DE102006029153A1 - Inclined-toothed front wheel and straight-toothed front wheel constructing device, has construction model including computer-regulated description of tooth flank with analytical description of evolvent, which determines geometry of flank - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung zum Konstruieren einer zwei Bestandteile umfassenden Zahnverbindung. Jeder Bestandteil dieser Zahnverbindung umfaßt ein Zahnrad oder ein Zahnrad-Segment.The The invention relates to an electronic device for constructing a two-part tooth connection. Every ingredient this tooth connection includes a gear or a gear segment.
Eine
elektronische Konstruktionsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1 ist aus
Die Geometrie einer Zahnflanke wird mit Hilfe einer Kurve zwischen Stützstellen beschrieben. Zwischen jeweils zwei Stützstellen wird die Kurve für die Zahnflanke näherungsweise durch ein Polynom beschrieben. Die Genauigkeit des Konstruktionsmodells hängt damit von der Anzahl und den Positionen der Stützstellen ab.The The geometry of a tooth flank is determined by means of a curve between interpolation points described. Between each two support points is the curve for the tooth flank approximately described by a polynomial. The accuracy of the design model depends on it from the number and positions of the interpolation points.
In
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktionsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei der die Genauigkeit des Konstruktionsmodells nicht von der Anzahl und den Positionen von Stützstellen abhängt.Of the Invention is based on the object, a construction device to provide with the features of the preamble of claim 1, when the accuracy of the design model does not depend on the number and the positions of interpolation points depends.
Die Aufgabe wird durch eine Konstruktionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The Task is by a construction device with the features of claim 1. advantageous Embodiments are specified in the subclaims.
Die Konstruktionsvorrichtung ist zum Erzeugen eines rechnerverfügbaren dreidimensionalen Konstruktionsmodells der Zahnverbindung durch Verändern eines Anfangs-Konstruktionsmodells ausgelegt. Dieses Anfangs-Konstruktionsmodell umfaßt mindestens einen Parameter.The Construction device is for generating a computer-accessible three-dimensional Construction model of the tooth connection by changing a Designed initial design model. This initial design model comprises at least one parameter.
Die Zahnverbindung ist so gefertigt, daß jede Zahnflanke jedes Zahns jedes Bestandteils die Form einer Evolvente aufweist. Erfindungsgemäß umfaßt das Anfangs-Konstruktionsmodell jeweils eine rechnerverfügbare Beschreibung jeder Zahnflanke jedes Zahns jedes Bestandteils. Die Zahnflanken-Beschreibung umfaßt eine rechnerauswertbare analytische Beschreibung einer Evolvente, die die Geometrie der Zahnflanke festlegt.The Tooth connection is made so that each tooth flank of each tooth each component has the shape of an involute. According to the invention, the initial design model comprises each one computer-accessible Description of each tooth flank of each tooth of each component. The Tooth flank description includes a computer-analyzable analytical description of an involute, which determines the geometry of the tooth flank.
Die Konstruktionsvorrichtung weist Eingabegerät zum Eingeben jeweils eines Werts für jeden Parameter auf. Das Anfangs-Konstruktionsmodell wird in Abhängigkeit vom eingegebenen Wert des mindestens einen Parameters verändert. Dieser Parameter ist ein Parameter der Beschreibung der Flanke mittels der Evolventen.The Construction device has input device for inputting one each Value for every parameter. The initial design model becomes dependent changed from the entered value of the at least one parameter. This Parameter is a parameter of the description of the edge by means of the involute.
Die erfindungsgemäße Konstruktionsvorrichtung umfaßt ein Anfangs-Konstruktionsmodell, welches die Bestandteile der Zahnverbindung analytisch beschreiben. Diese analytische Beschreibung ist wesentlich genauer als eine näherungsweise Beschreibung durch Interpolationskurven oder Splines zwischen Stützstellen. darüber hinaus hat die Verwendung einer Näherungslösung mit Stützstellen den Nachteil, daß die Genauigkeit des Konstruktionsmodells stark und in nicht vorhersagbarer Weise von der Anzahl und den Positionen der Stützstellen abhängt. Bei wenigen Stützstellen ist das Modell zu ungenau. Bei vielen Stützstellen erfordert die Verarbeitung des Konstruktionsmodells eine hohe Rechenleistung, was zu einer langen Laufzeit führt. Beides ist von Nachteil.The Construction device according to the invention comprises an initial design model that describes the components of the tooth connection describe analytically. This analytical description is much more accurate as an approximate Description by interpolation curves or splines between interpolation points. about that In addition, the use of an approximate solution with nodes has the disadvantage that the accuracy of the design model strongly and unpredictably depends on the number and positions of the support points. at few support points the model is too inaccurate. Many interpolation points require processing of the design model high computing power, resulting in a long term leads. Both are disadvantageous.
Jede Zahnflanke der Zahnverbindung wird als Evolvente beschrieben. Werden die Zahnflanken aus einem Rohteil durch ein Wälzverfahren (Hüllschnittverfahren) hergestellt, so vollführt ein rundes Werkzeug eine Abrollbewegung. Diese Abrollbewegung bewirkt, daß die Geometrie der Zahnflanke eine Kurve beschreibt, die eine Evolvente ist. Wird ein straff gespannter Faden von einem Zylinder abgewickelt, so beschreibt jeder Punkt auf dem gestrafften Teil des Fadens eine Kreisevolvente.each Tooth flank of the tooth connection is described as involute. Become the tooth flanks from a blank by a rolling process (Hüllschnittverfahren) made, so performed a round tool a rolling motion. This rolling movement causes that the The geometry of the tooth flank describes a curve that is an involute is. If a taut thread is unwound from a cylinder, so each point on the tightened part of the thread describes one Involute.
Eine Zahnverbindung mit Zahnflanken, die die Form von Evolventen haben, hat gewünschte technische Eigenschaften: Zwei korrespondierende Zahnräder sind ständig im Eingriff miteinander, und die Verbindung ist unempfindlich gegenüber Änderungen des Abstands zwischen den Drehachsen der Zahnverbindung. Die Zahnflanken rollen aneinander ab und gleiten nicht aneinander vorbei oder gar aneinander ab. Daher werden die Zahnflanken auch dann bevorzugt in Form von Evolventen gefertigt, wenn als Fertigungsverfahren nicht ein Wälzverfahren angewendet wird.A tooth connection with tooth flanks, which have the shape of involute, has desired technical characteristics: two corresponding gears are constantly engaged with each other, and the verbin is insensitive to changes in the distance between the axes of rotation of the tooth connection. The tooth flanks roll off each other and do not slide past each other or even against each other. Therefore, the tooth flanks are also preferably made in the form of involutes, if not a rolling process is used as a manufacturing process.
Die Konstruktionsvorrichtung erzeugt ein rechnerverfügbares dreidimensionales Konstruktionsmodell einer Zahnverbindung. Dieses Konstruktionsmodell umfaßt rechnerverfügbare Konstruktionsmodelle der Bestandteile der Zahnverbindung. Das Konstruktionsmodell der Zahnverbindung läßt sich beispielsweise für folgende technische Anwendungen verwenden:
- – Durch Auswertung des Konstruktionsmodells wird die Zahnverbindung untersucht, ohne daß bereits eine reale Zahn verbindung vorzuliegen braucht. Dadurch sind Untersuchungen frühzeitig im Produktentstehungsprozeß möglich. Beispielsweise wird das Gewicht der Zahnverbindung vorhergesagt. Oder eine Toleranzuntersuchung wird mittels des Konstruktionsmodells durchgeführt. Hierbei werden die Abmessungen der Bestandteile innerhalb vorgegebener Toleranzen variiert. Mit Hilfe der Bestandteil-Konstruktionsmodelle werden Simulationen durchgeführt. In den Simulationen wird z. B. das resultierende Spiel der Zahnverbindung ermittelt und mit einer vorgegebenen Schranke verglichen.
