Зубчатая пара, состоящая из корончатого зубчатого колеса и шестерни

010915 Данное изобретение относится к зубчатой паре, состоящей из корончатого зубчатого колеса и шестерни в виде прямозубого цилиндрического колеса с углом пересечения осей 90, а также к дифференциальной передаче, содержащей, по меньшей мере, две зубчатые пары согласно изобретению с направленными друг к другу корончатыми зубчатыми колесами. Типовая зубчатая пара, а также изготовленная из нее дифференциальная передача описаны в DE 10147681 А 1. Хотя такие передачи с корончатыми зубчатыми колесами имеют некоторые преимущества в сравнении с коническими зубчатыми передачами, обычно применяемыми для дифференциальных передач, в частности имеют меньшую длину в осевом направлении и большой запас прочности ножек зубьев при перегрузке, они до сих пор не нашли применения в дифференциальных передачах для транспортных средств по причине недостаточной прочности при длительной эксплуатации. В дифференциальных передачах на зубчатое зацепление могут действовать чрезвычайно большие нагрузки, особенно ударные. Известные типовые зубчатые пары, состоящие из корончатого зубчатого колеса и выполненной в виде прямозубого цилиндрического колеса шестерни, таких нагрузок не выдерживают. Предельные условия для типового корончатого зубчатого зацепления определяются в основном выполнением зубьев корончатого зубчатого колеса. В частности, несущая способность боковых поверхностей зубьев корончатого зубчатого колеса оказалась критичной для эксплуатационной прочности зубчатой пары из-за короткой радиальной линии контакта, обусловленной геометрией, в отличие от несущей способности ножек зубьев, которую благодаря выполнению зубьев на корончатом зубчатом колесе полностью на торцевой стороне, следует оценить скорее как некритичную. Однако наряду с этим всегда нужно обеспечить достаточную прочность шестерни или ее зубьев. В соответствии с указанным уровнем техники в основу изобретения положена задача повысить прочность типовой зубчатой пары, состоящей из корончатого зубчатого колеса и шестерни, в частности повысить несущую способность боковых поверхностей зубьев корончатого зубчатого колеса. Поставленная задача решается тем, что в типовой зубчатой паре, состоящей из корончатого зубчатого колеса и шестерни, зубья шестерни с целью уменьшения подрезания зубьев корончатого зубчатого колеса, согласно п.1 формулы изобретения, имеют увеличивающийся в радиальном направлении относительно корончатого зубчатого колеса снаружи внутрь угол зацепления или, согласно п.5 формулы изобретения, при постоянном угле зацепления имеют уменьшающееся снаружи внутрь смещение исходного контура. Зубья зубчатой пары согласно изобретению, состоящей из корончатого зубчатого колеса и шестерни, выполнены, как обычно, сопряженными друг с другом на несущих участках своих боковых поверхностей. Исходя из предварительно заданной, согласно изобретению, геометрии зубьев шестерни можно, например путем вычисления процесса обкатки зубьев шестерни, рассчитать геометрию зубьев корончатого зубчатого колеса, сопряженных с зубьями шестерни согласно изобретению. Варианты выполнения согласно пп.1 и 5 формулы изобретения имеют общий изобретательский замысел и позволяют путем изменения геометрии зубьев шестерни в радиальном направлении, относительно корончатого зубчатого колеса, уменьшить необходимое в радиальном направлении внутри подрезание зубьев корончатого зубчатого колеса и тем самым сделать возможным удлинение несущих боковых поверхностей зубьев корончатого зубчатого колеса в радиальном направлении внутрь. Понятия угол зацепления и смещение исходного контура являются типовыми для зубчатых пар, например, могут быть заимствованы из стандарта DIN 3960. Угол зацепления обозначает угол между нормалью к поверхности на делительной окружности и касательной к делительной окружности в полюсе зацепления. При смещении исходного контура речь идет о расстоянии от базовой линии профиля (средней линии профиля) исходного контура до делительной окружности, которое рассчитывается по абсолютному значению в виде произведения безразмерного коэффициента смещения исходного контура на модуль зубчатого колеса. Уменьшение смещения исходного контура проявляется таким образом в уменьшении толщины зуба, в частности, толщины