DE1750326A1 - Gear ratio in which the axes of the cooperating gears intersect or intersect perpendicularly - Google Patents
Gear ratio in which the axes of the cooperating gears intersect or intersect perpendicularlyInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnradübersetzung, bei der sich die Achsen der zusammenwirkenden Schrägzahnräder mit Evolventenverzahnung senkrecht schneiden oder kreuzen, wobei ein zylindrisches Zahnrad mit mindestens einem Planrad zusammenwirkt.The invention relates to a gear ratio in which the axes of the co-operating helical gears with involute teeth intersect or intersect perpendicularly, a cylindrical gear cooperating with at least one face gear.
Im allgemeinen gilt für ein Zahnrad mit bestimmten Abmessungen und einer bestimmten Güte, daß die Herstellungskosten mit Verringerung der Zähnezahl kleiner werden. Bei gleich bleibendem Übersetzungsverhältnis kann bei Verringerung der Zähnezahl eines Rades die Zähnezahl des mit diesem zusammenwirkenden Rades im gleichen Maße verringert werden, wodurch sich die Herabsetzung der Herstellungskosten verdoppelt.In general, for a gear with certain dimensions and a certain quality, the manufacturing cost becomes smaller as the number of teeth decreases. With the transmission ratio remaining the same, when the number of teeth of a wheel is reduced, the number of teeth of the wheel interacting with it can be reduced to the same extent, which doubles the reduction in manufacturing costs.
Der Durchmesser eines Zahnrades nimmt proportional mit der Zähnezahl ab, so daß mit Zahnrädern mit einer kleinen Zähnezahl eine gedrängtere Bauart erzielt werden kann, die Achsenabstände kleiner gehalten werden können und für eine bestimmte Übersetzung weniger Stufen benötigt werden.The diameter of a gear wheel decreases proportionally with the number of teeth, so that a more compact design can be achieved with gear wheels with a small number of teeth, the axis distances can be kept smaller and fewer steps are required for a certain translation.
Die Minimumzähnezahl pro Rad wird dadurch bestimmt, daß unterhalb einer gewissen Zähnezahl Unterschneidung auftritt. U.a. durch positive Profilverschiebung kann diese Mindestzahl noch weiter verringert werden.The minimum number of teeth per wheel is determined by the fact that undercut occurs below a certain number of teeth. This minimum number can be reduced even further by a positive profile shift, among other things.
Sowohl durch eine kleine Zähnezahl wie auch durch positive Profilverschiebung wird der Überdeckungsgrad Kleines Epsilon [tief prof.], der vom Zahnprofil abhängig ist, ungünstig beeinflusst. Durch die Anwendung einer Schrägverzahnung wird der Eingriff jedoch durch gegenseitige Überlappung der Zähne verlängert, was sich in der Sprungüberdeckung Kleines Phi äußert, so daß bei einer Schrägverzahnung für den Gesamtüberdeckungsgrad Kleines Epsilon [tief tot.] gilt:Both a small number of teeth and a positive profile shift have an unfavorable influence on the degree of overlap Small Epsilon [deep prof.], Which is dependent on the tooth profile. By using a helical toothing, however, the engagement is lengthened by mutual overlapping of the teeth, which is expressed in the jump overlap Small Phi, so that with a helical toothing, the overall degree of overlap Small Epsilon [deep dead] applies:
Kleines Epsilon [tief tot.] = Kleines Epsilon [tief prof.] + Kleines Phi.Small epsilon [deep dead.] = Small epsilon [deep prof.] + Small phi.
Dadurch können auch bei sehr kleinen Zähnezahlen noch Werte von Kleines Epsilon [tief tot.] erzielt werden, die größer als 1 sind.As a result, values of small epsilon [deep dead] that are greater than 1 can still be achieved with very small numbers of teeth.