- – Das Konstruktionsmodell der Zahnverbindung wird vernetzt. Gemäß der Methode der Finiten Elemente wird eine Untersuchung der Zahnverbindung z. B. auf Betriebsfestigkeit, auf Schwingungen, auf Verschleiß und/oder auf die Lebensdauer durchgeführt.
- – Auf Basis des Konstruktionsmodells werden Zeichnungen der Zahnverbindung erzeugt und ausgedruckt. Diese Zeichnungen zeigen die Zahnverbindung aus verschiedenen Blickrichtungen und sind bemaßt. Diese Zeichnungen werden verwendet, um die Zahnverbindung zu fertigen.
- – Eine reale Zahnverbindung wird gefertigt. Die gefertigte reale Zahnverbindung umfaßt beispielsweise mehrere Zahnräder oder eine Welle und eine Nabe. Um diesen Prototyp herzustellen, wird ein Werkstück durch Fräsen in eine Form gebracht, die durch das Konstruktionsmodell der Zahnverbindung vorgegeben ist. Das Konstruktionsmodell steuert somit den Fertigungsvorgang.
- – Durch Analyse des Konstruktionsmodells werden Referenz-Meßpunkte definiert. Das Konstruktionsmodell liefert die exakten Positionen dieser Meßpunkte in einem vorgegebenen Referenz-Koordinatensystem. Eine reale Zahnverbindung wird so wie durch das Konstruktionsmodell vorgegeben gefertigt. Die reale Zahnverbindung wird in einem Koordinatensystem positioniert und orientiert. Dieses Koordinatensystem wird mit dem Referenz-Koordinatensystem in eine Beziehung ge bracht. Die reale Zahnverbindung wird vermessen, und zwar an Meßpunkten im Koordinatensystem, die den Referenz-Meßpunkten im Referenz-Koordinatensystem entsprechen. Ermittelt wird der jeweilige Abstand zwischen dem Referenz-Meßpunkt und dem gemessenen Meßpunkt. Bei einer nahezu exakten Fertigung sind alle Abstände gleich Null. In der Realität wird verlangt, daß die Abstände eine zuvor festgelegte Toleranz einhalten. In der Praxis treten hingegen oft Abweichungen auf, die die Toleranz übersteigen. Dadurch wird die reale Zahnverbindung mit dem Konstruktionsmodell verglichen.
- - By evaluation of the design model, the tooth connection is examined without the need for a real tooth connection already exists. As a result, investigations are possible early in the product development process. For example, the weight of the tooth connection is predicted. Or a tolerance examination is carried out by means of the design model. Here, the dimensions of the components are varied within predetermined tolerances. Simulations are performed using the constituent design models. In the simulations z. B. determines the resulting game of the tooth connection and compared with a predetermined barrier.
- - The design model of the tooth connection is networked. According to the method of the finite elements, an examination of the tooth connection z. As to durability, to vibrations, wear and / or carried out on the life.
- - Drawings of the tooth connection are generated and printed on the basis of the design model. These drawings show the tooth connection from different directions and are dimensioned. These drawings are used to make the tooth connection.
- - A real tooth connection is made. The fabricated real tooth connection includes, for example, a plurality of gears or a shaft and a hub. To make this prototype, a workpiece is machined into a shape dictated by the design model of the tooth connection. The design model thus controls the manufacturing process.
- - By analyzing the design model, reference measurement points are defined. The design model provides the exact positions of these measurement points in a given reference coordinate system. A real tooth connection is made as dictated by the design model. The real tooth connection is positioned and oriented in a coordinate system. This coordinate system is related to the reference coordinate system. The real tooth connection is measured, namely at measuring points in the coordinate system, which correspond to the reference measuring points in the reference coordinate system. The respective distance between the reference measuring point and the measured measuring point is determined. With a nearly exact production all distances are equal to zero. In reality, it is required that the distances comply with a predetermined tolerance. In practice, however, deviations often occur that exceed the tolerance. This compares the real tooth connection with the design model.
Vorzugsweise umfaßt das Konstruktionsmodell zusätzlich eine rechnerverfügbare Kurve, die den jeweiligen Zahnfuß beschreibt. Diese Kurve legt insbesondere die Fußrundung fest. Die Zahnflanke wird vorzugsweise als mittels der Evolvente und der Kurve des Zahnfußes beschrieben.Preferably comprises the construction model in addition a computer-accessible Curve that describes the respective tooth root. This curve lays especially the foot rounding firmly. The tooth flank is preferably as by means of the involute and the curve of the tooth base described.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:in the The following is an embodiment the invention described in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:
Im Ausführungsbeispiel wird die Konstruktionsvorrichtung zur Konstruktion von folgenden Zahnverbindungen verwendet:
- – einer Stirnradverzahnung gemäß DIN 3960,
- – einer Welle-Nabe-Verbindung gemäß DIN 5480 und
- – einem Tellerrad und einem Ritzel, das in das Tellerrad eingreift.
- - a spur gear toothing according to DIN 3960,
- - A shaft-hub connection according to DIN 5480 and
- - A ring gear and a pinion, which engages in the ring gear.
Gemäß DIN 5480 werden Zahnwellen-Verbindungen dazu eingesetzt, Wellen und Naben lösbar verschiebbar oder fest zu verbinden. Die Zahnwellen-Verbindungen besitzen die für die Drehmomentübertragung und die Zentrierung erforderlichen Eigenschaften. Das wesentliche Unterscheidungsmerkmal dieser Verzahnungssysteme ist der Eingriffswinkel, der 30°, 37,5° oder 45° beträgt. Verbindungen mit 30° Eingriffswinkel haben den weitesten Anwendungsbereich erlangtAccording to DIN 5480, splined shaft connections are used to detach shafts and hubs slidable or firmly connected. The toothed shaft connections have the properties required for torque transmission and centering. The essential distinguishing feature of these gear systems is the pressure angle, which is 30 °, 37.5 ° or 45 °. Connections with 30 ° pressure angle have reached the widest range of application
- – eine Nabe
12 gemäß DIN 5480 ohne Auslauf, - – eine
Welle
13 gemäß DIN 5480 ohne Auslauf, - – eine
Welle
14 gemäß DIN 5480 mit Auslaufradius und - – eine
Welle
15 gemäß DIN 5480 mit Auslaufradius und Gerade.
- - a hub
12 according to DIN 5480 without outlet, - - a wave
13 according to DIN 5480 without outlet, - - a wave
14 according to DIN 5480 with outlet radius and - - a wave
15 according to DIN 5480 with discharge radius and straight line.
Beim Fertigen der Zahnverbindung wird zunächst jeweils ein Rohteil jedes Bestandteils der Zahnverbindung erzeugt. Aus diesen Rohteilen werden anschließend die Zahnlücken herausgefräst oder auf andere Weise entfernt, so daß die Zähne übrigbleiben. Vorzugsweise erzeugt die Konstruktionsvorrichtung daher zwei Konstruktionsmodelle:
- – ein Konstruktionsmodell, das die Rohteile der Bestandteile der Zahnverbindung beschreibt, und
- – ein Konstruktionsmodell, das quasi als Negativ die Geometrie der Zahnlücken beschreibt.
- A design model describing the blanks of the components of the tooth connection, and
- - A design model that describes the geometry of the tooth gaps as a negative.
Das Konstruktionsmodell der Zahnverbindung ist dann die Differenzmenge aus Rohteile-Konstruktionsmodell und Zahnlücken-Konstruktionsmodell.The Construction model of the tooth connection is then the difference from blank design model and gullet design model.
