DE1425745A1

DE1425745A1 - Gear transmission

Info

Publication number: DE1425745A1
Application number: DE19631425745
Authority: DE
Inventors: Geldmacher Dipl-Ing Ernst
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1963-03-02
Filing date: 1963-03-02
Publication date: 1969-03-13

Description

. Zahnrädergetriebe Bei Zahnrädergetrieben mit DrehrichtungsuMkehr wird manchmal gefordert, daß sich diese Umkehr ohne einen durch Zahnspiel bedingten Totgang vollzieht. Das gilt vor allem für den Fall, daß Winkeleinstellungen eines Körpers mit wechselnden Drehrichtungen genau nach vorgeschriebenen Sollwerten ausgeführt werden müssen. Hierbei würde ein Totgang zur Folge haben, daß jeder Drehrichtungswechsel mit einem ungeregelten Hin- und Herschwingen des anzutreibenden Zahnrades verbunden wäre.. Gear drive For gear drives with reversal of the direction of rotation it is sometimes required that this reversal be caused by backlash without one Dead movement takes place. This is especially true in the event that angular adjustments are a Body with alternating directions of rotation executed exactly according to prescribed target values Need to become. In this case, backlash would mean that every change of direction of rotation associated with an uncontrolled swinging back and forth of the gear to be driven were.

Die genannte Forderung könnte praktisch nicht erfüllt werden, wenn man versuchen wollte,-durch genaue Bearbeitung der Zähne das Zahnspiel zu vermeiden; denn dies wird sich nicht absolut verwirklichen lassen, und außerdem würde ein spielfreies Zahnrädergetriebe der Gefahr unterworfen sein, daß bei Temperaturerhöhungen die Zähne klemmen, was infolge der Reibungswärme einen weiteren Temperaturanstieg und damit ein zusätzliches Klemmen zur Folge haben würde.The mentioned requirement could practically not be met if one wanted to try to avoid backlash by machining the teeth precisely; because this will not be absolutely realizable, and moreover would be a game-free Gear transmission be subject to the risk that the temperature increases Teeth jam, causing a further rise in temperature as a result of the frictional heat so that an additional jamming would result.

Eine bekannte Möglichkeit, den Totgang zwischen den Zähnen eines Getriebes beim Drehrichtungswechsel zu beseitigen, besteht darin, daß jedes der antreibenden Zahnräder längs einer Ebene, auf der die Drehachse senkrecht steht, in zwei Hälften unterteilt wird und zwischen die beiden Hälften Federn gespannt werden, welche sie gegeneinander zu verdrehen suchen. Infolgedessen liegen immer an wenigstens zwei einander zugekehrten @Zahnflanken des anzutreibenden Rades zwei Zahnräder der beiden Hälften des antreibenden Rades unter Druck an. Dabei müssen die Federn so stark vorgespannt sein, daß der von ihnen erzeugte Druck zwischen den aneinanderliegenden Zahnflanken größer ist, als der aus dem größten Antriebsmoment zu erwartende Zahndruck, da sonst entsprechend der Zusammendrückung der Federn doch ein Totgang auftreten würde. Die erforderliche große Vorspannung der Federn ist mit einem konstruktiven Aufwand sowie mit Reibungsverlusten verbunden. Diese Nachteile sind um so größer, je mehr-Zahnräderstufen das Getriebe hat, weil man eine solche Vorspannung der Zahnradhälften bei sämtlichen antreibenden Zahnrädern des Getriebes anwenden muß, um einen Totgang zu vermeiden.A well-known way of eliminating the backlash between the teeth of a gearbox to eliminate when changing the direction of rotation, is that each of the driving Gears in two halves along a plane on which the axis of rotation is perpendicular is divided and between the two halves springs are stretched, which they seek to twist against each other. As a result, there are always at least two facing each other @Tooth flanks of the gear to be driven two Gears of the two halves of the driving wheel under pressure. Have to the springs be so strongly biased that the pressure generated by them between the adjacent tooth flanks is greater than that from the largest drive torque Tooth pressure to be expected, otherwise according to the compression of the springs backlash would occur. The required great preload of the springs is associated with a constructive effort and friction losses. These disadvantages are all the greater, the more gear stages the gear unit has, because there is one Pre-tensioning of the gear halves in all driving gears of the transmission must apply to avoid backlash.