Wird bei zylindrischen Zahnrädern mit Schrägverzahnung in einer zu der Zahnradachse senkrechten Ebene der Radius des Teilkreises mit r, der Modul mit m, die Teilung mit t und die Zähnezahl mit z bezeichnet, so gilt:
Der Normalschnitt senkrecht zu den Zähnen schneidet den Teilkreis längs einer Ellipse, deren kurze Achse eine Länge gleich 2r und deren lange Achse eine Länge gleich
Die imaginäre oder virtuelle Zähnezahl Z[tief v], die einem Teilkreis r[tief v] und einem zugehörigen Modul m[tief v] entsprechen würde, wird:
kann dies auf:
Für Zahnradgetriebe, bei denen sich die Achsen der Zahnräder senkrecht schneiden oder kreuzen gibt es verschiedene Formen der Grundkörper der Zahnräder. Bei sich senkrecht schneidenden Achsen können außer der Kombination eines zylindrischen Rades mit einem Stirn-Rad auch Kegelräder Anwendung finden. Diese Kegelräder haben außer der verwickelten und teueren Form den Nachteil, daß zum Erhalten einer befriedigenden Wirkung ihre gegenseitige Einstellung sehr genau sein muß, wobei die Spitzen der Kegel zusammenfallen müssen.For gear transmissions, in which the axes of the gearwheels intersect or intersect at right angles, there are different shapes of the basic bodies of the gearwheels. In the case of vertically intersecting axes, bevel gears can also be used in addition to the combination of a cylindrical gear with a spur gear. These bevel gears, besides their intricate and expensive shape, have the disadvantage that, in order to obtain a satisfactory effect, their mutual adjustment must be very precise, the tips of the cones having to coincide.
Bei sich senkrecht kreuzenden Achsen werden Schraubenräder und verwickelte Zahnradformen, wie Hypoidräder und für große Übersetzungsverhältnisse eine Schnecke und ein Schneckenrad angewandt.In the case of vertically crossing axes, helical gears and intricate gear shapes such as hypoid gears and, for large gear ratios, a worm and a worm wheel are used.
Die Erfindung hat den Zweck, eine sehr einfache Bauart zu schaffen, mit der das gleiche Übersetzungsverhältnis wie bei einer Schnecke und einem Schneckenrad erzielt werden kann, und ist dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Zahnrad eine virtuelle Zähnezahl Z[tief v]<7 hat.The invention has the purpose of creating a very simple design with which the same transmission ratio can be achieved as with a worm and a worm wheel, and is characterized in that the cylindrical gear has a virtual number of teeth Z [deep v] <7.
Wenn das zylindrische Zahnrad mit einer virtuellen Zähnezahl Z[tief v]<7 versehen wird, lassen sich sehr gedrängte Bauarten oder große Übersetzungsverhältnisse pro Zahnradpaar erzielen. Mit einer Bauart nach der Erfindung kann das gleiche große Übersetzungsverhältnis wie mit einer Schnecke und einem Schneckenrad erzielt werden, ohne daß sich die Achsen der Räder zu kreuzen brauchen. Bei einer Bauart nach der Erfindung können sich die Achsen erforderlichenfalls ohne Bedenken kreuzen, z.B. wenn durchgehende Achsen angewandt werden. Der Kontakt zwischen den Flanken der Zähne bei einem Schraub-Stirnradgetriebe ist punktförmig, während die Zahnflanken der zusammenwirkenden Zähne bei Schraub-Schneckengetriebe in hohem Maße übereinander gleiten, was erhebliche Reibungsverluste veranlasst, wodurch örtlich sehr hohe Temperaturen, die sogenannten Blitztemperaturen, in den Zahnflanken auftreten können. Bei einer Übersetzung nach der Erfindung ist der Kontakt zwischen den Flanken linienförmig, und gleiten die Flanken in geringerem Maße übereinander, wodurch die Abnutzung herabgesetzt und ein höherer Wirkungsgrad erzielt wird, während Blitztemperaturen nicht auftreten. Für das Planrad können nun Werkstoffe größerer Temperaturempfindlichkeit, wie Kunststoffe, angewandt werden, wodurch auch alle Vorteile der Anwendung dieser Werkstoffe, wie eine billige Herstellung, kein Unterhalt, Geräuschlosigkeit und geringes