DE1750360A1

DE1750360A1 - Gear ratio in which the axes of the interacting wheels do not intersect or intersect perpendicularly

Info

Publication number: DE1750360A1
Application number: DE19681750360
Authority: DE
Inventors: Cuypers Martinus Hubertus; Kymmel Georg Rudolph Walter
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1967-05-08
Filing date: 1968-04-24
Publication date: 1971-02-11
Also published as: FR1562636A; GB1226054A; NL6706439A; CH471985A; BE714723A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnradübersetzung, bei der sich die Achsen der zusammenwirkenden Räder nicht unter einem Achsenwinkel schneiden oder kreuzen, der 90° beträgt.The invention relates to a gear transmission in which the axes of the cooperating wheels do not intersect or cross at an axis angle which is 90 °.

Es ist üblich, bei einer Zahnradübersetzung mit sich nicht unter einem Achsenwinkel von 90° schneidenden Achsen der zusammenwirkenden Räder konische Zahnräder oder Kegelzahnräder anzuwenden. Bei Übersetzungen mit sich nicht unter einem Achsenwinkel von 90° kreuzenden Achsen werden meistens Stirnrad-Schraubgetriebe verwendet, aber auch Zahnräder anderer Formen, wie Kegelrad-Schraubgetriebe, lassen sich anwenden.It is customary to use conical gears or bevel gears in a gear transmission with axes of the interacting gears that do not intersect at an axis angle of 90 °. In the case of gear ratios with axes that do not intersect at an axis angle of 90 °, helical helical gears are mostly used, but gears of other shapes, such as helical bevel gears, can also be used.

Bei Kegelzahnrädern müssen die zusammenwirkenden Zahnräder sehr genau aufeinander eingestellt werden, wobei die Spitzen der Kegel zusammenfallen müssen. Kleine axiale Verschiebungen infolge einer nicht richtigen Montage und kleine Durchbiegungen der Achsen und Verformungen der Abstützungen haben zur Folge, dass sich die Lagen der Spitzen der Rollkegel ändern, wodurch die Laufeigenschaften der Kegelzahnräder sehr ungünstig beeinflusst werden.In the case of bevel gears, the interacting gears must be set very precisely to one another, with the tips of the cones having to coincide. Small axial displacements as a result Incorrect assembly and small deflections of the axes and deformations of the supports result in the positions of the tips of the rolling cones changing, which has a very unfavorable effect on the running properties of the bevel gears.

Bei Stirnrad-Schraubgetriebe ist der Kontakt zwischen zwei zusammenwirkenden Zahnflanken punktförmig, wodurch nur geringe Leistungen übertragen werden können. Für größere Leistungen können bei sich kreuzenden Achsen Kegelrad-Schraubgetriebe angewandt werden, die sich aber schwer entwerfen und herstellen lassen.In the case of helical helical gears, the contact between two interacting tooth flanks is punctiform, which means that only low power can be transmitted. For greater power, bevel helical gears can be used with intersecting axes, but these are difficult to design and manufacture.

Die Erfindung bezweckt, bei sich nicht unter einem Achsenwinkel von 90° schneidenden oder kreuzenden Achsen eine einfache Zahnradübersetzung zu schaffen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein zylindrisches Zahnrad mit mindestens einem Kegelzahnrad in Eingriff steht.The aim of the invention is to create a simple gear ratio for axes that do not intersect or cross at an axis angle of 90 °, which is characterized in that a cylindrical gear is in mesh with at least one bevel gear.

Sowohl bei sich schneidenden wie auch bei sich kreuzenden Achsen ist bei einer Übersetzung nach der Erfindung der Kontakt zwischen zwei zusammenwirkenden Zähnen linienförmig, wodurch die gegenseitige Einstellung des konischen und des zylindrischen Zahnrades erheblich einfacher wird, weil das zylindrische Zahnrad in axialer Richtung nicht genau eingestellt zu werden braucht und die Einstellung in axialer Richtung des Kegelzahnrades viel weniger kritisch, als bei einer Übersetzung mit zusammenwirkenden Kegelzahnrädern ist.With intersecting as well as intersecting axes, the contact between two cooperating teeth is linear in a translation according to the invention, whereby the mutual adjustment of the conical and the cylindrical gear is considerably easier because the cylindrical gear is not precisely adjusted in the axial direction needs and the setting in the axial direction of the bevel gear is much less critical than with a translation with cooperating bevel gears.