Ferner ist es zur Verhütung von Totgängen in Zahnrädergetrieben bei Drehrichtungsumkehr bekannt, zwei mit einem anzutreibenden Zahnrad in Eingriff stehende Ritzel mit solchen hydraulischen oder elektrischen Antrieben zu versehen, daß sie mit einander entgegengesetzten Drehmomenten auf das Zahnrad wirken. Dabei muß jeweils ein Ritzel nicht nur das der Antriebsleistung entsprechende Drehmoment aufbringen, sondern außerdem das entgegengerichtete Drehmoment des anderen Ritzels aufbringen. Bei Drehrichtungsumkehr vertauschen die beiden Ritzel ihre Funktion. Zur Erläuterung dieser Maßnahme dient das als Figur 1 bezeichnete Schaubild der Zeichnung. Auf der Abszissenachse dieses Schaubildes ist die Summe der auf das antreibende Rad zu übertragenden Drehmomente Z M abgetragen, während die Ordinaten die von den Ritzeln abzugebenden 'Drehmomente M darstellen. Der Verlauf von IM ist in dem Schaubild als eine unter 450 gegenüber den Koordinatenachsen durch den _ Nullpunkt verlaufende Gerade dargestellt.It is also known to prevent backlashes in gear transmissions when the direction of rotation is reversed to provide two pinions which are in engagement with a gear to be driven with hydraulic or electrical drives such that they act on the gear with opposing torques. One pinion must not only apply the torque corresponding to the drive power, but also apply the opposite torque of the other pinion. If the direction of rotation is reversed, the two pinions swap their function. The diagram of the drawing designated as FIG. 1 serves to explain this measure. The sum of the torques ZM to be transmitted to the driving wheel is plotted on the abscissa axis of this diagram, while the ordinates represent the torques M to be output by the pinions. The course of IM is shown in the diagram as a straight line running through the zero point at 450 relative to the coordinate axes.

Wenn auf das anzutreibende Zahnrad kein Moment übertragen wird, also f M = Null ist, übt das eine Ritzel auf dieses Zahnrad .einen Moment M0 in einem Sinne und das andere Ritzel' ein gleich großes Moment im entgegengesetzten Sinne aus.If no torque is transmitted to the gear to be driven, i.e. f M = zero, one pinion exerts' a moment M 0 ' on this gear in one sense and the other pinion' an equal moment in the opposite sense.

In dem Maße, in dem auf das anzutreibende Zahnrad zunehmende Drehmomente übertragen werden, steigt bei der einen Drehrichtung das von dem einen Ritzel zu übertragende Drehmoment nach der Geraden R.1 an. Diese Linie verläuft parallel zu der Linie f M mit einem Abstand von Mo oberhalb von dieser. Das bedeutet, daß dieses Ritzel außer dem der zu übertragenden Leistung entsprechenden Moment £ M noch das Moment Mo aufbringen muß, um das gleichzeitig von dem anderen Ritzel im entgegengesetzten Sinn auf das Zahnrad abgegebene konstante Moment Mo zu überwinden. Wenn die Drehrichtung umgekehrt wird= übernimmt das in der betreffenden Richtung wirkende Ritzel die Übertragung der Antriebsleistung, wobei das von ihm aufzubringende Moment R2 um das Moment Mo größer sein muß als i M,weil nunmehr das andere Ritzel der Drehung des Zahnrades mit dem konstanten Moment Mo entgegenwirkt. Diese Maßnahme ist naturgemäß mit einer Verlustleisting verbunden, die in Figur 1 durch Schraffur veranschaulicht ist. Der Leistungsverlust mindert die Wirtschaftlichkeit des Getriebes und verursacht eine unerwünschte Erwärmung der Zahnräder. Außerdem hat ein solches Getriebe den Nachteil, daß die Zahnräder und ihre Lager für größere Momente bemessen ;,werden müssen, als es dem größten zu übertragenden Antriebsmoment entspricht.To the extent that increasing torques are transmitted to the gear to be driven, in one direction of rotation the torque to be transmitted by one pinion rises according to the straight line R.1. This line runs parallel to the line f M with a distance Mo above it. This means that this pinion, in addition to the torque £ M corresponding to the power to be transmitted, must also generate the torque Mo in order to overcome the constant torque Mo delivered simultaneously by the other pinion in the opposite direction to the gearwheel. If the direction of rotation is reversed = the pinion acting in the relevant direction takes over the transmission of the drive power, whereby the torque R2 to be applied by it must be greater than i M by the torque Mo, because now the other pinion rotates the gear with the constant torque Mo counteracts. This measure is naturally associated with a loss performance, which is illustrated in FIG. 1 by hatching. The loss of power reduces the efficiency of the transmission and causes undesirable heating of the gears. In addition, such a transmission has the disadvantage that the gears and their bearings have to be dimensioned for greater torques than corresponds to the greatest drive torque to be transmitted.

