DE10148400A1

DE10148400A1 - Toothed wheel gear used in spur toothing, spiral gearing, internal or external toothing, cylinder or bevel gears, contrate gears, or planet wheel gears comprises a first/second component with teeth having corresponding tooth flank gradients

Info

Publication number: DE10148400A1
Application number: DE2001148400
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Joachim
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-09-29
Filing date: 2001-09-29
Publication date: 2003-04-24
Also published as: WO2003029694A1

Abstract

Toothed wheel gear comprises a first and a second actively connected component (2, 3) provided with teeth (4, 5), e.g. a pinion gear and a wheel for a gearbox. The teeth of the first and second components have at least partially corresponding tooth flank gradients. Preferred Features: The teeth (4) of the first component (2) have a positive crowning and the teeth (5) of the second component (3) have a negative crowning, or vice versa. The crowning is provided on one or both tooth flanks and is symmetrical or asymmetrical.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verzahnung, bestehend aus einem ersten und einem zweiten wirkverbundenen und mit Zähnen versehenen Bauteil, beispielsweise ein Ritzel und ein Rad für ein Getriebe. The present invention relates to a toothing, consisting of a first and a second functionally connected and toothed component, for example Pinion and a gear wheel.

In der Getriebetechnik sind Evolventenverzahnungen bekanntlich weit verbreitet. Der Grund liegt in der einfachen Fertigung mit geradflankigen Werkzeugen, welche die geraden Eingriffslinien erzeugen sowie an der Unempfindlichkeit gegenüber Achsabstandsänderungen. Ein Nachteil der Evolventenverzahnung ist der ungünstige Verlauf der Hertzschen Pressung, die bei Eingriffsbeginn und Eingriffsende maximale Werte annimmt, wo auch die Gleitgeschwindigkeiten maximale Werte haben. Aus Zahnradlaufversuchen ist bekannt, daß die größte zulässige Hertz'sche Pressung bei der Gleitgeschwindigkeit Null, also im Wälzpunkt, vorliegt und daß mit wachsender Gleitgeschwindigkeit die zulässige Hertzsche Pressung stark abnimmt. In gear technology there are involute gears widely known. The reason is simple production with straight-sided tools, which the generate straight lines of engagement as well as on the Insensitivity to changes in center distance. A disadvantage of Involute toothing is the unfavorable course of the Hertzian pressure at the beginning and end of the intervention takes maximum values wherever the sliding speeds have maximum values. It is known from gear wheel trials that the maximum permissible Hertzian pressure at the Zero sliding speed, i.e. at the pitch point, is present and that the permissible with increasing sliding speed Hertzian pressure decreases sharply.

Es hat daher bereits Versuche gegeben, den ungünstigen Pressungsverlauf der Evolventenverzahnung so umzukehren, daß damit eine höhere Flankenlebensdauer erreicht wird. There have therefore already been attempts, the most unfavorable Reverse the pressure curve of the involute toothing so that a longer flank life is achieved.

Hierzu sind Verzahnungen mit gekrümmten Eingriffslinien vorgeschlagen worden, welche jedoch zur Teil Nachteile in der Fertigung haben und empfindlich gegen Achsabstandsänderungen sind. To do this, gears with curved Lines of intervention have been proposed, but some of them have disadvantages have in manufacturing and sensitive to Center distance changes are.