Gewicht, erhalten werden.If the cylindrical gear is provided with a virtual number of teeth Z [deep v] <7, very compact designs or large transmission ratios per gear pair can be achieved. With a design according to the invention, the same large transmission ratio as with a worm and a worm wheel can be achieved without the axes of the wheels needing to cross. In a construction according to the invention, the axes can cross each other without hesitation if necessary, for example when continuous axes are used. The contact between the flanks of the teeth in a helical helical gear unit is punctiform, while the tooth flanks of the interacting teeth in a helical worm gear unit slide over each other to a large extent, which causes considerable friction losses, as a result of which very high temperatures, the so-called flash temperatures, occur locally in the tooth flanks can. In a transmission according to the invention, the contact between the flanks is linear, and the flanks slide over one another to a lesser extent, as a result of which wear is reduced and a higher degree of efficiency is achieved, while flash temperatures do not occur. Materials that are more sensitive to temperature, such as plastics, can now be used for the face gear, whereby all the advantages of using these materials, such as cheap production, no maintenance, noiselessness and low weight, are obtained.
Andere Vorteile der Bauart nach der Erfindung sind:Other advantages of the design according to the invention are:
weniger strenge Anforderungen, in bezug auf die gegenseitige Einstellung der zusammenwirkenden Räder, die Möglichkeit der Verwendung des Planrades als antreibendes Rad und dem im Vergleich zu einer Übersetzung mit Schraubenrädern oft geringerem Abstand zwischen denless stringent requirements with regard to the mutual adjustment of the interacting gears, the possibility of using the crown gear as the driving gear and the often smaller distance between the gears compared to a gear ratio with helical gears
Achsen zusammenwirkender Zahnräder, was in baulicher Hinsicht günstig sein kann.Axes of interacting gears, which can be advantageous from a structural point of view.
Eine besondere Ausführungsform einer Zahnradübersetzung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Zahnrad mit Z[tief v]<7 mit zwei Planrädern im Eingriff steht, und die Planräder parallele Achsen haben.A special embodiment of a gear transmission according to the invention is characterized in that the cylindrical gear with Z [deep v] <7 meshes with two face gears, and the face gears have parallel axes.
Auf diese Weise läßt sich eine gedrängte Bauart erzielen, bei der gleichzeitig zwei parallele Achsen in der gleichen Drehrichtung oder in entgegengesetzten Drehrichtungen angetrieben werden. Die Achsen der Planräder brauchen jedoch nicht parallel zu sein, und die Anzahl dieser Planräder braucht sich nicht auf zwei zu beschränken, so daß mit einer Übersetzung nach der Erfindung eine Vielzahl von Abarten möglich sind.In this way, a compact design can be achieved in which two parallel axes are driven simultaneously in the same direction of rotation or in opposite directions of rotation. However, the axes of the face gears do not need to be parallel, and the number of these face gears need not be limited to two, so that a large number of variants are possible with a translation according to the invention.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer Zahnradübersetzung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Rad in eine Scheibe aus einem plastischen Werkstoff eingewalzt wird, wodurch in der Scheibe ein Zahnkranz mit dem Zahnprofil des Gegenrades entsteht, und diese Scheibe als Form verwendet wird, mit der das Gegenrad nach dem Press-, Guss- oder Spritzgussverfahren hergestellt werden kann.An advantageous method for producing a gear transmission according to the invention is characterized in that the cylindrical wheel is rolled into a disk made of a plastic material, whereby a ring gear with the tooth profile of the mating gear is created in the disk, and this disk is used as a shape with which the mating gear can be manufactured using the press, casting or injection molding process.