Um einerseits eine hohe Verzahnungsgenauigkeit zu erzielen, andererseits möglichst wirtschaftlich zu fertigen, wird eine Zahnverbindung häufig in zwei Schritten gefertigt: Im ersten Schritt wird mit großen Vorschüben und einer hohen Schnittgeschwindigkeit verzahnt. Im zweiten Schritt wird eine Feinbearbeitung durchgeführt. Zum Vorverzahnen werden hauptsächlich das Wälzfräsen, das Wälzstoßen und für Großverzahnungen das Wälzhobeln eingesetzt. Das Feinbearbeiten wird vor allem durch Wälz- oder Formschleifen durchgeführt. Verschiedene Verfahren zur Herstellung von Zahnverbindungen werden auch in G. Niemann & H. Winter: Maschinenelemente Band 2: Getriebe allgemein, Zahnradgetriebe – Grundlagen, Stirnradgetriebe, 2. Aufl., Springer-Verlag, 1989, beschrieben.Around on the one hand to achieve a high gear accuracy, on the other hand preferably To manufacture economically, a tooth connection is often used in made in two steps: the first step is with large feeds and meshed with a high cutting speed. At the second step a fine machining is carried out. For Vorverzahnen be mainly hobbing, the Wälzstoßen and Planing for large gearings used. The finishing is mainly by Wälz- or Mold grinding performed. Various Methods for producing tooth connections are also described in G. Niemann & H. Winter: Machine Elements Volume 2: Gears in General, Gears - Basics, Helical gear, 2nd edition, Springer-Verlag, 1989, described.
Bei Anwendung eines Wälzverfahrens (Hüllschnittverfahrens) wird das Zahnprofil durch eine Abrollbewegung zwischen dem Werkzeug und dem herzustellenden Zahnrad erzeugt. Anstelle des Werkzeugs kann auch eine Planverzahnung, die durch das Werkzeug verkörpert wird, eingesetzt werden. Dabei bestehen die gleichen kinematischen Verhältnisse wie beim Lauf der Räder im Getriebe. Diese spangebende Formung im Wälzverfahren kann durch Hobeln, Fräsen, Stoßen, Schaben und Schleifen erfolgen.at Application of a rolling process (Hüllschnittverfahrens) The tooth profile is caused by a rolling movement between the tool and the gear to be produced. Instead of the tool can also be a planer toothing, which is embodied by the tool, be used. There are the same kinematic conditions like the wheels in the transmission. This cutting shaping in the rolling process can be achieved by planing, milling, Bump, Cockroaches and grinding done.
Beim Walzen wird die Zahnflanke von einem Werkzeug mit geradem Bezugsprofil, bei gleichzeitiger Bewegung des Werkstückes, erzeugt. Hierbei wird die Zahnflanke als eine Evolvente erzeugt. In jeder Lage tangieren die Schneiden des Profils, so daß die Zahnflanke aus einer Folge von Hüllschnitten entsteht.At the Rolling becomes the tooth flank of a tool with a straight reference profile, with simultaneous movement of the workpiece, generated. This is the tooth flank is created as an involute. In every situation tangent the cutting edges of the profile, so that the tooth flank of a Sequence of Hüllschnitten arises.
Bei
einem kontinuierlichen Wälzverfahren
wird Span kontinuierlich bis zur Fertigstellung aller Zähne eines
zu fertigenden Bestandteils der Zahnverbindung abgenommen. Werkzeug
und Werkstück
drehen sich dabei wie zwei kämmende
Zahnräder
(Schneid-, Schabe- oder Walzrad) oder wie Schnecke (Fräs-, Schabe- oder
Schleifschnecke) und Schneckenrad.
Beim Teil-Wälzverfahren wird die Zahnlücke ebenso von der geraden Flanke des Werkzeugs als Hüllschnitt erzeugt, jedoch ist die Wälzbewegung des Werkzeugs nicht mehr durchlaufend, sondern hin- und hergehend. Nach dem Wälzvorgang wird das Werkzeug außer Eingriff gebracht und nach Weiterschalten des Zahnrades um einen oder mehrere Zähne (Teilvorgang) der nächste Arbeitsgang in gleicher Weise ausgeführt.At the Part-generating method becomes the tooth gap as well from the straight edge of the tool as Hüllschnitt generated, however, is the rolling motion the tool no longer running, but back and forth. After the rolling process the tool will be out of action Intervention brought and after switching the gear to one or more teeth (Sub-operation) the next Operation executed in the same way.
Beim Profilverfahren wird das herzustellende Zahnrad ohne Wälzbewegung erzeugt. Hier hat das Werkzeug das Profil der Zahnlücken und wird in Richtung der Zahnflanken bewegt. Bei diesem Verfahren berühren sich Werkzeug und Zahnrad im ganzen Profil.At the Profile process is the gear to be produced without rolling motion generated. Here the tool has the profile of the tooth gaps and is moved in the direction of the tooth flanks. This method is touching Tool and gear in the whole profile.
Beim
Teil-Profilverfahren schleift bzw. schneidet das profilierte Werkzeug
(Scheiben- oder Fingerfräser,
Stoß-
oder Stanzwerkzeug, Räumnadel
oder Schleifscheibe) eine Zahnlücke
und nach dem Teilvorgang die nächste.
Beim Komplett-Profilverfahren
wird das ganze Zahnrad mit einem Stanz-, Zieh- oder Räumwerkzeug
in einem Schnitt- oder Ziehvorgang verzahnt.
Bei der Herstellung im räumlichen Formverfahren dient eine „Form", die eine vollständige räumliche Matrize des Zahnrades darstellt. Die Zahnräder werden hier als Ganzes (mit Zähnen, evtl. Stirnnocken, Klauen usw.) gegossen, gesintert, gepreßt oder gespritzt.at the production in the spatial Molding process is a "mold" that forms a complete spatial matrix represents the gear. The gears are here as a whole (with teeth, possibly forehead cams, claws, etc.) poured, sintered, pressed or injected.
Die Zahnflanke stellt den wichtigsten Teil des Zahnrades dar. Sie gewährleistet, daß zwei Zahnräder ständig im Eingriff und gegenüber Achsabstandsänderungen unempfindlich sind. Des Weiteren muß die Zahnflanke so beschaffen sein, daß die Zahnräder nicht aufeinander abgleiten, sondern abrollen. So ist der Verschleiß sehr gering. Diese Eigenschaft wird durch die so genannte Kreisevolvente erreicht.The Tooth flank represents the most important part of the gear. It ensures that two Cogs constantly in the Intervention and opposite center distance insensitive. Furthermore, the tooth flank must procure this way be that the gears do not slide on each other, but roll off. So the wear is very low. This property is achieved by the so-called circle involute.
Wird ein straff gespannter Faden von einem Zylinder abgewickelt, so beschreibt jeder Punkt auf dem gestrafften Teil des Fadens eine Kreisevolvente. Das heißt, alle Punkte einer Tangente (der Erzeugenden), die auf einem Kreis abwälzt, beschreiben Kreisevolventen. Bei Zahnrädern wird dieser Kreis als Grundkreis bezeichnet. Mit dem Grundkreisradius rb ist daher die Evolvente eindeutig bestimmt. Der Fußpunkt T der Erzeugenden auf dem Grundkreis ist der Krümmungsmittelpunkt der Evolvente im zugehörigen Punkt Y. Die Flankennormale tangiert also stets den Grundkreis.If a taut thread is unwound from a cylinder, each point on the tightened part of the thread describes a circle involute. That is, all points of a tangent (the generator) that circulates on a circle describe circle involutes. For gears, this circle is called the base circle. With the base circle radius r b , therefore, the involute is uniquely determined. The base point T of the generatrix on the base circle is the center of curvature of the involute in the corresponding point Y. The flank normal thus always affects the base circle.
Aus
W. Matek et al.: Maschinenelemente-Normung, Berechnung und Gestaltung,
Vieweg-Verlag, 2001, sind verschiedene Größen bekannt, die ein Stirnrad
einer Zahnverbindung beschreiben.