Andererseits sind zur Vermeidung von "Kantenträgern" infolge von Fertigungsabweichungen und lastbedingten Verformungen in Getrieben die Zähne von Zahnrädern heute im allgemeinen mit geometrischen Flankenlinien-Korrekturen versehen. Üblich sind sowohl Zähne mit Balligkeiten als auch mit Endrücknahmen, insbesondere in Großgetrieben. Im allgemeinen ist ein Rad einer Verzahnung mit einer entsprechenden Balligkeit oder auch einer Endrücknahme versehen und das Gegenrad ist mit einer geraden Flankenlinie ausgeführt. Es können aber auch beide Zähne von Ritzel und Rad einer Verzahnung positive Balligkeiten aufweisen; siehe hierzu auch Niemann/Winter, Maschinenelemente Band 2, Seite 115, Springer-Verlag, 1983. Darin wird zum einen beschrieben, daß einer mittleren linearen Flankenlinienkorrektur eine symmetrische Balligkeit überlagert wird und zum anderen eine Endrücknahme empfohlen, wenn Balligschleifen oder Balligschaben nicht möglich sind. On the other hand, in order to avoid "edge carriers" as a result of manufacturing deviations and load-related deformations in gearboxes, the teeth of gearwheels are generally provided with geometric flank line corrections today. Both teeth with crowning as well as with end reliefs are common, especially in large gears. In general, a gear wheel is provided with a corresponding crowning or an end take-back and the counter wheel is designed with a straight flank line. However, both teeth of the pinion and wheel of a toothing can also have positive crowning; see also Niemann / Winter, Maschinenelemente Volume 2 , page 115 , Springer-Verlag, 1983. It describes on the one hand that a medium linear flank line correction is superimposed on a symmetrical crowning and on the other hand a final withdrawal is recommended if crowning or crowning is not possible ,

Zur Herstellung und zur Feinbearbeitung von balligen Zahnflanken sind unter anderem die DE 27 22 376 A1 sowie die DE 38 23 560 C2 zu benennen. Der Nachteil derartiger Korrekturen ist jedoch, daß solche Zahnräder infolge der Balligkeit und auch bei Teillast höhere Pressungswerte aufweisen als nicht korrigierte Zahnräder unter idealen Bedingungen. For the production and fine machining of spherical Tooth flanks include DE 27 22 376 A1 and to name DE 38 23 560 C2. The disadvantage of such Corrections is, however, that such gears as a result of Crowning and higher compression values even at partial load have as uncorrected gears under ideal Conditions.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verzahnung mit einer geometrischen Breiten-Korrektur der Zahnflanken anzugeben, welche einerseits Kantenträger infolge von Fertigungsabweichung in Getrieben vermeiden und andererseits den Verlauf der Hertz'schen Pressung günstig beeinflussen und somit die Lebensdauer oder die Belastbarkeit von Verzahnungen zu verbessern. The object of the present invention is therefore a Interlocking with a geometric latitude correction of the Specify tooth flanks, which on the one hand edge supports avoid due to manufacturing deviation in gearboxes and on the other hand, the course of Hertzian pressure is favorable influence and thus the lifespan or the To improve the resilience of gears.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch eine Verzahnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafterweise weisen die Zähne des ersten und des zweiten Bauteils, beispielsweise ein Ritzel und ein Rad, wenigstens bereichsweise korrespondierende Zahnflankenverläufe auf. Diese Verläufe entsprechen dabei im wesentlichen einer Paarung einer konvexen mit einer konkaven Zahnflanke. Dies führt vorteilhafterweise durch die bessere Anschmiegung der Zahnpaare zu einer Reduktion der Hertz'schen Pressung sowohl bei Schiefstellungen der Verzahnungspartner als auch bei Fertigungsabweichungen der Bauteile. Als Bauteile, welche eine Verzahnung bilden, sind hier sowohl ein Ritzel und ein Rad als auch ein Ritzel und eine Zahnstange bzw. eine Sonne und mehrere Planeten eines Planetenradsatzes oder ähnliche Verzahnungspartner subsummiert. This object is achieved according to the invention by a toothing with the features of claim 1. Advantageously, the teeth of the first and the second component, for example a pinion and a wheel, Corresponding at least in some areas Tooth flanks on. These courses correspond essentially a pairing of a convex and a concave tooth flank. This advantageously leads to the better Nestling of the pairs of teeth to reduce Hertzian Pressing both in the case of misalignment of the gear partners also in the event of manufacturing deviations of the components. As components, which form a toothing are both a pinion here and a wheel as well as a pinion and a rack or a sun and several planets of a planetary gear set or similar gear partners.

