому зубчатому колесу с соединительным зубчатым венцом, содержащему конический зубчатый венец и по меньшей мере один дополнительный зубчатый венец с таким же числом зубьев, примыкающий без зазора к одному его концу. Такое коническое зубчатое колесо с соединительным зубчатым венцом, выполненным в виде цилиндрического зубчатого венца, известно из FR 909413. В этом колесе примыкающие друг к другу зубчатые венцы разделены кромкой. Сопряжение двух зубчатых венцов без кромки известно лишь из статьи Evolvantenverzahnungenmit extremen Eigenschaften" авторов Karheinz Roth und Shyi-Jeng Tsai, Zeitschrift Antriebstechnik, 1997, Jg. 36, Heft 3, p. 82-90, где с целью обеспечения возможности поворота друг относительно друга двух тороидальных зубчатых колес два зубчатых венца, конический и цилиндрический, соответствующие друг другу по параметрам зацепления, переходят друг в друга. Известны также конические зубчатые колеса с очень коротким по сравнению с длиной конического зубчатого венца в осевом направлении, цилиндрическим зубчатым венцом, примыкающим в осевом направлении без зазора к коническому зубчатому венцу, причем профиль зубьев цилиндрического зубчатого венца соответствует профилю конических зубьев, спроецированному в осевом направлении. Такой цилиндрический зубчатый венец может использоваться только в качестве зубьев шлицевого соединения. Кроме того, известны конические зубчатые колеса с цилиндрическим зубчатым венцом, примыкающим в виде наружных зубьев к коническому зубчатому венцу на расстоянии от него в осевом направлении. При этом наружный зубчатый венец выполнен исключительно в качестве зубьев для шлицевого соединения и имеет меньший по сравнению с наружным диаметром конического зубчатого венца диаметр вершин зубьев, а также другое число зубьев, чем конический зубчатый венец. В связи с изложенным задачей изобретения является расширение функциональных возможностей конического зубчатого колеса. Эта задача решена путем создания конического зубчатого колеса согласно п.1 формулы изобретения. При этом оба зубчатых венца, т.е. конический зубчатый венец и примыкающий к нему без зазора соединительный зубчатый венец, имеют одинаковое число зубьев, благодаря чему зубчатые венцы могут непосредственно переходить друг в друга. Зубья и боковые поверхности зубьев обоих зубчатых венцов переходят друг в друга предпочтительно как одно целое. Конический зубчатый венец и соединительный зубчатый венец имеют эвольвентные обкатные зубья, благодаря чему, в отличие от известных конических зубчатых колес, соединительный зубчатый венец применим не только для создания шлицевого соединения, но и для передачи сил при обкатке с другим зубчатым колесом. Переходная область двух зубчатых венцов, примыкающих друг к другу без зазора, образована без кромок, а параметры зацепления конического зубчатого венца и соединительного зубчатого венца заданы отдельно и отличаются друг от друга. Коническое зубчатое колесо согласно изобретению предпочтительно изготавливается путем пластического деформирования, например, такими известными способами, как горячая и холодная обработка давлением и ковка. Хотя в принципе возможно также изготовление резанием, но особенности конического зубчатого колеса согласно изобретению, в частности отсутствие кромок в переходной области,особенно просто могут быть реализованы при изготовлении пластическим деформированием. Кроме того, в случае пластического деформирования в ходе одной операции можно изготовить одновременно конический зубчатый венец и соединительный зубчатый венец. Согласно первому выгодному варианту осуществления изобретения параметры зацепления обоих зубчатых венцов в переходной области удовлетворяют двусторонным условиям эвольвентной обкатки,благодаря чему плавное обкатывание зубчатого колеса, входящего в зацепление с одним из двух зубчатых венцов, достигается и в переходной области. Соединительный зубчатый венец представляет собой предпочтительно цилиндрический зубчатый венец, наружные зубья которого примыкают в осевом направлении к коническому зубчатому венцу на его конце, имеющем больший модуль, т.