головки зуба. Увеличение угла зацепления или уменьшение смещения исходного контура зубьев шестерни осуществляются, в соответствии с п.1 или 5 формулы изобретения, в радиальном направлении снаружи внутрь относительно радиальной протяженности корончатого зубчатого колеса. Это соответствует осевому направлению относительно шестерни. Однако последнее не может служить в качестве базы отсчета для этого определения из-за отсутствия базового направления, которое задано положением шестерни относительно корончатого зубчатого колеса. Благодаря особенно выгодному варианту выполнения зубьев зубчатой пары согласно изобретению,состоящей из корончатого зубчатого колеса и шестерни, боковые поверхности зубьев корончатого зубчатого колеса могут использоваться, по сравнению с уровнем техники, по большей ширине в радиальном направлении. Это возможно, с одной стороны, благодаря возрастающему в радиальном направлении снаружи внутрь углу зацепления зубьев шестерни, при помощи чего достигается уменьшение возникающего в противном случае подрезания боковых поверхностей зубьев корончатого зубчатого колеса. Тем самым большая часть боковых поверхностей зубьев корончатого зубчатого колеса может активно использоваться для передачи сил. С другой стороны, уменьшающееся в радиальном направлении снаружи внутрь смещение исходного контура при постоянном угле зацепления также дает возможность активно использовать зубья корончатого зубчатого колеса по большей ширине в радиальном направлении. Длина кон-1 010915 тактных линий и суммарное перекрытие корончатого зубчатого зацепления благоприятным образом повышаются. Согласно одному варианту выполнения зубчатой пары, состоящей из корончатого зубчатого колеса и шестерни, при угле зацепления зубьев шестерни, увеличивающемся в радиальном направлении внутрь,зубья шестерни имеют также изменяющееся смещение исходного контура. При этом смещение исходного контура может, во-первых, уменьшаться в радиальном направлении снаружи внутрь, как описано выше для постоянного угла зацепления. Во-вторых, при увеличивающемся внутрь угле зацепления может увеличиваться внутрь смещение исходного контура, с помощью чего можно в известной мере компенсировать возникающее заострение головок зубьев шестерни. В этом варианте выполнения достигается более длинная по сравнению с типовыми зубчатыми парами линия контакта, а также более высокое суммарное перекрытие. Согласно следующему выгодному варианту выполнения, в каждом из упомянутых выше случаев зубья шестерни имеют в радиальном направлении снаружи внутрь укорочение головки, в смысле уменьшения диаметра окружности вершин, т.е. уменьшения высоты зуба. Тем самым можно дополнительно уменьшить или в идеале совсем устранить подрезание зубьев корончатого зубчатого колеса. Варианты выполнения согласно изобретению типовой зубчатой пары находят применение, в частности, в таких случаях, когда число зубьев корончатого зубчатого колеса находится за предельными условиями подрезания, при которых при обычной геометрии зубьев с постоянным смещением исходного контура, постоянным углом зацепления и постоянной высотой зуба могло бы возникнуть опасное подрезание зубьев корончатого зубчатого колеса. Зубчатые пары согласно изобретению обеспечивают положительное влияние именно на предельные условия подрезания, т.е. происходит расширение несущей боковой поверхности зубьев корончатого зубчатого колеса в радиальном направлении внутрь. В результате, с одной стороны, исключаются не несущие области боковых поверхностей зубьев, а с другой стороны, активизируются не используемые до сих пор области боковых поверхностей зубьев; суммарное перекрытие боковых поверхностей зубьев корончатого зубчатого колеса и шестерни увеличивается. При выполнении зубчатой пары согласно изобретению предпочтительно нужно принимать во внимание обычные предельные условия для зацепления, в частности так называемую границу заострения, начиная с которой возникает заострение соответствующих зубьев, а также границу интерференции. Поэтому внутреннее и наружное граничные значения угла зацепления и/или смещения исходного контура выбираются предпочтительно таким образом, что в радиальном направлении снаружи соблюдается граница заострения для зубьев корончатого зубчатого колеса, а в радиальном направлении