In einer besonderen Ausbildungsform der Verzahnung weisen die Zähne des ersten Bauteils eine positive Balligkeit und die Zähne des zweiten Bauteils eine negative Balligkeit auf. Selbstverständlich können auch nur einige Zähne des ersten Bauteils eine positive Balligkeit und einige Zähne des zweiten Bauteils eine negative Balligkeit aufweisen. Die ballige Ausführung entspricht somit im wesentlichen einem konvexen bzw. konkaven Zahnflankenverlauf und ist eine einfach und kostengünstig herzustellende Ausbildung der Erfindung. In a special form of gearing training the teeth of the first component have a positive one Crowning and the teeth of the second component a negative Crowning on. Of course, only a few can Teeth of the first component have a positive crown and some Teeth of the second component have a negative crown exhibit. The spherical design thus corresponds to essentially a convex or concave tooth flank course and is a simple and inexpensive to manufacture Education of the invention.

Die Balligkeit ist durch einen Krümmungsradius der Zähne definierbar, wobei der Krümmungsradius beispielsweise bei einem Stirnrad einen Zahnflankenverlauf erzeugt, welcher im wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Stirnrads verläuft. Der Krümmungsradius der Zähne mit negativer Balligkeit ist erfindungsgemäß größer gewählt als der Krümmungsradius der Zähne mit positiver Balligkeit, so daß im Einzelfall eine entsprechende Anpassung im Zahnflankenkontakt erfolgen kann, wobei verschiedene Kurvenverläufe einstellbar sind. The crowning is due to a radius of curvature Teeth definable, the radius of curvature for example generates a tooth flank profile for a spur gear, which is essentially parallel to the axis of rotation of the Spur gear runs. The radius of curvature of the teeth with negative According to the invention, crowning is chosen to be larger than that Radius of curvature of the teeth with positive crowning, so that in the A corresponding adjustment in individual cases Tooth flank contact can take place, with different curves are adjustable.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Balligkeit auf einer oder auch auf beiden Zahnflanke(n) eines Zahns vorzusehen. In a further development of the invention suggested crowning on one or both To provide tooth flank (s) of a tooth.

Die Balligkeit kann vorteilhafterweise symmetrisch oder auch asymmetrisch ausgebildet sein, so daß der Zahnflankenkontakt auf den jeweiligen Anwendungsfall einstellbar ist. The crowning can advantageously be symmetrical or be asymmetrical so that the Tooth flank contact for the respective application is adjustable.

Die Balligkeit beträgt jeweils nur wenige Mikrometer, so daß vorteilhafterweise ein Rad mit balligen Zähnen, beispielsweise ein Ritzel, in axialer Richtung problemlos auf einer Welle montierbar ist. The crowning is only a few micrometers, so that advantageously a wheel with crowned teeth, for example a pinion, in the axial direction without problems a shaft is mountable.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Verzahnung mit korrespondierenden Zahnflankenverläufen in einer Gerad- oder Schrägverzahnung, als Innen- oder Außenverzahnung, für Stirn- oder Kegelräder, für Kronenräder oder auch für Planetenradsätze zu verwenden. Vorteilhafterweise wird eine derartige Verzahnung in einem Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere in einem Automatgetriebe oder einem automatisiert schaltbaren Getriebe, verwendet. In a further development of the invention suggested interlocking with corresponding Tooth flanks in a straight or helical toothing, as internal or external toothing, for spur or bevel gears, for Crown gears or to use for planetary gear sets. Such a toothing is advantageously in one Motor vehicle transmission, especially in one Automatic transmission or an automatically switchable transmission, used.

Mit den erfindungsgemäßen, korrespondierenden, insbesondere balligen Zahnflankenverläufen werden somit vorteilhafterweise durch eine bessere Anschmiegung der Zähne eines Zahnpaares Kantenträger vermieden sowie eine reduzierte Pressung und eine bessere Schmierung der Zähne erreicht. Dadurch kann letztlich die Lebensdauer einer Verzahnung verlängert oder die Belastbarkeit einer Verzahnung erhöht werden. Ballige Zähne sind mit den heute üblichen Verzahnungsverfahren gut herstellbar und bewirken zusätzlich noch einen Zentriereffekt der beiden Verzahnungspartner. With the corresponding, in particular crowned tooth flanks are thus advantageously by better fitting the teeth of a Avoid pair of teeth edge carriers and a reduced Pressing and better lubrication of the teeth achieved. Ultimately, this can increase the service life of a gear extended or the resilience of a toothing increased become. Crowned teeth are common with today's Gearing processes are easy to manufacture and also have an effect a centering effect of the two gear partners.