Die Anzahl der Zähne auf dem Radumfang wird mit z bezeichnet. Gemäß DIN 3960 ist der Modul m des Bezugsprofils der Normalmodul mn Modul im Normalschnitt der Stirnverzahnung. Es ist The number of teeth on the wheel circumference is denoted by z. According to DIN 3960, the modulus m of the reference profile is the normal modulus m n modulus in the normal section of the spur toothing. It is
Hierbei ist β der Schrägungswinkel und mt das Stirnmodul. Ein Modul ist ein Maß, das z. B. in [mm] gemessen wird.Here, β is the helix angle and m t is the forehead module. A module is a measure that z. B. measured in [mm].
Der Teilzylinder ist gemäß DIN 3960 die Bezugsfläche für die Stirnverzahnung. Seine Achse fällt mit der Führungsachse des Rades (Radachse) zusammen. Dementsprechend fungiert bei einer Zahnstange die Teilebene als die Zahnstangen-Bezugsebene. Der Teilkreis ist der Schnitt des Teilzylinders mit einer Stirnschnittebene. Der Teilkreisdurchmesser d läßt sich gemäß der Rechenvorschrift berechnen.The partial cylinder is according to DIN 3960 the reference surface for the spur toothing. Its axis coincides with the guide axis of the wheel (wheel axle). Accordingly, in a rack, the part plane functions as the rack reference plane. The pitch circle is the section of the part cylinder with a front section plane. The pitch diameter d can be according to the calculation rule to calculate.
Der Grundzylinder ist gemäß DIN 3960 derjenige zum Teilzylinder koaxiale Zylinder, der für die Erzeugung der Evolventenfläche (Evolventenschraubenfläche) bestimmend ist. Größen am Grundzylinder werden mit dem Index b angegeben.Of the Base cylinder is in accordance with DIN 3960 the one to the cylinder part coaxial cylinder, for the production the involute area (Involute helical) is determinative. Sizes on the base cylinder are indicated by the index b.
Auch die folgenden Begriffsdefinitionen stammen aus DIN 3960. Der Grundkreis ist der Schnitt des Grundzylinders mit einer Stirnebene; die Evolventen des Grundkreises enthalten die nutzbaren Teile der Zahnprofile. Der Grundkreisdurchmesser db läßt sich gemäß der Rechenvorschrift berechnen. Hierbei ist αt der Stirneingriffswinkel.The following definitions also come from DIN 3960. The base circle is the section of the base cylinder with a frontal plane; The involutes of the base circle contain the usable parts of the tooth profiles. The base circle diameter d b can be in accordance with the calculation rule to calculate. Here, α t is the prewarning angle.
Die (stets in einem Stirnschnitt liegende) Evolvente ist gemäß DIN 3960 in dem beliebigen Punkt Y um den Stirnprofilwinkel αyt gegen den Radius (Mittelpunktstrahl) durch Y geneigt. Der Stirnprofilwinkel läßt sich gemäß der Rechenvorschrift berechnen.The involute (always in a frontal section) is inclined according to DIN 3960 in the arbitrary point Y to the front profile angle α yt against the radius (center beam ) by Y. The face profile angle can be according to the calculation rule to calculate.
Der Stirneingriffswinkel αt ist der spitze Winkel zwischen der Tangente an die Evolvente in ihrem Schnittpunkt mit dem Teilkreis und dem Radius (Mittelpunktsstrahl) durch diesen Schnittpunkt. Es gilt: The prism engagement angle α t is the acute angle between the tangent to the involute in its intersection with the pitch circle and the radius (midpoint beam) through that intersection. The following applies:
Im
Normalschnitt durch eine Evolventenschraubenfläche ist die in einem beliebigen
Punkt Y an diese Fläche
gelegte Tangente gegen den Halbmesser (Mittelpunktstrahl) durch
Y um den Normalprofilwinkel αyn geneigt. Der entsprechende Neigungswinkel
am Teilzylinder ist der Normaleingriffswinkel αn; er
ist gleich dem Profilwinkel αP des Bezugsprofils. Es gilt:
Bei einem geradverzahnten Stirnrad ist β = 0 und αn = αt = α sowie αyn = αyt = αy.For a straight-toothed spur gear, β = 0 and α n = α t = α and α yn = α yt = α y .
Der
durch den Evolventen-Ursprungspunkt U und den Berührpunkt
T der Tangente vom Punkt Y an den Grundkreis bestimmte Zentrierwinkel
ist der Wälzwinkel ξy der
Evolvente. Der Grundkreisbogen UT ist gleich dem Tangentenabschnitt
YT. Daher gilt:
Der Tangentenabschnitt YT ist der Krümmungshalbmesser ρy der Evolvente im Punkt Y und zugleich die zum Punkt Y gehörende Wälzlänge Ly, d.h. der vom Ursprungspunkt U der Evolvente aus abgewickelte Grundkreisbogen. Im Dreieck OTY ist er die Gegenkathete des am Kreismittelpunkt O liegenden Stirnprofilwinkels αyt.The tangent section YT is the radius of curvature ρ y of the involute at the point Y and at the same time the pitch Y belonging to the pitch Ly, ie the unwound from the origin U of the involute from the base arc. In the triangle OTY, it is the countercathet of the face profile angle α yt lying at the circle center O.
Die
Winkeldifferenz ξ – αt wird
Evolventenfunktion des Winkels αt genannt und mit inv αt (sprich:
involut αt) bezeichnet. Es gilt:
Die Steigungshöhe pz einer Evolventenschraubenfläche und damit einer Zahnflanke ist der Abschnitt einer Mantellinie eines zur Radachse konzentrischen Zylinders zwischen zwei aufeinanderfolgenden Windungen einer Evolventenschraubenfläche (einer Zahnflanke). Die Steigungshöhe ist vom Zylinderdurchmesser unabhängig. Es gilt: The pitch height p z of an involute screw surface and thus a tooth flank is the portion of a surface line of a cylinder concentric with the wheel axis between two successive turns of an involute screw surface (a tooth flank). The pitch height is independent of the cylinder diameter. The following applies:
Die
Normalteilung pn ist die Länge des
Schraubenlinienbogens zwischen zwei aufeinander folgenden Rechts-
oder Linksflanken auf dem Teilzylinder im Normalschnitt der Verzahnung.
Es gilt:
Der
Steigungswinkel γ ist
der spitze Winkel, unter dem sich die Profilbezugslinie mit der
Radachse kreuzt. Er ist ferner der spitze Winkel zwischen einer
Tangente an eine Teilzylinder-Flankenlinie und der Ebene senkrecht
zur Radachse durch den Tangentenberührpunkt. Der Schrägungswinkel β ist der
spitze Winkel zwischen einer Tangente an eine Teilzylinder- Flankenlinie und
der Teilzylinder-Mantellinie durch den Tangentenberührpunkt.
Es gilt:
Bei Geradstirnrädern ist γ = 90° und β = 0°. Der Steigungswinkel γ und der Schrägungswinkel β haben dasselbe Vorzeichen. Der Schrägungswinkel βR der Rechtsflanken kann vom Schrägungswinkel βL der Linksflanken verschieden sein.For spur gears γ = 90 ° and β = 0 °. The pitch angle γ and the helix angle β have the same sign. The helix angle β R of the right flanks may be different from the helix angle β L of the left flanks.
Die
Profilverschiebung einer Evolventenverzahnung ist der Abstand der
Profilbezugslinie vom Teilzylinder. Die Größe der Profilverschiebung wird
mit dem Profilverschiebungsfaktor x als Vielfaches des Normalmoduls
angegeben. Daher gilt:
Bei Geradstirnrädern gilt: Profilverschiebung = x·m.at spur gears applies: profile shift = x · m.
Falls erforderlich, ist zu unterscheiden zwischen dem für die Nennmaße der Verzahnung maßgebenden Profilverschiebungsfaktor x und dem bei der Erzeugung einer abmaßhaltigen Verzahnung anzuwendenden Erzeugungs-Profilverschiebungsfaktor xE. Bei der Profilverschiebung x·mn = 0 sind die Nennmaße der Zahndicke und der Lückenweite auf dem Teilkreis gleich der halben Teilung.If necessary, a distinction must be made between the profile shift factor x, which is decisive for the nominal dimensions of the toothing, and the generation profile shift factor x E which is to be used in the production of a dimensionally stable toothing. For the profile shift x · m n = 0, the nominal dimensions of the tooth thickness and the gap width on the pitch circle are equal to half the pitch.