е. на конце с большим диаметром. Возможно также наличие цилиндрического зубчатого венца, расположенного на противоположном конце с меньшим модулем, и тогда эти два цилиндрических зубчатых венца попеременно могут использоваться с коническим зубчатым венцом при помощи соответствующего парного зубчатого венца, вплоть до переходной области. В коническом зубчатом колесе согласно изобретению расчет конического зубчатого зацепления предпочтительно соответствует правилам DIN 3971, а наружные зубья в виде цилиндрического зубчатого венца предпочтительно выполнены по правилам DIN 3960. Конический зубчатый венец и/или соединительный зубчатый венец конического зубчатого колеса согласно изобретению могут иметь бочкообразность. Переходной областью считается та область, где два зубчатых венца переходят друг в друга без кромок. В случае, если оба зубчатых венца имеют бочкообразность, переходная область может определяться как область переходящих друг в друга зубчатых венцов, расположенная между соответствующими пятнами контакта зубчатых венцов. Геометрия двух зубчатых венцов может быть задана отдельно путем надлежащего выбора параметров зацепления, важных для соответствующего зубчатого венца. Для расчета конического зубчатого вен-1 013416 ца имеют значение, в частности, его угол зацепления (KV), модуль (mKV), коэффициент смещения исходного контура (xKV) и угол при вершине делительного конуса (KV). Для цилиндрического зубчатого венца важными являются угол зацепления (St), модуль (mSt), коэффициент смещения исходного контура(XSt) и диаметр делительной окружности (dSt). Эти параметры могут при необходимости варьироваться по ширине соответствующего зубчатого венца, в частности в переходной области зубчатых венцов. В следующем выгодном варианте осуществления изобретения параметры зацепления конического зубчатого венца и цилиндрического зубчатого венца выбраны в зависимости друг от друга, так что как обкатывающееся по коническому зубчатому венцу коническое зубчатое колесо, зубчатый венец которого заходит в цилиндрический зубчатый венец конического зубчатого колеса, так и обкатывающееся по цилиндрическому зубчатому венцу цилиндрическое зубчатое колесо, зубчатый венец которого заходит в конический зубчатый венец, могут обкатываться без помех. Коническое зубчатое колесо в переходной области зубчатых венцов предпочтительно имеет концевое уменьшение боковых поверхностей зубьев, так что линия зуба в переходной области переходит тангенциально по обеим сторонам в линию зуба конического или цилиндрического зубчатого венца. Благодаря этому в области боковых поверхностей зубьев обеспечено особенно плавное и равномерное сопряжение двух зубчатых венцов. С другой стороны, коническое зубчатое колесо в переходной области зубчатых венцов предпочтительно имеет концевое уменьшение диаметра вершин зубьев таким образом, что окружность вершин в переходной области тангенциально переходит по обеим сторонам в окружность вершин конического или цилиндрического зубчатого венца. Таким образом, ни конический, ни цилиндрический зубчатые венцы не выступают на наружной периферии конического колеса относительно соответствующей другой его части. Благодаря этому на наружной поверхности конического зубчатого колеса согласно изобретению обеспечивается плавное,скругленное сопряжение двух зубчатых венцов, не имеющее кромок, при необходимости с переменным радиусом. Согласно следующему выгодному варианту осуществления изобретения модули цилиндрического и конического зубчатого венца в точке пересечения делительной окружности цилиндрического зубчатого венца с делительным конусом конического зубчатого венца имеют одинаковое значение, что позволяет получить особенно плавное сопряжение зубчатых венцов. Это выгодно в особенности тогда, когда отличающиеся друг от друга параметры зацепления конического и цилиндрического зубчатых венцов переходят друг в друга в переходной области как можно более плавно. Коническое зубчатое колесо может иметь внутренние зубья для шлицевого соединения, расположенные в радиальном направлении внутри цилиндрического зубчатого венца. Это еще больше расширяет функциональные возможности конического зубчатого колеса согласно изобретению. При выполнении соединительного зубчатого венца в виде цилиндрического зубчатого венца образуются три возможности передачи сил. Во-первых, передача сил может осуществляться через цилиндрический зубчатый венец либо при обкатке, либо путем использования его наружных зубьев для шлицевого соединения. В последнем случае цилиндрический зубчатый венец может взаимодействовать, например, с выполненными соответствующим образом внутренними зубьями шлицевой втулки. Во-вторых, для передачи сил можно использовать внутренние зубья для шлицевого соединения, либо по выбору, либо дополнительно. При расчете зубчатых венцов конического зубчатого колеса согласно изобретению, с учетом желаемых краевых условий, параметры цилиндрического зубчатого венца можно определить как функциюf от параметров конического конического зубчатого венца, а именно: где индексы St относятся к цилиндрическому зубчатому венцу, a KV - к коническому зубчатому венцу. В представленной ниже таблице даны предельные диапазоны для указанных выше параметров, а