DE1752775A1

DE1752775A1 - Process for the production of flank-ground spiral bevel gears

Info

Publication number: DE1752775A1
Application number: DE19681752775
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr-Ing Seybold
Original assignee: Klingelnberg wferdklingelnberg Soehne; Witwe Ferdinand Klingelnberg Soehne GmbH
Current assignee: Klingelnberg wferdklingelnberg Soehne; Klingelnberg GmbH
Priority date: 1968-07-13
Filing date: 1968-07-13
Publication date: 1971-08-12

Description

Verfahren zur Herstellung flankengeschliffener Spiralkegelräder Spiralkegelräder gleich welcher Art werden in der Massenproduktion nach dem Härten in der Regel nur noch einem Läppvorgang unterworfen, indem man sie unter Zuführung von in 0e1 aufgeschwemmtem Läppkorn zur Eingriffsstelle paarweise mit mäßiger Belastung und unter gleich- zeitiger Ausführung gewisser Zusatzbewegungen miteinander abrollen läet. Hierdurch ist es, vorausgesetzt, dap die Räder genau verzahnt und sorgfältig unter Vermeidung unzulässiger Verzüge gehärtet wurden, möglich, sie mit geringem Zeitaufwand unter Glättung ihrer Zahn- flanken und gegenseitiger Anpassung zu ruhigem Lauf und richtigem Flankentragen zu bringen. Da das Läppen indessen seiner Natur nach eine stärkere Werkstoffabtragung in wirtschaftlicher Weise nicht er- möglicht und eine zu lange Ausdehnung des Läppvorgangea die Gefahr des Verderbens der Flankenprofile in sich birgt, ist es nicht möglich, mit ihm gröpere Härteverzüge auszugleichen, die sich trotz aller Sorgfalt bei ungünstigen Radkörperformen mitunter nicht vermeiden lassen. In solchen Fällen, besonders auch dann, wenn es sich darum hangelt, Räder mit besonders hohen Anforderungen an die kinematische üebertragungsgenauiakeit, z.B. für Teil- und Hegetriebe herzustellen, werden die Flanken der Zähne zum Erreichen der erforderlichen hohen Form- und Teilgenauigkeit geschliffen. Process for the production of flank- ground spiral bevel gears Spiral bevel gears of any kind are generally only subjected to a lapping process in mass production after hardening, in which they are brought to the point of contact in pairs with moderate load and with simultaneous execution of certain additional movements roll off. It is hereby provided that the wheels dap exactly dovetailed and have been carefully cured to avoid unacceptable delays, possible to make in a short time by smoothing their teeth and bring mutual adaptation to quiet operation and proper edge wear. Since the lapping however, by its nature, a stronger material removal in an economical manner not Made possible and one of the edge profiles poses to long stretch of Läppvorgangea the risk of corruption in itself, it is not possible to compensate him gröpere hardening distortions which, despite all the care Sometimes this can not be avoided with unfavorable wheel center shapes . In such cases, especially when it comes to producing wheels with particularly high demands on the kinematic transmission accuracy, e.g. for part and gear units, the flanks of the teeth are ground to achieve the required high form and part accuracy.

Für Kegelräder mit einfachem Zahnlängaverlauf, zum Beispiel mit geraden Zähnen oder mit Zähnen, deren Flankenlinien in Planrad nach Kreisbögen verlaufen, sind Flankenschleifmaschinen bereits an Markt. Solche Maschinen lassen sich, allerdings mit einen erheblich gröperen konstruktiven Aufwand, für die Führung der Schleifscheibe längs der Flankenlinien auch für andere bekannte Spiralkegelradforaen, wie zum Beispiel solche mit zykloiden- oder evolventenföruigen Flanken- linsen, entwickeln. Derartige Maschinen sind bisher noch nicht her- gestellt worden, was auf ihre hohen Entwicklungskosten in@Yerbindung mit der - wie aus dem oben gesagten hervorgeht - beschränkten Absatz- möglichkeit zurückzuführen sein dürfte. Flank grinding machines are already on the market for bevel gears with a simple longitudinal tooth profile, for example with straight teeth or with teeth whose flank lines run in a crown gear according to circular arcs. Such machines can also be developed for other known spiral bevel gear foraen, such as those with cycloid or involute flank lenses, for guiding the grinding wheel along the flank lines, albeit with a considerably greater constructive effort. Such machines have not yet been asked manufacturers what their high development costs in @ Yerbindung with the - probably due limited sales opportunity - as from the above can be seen.