Mit der Erfindung wird bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden. Das gilt insbesondere für Zahnrädergetriebe großer Leistungen, wie sie z. B. zum Drehantrieb von Radarantennen benötigt werden. Der Richtstrahl einer solchen Antenne mul3 sich nach einem bestimmten Programm auf einer vorgeschriebenen Bahn bewegen, oder er muß stets in die Richtung des größten Empfanges zeigen. Dementsprechend müssen die Drehantriebe derartiger Radarantennen entsprechend geregelt werden. Hierbei kommt es darauf an, daß in jedem Augenblick die Ist-.Stell-).nt; des Richtstrahles mit der Soll-Stellung genau übereinstimmt. Zu diesem Zweck muß jeder Totgang in den Getrieben vermieden werden.The invention aims to avoid these disadvantages. That applies in particular to large power gears, as they are, for. B. for rotary drive are required by radar antennas. The directional beam of such an antenna must be move on a prescribed path according to a certain program, or he must always point in the direction of greatest reception. Accordingly, the Rotary drives of such radar antennas are regulated accordingly. Here comes it is important that at every moment the actual position -). nt; of the directional beam with the target position exactly matches. To this end, everyone must Backlash in the gears can be avoided.

Die Erfindung besteht darin, daß die Antriebsmotoren von wenigstens zwei mit einem Zahnrad in Eingriff stehenden Ritzeln so gesteuert sind, daß jedes der Drehmomente, welche die beiden Ritzel jeweils gleichzeitig auf das Zahnrad übertragen, gleich ist der algebraischen Summe aus der Hälfte des insgesamt auf das Zahnrad zu übertragenden Drehmomentes und aus einem konstanten Drehmoment, das bei den beiden Ritzeln den gleichen Absolutwert, aber entgegengesetzte Wirkungsrichtungen hat.The invention consists in that the drive motors of at least two pinions meshing with a gear are controlled so that each the torques that the two pinions transmit to the gear at the same time, is equal to the algebraic sum of half the total on the gear torque to be transmitted and from a constant torque, which is the case with the two Pinion has the same absolute value but opposite directions of action.

Die Erfindung sei anhand des als Figur 2 bezeichneten Schaubildes erläutert,.auf dessen Koordinaten in gleicher Weise wie in Figur 1 die Werte :EM bzw. I42 abgetragen sind und in welche die unter ¢5o durch den Null-Punkt verlaufende Gerade Z 14 eingetragen ist. Außerdem ist durch den Null -Punkt die Gerade mit den Ordinaten 1/2 111 gezogen. -Die Momente, die jeweils die beiden Ritzel auf das Zahnrad ausüben, sind durch die geraden Linien R1- bzw. R2 gekennzeichnet, die parallel zu der Linie 1/2 £M mit je einem Abstand von Mo oberhalb bzw. unterhalb dieser Linie verlaufen. Sonach gilt: R 1 1/2 £ YI + Mo R2 = 1/2£2,1 - M0.The invention will be explained on the basis of the referred to as Figure 2 show the image, .on the coordinates of the values in the same manner as in Figure 1 are plotted EM and I42 and in which the under ¢ 5o extending through the zero-point straight line Z is entered 14 . In addition, the straight line with ordinates 1/2 111 is drawn through the zero point. -The moments that the two pinions exert on the gearwheel are marked by the straight lines R1- and R2, which run parallel to the line 1/2 £ M with a distance of Mo above and below this line. The following applies: R 1 1/2 £ YI + Mo R2 = 1/2 £ 2.1 - M0.

Es sei zunächst angenommen, daß auf das Zahnrad insgesamt ein Moment übertragen werden muß, das der Abszisse I entspricht. Hierbei wirken die beiden Ritzel.gemeinsam auf das Zahnrad mit den Momenten R1 bzw. R29 die zusammen das Gesamtmoment f M ergeben.It is initially assumed that there is a total of one moment on the gearwheel must be transmitted, which corresponds to the abscissa I. This is where the two work Pinion.together on the gearwheel with the torques R1 or R29 which together make up the total torque f M result.