также предпочтительно выбираемые из них диапазоны. Предпочтительные диапазоны определяются с учетом области применения и связанных с этим требований к коническому зубчатому колесу согласно изобретению. В частности, для предпочтительного диапазона модуля конического зубчатого венца имеет значение пространство для монтажа, имеющееся в-2 013416 распоряжении. Предпочтительный диапазон угла зацепления конического зубчатого венца зависит от ожидаемой нагрузки на боковые поверхности зубьев, смещение исходного контура - от достигаемой несущей способности ножек зубьев, а угол делительного конуса - от отношения чисел зубьев конического зубчатого венца и находящегося с ним в зацеплении конического зубчатого колеса. Аналогичный подход справедлив для цилиндрического зубчатого венца. Как указано выше, в переходной области зубчатых венцов посредством переменного согласования параметров должно быть обеспечено, чтобы зубчатые венцы, в особенности боковые поверхности зубьев, переходили друг в друга как можно более плавно. В переходной области функция f должна удовлетворять такому граничному условию, что модуль цилиндрического зубчатого венца в точке пересечения его делительной окружности с делительным конусом конического зубчатого венца имеет такое же значение, что и модуль конического зубчатого венца. Следующие краевые условия для функции f вытекают из указанных предпочтительных вариантов выполнения. Данное изобретение не ограничено прямозубым коническим зубчатым колесом с примыкающим к нему прямозубым цилиндрическим зубчатым венцом. Приведенные выше соображения применимы также к косозубому коническому зубчатому венцу с примыкающим к нему косозубым цилиндрическим зубчатым венцом, при этом углы наклона зубьев цилиндрического и конического зубчатых венцов предпочтительно должны соответствовать друг другу. В дальнейшем более подробно со ссылками на чертежи описан вариант выполнения конического зубчатого колеса согласно изобретению. На чертежах: фиг. 1 изображает продольный разрез варианта выполнения конического зубчатого колеса согласно изобретению; фиг. 2 - коническое зубчатое колесо, показанное на фиг. 1, в перспективе и фиг. 3 - фронтальный вид сверху конического зубчатого колеса, показанного на фиг. 1 и 2. Показанный на фиг. 1-3 вариант выполнения конического зубчатого колеса 1 согласно изобретению содержит конический зубчатый венец 2 и примыкающий в осевом направлении без зазора к его концу,имеющему больший модуль, цилиндрический зубчатый венец 3 в качестве соединительного зубчатого венца. Оба зубчатых венца 2, 3 являются прямозубыми. Коническое зубчатое колесо 1 дополнительно имеет внутренние зубья 4 для шлицевого соединения, которые расположены в радиальном направлении внутри цилиндрического зубчатого венца 3 и конического зубчатого венца 2. Эти зубья 4 могут служить,например, для образования жесткого на кручение соединения с наружными зубьями шлицевого вала или подобной детали. Конический 2 и цилиндрический 3 зубчатые венцы имеют одинаковое число зубьев,равное 14, выполненных в виде эвольвентных обкатных зубьев, так что они в сочетании с зацепляющимися с ними вторым коническим и цилиндрическим зубчатыми колесами пригодны для передачи сил. Хорошо видно, что конический и цилиндрический зубчатые венцы непосредственно переходят друг в друга. Переходная область 5 зубчатых венцов 2, 3 образована без кромок. В особенности на фиг. 3 видно,что конический зубчатый венец 2 не мешает цилиндрическому зубчатому колесу, находящемуся в зацеплении с цилиндрическим зубчатым венцом 3, даже когда оно заходит в осевом направлении в конический зубчатый венец 2. Аналогично, цилиндрический зубчатый венец не мешает другому коническому зубчатому колесу при обкатке по коническому зубчатому венцу 2, даже если оно заходит в цилиндрический зубчатый венец 3 или даже выступает из него. В точке пересечения делительной окружности dSt цилиндрического зубчатого венца 3 с делительным конусом dKV конического зубчатого венца 2 модуль цилиндрического зубчатого венца 3 и модуль конического зубчатого венца 2 соответствуют друг другу. В переходной области 5 зубья имеют концевое уменьшение диаметра вершин таким образом, что окружность вершин в переходной области тангенциально переходит по обеим сторонам в окружность вершин зубьев конического зубчатого венца 2 и цилиндрического зубчатого венца 3 плавно, без уступа или кромки. Кроме того, переходящие друг в друга боковые поверхности зубьев конического зубчатого венца 2 и цилиндрического зубчатого венца 3 сглажены посредством плавного сопряжения соответствующих параметров зубчатого зацепления в этой области так, что боковые поверхности их зубьев в