Um dennoch auch die in rationeller kontinuierlicher Arbeitsweise auf den bekannten '7fdlzfräsaaschinen erzeugten Spiralkegelräder mit zykloidenföraigen Flankenlinion in den Flankenwirtschaftlich, schleifen zu können, sieht das Verfahren nach der Erfindung in der Erkenntnis, daß sich die zykloidenförsigen Flankenlinien im Planrad dieser Räder mit großer Näherung durch Kreisbogen ersetzen lassen, , vor, die Flanken ihrer Zähne in Teilwälzverfahren unter Verwendung von ringförmigen Schleifkörpern zu schleifen, deren wirksame Radien und deren Achsenabstand von der Maschinenmitte (Maschinendistanz) andere sind als die nugkreisradien und die Maschinendistanz der zum Schneiden der Verzahnung verwendeten Messerköpfe. To be able to also 7fdlzfräsaaschinen in a rational continuous operation on the known 'generated spiral bevel gears with zykloidenföraigen Flankenlinion in the flank economically grind, the method provides the invention in the realization that the zykloidenförsigen edge lines in the face gear of said wheels with great approximation by arc can be replaced, prior to grind the flanks of their teeth in Teilwälzverfahren using annular grinding bodies whose effective radii and the axis of which distance from the center of the machine (machine distance) are other than the nugkreisradien and the machine distance of the cutter heads used to cut the teeth.

Wie nachstehend näher ausgeführt wird, ergibt sich bei diesen kombinierten Verfahren noch ein gewisser Vorteil gegenüber den Schleifen der flanken von Rädern mit Kreisbogeneerzabaung mit ring- förmigen Schleifkörpern, deren Durchmesser und Einstellung in der Schleifeaachine dem der Messerköpfe in der WIlzfrämaaschine genau entsprechen. As will be explained in more detail below , this combined process has a certain advantage over grinding the flanks of wheels with circular arc ore with ring- shaped grinding tools, the diameter and setting of which in the grinding machine exactly match that of the cutter heads in the milling machine.

Die Ausführbarkeit des Verfahrens wird nachstehend anhand der Zeichnung nachgewiesen. , Die Zeichnung stellt einen Ausschnitt der Teilebene den Erzeugungsplan- rades für ein Spiralkegelräderpaar mit nach verlängerten Epizykloiden verlaufenden nankenlinien dar. Dieses Planrad wird in bekannter Weise beim f'älzvorgang von den Schneiden der Stirnmesserköpfe ver- körpert. FSir eine Flankenlinie ist der Rollkreis 1 mit den Mittel- punkt M eingezeichnet, bei dessen Abrollung auf den Grund- oder Festkreis 2 der Punkt P auf den verlängerten Radius 3 des Roll-kreisen die Epizykioide 4 durchläuft, deren innerhalb der Rad- breite liegender Bereich die Flankenlinie bildet. M ist zugleich der Mittelpunkt den Messerkopfes und 3 der Flugkreiaradius einer die Flanken-Epizykloide 4 durchlaufenden Messerschneide. Die Ent- fernung MO der Measerkopfachae von der Planradmitte 0 wird als Manchinendistans bezeichnet. The feasibility of the process is demonstrated below with the aid of the drawing. The drawing represents a section of the part of the plane Erzeugungsplan- wheel is a spiral bevel gear pair with running after prolonged epicycloids nankenlinien. This crown gear is embodies comparable in known manner when f'älzvorgang by the cutting edges of the front cutting heads. For a flank line, the rolling circle 1 is drawn with the center point M , when it rolls onto the base or fixed circle 2, the point P on the extended radius 3 of the rolling circle passes through the epicycioids 4, their area lying within the wheel width the flank line forms. M is at the same time the center point of the cutter head and 3 is the flight circle radius of a knife edge running through the flank epicycloid 4. The distance MO of the Measerkopfachae from the plan gear center 0 is called Manchinendistans.