Wenn das 'auf das Zahnrad zu übertragende Moment £ M auf den mit II bzeichneten Wert absinkt, wird das von dem einen Ritzel übertragene Moment. R2 zu Null, so daß das andere Ritzel das gesamte Moment in Höhe von R1 -.im liefert.When the torque £ M to be transmitted to the gearwheel drops to the value marked II, the torque transmitted by the one pinion becomes. R2 to zero, so that the other pinion supplies the entire torque equal to R1 -.im.

Bei einer weiteren Herabsetzung des Antriebsmomentes z. B. .auf den mit III bezeichneten Wert ist das von dem einen Ritzel übertragene Moment R1 gleich der algebraischen Summe 1/2f M + Mo. Da 1/2.t M in diesem Bereich positiv ist addieren sich die Absolutwerte 1/2 J-M und Mo zu dem Moment R1. Hingegen gilt für das andere Ritzel, daß die algebraische Summe aus 1/2 £M und 14I0 zu einem resultierenden Wert von R2 führt, der gleich der Differenz zwischen den Absolutwerten von 1/2 f M und Mo ist, da für dieses Ritzel Mo negativ ist. Sonach wirkt das zweite Ritzel mit der sich hieraus ergebenden Momentendifferenz im entgegengesetzten Sinn wie das erste Ritzel. Das von diesem übertragene Moment R1 ist daher um diese Momentendifferenz größer als das auf das Zahnrad zu übertragende Moment £ M. Da also nunmehr das zweite Ritzel dem ersten entgegenwirkt, legt es sich mit der der Drehrichtung entgegengesetzten Flanke des jeweils in Eingriff befindlichen Zahnes an die entsprechenden Zahnflanken des Zahnrades an, wobei es sich im Ausmaße des Zahnspieles relativ zu dem ersten Ritzel verdreht. Es ist sonach schon vor der Drehrichtungsumkehr erreicht, daß die betreffenden Zähne der beiden Ritzel mit einander entgegengerichteten Flanken an den betreffenden Zahnflanken des Zahnrades unter Druck anliej,en.With a further reduction in the drive torque z. B.. On the The value marked III is the same as the torque R1 transmitted by the one pinion the algebraic sum 1 / 2f M + Mo. Since 1 / 2.t M is positive in this range, add the absolute values 1/2 J-M and Mo at the moment R1. On the other hand, it applies to the other Pinion that the algebraic sum of 1/2 £ M and 14I0 to a resulting value of R2, which is equal to the difference between the absolute values of 1/2 f M and Mo is because Mo is negative for this pinion. Then the second pinion also works the resulting moment difference in the opposite sense as that first pinion. The torque R1 transmitted by it is therefore around this torque difference greater than the moment £ M to be transmitted to the gearwheel. So now the second If the pinion counteracts the first one, it will settle with the one opposite to the direction of rotation Flank of the tooth that is in engagement with the corresponding tooth flanks of the gear, whereby it is in the extent of the backlash relative to the first Twisted pinion. It is therefore already achieved before the direction of rotation is reversed that the relevant teeth of the two pinions with opposing flanks the relevant tooth flanks of the gear wheel under pressure.

Das bleibt auch sog wenn das auf das Zahnrad zu übertragende 1T"oment entsprechend dem mit IV bezeichneten Zustand zu Null wird. Dann ist das von dem ersten Ritzel auf das Zahnrad übertragene Moment bis auf Mo abgesunken und steht im Gleichgewicht zu dem entgegengerichteteng auf 1'I0 angestiegenen &Toment des zweiten Ritzels.That remains even if the 1T torque to be transmitted to the gearwheel becomes zero in accordance with the condition marked IV. Then this is from that The torque transmitted to the gearwheel by the first pinion has dropped to Mo and is at a standstill in equilibrium with the opposite direction, which has risen to 1'I0 of the second sprocket.

Erfolgt nunmehr eine Umkehrung der Richtung von £l?ip so ist das von dem zweiten Ritzel 7u übertragende Moment R2 um das Differenzmoment - 1/2-f 2,1 + 1!1o größer als das in diesem Falle (Zustand V) zu übertragende Moment £M. Das von dem ersten Ritzel übertragene Moment ist dann: R1 = - 1/2 £M + 1110o Wenn bei dem weiteren Steigen von £ M im negativen Bereich von dem ersten Ritzel gemäß dem Zustand VI kein Moment mehr auf das Zahnrad übertragen wird, übernimmt das zweite Ritzel allein das Antriebsmoment in Höhe von-R2 =im.If the direction of £ l? Ip is now reversed, the torque R2 transmitted by the second pinion 7u is greater than that to be transmitted in this case (state V) by the difference torque −1 / 2-f 2.1 + 1! 1o Moment £ M. The torque transmitted by the first pinion is then: R1 = - 1/2 £ M + 1110o If, with the further increase of £ M in the negative range, no more torque is transmitted from the first pinion to the gear according to state VI, this takes over second pinion alone the drive torque in the amount of -R2 = im.