Eine Profilverschiebung ist positiv, wenn die Profilbezugslinie vom Teilkreis in Richtung zum Kopfkreis verschoben ist. Dabei ist die Zahndicke im Teilkreis größer als bei der Profilverschiebung Null. Eine Profilverschiebung ist negativ, wenn die Profilbezugslinie vom Teilkreis in Richtung zum Fußkreis verschoben ist; dabei ist die Zahndicke im Teilkreis kleiner als bei der Profilverschiebung Null.A Profile shift is positive if the profile reference line from the pitch circle moved towards the head circle. Here is the tooth thickness in the pitch circle greater than at the profile shift zero. A profile shift is negative, when the profile reference line is shifted from the pitch circle towards the root circle is; The tooth thickness is smaller in the pitch circle than in the profile shift Zero.
Der
Kopfzylinder ist die zylindrische Mantelfläche an den Zahnköpfen einer
Verzahnung; ein Stirnschnitt ergibt den Kopfkreis. Es gilt:
Hierbei bezeichnen ha die Kopfhöhe, haP die Kopfhöhe des Bezugsprofils und k die Kopfkürzung.Here h a is the head height, h aP is the head height of the reference profile and k is the head reduction.
Der
Fußzylinder
ist die zylindrische Mantelfläche
am Grund der Zahnlücken
einer Verzahnung. Ein Stirnschnitt ergibt den Fußkreis. Es gilt:
Hierbei bezeichnen df den Durchmesser des Fußkreises und hf die Fußhöhe.Here f d denote the diameter of the root circle and the dedendum h f.
Die
Zahnkopfhöhe
ha und die Zahnfußhöhe hf eines
Stirnrades werden vom Teilkreis aus angegeben. Die Nennwerte werden
wie folgt berechnet:
Die Zahnhöhe hP des Bezugsprofils wird durch die Profilbezugslinie unterteilt in die Kopfhöhe haP und die Fußhöhe hfP.The tooth height h P of the reference profile is subdivided by the profile reference line into the head height h aP and the foot height h fP .
Das
Kopfspiel cP ist die Differenz zwischen
der Fußhöhe hfP des Bezugsprofils und der Kopfhöhe haP des Gegen-Bezugsprofils. Es gilt:
Die Stirnzahndicke st ist die Länge des Teilkreisbogens zwischen den beiden Flanken eines Zahnes. Bei einem Geradstirnrad ist die Stirnzahndicke st die Zahndicke s. The front tooth thickness s t is the length of the partial arc between the two flanks of a tooth. For a spur gear, the spur tooth thickness s t is the tooth thickness s.
Die Lückenweite et ist die Länge des Kreisbogens mit dem Durchmesser d zwischen den Zahnflanken, die eine Zahnlücke einschließen. Bei einem Geradstirnrad ist die Lückenweite et gleich der Lückenweite e. Zahndicke st und Lückenweite et ergeben zusammen die Teilkreisteilung pt.The gap width e t is the length of the circular arc with the diameter d between the tooth flanks, which enclose a tooth gap. For a spur gear, the gap width e t is equal to the gap width e. Tooth thickness s t and gap width e t together form the pitch circle pitch p t .
Die Konstruktionsvorrichtung umfaßt eine elektronische Bibliothek, in der vordefinierte Ausgangs-Konstruktionsmodelle von Zahnverbindungen abgespeichert sind. Jedes dieser Ausgangs-Konstruktionsmodelle umfaßt eine rechnerverfügbare analytische Beschreibung der jeweiligen Zahnverbindung. Kommerziell verfügbare Konstruktionswerkzeuge, die eine Datenverarbeitungsanlage und ein Softwaresystem zum rechnerunterstützten Konstruieren umfassen, ermöglichen eine derartige analytische Modellierung.The Construction device comprises an electronic library, in the predefined initial design models are stored by tooth connections. Each of these initial design models includes a computer-accessible analytical description of the respective tooth connection. Commercially available Construction tools, a data processing system and a Comprising a software system for computer aided design, enable such an analytical modeling.
Die Zahnflanke umfaßt eine Lauffläche in Form einer Evolvente sowie einen Zahnfuß, der durch eine Fußrundungskurve beschrieben wird. Die analytischen Modelle umfassen daher die Beschreibung der Form (als Kurven) der Lauffläche als Evolvente und der Fußausrundung (Fußrundungskurve) in späterer Endlage. Endlage bedeutet, daß die Kurven bereits so im Raum verdreht sind, daß aufbauend darauf die Zahnlücke modelliert wird.The Tooth flank includes a tread in the form of an involute, as well as a tooth root, which by a Fußrundungskurve is described. The analytical models therefore include the description the shape (as curves) of the tread as involute and the foot rounding (Fußrundungskurve) in later End position. End position means that the Curves are already twisted in space so that building on the tooth gap modeled becomes.
Unter
Bezug auf
Die Tangente verlängert sich um das verlassene Bogenstück ρy in Abhängigkeit des Verdrehwinkels ξy. Das abgerollte Stück des Kreises läßt sich also mit der folgenden Formel beschreiben: ρy = rb·ξ ⁀y The tangent is extended by the left elbow ρ y as a function of the angle of rotation ξ y . The unrolled part of the circle can thus be described by the following formula: ρ y = r b · ξ ⁀ y
Hierbei ist ξ ⁀y der Winkel im Bogenmaß.Here, ξ ⁀ y is the angle in radians.
Für die spätere Beschreibung des Zahnes muß die Evolvente um einen Winkel ΨE0 verdreht werden. Dieser Verdrehwinkel ΨE0 der Evolvente für Außenverzahnungen wird aus dem Maß der Zahnlücke et abgeleitet und in den Parametergleichungen bereits berücksichtigt. Weiter unten wird seine Herleitung beschrieben.For the later description the tooth must be Involute by an angle ΨE0 to be twisted. This twist angle ΨE0 of the involute for external gears will be out of the measure of gap et deduced and already taken into account in the parameter equations. Below is described his derivation.
Betrachtet
man einen beliebigen Punkt Y(xE; yE) der Evolvente, ergeben sich
geometrische Zusammenhänge,
die durch
Der
Stirnprofilwinkel αyt wird folgendermaßen berechnet:
Wie
aus
Wird
die obige Gleichung eingesetzt, so ergibt sich:
Hieraus erhält man die Parametergleichungen der Koordinaten der Punkte der Evolvente: From this one obtains the parameter equations of the coordinates of the points of the involute:
Wie
bereits erwähnt,
muß die
Evolvente für
die spätere
Darstellung der Lauffläche
der Zahnlücke
im vorgegebenen dreidimensionalen Koordinatensystem verdreht werden.
Dazu dient die Formel für
die Zahnlückenweite
et. Da jedoch die Zahnlückenweite nach DIN 3960 im
Teilkreisdurchmesser gemessen wird, die Evolvente jedoch im Grundkreis
beginnt, ergibt sich die durch
Wie
oben dargelegt, gilt:
Werden
die beliebigen Winkel (Stirnprofilwinkel αyt,
Wälzwinkel ξy)
der Evolventenfunktion durch den Stirneingriffswinkel bzw. Stirnwälzwinkel
ersetzt, ergibt sich:
In
Verzahnungstabellen sind die Angaben der Winkel grundsätzlich im
Gradmaß angegeben.
Der korrekte Ausdruck lautet:
Hierbei ist α ⁀t der Stirneingriffswinkel im Bogenmaß.Here, α ⁀ t is the Stirneingriffswinkel radians.