Weitere Ziele, Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in den Figuren näher dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale bzw. Kennzeichen für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen und deren Rückbeziehung. Further goals, advantages and configurations of the Invention result from the following description of the Embodiments shown in more detail in the figures are. All of them are described and / or illustrated Features or characteristics shown for themselves or in any meaningful combination the subject of Invention, regardless of its summary in the Claims and their relationship.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 ein Ritzel und ein Rad mit korrespondierenden Zahnflankenverläufen als Teil-Ansicht; FIG. 1 is a pinion and a wheel with corresponding tooth flank gradients as a partial view;

Fig. 2 einen Zahn mit symmetrischer positiver Balligkeit als Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1 mit; Figure 2 shows a tooth with a symmetrical positive crown as cut along the line AA in Figure 1..;

Fig. 3 einen Zahn mit symmetrischer negativer Balligkeit als Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 1; Figure 3 shows a tooth with a symmetrical negative crowning as a section along the line BB in Fig. 1.

Fig. 4 einen Zahn mit asymmetrischer positiver Balligkeit ähnlich Schnitt A-A in Fig. 1 und Fig. 4 shows a tooth with asymmetrical positive crown similar to section AA in Fig. 1 and

Fig. 5 einen Zahn mit asymmetrisch negativer Balligkeit ähnlich Schnitt B-B in Fig. 1. Fig. 5 shows a tooth with asymmetrical negative crowning similar section BB in FIG. 1.

Eine erfindungsgemäße Verzahnung 1 besteht aus einem Ritzel 2 und einem Rad 3, welche miteinander wirkverbundene Zähne 4, 5 aufweisen. Das Ritzel 2 dreht in Drehrichtung 6, so daß das Rad 3 in Drehrichtung 7 angetrieben wird. A toothing 1 according to the invention consists of a pinion 2 and a wheel 3 , which have teeth 4 , 5 which are operatively connected to one another. The pinion 2 rotates in the direction of rotation 6 , so that the wheel 3 is driven in the direction of rotation 7 .

Bei einem Schnitt entlang der Linie A-A durch den Zahn 4 nach Fig. 1 erkennt man einen Zahnflankenverlauf mit einer positiven Balligkeit (Fig. 2), wobei der Zahnflankenverlauf bei dem beispielhaft dargestellten Stirnrad im wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Rades 2 verläuft. Die Balligkeit ist definierbar durch einen Krümmungsradius p 2. Die übrigen benachbarten Zähne sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. A section along the line AA through the tooth 4 according to FIG. 1 shows a tooth flank profile with a positive crowning ( FIG. 2), the tooth flank profile in the spur gear shown as an example running essentially parallel to the axis of rotation of the wheel 2 . The crowning can be defined by a radius of curvature p 2. The other adjacent teeth are not shown for the sake of simplicity.

Der mit dem Zahn 4 zusammenwirkende Zahn 5 des Rades 3 (Fig. 3) weist entlang der Schnittlinie B-B eine negative Balligkeit auf, welche durch einen Krümmungsradius ρ_1 definierbar ist. Der Krümmungsradius ρ_1 ist geringfügig größer gewählt als der Krümmungsradius ρ_2, so daß eine bessere Anschmiegung des Zahns 4 an den Zahn 5 erfolgt. Die Balligkeit der Zähne 4, 5 in den Fig. 2 und 3 ist symmetrisch ausgebildet. The tooth 5 of the wheel 3 ( FIG. 3) interacting with the tooth 4 has a negative crowning along the section line BB, which can be defined by a radius of curvature ρ_1. The radius of curvature ρ_1 is selected to be slightly larger than the radius of curvature ρ_2, so that the tooth 4 fits better to the tooth 5 . The crowning of the teeth 4 , 5 in FIGS . 2 and 3 is symmetrical.