Schließlich nehmen gemäß dem Zustand VII bei einem weiteren Steigen des Antriebsmomentes im negativen Bereich beide Ritzel an der Übertragung dieses Momentes mit den Werten R2 und R1 teil.Finally take a further climb according to state VII of the drive torque in the negative range, both pinions on the transmission of this Moment with the values R2 and R1.

Wie sich aus Figur 2 ohne weiteres ergibty ist jedes der von den Ritzeln zu übertragenden Momente R1 und R2 in jedem Fall kleiner, als das gesamte Antriebsdrehmoment. Sie unterscheiden sich von der Hälfte dieses Momentes nur um den Momentenwert Moo Das wirkt sich naturgemäß günstig auf die Abmessungen der Räder und ihrer Zager aus. Außer- dem sind die Verlustleistungeng die in Figur 2 durch Schraffur veranschaulicht sindy gegenüber den Verlusten bei einer Ausführung nach Figur 1 beträchtlich herabgesetzt.As is readily apparent from FIG. 2, each of the torques R1 and R2 to be transmitted by the pinions is in any case smaller than the total drive torque. They differ from half of this moment only by the moment value Moo This naturally has a favorable effect on the dimensions of the wheels and their Zager. In addition , the power lossesg which are illustrated by hatching in FIG. 2 are considerably reduced compared to the losses in an embodiment according to FIG.

In Figur 3 und ¢ ist zur weiteren Veranschaulichung der Verlauf der betreffenden Momente einmal für eine Aus- führung gemäß Figur 1 und zum anderen für eine Ausführung nach der Erfindung gemäß Figur 2 in Schaubildern dargestellt. Man ersieht aus Figur 3, daß jeweils ein Ritzel ein um Mo größeres Moment zu übertragen hatg als es der gesamten Antriebsleistung entspricht. Die Leistungsverluste sind wieder durch Schraffur hervorgehoben. Die entsprechendeng in Figur 4 durch Schraffur kenntlichgemachten Leistungsverluste sind bei einer Ausführung nach der" Erfindung erheblich geringer. Man erkennt aus Figur 4 ferner daß die Höchstwerte der von den beiden Ritzeln zu übertragenden Momente R1 und R2 beträchtlich unterhalb des größten zu übertragenden Momentes liegen.In Figure 3 ¢, and to further illustrate the course of the respective moments of Figure 1 and the other for an embodiment of the invention shown once for an embodiment according to figure 2 in accordance with diagrams. It can be seen from FIG. 3 that in each case a pinion has to transmit a torque which is Mo greater than that of the total drive power. The power losses are again highlighted by hatching. The corresponding power losses indicated by hatching in FIG. 4 are considerably lower in an embodiment according to the invention. It can also be seen from FIG. 4 that the maximum values of the torques R1 and R2 to be transmitted by the two pinions are considerably below the largest torque to be transmitted.

Die gemäß der Erfindung erforderliche Steuerung der Antriebsmotoren der beiden Ritzel kann beispielsweise bei Anwendungen von Leonard-Schaltungen für diese Antriebe durch Beeinflussung der Erregungen der Leonard-Generatoren erfolgen.. Eine entsprechende Steuerung ist auch bei hydraulischen Antrieben möglich.The control of the drive motors required according to the invention the two pinions can be used, for example, in Leonard gearshifts these drives are made by influencing the excitation of the Leonard generators. A corresponding control is also possible with hydraulic drives.

Claims

P atentanspru e h Zahnrädergetriebeg in which the reversal of rotation o hne backlash was characterized marked that the drive motors sindy controlled by at least two stationary with a gear engaged pinions so that each of the Drehmomenteg which @ the two pinions respectively transmitted gleiohzeitig the gear: is equal to the algebraic sum (R1 t 2 « 1 / 2f M ± Mo) from" half of the total torque to be transmitted to the gearwheel and from a constant torque that has the same absolute value for the two pinions but opposite directions of action., @