Der Spitzenwinkel der Verzahnung des Kegelrades wird nun nicht, wie bei einer Übersetzung mit zwei Kegelrädern, durch das Übersetzungsverhältnis bestimmt. Bei einer Übersetzung nach der Erfindung wird ein größerer Spitzenwinkel für das Kegelrad er- halten, wodurch eine größere Zahnbreite erzielt wird und größere Leistungen, als bei entsprechenden Übersetzungen mit Kegelrädern übertragen werden können.The point angle of the toothing of the bevel gear is not determined by the gear ratio, as is the case with a gear ratio with two bevel gears. With a translation according to the invention, a larger point angle for the bevel gear is hold, whereby a larger face width is achieved and greater performance than can be transmitted with corresponding translations with bevel gears.

Eine besonders vorteilhafte Zahnradübersetzung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Zahnrad ein Schrägzahnrad mit Evolventenverzahnung ist, das eine virtuelle Zähnezahl, Z[tief]v<7, aufweist.A particularly advantageous gear ratio according to the invention is characterized in that the cylindrical gear is a helical gear with involute teeth, which has a virtual number of teeth, Z [deep] v <7.

Im allgemeinen gilt für ein Zahnrad mit bestimmten Abmessungen und von einer bestimmten Güte, dass die Herstellungskosten geringer sind, wenn die Zähnezahl kleiner ist. Bei gleich bleibendem Übersetzungsverhältnis kann bei Verringerung der Zähnezahl eines Rades die Zähnezahl des mit diesem zusammenwirkenden Rades im gleichen Maße verringert werden, wodurch die Herabsetzung der Herstellungskosten verdoppelt wird.In general, for a gear with certain dimensions and of a certain quality, the manufacturing costs are lower when the number of teeth is smaller. 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, whereby the reduction in manufacturing costs is doubled.

Der Durchmesser eines Zahnrades nimmt proportional mit der Zähnezahl ab, so dass mit Zahnrädern mit einer geringen Zähnezahl eine gedrängtere Bauart erzielt werden kann, die Achsenabstände kleiner gehalten werden können und die Anzahl für eine bestimmte Übersetzung benötigter Stufen geringer ist.The diameter of a gearwheel decreases proportionally with the number of teeth, so that a more compact design can be achieved with gearwheels with a small number of teeth, the axis distances can be kept smaller and the number of steps required for a certain translation is lower.

Auch der Modul kann durch Anwendung einer geringeren Zähnezahl anstatt durch Verringerung des Durchmessers der Zahnräder, vergrößert werden, wodurch mit größeren Herstellungstoleranzen gearbeitet werden kann.The module can also be increased by using a smaller number of teeth instead of reducing the diameter of the gears, which means that greater manufacturing tolerances can be used.

Die Zähnezahl pro Rad darf ein gewisses Minimum nicht unterschreiten, weil unterhalb einer bestimmten Zähnezahl Unterschneidung auftritt. Diese Mindestanzahl kann u.a. durch positive Profilverschiebung weiter verringert werden.The number of teeth per wheel must not fall below a certain minimum because undercut occurs below a certain number of teeth. This minimum number can be further reduced by a positive profile shift, among other things.

Durch die Anwendung einer geringen Zähnezahl und durch positive Profilverschiebung wird der Überdeckungsgrad epsilon[tief]prof., der vom Zahnprofil abhängig ist, ungünstig beeinflusst. Durch die Anwendung schräger Zähne wird der Eingriff aber durch gegenseitige Überlappung der Zähne verlängert, was sich in der Sprungüberdeckung kleines phi äußert, so dass bei schräger Verzahnung für den Gesamtüberdeckungsgrad epsilon[tief]tot gilt:The use of a small number of teeth and positive profile shifting has an unfavorable influence on the degree of overlap epsilon [deep] prof., Which is dependent on the tooth profile. By using inclined teeth, however, the engagement is lengthened by mutual overlapping of the teeth, which is expressed in the jump overlap small phi, so that in the case of angled toothing, the total degree of overlap epsilon [deep] dead applies:

epsilon[tief]tot = epsilon[tief]prof. + kleines phi.epsilon [deep] tot = epsilon [deep] prof. + small phi.