Mit den erfindungsgemäß korrespondierenden Zahnflankenverläufen wird ferner ein Zentriereffekt der Zahnräder 2, 3 erzeugt, welcher zum einen Kantenträger vermeidet, eine reduzierte Hertz'sche Pressung und eine bessere Schmierung der Zähne 4, 5 bewirkt und somit vorteilhafterweise eine Verlängerung der Lebensdauer bzw.. eine Erhöhung der Belastbarkeit der Verzahnung 1 erzeugt. Eine derartige Verzahnung 1 ist vorteilhafterweise mit den heute üblichen Verzahnungsverfahren herstellbar und dadurch, daß die Balligkeit nur wenige Mikrometer beträgt, auch axial montierbar. With the tooth flank profiles corresponding to the invention, a centering effect of the gears 2 , 3 is also produced, which on the one hand avoids edge carriers, results in a reduced Hertzian pressure and better lubrication of the teeth 4 , 5 and thus advantageously extends the service life or increases the resilience of the teeth 1 generated. Such a toothing 1 can advantageously be produced with the toothing methods customary today and, because the crowning is only a few micrometers, also axially mountable.

Alternativ zu der vorbeschriebenen symmetrischen Balligkeit kann ein Zahnrad 2 bzw. 3 auch eine asymmetrische Balligkeit (Fig. 4, 5) aufweisen, wenn dies aus konstruktiven Gründen erforderlich ist. Anstelle der beidseitig balligen Zahnflankenverläufe, wie in Fig. 2 bis 5 dargestellt, kann die Balligkeit auch auf jeweils nur einer Zahnflanke angebracht werden. As an alternative to the symmetrical crowning described above, a gearwheel 2 or 3 can also have an asymmetrical crowning (FIGS . 4, 5) if this is necessary for design reasons. Instead of the crowned tooth flanks on both sides, as shown in FIGS . 2 to 5, the crowned can also be attached to only one tooth flank at a time.

Die geringere, resultierende Balligkeit führt somit zu einer geringeren Pressung und damit zu einer höheren Belastbarkeit oder einer längeren Lebensdauer. Ferner wird auch das Geräuschverhalten durch die größere effektive Überdeckung positiv beeinflußt. Bezugszeichen 1 Verzahnung
2 Bauteil, Ritzel
3 Bauteil, Rad
4 Zahn
5 Zahn
6, 7 Drehrichtung
A-A Schnitt
B-B Schnitt
ρ_1 Krümmungsradius
ρ_2 Krümmungsradius
The lower, resulting crowning thus leads to a lower pressure and thus to a higher load capacity or a longer service life. Furthermore, the noise behavior is positively influenced by the greater effective coverage. Reference number 1 toothing
2 component, pinion
3 component, wheel
4 tooth
5 tooth
6 , 7 direction of rotation
AA cut
BB cut
ρ_1 radius of curvature
ρ_2 radius of curvature

Claims

1. toothing ( 1 ), consisting of a first and a second operatively connected and provided with teeth ( 4 , 5 ) component ( 2 , 3 ), for example a pinion and a wheel for a transmission, characterized in that the teeth ( 4 , 5 ) of the first and the second component ( 2 , 3 ) have corresponding tooth flank profiles at least in regions.

2. Gearing according to claim 1, characterized in that the teeth ( 4 ) of the first component ( 2 ) have a positive crown and the teeth ( 5 ) of the second component ( 3 ) have a negative crown or vice versa.

3. Tooth according to claim 1 or 2, characterized in that the radius of curvature (ρ_1) of the teeth ( 5 ) with a negative crown is greater than the radius of curvature (ρ_2) of the teeth ( 4 ) with a positive crown.

4. Toothing according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the crown on one or both tooth flank (s) of a tooth ( 4 , 5 ) is provided.

5. gearing according to one of the preceding claims, characterized in that the Crowning is symmetrical or asymmetrical.

6. Gearing according to one of the preceding claims, characterized in that the crowning is a few micrometers, so that a spherical gear, for example a pinion ( 2 ), can be axially mounted.

7. Use of a toothing according to claims 1 up to 6 in a straight or helical toothing, as internal or external toothing, for spur or bevel gears, for Crown gears or for planetary gear sets.

8. Use of a toothing according to claims I to 6 in a gear transmission.

9. Use of a toothing according to claims 1 to 6 in a motor vehicle transmission, especially in one Automatic transmission or an automatically switchable Transmission.