Die
Zahnlückenweite
et ergibt sich aus der Differenz zwischen
der Stirnteilung pt und der Zahndicke st:
Für die Zahnlückenweite
et gilt daher:
Verknüpft man
die in
Durch einsetzen ergibt sich: By inserting results:
Die α-Winkel werden, wie in Verzahnungstabellen üblich, im Gradmaß eingesetzt.The α-angles become, as usual in gearing tables, used in the degree.
Bei
gleichen Teilkreisdurchmessern von Nabe und Welle sind die Zahnlücke einer
Nabeverzahnung e2 und Zahndicke der dazugehörigen Wellenverzahnung
s1 gleich. Folglich gilt, vgl.
Die Evolventenfunktion im Normalschnitt wird hieraus wie folgt berechnet: The involute function in normal section is calculated from this as follows:
Aus den zuvor genannten Berechnungsvorschriften entsteht eine Berechnungsvorschrift für den Verdrehwinkel ψE0I der Evolvente für Innenverzahnung im Bogenmaß: From the calculation rules mentioned above, a calculation rule for the angle of rotation ψ E0I of the involute for internal toothing in radians arises:
Im folgenden wird auch die Fußausrundung exakt beschrieben. Die Beschreibung basiert – genau wie bei der Beschreibung der Zahnflanke – auf dem Herstellungsprozeß. Durch die genaue Beschreibung der Kinematik des Werkzeuges wird auch diese Kurve exakt beschrieben.in the following is also the foot rounding exactly described. The description is based - just like the description the tooth flank - on the manufacturing process. By the exact description of the kinematics of the tool will also described this curve exactly.
Für jedes Werkzeug zur Herstellung von Zahnrädern mit Evolventenverzahnung dient ein Bezugsprofil. Bei der spanenden Zahnradherstellung wird meistens ein Verzahnwerkzeug mit geradflankigem Bezugsprofil verwendet. Das Bezugsprofil dient zur Beschränkung der Werkzeuge, um Satzrädereigenschaften (ein Werkzeug für beide Zahnräder) zu ermöglichen und um Austausch der Werkzeuge bei nahezu identischen Rädereigenschaften zu gewährleisten. Für die meisten Anwendungsfälle erhält man dadurch geeignete und ausgewogene Verzahnungen.For each Tool for the production of gears with involute toothing serves a reference profile. In the cutting gear manufacturing is usually used a gear tool with straight-edge reference profile. The reference profile is used to limit the tools to spur characteristics (a tool for both gears) to enable and to exchange the tools with almost identical wheel characteristics to ensure. For the most use cases receives By doing so, suitable and balanced gearing.
In
In
In
Rollt der Teilkreis auf der Wälzlinie
Rolls the pitch circle on the Wälzlinie
Beim
Abrollen der Wälzlinie
auf dem Teilkreis taucht das Werkzeug unterhalb der Wälzlinie
Um die Parametergleichungen der Fußrundungskurven zu erzeugen, wird das herzustellende Zahnrad als statisch angesehen und das Werkzeug wälzt auf ihm ab. Diese Betrachtungsweise ermöglicht eine ähnliche Herangehensweise wie bei der Herleitung der Parametergleichungen der Evolvente. Beschreibt man einen Punkt der Wälzlinie, hat dieser beim Abrollvorgang den Verlauf einer Evolvente (mit r entspricht rb). Diese Betrachtung reicht jedoch nicht aus. Darüber hinaus muß der Teil des Werkzeugs unterhalb der Wälzlinie in das Rechenmodell einbezogen werden, welcher später eintaucht und die Schleifenform erzeugt (< x·m = 1). Des Weiteren spielt der Werkzeugkopfradius eine Rolle, denn dieser Teil erzeugt die Fußrundungskurve.To generate the parametric equations of the foot fillet curves, the gear to be produced is considered static and the tool rolls on it. This approach allows a similar approach as in the derivation of the parameter equations of the involute. If one describes a point of the Wälzlinie, this has during the rolling process the course of an involute (with r corresponds to r b ). However, this consideration is not enough. In addition, the part of the tool below the pitch line must be included in the calculation model, which dips later and generates the loop shape (<x · m = 1). Furthermore, the tool head radius plays a role, because this part generates the foot rounding curve.
Dieses Gesamtmodell enthält alle Informationen, die hier zusammenfassend wiedergegeben werden:
- – Bezugsprofil enthält die Maße des Werkzeugs
- – Wälzlinie
TT rollt auf Teilkreis ab - – Wälzlinie
TT kann von ProfilmittelliniePP um x·m verschoben werden - – Kopfradius des Werkzeugs erzeugt Fußausrundung
- - Reference profile contains the dimensions of the tool
- - rolling line
TT rolls on pitch circle - - rolling line
TT can of profile centrelinePP to be moved to x · m - - Head radius of the tool creates foot rounding
Der
Punkt P(x, y) in
Die
Teillänge
des Werkzeugs unterhalb der Wälzlinie,
reduziert um den Werkzeugkopf-Radius ρfP,
beträgt:
Der Mittelpunktabstand der Kopfrundung errechnet sich aus der Gleichung The center distance of the head rounding is calculated from the equation
Das
abgerollte Bogenstück
der Wälzlinie
wird wie folgt berechnet:
Der
Winkel des Mittelpunktabstandes ergibt sich aus der Winkelbeziehung
Der Gesamtwinkel der Fußrundung wird folgendermaßen bestimmtOf the Total angle of the foot rounding becomes like this certainly
0
und
Die Zusammenführung der Einzelwerte führt zur Berechnung der Koordinaten des Berührungspunktes zwischen Werkzeug und Werkstück: The combination of the individual values leads to the calculation of the coordinates of the point of contact between tool and workpiece:
Die Parameterform zur Beschreibung der Punktkoordinaten des Berührungspunktes hat damit folgende Form: The parameter form for describing the point coordinates of the touch point thus has the following form:
Im
folgenden wird beschrieben, wie der Verdrehwinkel der Fußrundungskurve
beschrieben wird. Die Fußausrundung
des Zahnrades wird vom Kopf des Werkzeuges erzeugt. Zur Herleitung
des Verdrehwinkels der Fußrundungskurve
werden zwei besondere Situationen der relativen Bewegung zwischen
Werkstück (Zahnrad)
und Werkzeug betrachtet. Diese beiden Situationen werden durch
Die
erste Situation wird in
Die
zweite Situation wird in
Der Winkel, den das Zahnrad von der ersten zur zweiten Situation überstrichen hat, ergibt den Verdrehwinkel ΨU0 der Fußrundungskurve.The angle that the gear has swept from the first to the second situation gives the Ver angle of rotation Ψ U0 of the foot rounding curve.
Aus
den geometrischen Zusammenhängen
des in
Die
beiden folgenden Zwischengrößen ergeben,
verknüpft
mit der halbe Teilstrecke zur Fußbearbeitung, den Verdrehwinkel
der Fußrundungskurve ψ ⁀U0:
Die Konstruktionsvorrichtung umfaßt eine elektronische Bibliothek mit mehreren Ausgangs-Konstruktionsmodellen von Zahnverbindungen. Jedes Konstruktionsmodell beschreibt zugleich das Werkzeug, mit dem die Zahnverbindung hergestellt wird, soweit wie erforderlich. Das Ausgangs-Konstruktionsmodell umfaßt mehrere Parameter, deren Werte frei vorgegeben werden können. Die Konstruktionsvorrichtung umfaßt Eingabegeräte, mit denen ein Benutzer Werte für diese Parameter vorgeben kann.The Construction device comprises an electronic library with multiple initial design models of tooth connections. Each design model describes at the same time the tool with which the tooth connection is made, so far as required. The initial design model includes several Parameters whose values can be freely specified. The construction device comprises Input Devices, with which a user values for can specify these parameters.
Die folgenden Eingabe-Parameter bestimmen ein Zahnrad vollständig: Wird jedem dieser Parameter jeweils ein Wert zugeordnet, so ist das Konstruktionsmodell eindeutig festgelegt und beschreibt die Zahnverbindung vollständig.The following input parameters completely determine a gear: If each of these parameters is assigned a value, the design model is clearly defined and describes the tooth connection completely.