Dadurch können auch bei sehr kleinen Zähnezahlen noch Werte von epsilon[tief]tot erreicht werden, die größer als 1 sind.This means that values of epsilon [deep] tot 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:If, in the case of cylindrical gears with helical gearing, in a plane perpendicular to the gear axis, the radius of the pitch circle is denoted with r, the module with m, the pitch with t and the number of teeth with z, the following applies:

2 kleines pi r = z.t2 small pi r = partly

oder 2 r = or 2 r =

Der zu den Zähnen senkrechte Normalschnitt schneidet den Teilkreis längs einer Ellipse, deren kurze Achse eine Länge gleich 2r und deren lange Achse eine Länge gleich hat, wobei beta den Winkel der schrägen Zähne zu der Radachse bezeichnet. Der Krümmungsradius r[tief]v der Ellipse, längs der kurzen Achse gemessen, beträgt dann: The normal section perpendicular to the teeth cuts the pitch circle along an ellipse whose short axis has a length equal to 2r and whose long axis has a length equal to where beta denotes the angle of the oblique teeth to the wheel axis. The radius of curvature r [deep] v of the ellipse, measured along the short axis, is then:

Die imaginäre oder virtuelle Zähnezahl Z[tief]v, die einem Teilkreis r[tief]v und einem zugehörigen Modul m[tief]v entsprechen würde, wird: und weil: m[tief]v = m cos betaThe imaginary or virtual number of teeth Z [deep] v, which would correspond to a pitch circle r [deep] v and an associated module m [deep] v, is: and because: m [deep] v = m cos beta

kann dies auf: can do this on:

reduziert werden. Die virtuelle Zähnezahl Z[tief]v ist bei Zahnrädern mit Schrägverzahnung der entscheidende Faktor für das etwaige Auftreten von Unterschneidung und für die Bestimmung der Mindestzähnezahl.be reduced. The virtual number of teeth Z [deep] v is the decisive factor for gears with helical teeth for the possible occurrence of undercutting and for determining the minimum number of teeth.

Wenn das zylindrische Rad mit einer unter 7 liegenden Zähnezahl versehen wird, lassen sich sehr gedrängte Bauarten oder große Übersetzungsverhältnisse pro Zahnräderpaar erzielen. Mit einer Bauart gemäß der Erfindung kann das gleiche große Übersetzungsverhältnis wie mit einer Schnecke und Schneckenradübersetzung erzielt werden, ohne dass sich die Achsen der Räder zu kreuzen brauchen. Bei einer Bauart nach der Erfindung können sich die Achsen erforderlichenfalls auch ohne Bedenken kreuzen, z.B. wenn durchgehende Achsen angewandt werden.If the cylindrical wheel is provided with a number of teeth less than 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 worm gear transmission can be achieved without the axes of the wheels needing to cross. In a construction according to the invention, the axes can also cross each other without hesitation if necessary, e.g. if continuous axes are used.

Der Kontakt zwischen den Flanken der Zähne ist bei Stirnrad-Schraubenrädern punktförmig, während die Flanken der zusammenwirkenden Zähne bei Schraubenrädern und bei einer Schnecke und Schneckenradübersetzung in erheblichem Maße übereinandergleiten, wodurch sehr hohe Reibungsverluste herbeigeführt werden und 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 ein höherer Wirkungsgrad erzielt und das Auftreten von Blitztemperaturen vermieden wird. Für das Kegelrad können deshalb temperaturempfindlichere Werkstoffe, wie Kunststoffe, verwandt werden, wodurch außerdem die mit dem Gebrauch dieser Werkstoffe einhergehenden Vorteile, wie billige Herstellung, kein Unterhalt, Geräuschlosigkeit und geringes Gewicht erzielt werden.The contact between the flanks of the teeth is punctiform in spur gear helical gears, while the flanks of the interacting teeth in helical gears and in a worm and worm gear ratio slide over each other to a considerable extent, which leads to very high friction losses and locally very high temperatures, the so-called flash temperatures, in the tooth flanks can occur. In the case of a translation according to the invention, the contact between the flanks is linear and the flanks slide over one another to a lesser extent, whereby a higher degree of efficiency is achieved and the occurrence of lightning temperatures is avoided. For the bevel gear, therefore, more temperature-sensitive materials, such as plastics, can be used, which also results in the advantages associated with the use of these materials, such as cheap production, no maintenance, noiselessness and low weight.

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 und die Tatsache, dass das Kegelrad auch als antreibendes Rad wirken kann.Less stringent requirements with regard to the mutual adjustment of the interacting wheels and the fact that the bevel gear can also act as a driving wheel.