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung einer Zahnradübersetzung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe elektrischer Entladungen zwischen dem zylindrischen Rad und einer Metallscheibe durch Funkenüberschläge ein Zahnkranz mit dem Zahnprofil des Gegenrandes in der Metallscheibe gebildet wird, und diese Scheibe als Form verwendet wird, mit der das Gegenrad nach dem Press-, Guss- oder Spritzgussverfahren hergestellt werden kann.Another method for producing a gear transmission according to the invention is characterized in that with the help of electrical discharges between the cylindrical wheel and a metal disc by arcing, a ring gear with the tooth profile of the opposing edge is formed in the metal disc, and this disc is used as a mold with which the mating gear can be manufactured using the press, casting or injection molding process.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Zahnrads mit einem Zahn,Fig. 1 is a perspective view of a cylindrical gear with a tooth,
Fig. 2 eine ähnliche Ansicht eines zylindrischen Zahnrades mit zwei Zähnen,Fig. 2 is a similar view of a cylindrical gear with two teeth,
Fig. 3 das theoretische Bezugsprofil des Zahnes oder der Zähne eines Rades nach Fig. 1 bzw. Fig. 2 oder der mit diesen zusammenwirkenden Zahnräder,3 shows the theoretical reference profile of the tooth or the teeth of a wheel according to FIG. 1 or FIG. 2 or of the toothed wheels cooperating with them,
Fig. 4 die Kombination eines zylindrischen Zahnrades mit Z[tief v]<7 mit einem Planrad, und4 shows the combination of a cylindrical gear with Z [deep v] <7 with a crown gear, and
Fig. 5 eine Übersetzung mit sich senkrecht kreuzenden Achsen, bei der das zylindrische Rad mit zwei Planrädern zusammenwirkt.Fig. 5 shows a translation with vertically intersecting axes, in which the cylindrical wheel cooperates with two face gears.
Ein theoretisches Bezugsprofil (z.B. nach Fig. 3) wird durch die Schnittlinie der Zähne eines Zahnrades mit unendlich großem Radius und eine zur Zahnrichtung senkrechte flache Ebene gebildet.A theoretical reference profile (e.g. according to Fig. 3) is formed by the line of intersection of the teeth of a gear with an infinitely large radius and a flat plane perpendicular to the direction of the tooth.
Für das zu den Zähnen der in Figuren 1 und 2 dargestellten Zahnräder gehörige theoretische Bezugsprofil der Fig. 3 gilt (siehe NIN 1629):For the theoretical reference profile of FIG. 3 belonging to the teeth of the gears shown in FIGS. 1 and 2, the following applies (see NIN 1629):
m = Modulm = module
Kleines Pi m = t = TeilungSmall pi m = t = division
Kleines Alpha = Druckwinkel = 20°.Small alpha = pressure angle = 20 °.
Ein Zahnrad nach Figuren 1 oder 2 und im allgemeinen ein Zahnrad mit Evolventenschrägverzahnung mit Z[tief v]<7 kann auf übliche Weise und unter Anwendung einer positiven Profilverschiebung, z.B. durch das bekannte Abwicklungsverfahren, hergestellt werden.A gear wheel according to FIGS. 1 or 2 and in general a gear wheel with involute helical teeth with Z [deep v] <7 can be produced in the usual way and using a positive profile shift, e.g. by the known unwinding process.
Fig. 4 zeigt eine Zahnradkombination nach der Erfindung, bei der das zylindrische Rad mit 1 und das Planrad mit 2 bezeichnet ist.4 shows a gear wheel combination according to the invention, in which the cylindrical gear is denoted by 1 and the face gear is denoted by 2.
In diesem Falle schneiden sich die beiden Achsen der Zahnräder senkrecht.In this case, the two axes of the gears intersect perpendicularly.
