DE1167147B - Spannungswellengetriebe - Google Patents

Spannungswellengetriebe

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DE1167147B
DE1167147B DEU5973A DEU0005973A DE1167147B DE 1167147 B DE1167147 B DE 1167147B DE U5973 A DEU5973 A DE U5973A DE U0005973 A DEU0005973 A DE U0005973A DE 1167147 B DE1167147 B DE 1167147B
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DE
Germany
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teeth
gear
wave generator
wave
stress wave
Prior art date
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Pending
Application number
DEU5973A
Other languages
English (en)
Inventor
C Walton Musser
John Howard Carlson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
United Shoe Machinery Corp
Original Assignee
United Shoe Machinery Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by United Shoe Machinery Corp filed Critical United Shoe Machinery Corp
Publication of DE1167147B publication Critical patent/DE1167147B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H49/00Other gearings
    • F16H49/001Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H49/00Other gearings
    • F16H2049/006Wave generators producing a non-elliptical shape of flexsplines, i.e. with a qualified different shape than elliptical

Description

  • Spannungswellengetriebe Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannungswellengetriebe mit einem konzentrisch innerhalb eines verzahnten Ringes angeordneten biegsamen Zahnrad, dessen Zähne die gleiche Form wie die Zähne des verzahnten Ringes aufweisen, und mit einem Spannungswellenerzeuger, der an der den Zähnen des biegsamen Zahnrades abgekehrten Seite anliegt und es ausbiegt.
  • Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein Getriebe zur übertragung von Drehbewegungen für hohe übersetzungsverhältnisse mittels zweier formschlüssig, vorzugsweise über eine Umfangsverzahnung oder kraftschlüssig in Eingriff miteinander stehender Ringelemente so auszubilden, daß ein Paar konzentrisch ineinander angeordneter Ringe unterschiedlicher Durchmesser vorgesehen sind, von denen der eine Ring radial verformbar oder ausbiegbar oder mit einer radial verformbaren oder ausbiegbaren Wand versehen ist, ferner dem Ringpaar Eingriffsorgane vorzugsweise mechanischer oder elektromagnetischer Art zuzuordnen, mit denen zur direkten formschlüssigen Verbindung der beiden Ringe radiale Verformungen oder Ausbiegungen des einen Ringes oder dessen Wand an einer Vielzahl von Umfangsstellen erzeugt werden können, die sich im regelmäßigen Abstand voneinander mit jeweils zwischenliegenden Umfangsstellen ohne eine solche Vereinigung befinden, sowie Antriebsmittel zur Erzeugung einer kontinuierlichen Drehbewegung der erwähnten Ringe oder deren Eingriffs- bzw. Verformungsorgane oder aber der Gesamtanordnung dieser Teile oder ihrer Lagerelemente vorzusehen.
  • Bei diesem Spannungswellengetriebe ist der Spannungswellenerzeuger im allgemeinen von elliptischer Form. Obwohl die übertragungsfähigkeit von Drehkräften bei Spannungswellengetrieben im Vergleich zu Getriebesystemen üblicher Art sehr groß ist, ist es in einigen Fällen erwünscht, die übertragungsfähigkeit von Drehkräften noch zu erhöhen.
  • Es wurde ermittelt, daß die Zähne der Zahnräder eines Spannungswellengetriebes mit zwei Vorsprüngen am Spannungswellenerzeuger an einem sich über 120° erstreckenden Kreisbogen miteinander in Eingriff gebracht werden können, wenn man den Spännungswellenerzeuger nicht elliptisch gestaltet, sondern ihn mit vorzugsweise kreisförmig ausgestalteten Vorsprüngen versieht. Da dann etwa ein Drittel aller Zähne miteinander im Eingriff stehen, kann die übertragungsfähigkeit von Drehkräften eines solchen Getriebes leicht so weit erhöht werden, daß sie größer ist als die übertragungsfähigkeiten von Drehkräften anderer Teile des Getriebes, wie z. B. der Antriebswelle. Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip kann auch auf Spannungswellengetriebe angewendet werden, deren Spannungswellenerzeuger nicht zwei, sondern drei oder mehr Vorsprünge hat oder nur mit einem Vorsprung versehen ist.