Außerdem kann dasselbe zylindrische Zahnrad mit mehr als einem Kegelrad im Eingriff stehen, wobei die Kegelräder parallele Achsen haben können und entsprechende zu den betreffenden Achsen senkrechte Ebenen der Kegelräder zusammenfallen können.In addition, the same cylindrical gear can be in mesh with more than one bevel gear, the bevel gears can have parallel axes and corresponding planes of the bevel gears perpendicular to the axes concerned can coincide.

Eine besondere Ausführungsform einer Zahnradübersetzung nach der Erfindung, bei der sich die Achsen der ineinander eingreifenden Zahnräder schneiden, ist dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Zahnrad mit zwei Kegelräder mit parallelen Achsen zusammenwirkt, die beide mit äußerer Verzahnung versehen sind.A special embodiment of a gear transmission according to the invention, in which the axes of the meshing gears intersect, is characterized in that the cylindrical gear interacts with two bevel gears with parallel axes, both of which are provided with external teeth.

Die auf diese Weise angetriebenen Achsen der Kegelräder haben den gleichen Drehsinn.The axes of the bevel gears driven in this way have the same direction of rotation.

Eine andere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Zahnrad mit zwei achsparallelen Kegelräder zusammenwirkt, wobei ein Kegelrad mit innerer Verzahnung und das andere mit äußerer Verzahnung versehen ist.Another embodiment is characterized in that the cylindrical gear wheel cooperates with two axially parallel bevel gears, one bevel gear being provided with internal teeth and the other with external teeth.

Die angetriebenen Achsen der Kegelräder haben entgegengesetzten Drehsinn und eine derartige Übersetzung kann z.B. in einem Haushaltmixer Anwendung finden.The driven axes of the bevel gears have opposite directions of rotation and such a translation can be used, for example, in a household mixer.

Auf diese Weise lassen sich gedrängte Bauarten erzielen, bei denen mehrere Achsen gleichzeitig angetrieben werden. Die Achsen der mit dem zylindrischen Zahnrad zusammenwirkenden Kegelräder brauchen nicht parallel zu sein, und die Anzahl von einem gemeinsamen zylindrischen Zahnrad angetriebener Kegelräder ist nicht auf zwei beschränkt, so dass viele Abänderungen möglich sind.In this way, compact designs can be achieved in which several axes are driven at the same time. The axes of the bevel gears cooperating with the cylindrical gear need not be parallel, and the number of bevel gears driven by a common cylindrical gear is not two limited so that many changes are possible.

Ein Zahnrad mit Evolventenschrägverzahnung mit Z[tief]v<7 kann auf übliche Weise unter Anwendung positiver Profilverschiebung, z.B. durch das bekannte Abwicklungsverfahren, hergestellt werden.A gear with involute helical teeth with Z [deep] v <7 can be manufactured in the usual way using positive profile shifting, e.g. using the known unwinding process.

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 sich in der Scheibe ein Zahnkranz mit dem Zahnprofil des Kegelrades bildet, und die Scheibe als Form benutzt wird, mit der das Kegelrad 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 toothed ring with the tooth profile of the bevel gear is formed in the disk, and the disk is used as a mold, with which the bevel 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 Gegenrades in der Metallscheibe gebildet wird, und diese Scheibe als Form benutzt 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 a ring gear with the tooth profile of the mating gear is formed in the metal disc with the help of electrical discharges between the cylindrical wheel and a metal disc by arcing, and this disc is used as a mold with which the mating gear can be produced by 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 einer Zahnradübersetzung nach der Erfindung, bei der sich die Achsen der zusammenwirkenden Räder kreuzen;1 shows a perspective view of a gear transmission according to the invention, in which the axes of the cooperating wheels intersect;

Fig. 2 schematisch eine Zahnradübersetzung, bei der ein zylindrisches Zahnrad mit zwei Kegelrädern mit äußerer Verzahnung zusammenwirkt;2 schematically shows a gear ratio in which a cylindrical gear cooperates with two bevel gears with external toothing;

Fig. 3 schematisch eine Zahnradübersetzung mit einem zylin- drischen Rad und zwei Kegelrädern bei der aber eines der Kegelräder mit inneren Verzahnung versehen ist, undFig. 3 schematically shows a gear ratio with a cylindrical Drischen wheel and two bevel gears in which one of the bevel gears is provided with internal teeth, and

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Zahnrades, das in einer Übersetzung nach der Erfindung angewandt werden kann, und das mit zwei Zähnen versehen ist.Fig. 4 is a perspective view of a cylindrical gear which can be used in a transmission according to the invention and which is provided with two teeth.