переходной области 5 не имеют кромок. В частности, путем уменьшения боковых поверхностей зубьев в переходной области 5 обеспечивается то, что линии зубьев в переходной области 5 тангенциально переходят по обеим сторонам в линии зубьев конического зубчатого венца 2 и цилиндрического зубчатого венца 3. Конический зубчатый венец 2 имеет бочкообразность, которая показана при помощи пятна 7 контакта,изображенного на фиг. 1 в виде затемненной поверхности. Ширина зубьев цилиндрического зубчатого венца 3 в осевом направлении больше, чем ширина зубьев конического зубчатого венца 2 в осевом направлении. Коническое зубчатое колесо 1 имеет на своем торцевом конце со стороны цилиндрического зубчатого венца 3 проходящее в радиальном направлении удлинение 6, например, для охвата с геометрическим замыканием буртика шлицевого вала, соединенного с внутренними зубьями 4. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Коническое зубчатое колесо с соединительным зубчатым венцом, содержащее конический зубчатый венец и по меньшей мере один дополнительный зубчатый венец с таким же числом зубьев, примыкающий без зазора к одному его концу, отличающееся тем, что оба зубчатых венца выполнены с эвольвентными обкатными зубьями, а переходная область между двумя зубчатыми венцами образована без кромок, при этом параметры зацепления конического зубчатого венца и соединительного зубчатого венца заданы отдельно и отличаются друг от друга. 2. Коническое зубчатое колесо по п.1, отличающееся тем, что в переходной области обоих зубчатых венцов их параметры зацепления удовлетворяют двусторонним условиям эвольвентной обкатки. 3. Коническое зубчатое колесо по п.1, отличающееся тем, что соединительный зубчатый венец выполнен в виде цилиндрического зубчатого венца, который примыкает к коническому зубчатому венцу на его конце, имеющем больший модуль. 4. Коническое зубчатое колесо по п.3, отличающееся тем, что параметры зацепления конического зубчатого венца и цилиндрического зубчатого венца выбраны в зависимости друг от друга таким образом, что как обкатывающееся по коническому зубчатому венцу коническое зубчатое колесо, зубья которого заходят в осевом направлении в цилиндрический зубчатый венец конического зубчатого колеса, так и обкатывающееся по цилиндрическому зубчатому венцу цилиндрическое зубчатое колесо, зубья которого заходят в осевом направлении в конический зубчатый венец, могут обкатываться без помех. 5. Коническое зубчатое колесо по п.4, отличающееся тем, что в переходной области зубчатых венцов оно имеет концевое сокращение боковых поверхностей зубьев таким образом, что линия зуба в переходной области тангенциально переходит по обеим сторонам в линию зуба конического или цилиндрического зубчатого венца. 6. Коническое зубчатое колесо по п.4, отличающееся тем, что в переходной области зубчатых венцов оно имеет концевое сокращение диаметра вершин зубьев таким образом, что окружность вершин зубьев в переходной области тангенциально переходит по обеим сторонам в окружность вершин зубьев конического или цилиндрического зубчатого венца. 7. Коническое зубчатое колесо по п.4, отличающееся тем, что модуль цилиндрического зубчатого венца в точке пересечения его делительной окружности с делительным конусом конического зубчатого венца имеет такое же значение, что и модуль конического зубчатого венца. 8. Коническое зубчатое колесо по п.3, отличающееся тем, что угол зацепления цилиндрического зубчатого венца составляет от 17 до 30. 9. Коническое зубчатое колесо по п.3, отличающееся тем, что модуль цилиндрического зубчатого венца составляет от 1 до 20. 10. Коническое зубчатое колесо по п.3, отличающееся тем, что коэффициент смещения исходного контура цилиндрического зубчатого венца выбран в пределах от -0,5 до 0,5. 11. Коническое зубчатое колесо по п.3, отличающееся тем, что угол зацепления конического зубчатого венца составляет от 17 до 30. 12. Коническое зубчатое колесо по п.3, отличающееся тем, что модуль конического зубчатого венца составляет от 1 до 20. 13. Коническое зубчатое колесо по п.3, отличающееся тем, что коэффициент смещения исходного контура конического зубчатого венца выбран в пределах от -0,5 до 0,5. 14. Коническое зубчатое колесо по п.3, отличающееся тем, что угол делительного конуса конического зубчатого венца составляет от 10 до 90. 15. Коническое зубчатое колесо по п.3, отличающееся тем, что коническое зубчатое колесо имеет внутренние зубья для шлицевого соединения, расположенные в радиальном направлении внутри цилиндрического зубчатого венца. 16. Коническое зубчатое колесо по п.1, отличающееся тем, что коническое зубчатое колесо изготовлено пластическим деформированием.