  • Bei bereits bekannten Spannungswellengetrieben liegt die Zahneingriffsfläche am Wellenberg, sofern der Spannungswellenerzeuger innerhalb der Zahnräder des Getriebes angeordnet ist, und am Wellental, wenn der Spannungswellenerzeuger die Zahnräder des Getriebes umgibt. Wenn der Spannungswellenerzeuger eine sinusförmige Spannungswelle erzeugt, entspricht diese Zahneingriffsfläche bei großer Belastung des Spannungswellengetriebes der Fläche, in der etwa 10 bis 151% der Zähne der Zahnräder enthalten sind.
  • Gemäß der Erfindung wird der Wellenberg bzw. das Wellental der Sinus- oder harmonischen Welle (je nachdem ob der Spannungswellenerzeuger innerhalb oder außerhalb der Zahnräder angeordnet ist) abgeflacht. An der Stelle, wo diese Welle tangential zum Teilkreis des kämmenden Zahnradringes verläuft, werden die Vorsprünge des Spannungswellenerzeugers vergrößert, und zwar am Teilkreis des Zahnradringes entlang. Das Ausmaß der auf diese Weise bewirkten Vergrößerung der Zahneingriffsfläche wird nur durch die Beanspruchung und die Zahnform betreffende Überlegungen beschränkt. Da durch die Vergrößerung der Zahneingriffsfläche die für die Verformung des biegsamen Zahnrades zur Verfügung stehende Winkelentfernung verringert wird, wird durch die vergrößerte Zahneingriffsfläche die Belastung für die jeweilige Zahngröße erhöht.
  • In der bevorzugten Form ist die von dem Spannungswellenerzeuger hervorgerufene Welle eine Harmonische oder Sinuswelle, und zwar bis zum Wellenberg oder Wellental, wo die Welle tangential zum Teilkreis des Zahnringes verläuft. Irgendein kreisförmiger sich an den Wellenbergen oder Wellentälern anschließender Bogen verkürzt den harmonisch verlaufenden Teil der Welle, da die Gesamtwelle natürlich nur 360° umfaßt. Bei großen Zahnrädern oder bei Zahnrädern, deren Ausbiegung geringfügig ist, ist dies jedoch zulässig.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe, die übertragungsfähigkeit von Drehkräften bei Spannungswellengetrieben dadurch zu vergrößern, daß die Zahneingriffsfläche vergrößert wird, indem die Form des Spannungswellenerzeugers verändert wird. Ferner ist beabsichtigt, die Vorsprünge des Spannungswellenerzeugers einem Kreisbogen anzupassen, mit vorzugsweise der Ellipsenhauptachse als Radius, und die abgeflachten Vorsprünge über einen beträchtlichen Bogen auszubreiten, der an jedem Vorsprung des Spannungswellenerzeugers etwa 60° beträgt. Außerdem ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Vorsprünge des Spannungswellenerzeugers konzentrisch zur Krümmung des Zahnradringes anzuordnen und einen Spannungswellenerzeuger zu verwenden, der elliptisch geformt ist oder der, mit Ausnahme der Wellenberge, einer Sinuswelle entspricht und der so weit abgeflacht ist, daß er an den Wellenbergen vorzugsweise mit einem kreisförmigen Bogen übereinstimmt.
  • In den Zeichnungen ist eine der Verkörperungen der Erfindung abgebildet. Es zeigt F i g. 1 eine Endansicht des Spannungswellengetriebes, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der F i g. 1, F i g. 4 einige miteinander im Eingriff stehende Zähne, F i g. 5 einige außer Eingriff stehende Zähne, F i g. 6 und 7 Diagramme der erzeugten Spannungswellen.
  • Wie die F i g. 1 zeigt, ist ein verzahnter Ring 20 mit einer sich auf einem Lager drehenden Welle verbunden. Dieser Ring 20 weist an seiner Innenwand Zähne 21 auf. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, kämmt eine Anzahl der Zähne 21 des Ringes 20 mit einer Anzahl von außen an einem biegsamen Zahnrad 23 angeordneten Zähnen 22. Die Zähne 22 haben die gleiche Form wie die Zähne 21. Das biegsame Zahnrad 23 ist ebenfalls mit einer auf Lagern ruhenden Welle verbunden.
