DE1207748B

DE1207748B - Involute gear pairing

Info

Publication number: DE1207748B
Application number: DES79933A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karlheinz Roth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-09-12
Filing date: 1962-06-15
Publication date: 1965-12-23

Description

Evolventenzahnradpaarung Zusatz zur Anmeldung: S 75706 XII/47 h Auslegeschrift 1200 628 Die Erfindung bezieht sich auf eine Evolventenzahnradpaarung nach Patentanmeldung S 75 706 XII/ 47h, bestehend aus Zahnrädern, die aus mindestens zwei staffelförmig geschichteten und zueinander versetzt angeordneten Teilzahnrädern aufgebaut sind, insbesondere für Ritzelzähnezahlen unter 7, und bei denen die Paarung zwischen den Teilzahnrädern und den Teilritzeln einen Überdeckungsgrade<l aufweist. Derartige Getriebe sind insbesondere zur Übersetzung einer Drehbewegung ins Schnelle geeignet. Involute gear pairing Addendum to the application: S 75706 XII / 47 h Auslegeschrift 1 200 628 The invention relates to an involute gear pairing according to patent application S 75 706 XII / 47h, consisting of gear wheels that are made up of at least two staggered and offset partial gear wheels, in particular for numbers of pinion teeth below 7, and where the pairing between the partial gears and the partial pinions has a degree of overlap <1. Such gears are particularly suitable for translating a rotary movement into high speed.

In der Getriebetechnik werden bekanntlich Evolventenzahnräder bevorzugt verwendet, da ihre Herstellung mit geradflankigen Werkzeugen möglich ist und eine Veränderung des Achsabstandes der Zahnräder das momentane Übersetzungsverhältnis nicht ändert, wie es z. B. bei Zykloiden- und Kreisbogenzahnradpaarungen der Fall ist.It is well known that involute gears are preferred in transmission technology used because their production is possible with straight-flanked tools and a Changing the center distance of the gears changes the current transmission ratio does not change how it z. B. the case with cycloid and circular arc gear pairs is.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Evolventenzahnradgetriebes, mittels dessen eine Übersetzung einer Drehbewegung ins Schnelle mit einem großen Übersetzungsverhältnis möglich ist. Bei Verwendung von Evolventenzahnrädern bekannter Bauart tritt bei einer Übersetzung ins Schnelle ein Klemmen der Räder ein.The object of the invention is to create an involute gear transmission, by means of which a translation of a rotary movement into high speed with a large one Gear ratio is possible. Better known when using involute gears Bauart jamming of the wheels occurs in the case of a rapid translation.

Dieser Nachteil bei Evolventenzahnradpaarungen wird erfindungsgemäß durch eine Gestaltung und durch eine Anordnung der Zähne auf den Zahnrädern vermieden, die dadurch gekennzeichnet sind, daß das antreibende größere Rad durch positive Profilverschiebung einen kleinen Zahnfuß und einen großen Zahnkopf hat, während das angetriebene kleinere Zahnrad (Ritzel) durch negative Profilverschiebung einen großen Zahnfuß und einen kleinen Zahnkopf hat.This disadvantage in the case of involute gear pairings is invented according to the invention avoided by designing and arranging the teeth on the gears, which are characterized in that the driving larger wheel by positive Profile shift has a small tooth base and a large tooth tip while the driven smaller gear (pinion) by negative profile shift has a large tooth base and a small tooth head.

Profilverschiebungen allgemeiner Art gehören in der Getriebetechnik zum Stand der Technik. Durch die bekannten Profilverschiebungen ist es gelungen, die verschiedensten Vorteile, z. B. Laufruhe, kleine Zahnräder bei Übersetzungen ins Langsame, günstige Übersetzungsmomente u. dgl., zu erzielen.Profile shifts of a general kind belong in gear technology to the state of the art. The known profile shifts made it possible to various advantages, e.g. B. smoothness, small gears in translations to achieve low-speed translation moments and the like.

Die erfindungsgemäße Profilverschiebung ist nach Gesichtspunkten gewählt, die den neuen und angestrebten Vorteil nach sich ziehen, eine Übersetzung unter Verwendung von Evolventenzahnrädern ins Schnelle zu gewährleisten.The profile shift according to the invention is selected according to aspects which result in the new and desired advantage under a translation Ensure use of involute gears in a hurry.