внутри соблюдается граница заострения для зубьев шестерни. При этом в случае увеличения угла зацепления снаружи внутрь предпочтительно выбирается наружное в радиальном направлении граничное значение угла зацепления, которое находится на границе заострения для зубьев корончатого зубчатого колеса, или вблизи нее, и выбирается внутреннее в радиальном направлении граничное значение угла зацепления, которое находится на границе заострения для зубьев шестерни или вблизи нее. Тем самым в зависимости от исходных данных для выгодных вариантов выполнения зубчатой пары согласно изобретению абсолютное значение изменения угла зацепления по ширине зуба составляет примерно до 5, но предпочтительно примерно до 2. В следующем предпочтительном варианте выполнения зубчатой пары для наружного и внутреннего в радиальном направлении граничных значений переменного смещения исходного контура предусматриваются такие же предельные условия (снаружи - на границе заострения зубьев корончатого зубчатого колеса или вблизи нее; внутри - на границе заострения зубьев шестерни или вблизи нее). Тем самым в зависимости от исходных данных для соответствующего варианта выполнения зубчатой пары абсолютное значение изменения безразмерного коэффициента смещения исходного контура по ширине зуба составляет примерно до 0,4, но предпочтительно примерно до 0,2. При увеличении угла зацепления в направлении внутрь и изменении смещения исходного контура в сочетании с упомянутыми выше предельными условиями для соответствующих внутренних и наружных граничных значений угла зацепления и смещения исходного контура достигается определенный выбор пар значений, способствующих снижению возникающего в противном случае подрезания и зависящих друг от друга. Поэтому можно сказать, что при увеличивающемся в направлении внутрь угле зацепления как уменьшающееся, так и увеличивающееся в направлении внутрь смещение исходного контура зубьев шестерни представляют собой возможные и целесообразные варианты осуществления изобретения. Получающаяся асимметричная в осевом направлении шестерни форма зубьев приводит в типовой зубчатой паре со смещением осей к асимметричной нагрузочной способности при правом и левом вращении шестерни относительно корончатого зубчатого колеса. Поэтому согласно следующему целесообразному варианту выполнения, в частности с учетом предпочтительного применения зубчатой пары в дифференциальной передаче, предусмотрено, что зубчатая пара согласно изобретению не имеет смещения осей. Для этого согласно следующему варианту выполнения зубчатой пары согласно изобретению должны быть предусмотрены вспомогательные средства, которые обеспечивают возможность осевого направления шестерни на корончатом зубчатом колесе. В предпочтительном варианте с этой целью шес-2 010915 терня имеет на стороне, расположенной относительно корончатого зубчатого колеса в радиальном направлении внутри и/или снаружи, упорный элемент в форме кольца или крышки, который предпочтительно выполнен как одно целое с зубчатым венцом шестерни. Этот вариант обеспечивает чрезвычайно благоприятный эффект взаимодействия и, как следствие, эксплуатационную прочность пары, состоящей из корончатого зубчатого колеса и шестерни, в которой предусмотрено увеличивающееся в радиальном направлении внутрь укорочение головки. В частности, перекрытие шестерни, имеющее место в радиальном направлении внутри, при этом существенно повышает предел прочности ножек зубьев шестерни на стороне зубчатого венца, расположенной в радиальном направлении внутри относительно корончатого зубчатого колеса. Так как согласно указанному выше варианту осуществления изобретения подрезание зубьев корончатого зубчатого колеса выгодным образом устраняется благодаря происходящему в радиальном направлении внутрь укорочению головок зубьев шестерни, то вызываемое укорочением головок ослабление зубьев шестерни может компенсироваться, даже с избытком, посредством расположенного в радиальном направлении внутри перекрытия зубьев шестерни, которое увеличивает их прочность. Одновременно достигаемое при помощи упорного элемента осевое направление шестерни на корончатом зубчатом колесе помогает избежать радиального (относительно корончатого зубчатого колеса) смещения шестерни. В случае осевого направления шестерни при помощи