In der Übersetzung nach Fig. 5 wirkt ein zylindrisches Rad mit zwei Planrädern zusammen, und die Achse 3 des zylindrischen Rades 1 und die Achsen 4´ und 4" der Planräder 2´ und 2" kreuzen sich senkrecht.In the translation according to FIG. 5, a cylindrical wheel cooperates with two face gears, and the axis 3 of the cylindrical wheel 1 and the axes 4 'and 4 "of the face gears 2" and 2 "cross each other perpendicularly.
Wie aus Figuren 4 und 5 hervorgeht, ist die Einstellung in die Achsenrichtung des zylindrischen Rades zweier zusammenwirkender Räder gar nicht kritisch, wodurch das Zusammenbauen einer derartigen Kombination erheblich vereinfacht wird und viel weniger strenge Anforderungen, in bezug auf Toleranzen und Herstellungsgenauigkeit, als bei Kegelrädern oder einer Schnecke und Schneckenradübersetzung gestellt zu werden brauchen. Außerdem sind das sehr große mit einer Zahnradübersetzung nach der Erfindung erzielbare Übersetzungsverhältnis, der höhere Wirkungsgrad als bei einem Schraub-Schneckengetriebe, die gedrängtere Bauart und die Möglichkeit der Anwendung von Planrädern aus Kunststoff große Vorteile, im Vergleich zu bisher benutzten Konstruktionen. Das große Übersetzungsverhältnis ermöglicht es, bestimmte Übersetzungen mit einer geringen Anzahl Stufen durchzuführen oder bei einer verzögernden Übersetzung einen Motor mit einer größeren Drehzahl zu verwenden, wodurch z.B. ein Elektromotor mit einer geringeren Anzahl Polpaare bestückt werden kann, so daß der Motor kleiner und billiger ausgeführt werden kann.As can be seen from Figures 4 and 5, the adjustment in the axial direction of the cylindrical wheel of two interacting wheels is not at all critical, whereby the assembly of such a combination is considerably simplified and the requirements with regard to tolerances and manufacturing accuracy are much less stringent than with bevel gears or a worm and worm gear need to be provided. In addition, the very large transmission ratio achievable with a gear transmission according to the invention, the higher efficiency than with a screw-worm gear, the compact design and the possibility of using face gears made of plastic are great advantages compared to previously used designs. The large gear ratio makes it possible to carry out certain gear ratios with a small number of steps or to use a motor with a higher speed for a decelerating gear ratio, whereby an electric motor, for example, can be equipped with a smaller number of pole pairs, so that the motor can be made smaller and cheaper can.
Bei einem einfachen Verfahren zur Herstellung des Planrades wird das stählerne zylindrische Rad in eine Scheibe aus einem plastischen Werkstoff mit den Abmessungen des Gegenrades eingewalzt. Als plastischer Werkstoff läßt sich vorteilhaft eine Bleilegierung verwenden. In die Scheibe wird dadurch das Profil der Planradverzahnung gepresst. Die Scheibe kann als eine Form verwendet werden, mit der z.B. Kunststoffräder durch ein Spritzgussverfahren hergestellt werden können.In a simple process for producing the crown gear, the steel cylindrical gear is rolled into a disk made of a plastic material with the dimensions of the mating gear. A lead alloy can advantageously be used as the plastic material use. As a result, the profile of the crown gear is pressed into the disk. The disc can be used as a mold with which, for example, plastic wheels can be manufactured by an injection molding process.
Ein anderes Verfahren besteht darin, daß das Profil des Planrades mit Hilfe elektrischer Entladungen zwischen dem zylindrischen Rad und einer Metallscheibe in dieser Scheibe gebildet wird. Die Scheibe kann dann wieder als Form zum Durchführen eines Spritzgussverfahrens verwendet werden.Another method consists in that the profile of the crown gear is formed with the aid of electrical discharges between the cylindrical gear and a metal disc in this disc. The disk can then be used again as a mold for performing an injection molding process.
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