Damit die negative Profilverschiebung beim Ritzel möglich wird, ist unter anderem die Fußtiefe des Ritzelbezugsprofils klein gewählt. Damit der Radzahn nicht zu tief in die Lücke des Ritzels ragt, ist dessen Kopf klein gewählt. Bezüglich der Profilverschiebung ist es bei bekannten Evolventenzahnradpaarungen üblich, für das Ritzel keine oder eine positive Profilverschiebung und für das größere Zahnrad keine, eine negative oder eine positive Profilverschiebung vorzunehmen. Durch die Maßnahme nach der Erfindung verschiebt sich der Berührungspunkt der beiden Zahnräder beim Eingriffbeginn in Richtung auf die Mittellinie, d. h. auf die Verbindungslinie der beiden Mittelpunkte der Zahnräder. Das bedeutet, daß am Anfang der Kraftübertragung zwischen zwei Zähnen (Eingriffsbeginn) die Zahnflanken wenig aufeinander gleiten, zum Schluß der Kraftübertragung zwischen zwei Zähnen (Eingriffsende) stark aneinander gleiten, was jedoch unschädlich ist, da dabei kein Klemmen auftreten kann. Mit Zahnrädern der bisher üblichen Form ist dies bei großen Übersetzungsverhältnissen ins Schnelle gerade umgekehrt: Am Anfang der Kraftübertragung (Eingriffsbeginn) ist die gleitende Bewegung der Zahnflanken groß - der Eingriffsbeginn liegt weit vor der Mittellinie, daher tritt leicht Klemmen auf -, am Schluß der Kraftilbertragung ist die gleitende Bewegung der Zahnflanken gering, während doch gerade in diesem Fall das Gleiten unschädlich ist. Da durch die staffelförmige Anordnung der Einzelzahnkränze die Forderung, mit einem Einzelzahnkranz einen Überdeckungsgrad a >l zu erhalten, 1 in die Forderung e > - , wobei n die Anzahl der n Staffelebenen ist, übergeht und daher die aktive Zahnradhöhe nicht so groß sein muß, schadet die durch die negative Profilverschiebung des Ritzels notwendig auftretende verkürzte Zahnform des Ritzels nicht. Auch das Rad selbst weist deshalb meistens etwas verkürzte Zähne auf. Es ist die aktive Zahnfußhöhe größer oder gleich der Zahnkopfhöhe des Gegenrades (Ritzels).So that the negative profile shift on the pinion becomes possible, the root depth of the pinion reference profile is selected to be small, among other things. So that the wheel tooth does not protrude too deep into the gap in the pinion, the head of the pinion is chosen to be small. With regard to the profile shift, it is common in known involute gear pairs to undertake no profile shift or a positive profile shift for the pinion and no profile shift, a negative or a positive profile shift for the larger gear wheel. As a result of the measure according to the invention, the point of contact of the two gears shifts in the direction of the center line at the start of the engagement, i. H. on the line connecting the two center points of the gears. This means that at the beginning of the power transmission between two teeth (start of engagement) the tooth flanks slide little on each other, at the end of the power transmission between two teeth (end of engagement) they slide strongly against each other, but this is harmless because no jamming can occur. With gears of the usual shape up to now, this is exactly the other way round at high speed ratios: At the beginning of the power transmission (start of meshing) the sliding movement of the tooth flanks is large - the meshing start is well in front of the center line, therefore jamming easily occurs - at the end of the power transmission the sliding movement of the tooth flanks is small, while in this case the sliding is harmless. Because of the staggered arrangement of the individual gear rims, the requirement to obtain a degree of overlap a> l with a single gear rim, 1 is transferred to the requirement e > -, where n is the number of n staggered levels, and therefore the active gear height does not have to be so large, does not damage the shortened tooth shape of the pinion, which necessarily occurs due to the negative profile shift of the pinion. The wheel itself therefore usually has somewhat shortened teeth. The active tooth root height is greater than or equal to the tooth tip height of the mating gear (pinion).