упорных элементов, размещенных или образованных на ней с обеих сторон, осевое направление шестерни на корончатом зубчатом колесе, а также эксплуатационная прочность всей зубчатой пары согласно изобретению дополнительно улучшаются. В предпочтительном усовершенствовании зубчатой пары согласно изобретению кроме того предусмотрено, что зубья корончатого зубчатого колеса сферически притуплены в радиальном направлении внутрь, а внутренний упорный элемент шестерни на своей поверхности, обращенной к зубьям шестерни,выполнен сопряженным с ними для прилегания по поверхности. Внутренний упорный элемент может также уменьшать вредное влияние действующих в осевом направлении (относительно корончатого зубчатого колеса) на зубчатую пару ударных сил, так как по меньшей мере часть этих сил отводится через упорный элемент шестерни на расположенное в радиальном направлении внутри сферическое притупление зубьев корончатого зубчатого колеса. Тем самым эти силы не передаются непосредственно через боковые поверхности зубьев корончатого зубчатого колеса и шестерни. Для изготовления зубчатой пары согласно изобретению могут использоваться все известные из уровня техники материалы для зубчатых колес и корончатых зубчатых колес и способы изготовления,например, способы деформирования и/или обработки резанием, а также известные способы закалки материалов. Изобретение относится также к дифференциальной передаче, которая вместе с двумя направленными друг к другу корончатыми зубчатыми колесами и одной или несколькими сцепляющимися с ними шестернями имеет по меньшей мере две зубчатые пары по одному из пунктов формулы изобретения. С целью возможного и детализированного выполнения передачи следует обратиться к известному уровню техники. Особое выполнение зубьев зубчатой пары согласно изобретению существенно повышает эксплуатационную прочность дифференциальной передачи такого типа, благодаря чему также заметно расширяются возможные области применения дифференциальной передачи. Применение нескольких шестерен между двумя направленными друг к другу корончатыми зубчатыми колесами позволяет выдерживать еще более высокие нагрузки. В дальнейшем зубчатая пара согласно изобретению описана более подробно на примере нескольких вариантов выполнения со ссылками на чертежи, на которых фиг. 1 изображает в аксонометрии вариант выполнения зубчатой пары согласно изобретению,фиг. 2a-2d - различные варианты выполнения зубьев шестерни зубчатой пары согласно изобретению,фиг. 3 а и 3b - в аксонометрии две определенные путем расчета, направленные друг к другу боковые поверхности зубьев корончатого зубчатого колеса типовой зубчатой пары и зубчатой пары согласно изобретению, и фиг. 4-7 изображают, каждая, две проекции варианта выполнения зубчатой пары согласно изобретению в разрезе. На фиг. 1 показан первый вариант выполнения зубчатой пары согласно изобретению, которая состоит из корончатого зубчатого колеса 1 и шестерни 2 с цилиндрическим прямозубым зубчатым венцом. Ось А корончатого зубчатого колеса 1 пересекается с осью В шестерни 2 под углом 90. Зубья 3 шестерни 2 имеют происходящее в осевом направлении шестерни 2 и увеличивающееся в радиальном направлении, относительно корончатого зубчатого колеса 1, снаружи внутрь укорочение 4 головки и увеличивающийся в радиальном направлении снаружи внутрь угол зацепления (на этом чертеже не виден). Зубья шестерни 2 выполнены сопряженными с зубьями корончатого зубчатого колеса 1; подрезание зубьев 5 корончатого зубчатого колеса 1 отсутствует. Шестерня 2 имеет по обеим сторонам выполненные как одно целое с зубчатым венцом кольцевые упорные элементы 6 и 7, из которых внутренний упорный элемент 7 на своей внутренней стороне (на этом чертеже не видна), обращенной к зубчатому венцу шестерни 2, выполнен с целью прилегания по поверхности, сопряженным со сферическим притуплением 8-3 010915 зубьев 5 корончатого зубчатого колеса 1, ориентированным в радиальном направлении внутрь. На фиг. 2 а-2d показаны различные варианты выполнения зубьев шестерни зубчатой пары согласно изобретению на трех расположенных друг над другом рисунках. На верхнем рисунке каждой из указанных фигур показана наружная и внутренняя в радиальном направлении геометрия поперечного сечения зуба шестерни зубчатой пары согласно