Nach einer bekannten geometrischen Konstruktion (Euler-Savary) findet man den Krümmungsaittelpunkt K für einen Punkt der ver- längerten Epizykloide, zum Beispiel den auf der mittleren Zahnbreite gelegenen Punkt P, in folgender 'leine: Man verbindet Punkt P mit M und den Berührpunkt 5 den Rollkreises und den Grundkreises sowie den Planradmittelpunkt 0 mit M durch Gerade. Dann errichtet man in 5 ein Lot auf P5, das die Gerade PM in 6 schneidet. Die den Punkt 6 mit M verbindende Gerade schneidet die Gerade P5 in K, den Krümmungsmittelpunkt für den Bereich der Epizykloide in der Umgebung von P. According to a well-known geometric construction (Euler-Savary) , the center of curvature K for a point of the extended epicycloid, for example the point P located on the middle face width , is found in the following line: One connects point P with M and the contact point 5 the rolling circle and the base circle as well as the plan gear center point 0 with M through straight line. Then a perpendicular is set up at P5 in FIG. 5, which intersects the straight line PM in FIG. The straight line connecting point 6 with M intersects straight line P5 in K, the center of curvature for the area of the epicycloids in the vicinity of P.

Man erkennt, daP der um K mit den Radius KP = p geschlagene Krümmungskreis die episykloidische Flankenlinie in ihrer ganzen Länge sehr gut annähert. Anstatt der zeichnerischen Bestimmung kann man zum Bei- spiel von der dargestellten Konstruktion ausgehend oder auf anderem mathematischen lege den Krümmungsrad4s und deaweiteren auch die Abstände der Flankenlinien von Krümmungskreis an inneren und äußeren Zahnende, die ihrer Kleinheit wegen zeichnerisch ohnehin nicht genau bestimmt werden können, auch rechnerisch ermitteln. Dieser etwas langwierige Rechnungsgang sei hier fortgelassen und nur das zahlenmäßige Ergebnis für einen praktischen Fall mitgeteilt, um eine Vorstellung von der Größe dieser Abweichungen zu geben. Es sei ein Getriebe mit den Zähnezahlen s@ = 7 und z2 = 28, den Achsenwinkel 6A = 90o, dem Normalmodul mit = 8 ms und eines mittleren Spiralwinkel ßm = 35o zugrunde gelegt, das mit einem Wesserkopf von rw = 170 mm mit 5,Mesaergruppen verzahnt ist. Die Planradzähnezahl dieses Getriebes ist In der Teilebene dieses Planrades ergibt sich der senkrecht zur Flankenlinie gemessene Abstand der Punkte 7 und 8, in denen der zum Punkt P auf der mittleren Zahnbreite gehörige Krümmungsradius KP die Kreise mit den Radien Ra und R1 schneide t, und den Endpunkten der Flankenlinien selbst zu e 0,05 mm außen beziehungsweise - 0,04 mm innen. Auen verläuft der Krümmungsradius außerhalb, innen innerhalb der Flankenlinie, daher das entgegengesetzte Vorzeichen. Es ist rech- nerisch unschwer möglich, den Radius und den Mittelpunkt eines Kreises zu bestimmen, der genau durch die drei Punkte der Flankenlinien bei Ri, Ra und Ra geht. Dieser ,Punkt liegt im Falle den Beispiels um einige zehntel mm vom Krümmungaradiua den mittleren Flankenbereiches entfernt, und der Radius den Kreises unterscheidet sich von den den Krümmungskreisen ebenfalls nur um einige zehntel mm. It can be seen daP of order K with the radius KP = p beaten circle of curvature approximates the episykloidische flank line very well in their entire length. Instead of the graphical determination , for example, starting from the construction shown or on another mathematical one , the wheel of curvature4s and furthermore the distances of the flank lines from the circle of curvature to the inner and outer tooth ends, which cannot be precisely determined graphically anyway because of their small size, can also be used determine by calculation. This somewhat lengthy calculation process is omitted here and only the numerical result for a practical case is given in order to give an idea of the size of these deviations. Assume a gear with the number of teeth s @ = 7 and z 2 = 28, the axis angle 6A = 90o, the normal module with = 8 ms and a mean helix angle ßm = 35o, that with a Wesserkopf of rw = 170 mm with 5 , Mesaer groups is interlocked. The number of teeth of this gear is In the part of the plane of this face gear, the measured perpendicular to the pitch line distance between the points gives 7 and 8, in which the corresponding to the point P on the middle tooth width radius of curvature KP, the circles having the radii Ra and R1 cutters t, and the end points of the edge lines themselves to e 0.05 mm outside or - 0.04 mm inside. Outside the radius of curvature runs outside, inside inside the flank line, hence the opposite sign. It is not difficult mathematically to determine the radius and the center of a circle that goes exactly through the three points of the flank lines at Ri, Ra and Ra. In the case of the example , this point is a few tenths of a mm away from the radius of curvature of the central flank area, and the radius of the circle also differs from that of the circles of curvature by only a few tenths of a mm.