In Fig. 1 ist das zylindrische Rad mit 1 und das Kegelrad mit 2 bezeichnet. Die Achsen 3 und 4 des Kegelrades 2 bzw. des zylindrischen Rades 1 kreuzen sich. Das zylindrische Schrägzahn-Rad 1 ist in diesem Falle mit einer Evolventenverzahnung mit zwei Zähnen versehen.In Fig. 1, the cylindrical wheel is designated with 1 and the bevel gear with 2. The axes 3 and 4 of the bevel gear 2 and of the cylindrical gear 1 intersect. The cylindrical helical gear 1 is provided in this case with an involute toothing with two teeth.

Das zylindrische Zahnrad 1 der Fig. 2 treibt die beiden Kegelräder 2´ und 2´´ an. Die Achse 3´ des Kegelrades 2´ verläuft zu Achse 3´´ des Kegelrades 2´´ parallel und die Mittellinien der Achsen 3´ und 3´´ werden von der Mittellinie der Achse 4 des zylindrischen Rades 1 geschnitten. Die Achsen 3´ und 3´´ haben den gleichen Drehsinn.The cylindrical gear 1 of FIG. 2 drives the two bevel gears 2 'and 2' '. The axis 3 'of the bevel gear 2' runs parallel to the axis 3 '' of the bevel gear 2 '' and the center lines of the axes 3 'and 3' 'are intersected by the center line of the axis 4 of the cylindrical gear 1. The axes 3´ and 3´´ have the same direction of rotation.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform entsprechend der der Fig. 2, aber mit dem Unterschied, dass das Kegelrad 2´ mit innerer Verzahnung 5 versehen ist. Das Kegelrad 2´´ ist mit äußerer Verzahnung 6 versehen.FIG. 3 shows an embodiment corresponding to that of FIG. 2, but with the difference that the bevel gear 2 ′ is provided with internal toothing 5. The bevel gear 2 ″ is provided with external toothing 6.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Zahnrades, das gemäß der Erfindung mit einem Kegelrad zusammenwirken kann und mit zwei Zähnen versehen ist.Fig. 4 is a perspective view of a cylindrical gear which can cooperate with a bevel gear according to the invention and which is provided with two teeth.

Claims

1. Gear ratio in which the axes of the cooperating gears do not cross or intersect at an axis angle of 90 °, characterized in that a cylindrical gear (1) meshes with at least one bevel gear (2, 2 ', 2' ') stands.

2. Gear ratio according to claim 1, characterized in that the cylindrical gear (1) is a helical gear with involute teeth, which has a virtual number of teeth Z [deep] v <7.

3. Gear transmission according to claim 1 or 2, in which the axes of the interacting wheels intersect, in particular for use in a device with two axes rotatable in the same direction, characterized in that the cylindrical gear (1) with two bevel gears (2 ' , 2´´) is in mesh with parallel axes (3´, 3´´), and the bevel gears (2´, 2´´) are both provided with external teeth.

4. Gear transmission according to claim 1 or 2, in which the axes of the interacting wheels intersect, in particular for use in a device with two axes rotatable in opposite directions, characterized in that the cylindrical gear (1) with two bevel gears (2 ', 2´´) is in engagement with parallel axes (3´, 3´´), whereby one bevel gear (2´) has internal teeth (5) and the other bevel gear (2´´) has external teeth (6) is.

5. A method for producing a gear ratio according to any one of claims 1 to 4, in which the cylindrical gear is produced in the usual way on a shaping or milling machine 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 bevel gear is formed in the disk, and the disk is used as a form with which the mating gear after the press, Casting or injection molding can be produced.

6. A method for producing a gear ratio according to one of claims 1 to 4, in which the cylindrical gear is produced in the usual way on a shaping or milling machine, characterized in that a spark arcing occurs with the aid of electrical discharges between the cylindrical wheel and a metal disc Ring gear is formed with the tooth profile of the mating gear in the metal disc, and this disc is used as a mold with which the mating gear can be produced by the press, casting or injection molding process.

7. A method for producing a gear ratio according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the mating gear of the cylindrical gear is produced on a shaping machine.