изобретению, на среднем рисунке схематично показан вид сверху соответствующего зуба, а на нижнем рисунке показан этот зуб в аксонометрии. На фиг. 2 а показан зуб 18 шестерни, у которого угол зацепления изменяется по ширине b зуба в осевом направлении (относительно шестерни). Расположенная в радиальном направлении снаружи, относительно корончатого зубчатого колеса (на этом чертеже не показано), геометрия 9 поперечного сечения зуба 18 имеет более толстую головку зуба и более узкую ножку зуба по сравнению с расположенной в радиальном направлении внутри геометрией 10 поперечного сечения зуба 18. У зуба 19, показанного на фиг. 2b, по его ширине в осевом направлении изменяется смещение исходного контура, в результате чего изменяется толщина зуба. При этом смещение исходного контура уменьшается в радиальном направлении, относительно корончатого зубчатого колеса, снаружи внутрь, как это видно на поперечных сечениях 11 (снаружи) и 12 (внутри). На фиг. 2 с показан зуб 20 шестерни, в котором увеличение угла зацепления в радиальном направлении сочетается с изменением смещения исходного контура. В данном случае смещение исходного контура увеличивается в радиальном направлении снаружи внутрь. Наружное в радиальном направлении поперечное сечение 14 имеет большую толщину ножки зуба, по сравнению с расположенным в радиальном направлении внутри поперечным сечением 13 зуба. Толщина головки 15 зуба остается по существу постоянной по всей ширине зуба в осевом направлении. На фиг. 2d показан зуб 21 шестерни, который наряду с изменением угла зацепления и смещения исходного контура, как на фиг. 2 с, имеет еще увеличивающееся в радиальном направлении снаружи внутрь укорочение 4 головки. При этом высота зуба 21, измеренная в радиальном направлении внутрь, начиная от его высоты, соответствующей наружному поперечному сечению 16, вначале остается постоянной, а затем непрерывно уменьшается до меньшей высоты, соответствующей внутреннему в радиальном направлении поперечному сечению 17. На фиг. 3 а и 3b показаны две полученные расчетом, направленные друг к другу боковые поверхности 22, 23 и 24, 25 зубьев корончатого зубчатого колеса типовой зубчатой пары (фиг. 3 а) и зубчатой пары согласно изобретению (фиг. 3b), в которой выполненные сопряженными с ними зубья шестерни имеют изменяющий угол зацепления и изменяющееся смещение исходного контура. При этом на представленном изображении, соответствующем взгляду в радиальном направлении снаружи внутрь, очень хорошо видны границы 27, 30 подрезания, которые разделяют боковые поверхности 22-25 зубьев на несущие участки 26,29 и не несущие, подрезанные участки 28,31. В выполненной согласно изобретению зубчатой паре (фиг. 3b) расположенное в радиальном направлении внутри подрезание 31 зубьев корончатого зубчатого колеса явно меньше, чем подрезание 28 зубьев корончатого зубчатого колеса типовой зубчатой пары согласно фиг. 3 а. Несущие боковые поверхности 29 зубьев корончатого зубчатого колеса зубчатой пары согласно изобретению удлинены в радиальном направлении внутрь по сравнению с несущими боковыми поверхностями 26 зубьев корончатого зубчатого колеса типовой зубчатой пары. На фиг. 4-7 показаны следующие варианты выполнения зубчатых пар согласно изобретению, состоящих из корончатого зубчатого колеса 1 и шестерни 2, в горизонтальной проекции (справа) и в разрезе по линии А-А (слева). В вариантах согласно фиг. 4 и 6 шестерня 2 имеет на стороне, расположенной в радиальном направлении внутри, кольцевой упорный элемент 7. Обращенная к зубьям шестерни поверхность 32 внутреннего упорного элемента 7 выполнена сопряженной со сферическим притуплением 8 зубьев корончатого зубчатого колеса и прилегает к нему по поверхности. Шестерня 2 в варианте выполнения согласно фиг. 4 имеет, кроме того, в отличие от шестерни 2 в варианте согласно фиг. 6, наружный в радиальном направлении второй упорный элемент 6, так что шестерня 2 направляется на корончатом зубчатом колесе 1 в осевом направлении с обеих сторон и уже не может перемещаться по нему в радиальном направлении. Шестерня 2 зубчатой пары согласно фиг. 5 имеет для своего осевого направления на корончатом зубчатом колесе 1 кольцевой упорный элемент 6 только на стороне, расположенной в радиальном направлении снаружи, а шестерня 2 зубчатой пары согласно фиг. 7 не имеет ни внутреннего,ни наружного упорного элемента. Осевое направление шестерни 2 на корончатом зубчатом колесе 1 в варианте выполнения согласно фиг. 7 должно обеспечиваться при помощи других осевых направляющих элементов (не показаны), интегрированных в зубчатую пару или расположенных вблизи нее. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Зубчатая пара, состоящая из корончатого зубчатого колеса (1) и шестерни (2) в виде прямозубого цилиндрического колеса с углом пересечения осей 90, отличающаяся тем, что зубья (3) шестерни (2) с целью уменьшения подрезания зубьев (5) корончатого зубчатого колеса (1) имеют увеличивающийся в радиальном направлении относительно корончатого зубчатого колеса (1) снаружи внутрь угол зацепления. 2. Зубчатая пара по п.1, отличающаяся тем, что зубья (3) шестерни (2) имеют также изменяющееся в-4 010915 радиальном направлении относительно корончатого зубчатого колеса (1) снаружи внутрь смещение исходного контура. 3. Зубчатая пара по п.2, отличающаяся тем, что смещение исходного контура зубьев (3) шестерни(2) увеличивается в направлении снаружи внутрь. 4. Зубчатая пара по п.2, отличающаяся тем, что смещение исходного контура зубьев (3) шестерни(2) уменьшается в направлении снаружи внутрь. 5. Зубчатая пара, состоящая из корончатого зубчатого колеса (1) и шестерни (2) в виде прямозубого цилиндрического колеса с углом пересечения осей 90, отличающаяся тем, что зубья (3) шестерни (2) при постоянном угле зацепления, с целью уменьшения подрезания зубьев (5) корончатого зубчатого колеса (1) имеют уменьшающееся в радиальном направлении относительно корончатого зубчатого колеса(1) снаружи внутрь смещение исходного контура. 6. Зубчатая пара по п.1 или 5, отличающаяся тем, что зубья (3) шестерни (2) имеют также увеличивающееся в радиальном направлении снаружи внутрь укорочение (4) головок. 7. Зубчатая пара по п.6, отличающаяся тем, что подрезание зубьев (5) корончатого зубчатого колеса(1) полностью устраняется. 8. Зубчатая пара по п.1, отличающаяся тем, что наружное в радиальном направлении граничное значение угла зацепления зубьев (3) шестерни (2), который увеличивается в радиальном направлении снаружи внутрь, находится на границе заострения для зубьев (5) корончатого зубчатого колеса (1) или вблизи этой границы, а внутреннее в радиальном направлении граничное значение угла зацепления находится на границе заострения для зубьев (3) шестерни (2) или вблизи этой границы. 9. Зубчатая пара по п.2 или 5, отличающаяся тем, что наружное в радиальном направлении граничное значение переменного смещения исходного контура зубьев (3) шестерни (2) находится на границе заострения для зубьев (5) корончатого зубчатого колеса (1) или вблизи этой границы, а внутреннее в радиальном направлении граничное значение смещения исходного контура находится на границе заострения для зубьев (3) шестерни (2) или вблизи этой границы. 10. Зубчатая пара по п.1 или 5, отличающаяся тем, что боковые поверхности зубьев (3) шестерни (2) и зубьев (5) корончатого зубчатого колеса (1) выполнены сопряженными друг с другом в каждой точке. 11. Зубчатая пара по п.1 или 5, отличающаяся тем, что смещение осей корончатого зубчатого колеса(1) и шестерни (2) отсутствует. 12. Зубчатая пара по п.1 или 5, отличающаяся тем, что обкатывающаяся по корончатому зубчатому колесу (1) шестерня (2) направляется в осевом направлении. 13. Зубчатая пара по п.12, отличающаяся тем, что шестерня (2) на стороне, расположенной относительно корончатого зубчатого колеса (1) в радиальном направлении внутри, и/или на стороне, расположенной в радиальном направлении снаружи, снабжена упорным элементом (7, 6) в форме кольца или крышки для осевого направления. 14. Зубчатая пара по п.13, отличающаяся тем, что зубья (5) корончатого зубчатого колеса (1) сферически притуплены в радиальном направлении внутрь, а внутренний упорный элемент (7) шестерни на своей поверхности (32), обращенной к зубьям (3) шестерни (2), выполнен сопряженным с ними для прилегания по поверхности. 15. Дифференциальная передача, содержащая по меньшей мере две зубчатые пары по одному из пп.1-14, которая образована двумя направленными друг к другу корончатыми зубчатыми колесами (1) и одной или несколькими расположенными между ними шестернями (2).