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Flankenwinkel oc der Zähne kleiner als 20'. Dies ist dadurch zu erreichen, daß der Flankenwinkel de:; zu erzeugenden Werkzeuges größer als 20# ist. Dadurch wird es in verstärktem Maße möglich, eine negative Profilverschiebung auch für Ritzel mit kleinen Zähnezahlen vorzunehmen, ohne daß die Anzahl der Einzelzahnkränze wegen des geringeren Überdeckungsgrades eines Einzelzahnkranzes zu hoch wird.According to a further development of the invention, the flank angle is oc Teeth smaller than 20 '. This can be achieved in that the flank angle de :; tool to be generated is greater than 20 #. This will increase it possible, a negative profile shift also for pinions with small numbers of teeth to be carried out without reducing the number of individual sprockets because of the lower degree of overlap of a single sprocket becomes too high.

Die Erfindung wird an Hand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das außerdem in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Dabei zeigt F i g. 1 eine Zahnradpaarung mit sechszähnigem Staffelritzel zur Übersetzung ins Schnelle, F i g. 2 das Bezugsprofil des größeren Zahnrades nach F i g. 1, F i g. 3 das Bezugsprofil des kleineren Zahnrades (Ritzel) nach F i g. 1, F i g. 4 ein Wirkungsgraddiagramm.The invention is explained in more detail with reference to the description of an exemplary embodiment, which is also shown in the drawings. F i g. 1 a pair of gears with a six-toothed staggered pinion for translation into high speed, FIG. 2 the reference profile of the larger gear according to FIG. 1, Fig. 3 the reference profile of the smaller gear (pinion) according to FIG. 1, Fig. 4 shows an efficiency diagram.

Das Ritzel 1 der F i g. 1 ist aus zwei Zahnkränzen 2 und 3 zu je sechs Zähnen aufgebaut, während das Zahnrad 4 aus zwei Zahnkränzen 5 und 6 zu je sechzig Zähnen aufgebaut ist. Der Überdeckungsgrad eines Einzelzahnkranzpaares ist 0,7, der Überdeckungsgrad der Gesamtzahnradpaarung beträgt demnach 1,4. Die Drehrichtung der Zahnräder 1 und 4 ist durch eingezeichnete Pfeile 7 und 8 dargestellt. Die Eingriffsstrecke El, E2, E3 liegt bezüglich der Mittellinie Ml, M2 zum größeren Teil auf der rechten Seite, d. h. auf der Seite des Eingriffsendes. Bei Beginn des Zahneingriffs gleiten die Zahnflanken noch wenig aufeinander, da der Punkt El nahe an der Mittenlinie Ml, M2 liegt, während bei Eingriffsende, beim Punkt E3 also, das Gleiten der Zahnflanken aufeinander nicht schadet. Die sonstigen Merkmale sind: Zähnezahlen Zl = 60, Z2 = 6; Flankenlängen y, = 0,4, y2 = 0,6, y., = 1,0, yw, = 0,4; Profilverschiebung x, = +0,5, x# = -0,35; Flankenwinkel a, = 30'. The pinion 1 of FIG. 1 is made up of two ring gears 2 and 3 with six teeth each, while gear 4 is made up of two ring gears 5 and 6 with sixty teeth each. The degree of overlap of a single gear rim pair is 0.7, the degree of overlap of the entire gear pair is accordingly 1.4. The direction of rotation of the gears 1 and 4 is shown by the arrows 7 and 8 drawn. The distance of engagement El, E2, E3 lies with respect to the center line Ml, M2 for the most part on the right-hand side, d. H. on the side of the end of the engagement. At the beginning of the tooth engagement, the tooth flanks slide little on each other, since the point El is close to the center line Ml, M2, while at the end of the engagement, at point E3 , the sliding of the tooth flanks on each other does not harm. The other characteristics are: number of teeth Zl = 60, Z2 = 6; Edge lengths y, = 0.4, y2 = 0.6, y., = 1.0, yw, = 0.4; Profile shift x, = +0.5, x # = -0.35; Flank angle α = 30 '.