  • Es ist unbeachtlich, ob der Ring 20 innenverzahnt und das biegsame Zahnrad 23 außenverzahnt oder ob der Ring 20 mit Außenverzahnung und das biegsame Zahnrad 23 mit Innenverzahnung versehen sind. Die den Zähnen 22 abgekehrte Seite des biegsamen Zahnrades 23 wird von einem nockenartigen Spannungswellenerzeuger 24 erfaßt und verformt, der sich um eine Welle 25 dreht. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, steht die Außenfläche 26 des Spannungswellenerzeugers 24 mit der Innenfläche des biegsamen Zahnrades 23 in Berührung.
  • Wenn z. B. ein Spannungswellengetriebe mit zwei Vorsprüngen am Spannungswellenerzeuger verwendet wird, wird die in F i g. 6 abgebildete sinusförmige Kurve dadurch verändert, daß die Vorsprünge des Spannungswellenerzeugers abgeflacht und vergrößert werden, und zwar am Scheitel jedes Vorsprunges oder dort, wo die Vorsprünge tangential zum Teilkreis des kämmenden verzahnten Ringes verlaufen. Wie aus F i g. 7 ersichtlich, ist der Scheitel jedes Vorsprunges als ein sich über x Grad erstreckender Kreisbogen ausgebildet, dessen Krümmungsradius die Hauptsache der Ellipse ist. Vorzugsweise erstreckt sich der tangential zu den Zahnteilbahnen der beiden Zahnräder verlaufende Kreisbogen über etwa 60°. Hierdurch werden die harmonisch verlaufenden Teile jeder der Wellen verringert, und zwar um 60°. Somit stehen die Zähne eines sich über l20° erstreckenden Kreisbogens der Ringe des Getriebes weitgehendst miteinander im Eingriff, während die Zähne an einem sich über 36° bis 54° erstreckenden Kreisbogen nur teilweise miteinander im Eingriff stehen. Somit wird die Zahnberührung auf beinahe 50% erhöht. Die Wellenperiode, während der eine Ablenkung d erfolgt, wird hierdurch von 180° auf 120° herabgesetzt. Infolgedessen sind die durch die Wellenerzeugung hervorgerufenen Belastungen bei einem Spannungswellenerzeuger mit zwei Vorsprüngen im wesentlichen genau so groß wie die durch einen mit drei Vorsprüngen versehenen Spannungswellenerzeuger bewirkten Belastungen, wenn die in bekannten Spannungswellengetrieben angewendeten Grundsätze für diese Ausbiegung befolgt werden.
  • Die Zahneingriffsfläche wird also dadurch erhöht; daß die Form der Welle an der Zahneingrüfsfläche verändert wird. Hierbei braucht die Welle nicht fortlaufend oder symmetrisch zu sein.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Spannungswellengetriebe mit einem konzentrisch innerhalb eines Zahnradringes angeordneten biegsamen Zahnrad, dessen Zähne die gleiche Form wie die Zähne des verzahnten Ringes aufweisen, und mit einem Spannungswellenerzeuger, der an der den Zähnen des biegsamen Zahnrades abgekehrten Seite anliegt und es ausbiegt, d a -durch gekennzeichnet, daß der Spannungswellenerzeuger (24) mit wenigstens einem sich seiner Kontur anschließenden Vorsprung versehen ist, der nach einer einem Kreis überlagerten Sinuswelle verläuft.
  2. 2. Spannungswellengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der Zähnezahl der verzahnten Elemente (20, 23) der Anzahl der Zahneingriffsflächen oder einem Vielfachen dieser Anzahl entspricht, wobei die Flächen, an denen die Zähne der Elemente nicht miteinander im Eingriff stehen, zwischen den Zahneingriffsflächen liegen.
  3. 3. Spannungswellengetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung jedes Vorsprunges des Spannungswellenerzeugers (24) der Krümmung der Kontur des verzahnten Ringes (23) entspricht.
  4. 4. Spannungswellengetriebe nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Vorsprung des Spannungswellenerzeugers (24) sich über einen Kreisbogen von zumindest 60° Zentriwinkel erstreckt. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1135 259.
DEU5973A 1958-02-26 1959-02-10 Spannungswellengetriebe Pending DE1167147B (de)

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