Das Werkzeug zur Herstellung des Zahnrades wird durch folgende Eingabe-Parameter bestimmt: The gear making tool is determined by the following input parameters:
Profilverschiebung x·m, Werkzeugkopfradius ρfP sowie Kopfhöhe haP und Fußhöhe hfP werden als veränderliche Parameter verwendet. Würden an dieser Stelle feste Werte stehen, könnten im Konstruktionsmodell Geometrien sich überschneiden, was der Realität widerspricht.Profile displacement x · m, tool head radius ρ fP and head height h aP and foot height h fP are used as variable parameters. If fixed values were to stand here, geometries could overlap in the design model, which contradicts reality.
Das
Konstruktionsmodell weist weitere Parameter auf, die von den Eingabe-Parametern
abhängen. Um
das Konstruktionsmodell übersichtlich
zu strukturieren, werden dazu Parameter eingeführt, die mit den rechnerauswertbaren
Rechenvorschriften zur Berechnung der oben genannten Gleichungen
hinterlegt sind. Jede nachfolgende Rechenvorschrift kann sich so
auf einen dieser Parameter beziehen und beinhaltet nicht erneut
die gesamte Formel. Folgende Parameter werden dazu eingefügt und mit
den entsprechenden Gleichungen hinterlegt:
Teilkreisdurchmesser
d, Stirneingriffswinkel αt und Grundkreisdurchmesser db werden
durch folgende abgespeicherte Rechenvorschriften bestimmt:
Pitch diameter d, frontal engagement angle α t and base circle diameter d b are determined by the following stored calculation instructions:
Der
Kopfkreisdurchmesser da und der Fußkreisdurchmesser
wie folgt berechnet:
Stirnmodul
mt, Stirnteilung pt,
Werkzeugkopfradius ρfP und Fußhöhe hfp werden
mit folgenden Rechenvorschriften berechnet:
Die
Teillänge
c des Werkzeugs wird wie folgt berechnet:
Vorbereitend werden Berechnungsvorschriften für den Verdrehwinkel ΨE0 der Evolvente für Außenverzahnungen und für den Verdrehwinkel ΨU0 der Fußrundungskurve hinterlegt: The calculation rules for the angle of torsion Ψ E0 of the involute for external toothing and for the angle of rotation Ψ U0 of the foot rounding curve are prepared in advance.
Die Berechnungsvorschriften für Parameter werden in einer Form abgespeichert, in der die Konstruktionsvorrichtung sie auswerten kann. Vorzugsweise umfaßt das Softwaresystem der Konstruktionsvorrichtung eine Funktionalität, um Berechnungsvorschriften in Form von Regeln oder Abhängigkeitsvorschriften („constraints") abzuspeichern und auszuwerten. In diesen Regeln werden innerhalb expliziter Gleichungen Variablen und Konstanten für das Softwaresystem „erkennbar" definiert.The Calculation rules for Parameters are stored in a form in which the construction device she can evaluate. Preferably, the software system of the construction device comprises a functionality Calculation rules in the form of rules or dependency rules To store ("constraints") and evaluate. These rules are within explicit equations Variables and constants for the software system "recognizable" defined.
In
gleicher Weise wird eine zweite resultierende Kurve
Im
nächsten
Schritt werden beide Kurven einander überlagert. Dadurch wird eine
dreidimensionale Kurve
Dieses
Verfahren wird in gleicher Weise zur Beschreibung der Evolvente
und der Fußrundungskurve verwendet.
In
Vorzugsweise wird die Variable dieser Regel zwischen den Werten Null und Eins in einer vom Softwaresystem vorgegebenen Schrittfolge berechnet. der letzte berechnete Wert der Variable ξ ⁀y entspricht dem Wert Eins. Hierbei werden die Berechnungsvorschriften angewendet.The variable of this rule is preferably calculated between the values zero and one in a sequence of steps predetermined by the software system. the last calculated value of the variable ξ ⁀ y corresponds to the value one. Here are the calculation rules applied.
Der Wälzwinkel ξy der Evolvente kann im Wert frei gewählt werden und ist mit dem Stirnprofilwinkel αyt verbunden: The rolling angle ξ y of the involute can be freely selected in the value and is connected to the face profile angle α yt :
Vorzugsweise wird ein Wälzfaktor G berechnet. Dieser Wälzfaktor G bewirkt, daß die Kurve am Grundkreisdurchmesser beginnt und am Kopfkreisdurchmesser endet. Dadurch wird die Evolvente im Konstruktionsmodell auf das erforderliche Maß beschränkt. Darüber hinaus wird bei G-Werten, die immer kleiner als 1 sind, die Genauigkeit der Ergebnisse durch die gleich bleibende Zahl an Rechenschritten erhöht.Preferably becomes a rolling factor G calculated. This rolling factor G causes the Curve starts at the base circle diameter and at the tip circle diameter ends. This makes the involute in the design model on the required size limited. Furthermore becomes G-values that are always less than 1, accuracy the results by the constant number of calculation steps elevated.
Wird der Wälzfaktor G verwendet, so werden folgende Berechnungsvorschriften angewendet: If the rolling factor G is used, the following calculation rules are used:
Im Konstruktionsmodell wird die Evolvente, die mittels des Wälzfaktors G verkürzt wurde, mit der Fußrundungskurve verschnitten. Da von vornherein die Verdrehwinkel berücksichtigt wurden, befinden sich bereits beide Kurven in der späteren Endlage.in the Design model becomes the involute, which by means of the rolling factor G shortened became, with the Fußrundungskurve blended. Since the angle of rotation is considered from the outset were already both curves are in the later end position.
Anschließend wird
jede miteinander verschnittenen Kurve
Vorzugsweise weist das Softwaresystem der Konstruktionsvorrichtung die Funktionalität „Rippe" auf. Eine Rippe benötigt eine Zentralkurve, ein ebenes Profil und gegebenenfalls ein Referenzelement oder eine Auszugsrichtung. Die dreidimensionale rechnerverfügbare Geometrie entsteht dabei als Extrusion des Profils entlang der Zentralkurve. Die Auszugsrichtung wird verwendet, um die Ausrichtung des Profils zu beeinflussen.Preferably For example, the software system of the design device has the functionality "rib." A rib needed a central curve, a flat profile and optionally a reference element or a separation direction. The three-dimensional computer-accessible geometry arises as an extrusion of the profile along the central curve. The extension direction is used to align the profile to influence.
Für eine Gerade-
oder Schrägverzahnung
erzeugt die Konstruktionsvorrichtung zunächst zwei Zentralkurven.
Um die zweite Zentralkurve als Helix zu definieren, werden ein Startpunkt, eine Steigung P, eine Mittelachse und eine Höhe vorgegeben und Links- oder Rechtssteigung festgelegt. Um Steigung vorzugeben, wird eine Steighöhe gemäß der Rechenvorschrift berechnet. Die Zahnbreite b ist gleich der Höhe der Helix.In order to define the second central curve as a helix, a starting point, a slope P, a central axis and a height are specified and left or right slope is determined. To specify slope, a rise height according to the calculation rule calculated. The tooth width b is equal to the height of the helix.
Durch die Definition der Helix allein kann keine Geradverzahnung erreicht werden, da hierfür die Steigung P unendlich groß wäre. Daher wird eine zusätzliche „Regel" abgespeichert. Diese Regel trifft automatisch die Auswahl zwischen den zuvor definierten Zentralkurven. Vor der Editierung dieser Regel wird eine dritte Kurve eingefügt. Diese Kurve, hier Mittelskurve genannt, dient als Dummy. Wird ein Schrägungswinkel größer 0 verwendet, so ist die Mittelskurve gleich der Helix. Bei einem Schrägungswinkel gleich 0 ist die Mittelskurve die o.g. Linie.By the definition of the helix alone can not achieve spur toothing be there for this the slope P would be infinitely large. Therefore an additional "rule" is stored Rule automatically selects between the previously defined ones Central curves. Before editing this rule will be a third Curve inserted. This curve, here called mean curve, serves as a dummy. Becomes a helix angle greater than 0 used, so the mean curve is equal to the helix. At a helix angle equals 0, the mean curve is the o.g. Line.