F i g. 2 zeigt ein Zahnstangenbezugsprofil für das Zahnrad mit sechzig Zähnen der F i g. 1. Darin bezeichnet m den Modul, t, die Teilung, cc, = 30' den Flankenwinkel und SK = 0,1 in das Kopfspiel. Die Profilbezugslinie MM ist durch eine strichpunktierte Linie dargestellt. Der Punkt P markiert das Ende der aktiven Flanke des Zahnstangenprofils.F i g. Figure 2 shows a rack reference profile for the sixty tooth gear of Figure 2 . 1. Here, m denotes the module, t, the pitch, cc, = 30 ' the flank angle and SK = 0.1 in the head clearance. The profile reference line MM is shown by a dot-dash line. The point P marks the end of the active flank of the rack profile.

F i g. 3 zeigt das Zahnstangenbezugsprofil des sechszähnigen Ritzels der F i g. 1. Die Bezeichnungen sind die gleichen wie bei F i g. 2. . In F i g. 4 ist der Wirkungsgrad n -über dem Reibwert #t für eine übliche Zahnradpaarung und für die erfindungsgemäße Zahnradpaarung aufgetragen. Die Kurvenzüge z11z2 = 60/6 gelten für die erfindungsgemäße Zahnradpaarung, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist, die Kurvenzüge z11z2 = 80/8 gelten für eine übliche Zahnradpaarung mit achtzig bzw. acht Zähnen. Die Kurvenzüge für den Eingriffsbeginn sind stark ausgezogen, während die Kurvenzüge für das Eingriffsende gestrichelt sind. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich, liegen die Kurvenzüge für die erfindungsgemäße Zahnradpaarung näher beieinander als bei einer bisher üblichen Zahnradpaarung, vor allem ist der Abfall des Wirkungsgrades bei größer werdender Reibzahl bezüglich des Eingriffsbeginns nicht so stark. Bei gut gewarteten Getrieben tritt natürlich keine Reibzahl &t = 0,8 oder p. = 1,0 auf, es gibt jedoch in der Feinwerktechnik Getriebe, die nach dem Einbau nicht mehr gewartet werden und die auch dann noch gehen sollen, wenn zufällig etwas Sand oder Staub zwischen die Zähne der Zahnräder geraten ist. Die Zahnradpaarung nach der Erfindung eignet sich zur Bewältigung solcher Betriebsbedingungen besonders gut.F i g. 3 shows the rack reference profile of the six-tooth pinion of FIG . 1. The designations are the same as in FIG. 2 .. In Fig. 4, the efficiency n is plotted against the coefficient of friction #t for a conventional gear pair and for the gear pair according to the invention. The curves z11z2 = 60/6 apply to the gear pair according to the invention, as shown in FIG. 1 is shown, the curves z11z2 = 80/8 apply to a common gear pairing with eighty or eight teeth. The curves for the start of the engagement are strongly drawn out, while the curves for the end of the engagement are dashed. As can be seen from this illustration, the curves for the gear wheel pairing according to the invention are closer to each other than in a previously common gear wheel pairing, above all the decrease in efficiency with increasing friction coefficient with respect to the start of the engagement is not so great. With well-maintained transmissions, of course, there is no coefficient of friction & t = 0.8 or p. = 1.0 , but there are gears in precision engineering that are no longer serviced after installation and that should still work if some sand or dust happens to get between the teeth of the gears. The gear pairing according to the invention is particularly suitable for coping with such operating conditions.

Claims

Claims: 1. Involute gear pairing, consisting of gear wheels, which are composed of at least two staggered layered and offset from one another part gears, in particular for pinion teeth numbers below seven, and in which the pairing between the part gears and the part pinions has a degree of overlap e <l, according to patent application S 75706 XII / 47h for the speed increasing ratio, d a d u rch g ekennzeichnet that the driving bigger wheel (4) has positive profile shift a small tooth base and a large tooth tip, while the driven small gear (pinion 1) by negative profile displacement a has a large tooth base and a small tooth head.

2. Involute gear pairing according to claim 1, characterized in that the flank angle oc of the teeth is less than 20 '. Documents considered: Austrian Patent No. 97 807; Swiss Patent No. 209 712; Prof. Dr. A. Schiebel-Dr. W. Lindner: Gear wheels, 1st band, star and bevel gears with straight teeth, 4th edition, Springer-Verlag, 1954.