Anschließend wird die Rippe fertig gestellt. Dazu wird das ebene Zahnprofil, die Mittelskurve und Bezugslinie der Evolvente und der Unterschnittkurve zur vollständigen Definition verwendet. Abschließend wird die Rippe mit einem „Kreismuster" kreisförmig angeordnet. Es wird die Anzahl mit dem Parameter „Zähnezahl" festgelegt und die Einstellmöglichkeit „Parameter" auf „Vollständiger Kranz" gesetzt.Then the rib is finished. For this, the plane tooth profile, the mean curve and the reference line of the involute and the undercut curve are used for complete definition. Finally, the rib is circularly arranged with a "circle pattern." The number with the parameter "number of teeth" and the setting option "Parameter" is set to "Complete garland".
Im Ausführungsbeispiel wird das parametrische Konstruktionsmodell einer Zahnverbindung in einer elektronischen Bibliothek abgespeichert, und zwar vorzugsweise als benutzerdefiniertes Gestaltungselement („user-defined feature").in the embodiment becomes the parametric design model of a tooth connection stored in an electronic library, preferably as a user-defined feature.
- – Der Eingriffswinkel αn beträgt wahlweise 30° oder 37,5° oder 45°.
- – Die Kopfhöhe haP des Bezugsprofils beträgt vorzugsweise 0,45.
- – Die Fußhöhe hfP des Bezugsprofils beträgt vorzugsweise 0,55 bei Fertigung durch Räumen, 0,60 bei Wälzfräsen und 0,65 bei Wälzstoßen.
- - The pressure angle α n is either 30 ° or 37.5 ° or 45 °.
- The head height h aP of the reference profile is preferably 0.45.
- - The foot height h fP of the reference profile is preferably 0.55 when manufactured by broaching, 0.60 for hobbing and 0.65 at Wälzstoßen.
Diese Größen gelten gleichermaßen für die Nabeverzahnung. Die Nabeverzahnung ist jedoch eine Innenverzahnung und muß eigenständig modelliert werden. Dazu wird das Ausgangs-Konstruktionsmodell der Stirnradverzahnung angepaßt, indem einige Geometrien und Parameter ersetzt werden. Im Folgenden wird erklärt, wie dabei vorgegangen wird. Dabei sind alle Formelzeichen der Wellenverzahnung zusätzlich mit dem Index 1 und die der Nabeverzahnungen mit dem Index 2 gekennzeichnet.These Sizes apply equally for the Nabeverzahnung. However, the hub toothing is an internal toothing and must be modeled independently become. This will be the initial design model adapted to the spur gear toothing, by replacing some geometries and parameters. Hereinafter is explained how to proceed. Here are all the symbols of the wave teeth additionally marked with the index 1 and the hub teeth with the index 2.
Die Zähnezahl z eines innenverzahnten Stirnrades (Hohlrades) ist als negative Größe einzusetzen. Dies entspricht der Vorstellung, daß beim Übergang von Außenrad auf ein Hohlrad der Raddurchmesser vergrößert wird, bis zunächst bei d = +∞ die Zahnstange mit z = +∞ erreicht wird. Im weiteren Verlauf des Übergangs springt der Raddurchmesser auf –∞ um und nimmt dann endliche negative Größen an. Hieraus resultieren folgende Zusammenhänge: The number of teeth z of an internally toothed spur gear (ring gear) is to be used as a negative size. This corresponds to the idea that the transition from the outer wheel to a ring gear, the wheel diameter is increased until at d = + ∞ initially the rack is achieved with z = + ∞. In the further course of the transition, the wheel diameter jumps to -∞ and then assumes finite negative sizes. This results in the following relationships:
Aus
diesen Angaben resultieren alle Durchmesser der Nabeverzahnung mit
negativen Vorzeichen. In der praktischen Anwendung sind die Absolutwerte
zu verwenden. Hieraus resultieren folgende Berechnungsvorschriften
für die
Durchmesser der Nabeverzahnung:
für den Teilkreisdurchmesser:
d2 = |–z·mn|
für
den Grundkreisdurchmesser: db2 = |–z·mn·cosαn|
für den Kopfkreisdurchmesser:
für den Fußkreisdurchmesser:
for the pitch circle diameter: d 2 = | -z · m n |
for the base diameter d b 2 = | z n · m · cos n |
for the tip circle diameter:
for the root diameter:
Die
werte des Teilkreisdurchmessers und des Grundkreisdurchmessers der
Nabeverzahnung sind identisch mit den gleichen Durchmessern der
Wellenverzahnung. Kopfkreisdurchmesser und Fußkreisdurchmesser unterscheiden
sich, denn bei Innenverzahnungen ist der Kopfkreis innen und der
Fußkreis
außen.
Dies wird in
Der Verdrehwinkel ψ ⁀E0I der Evolvente für Innenverzahnungen im Bogenmaß wird gemäß folgender Rechenvorschrift berechnet: The angle of rotation ψ ⁀ E0I of the involute for internal gears in radians is calculated according to the following calculation rule:
Oben
wurden zwei Rechenvorschriften angegeben, um die Koordinaten eines
Punkts auf der verkürzten
Evolvente
Die
beiden zuletzt angegebenen Rechenvorschriften werden in der Konstruktionsvorrichtung
in rechnerauswertbarer Form abgespeichert. Die verkürzte Evolvente
In
Anschließend wird
der Zahn der Nabe mit einem Block aus dem ebenen Zahnlückenprofil
extrudiert und mit einem „Kreismuster" kreisförmig angeordnet.
Die Anzahl wird mit dem Parameter „Zähnezahl".
Eine rechnerverfügbare Beschreibung der Wellenverzahnung wird ebenfalls dadurch erzeugt, daß sie in der späteren Anwendung von anderen Geometrien mit booleschen Operationen abgezogen wird. Diese Welleverzahnungen werden mit Wellenausläufen gefertigt, d.h. das Werkzeug fährt aus dem Werkstück heraus. Dazu werden zwei gängige Wellenausläufe zusätzlich modelliert.A computer-accessible Description of the shaft toothing is also generated by that they are in later Application of other geometries subtracted with Boolean operations becomes. These shaft gears are manufactured with shaft outlets, i.e. the tool moves from the workpiece out. These are two common Wellenausläufe additionally modeled.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006029153A DE102006029153A1 (en) | 2006-06-24 | 2006-06-24 | Inclined-toothed front wheel and straight-toothed front wheel constructing device, has construction model including computer-regulated description of tooth flank with analytical description of evolvent, which determines geometry of flank |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006029153A DE102006029153A1 (en) | 2006-06-24 | 2006-06-24 | Inclined-toothed front wheel and straight-toothed front wheel constructing device, has construction model including computer-regulated description of tooth flank with analytical description of evolvent, which determines geometry of flank |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102006029153A1 true DE102006029153A1 (en) | 2007-12-27 |
Family
ID=38721195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102006029153A Withdrawn DE102006029153A1 (en) | 2006-06-24 | 2006-06-24 | Inclined-toothed front wheel and straight-toothed front wheel constructing device, has construction model including computer-regulated description of tooth flank with analytical description of evolvent, which determines geometry of flank |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102006029153A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI628377B (en) * | 2013-08-02 | 2018-07-01 | 東洋電機製造股份有限公司 | Gear device for railway vehicle driven by parallel universal joint |
-
2006
- 2006-06-24 DE DE102006029153A patent/DE102006029153A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI628377B (en) * | 2013-08-02 | 2018-07-01 | 東洋電機製造股份有限公司 | Gear device for railway vehicle driven by parallel universal joint |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
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