Es ist daher ohne weiteres möglich, mit einem ringförmigen Schleif- körper mit den Profilwinkel den Normalschnittes den Planradzahnes und einem nach den vorstehenden üeberlegungen rechnerisch be- stimmten Radius, dessen Achse in einem wie angegeben zu errech- nenden Abstand von der Planradmitte eingestellt wird, die Flanken eines mit epizykloidischen Flankenlinien gefrästen Spiralkegelrades im'Teilwälzverfahren zu schleifen, wodurch sich ein Spiralkegelrad mit im Planrad kreisbogenförmigen Flankenlinien ergibt. Da die Krümmungen der Flankenlinien an der hohlen und an der erhabenen Flanke der Zähne eines Spiralkegelrades mit nach Epizykloiden ver- laufenden Flankenlinien bis auf den geringen, für das ballige Flankentragen erforderlichen Unterschied einander gleich sind, müssen die hohlen und die erhabenen Flanken mit zwei verschiedenen Schleifscheiben geschliffen werden, die ebenfalls - abgesehen von der für die Balligkeit erforderlichen Radiusunterschied - einander gleich große Außenradien (für die hohl gekrümmten Flanken der Zähne des Nerkrades) und Innenradien (für die erhaben gekrümmten Flanken) besitzen. Es werden also zum Beispiel im ersten Durchgang die hohlen und im zweiten Durchgang nach Schleifscheibenwechsel die erhabenen Flanken geschliffen. It is therefore readily possible with an annular grinding body with the profile angle of the normal section of the Planradzahnes and its axis as indicated to errech- nenden distance is set by the Planradmitte in a certain calculation by the above üeberlegungen radius that To grind flanks of a spiral bevel gear milled with epicycloidal flank lines in the partial hobbing process, resulting in a spiral bevel gear with flank lines in the shape of a circular arc in the crown gear. Since the curvatures of the flank lines of a spiral bevel gear with comparable to epicycloids running flank lines except for the small, necessary for the convex flank wear difference is on the hollow and at the raised edge of the teeth equal to each other, have the hollow, and the raised edges with two different grinding wheels are ground, which - apart from the difference in radius required for the crowning - have outer radii of equal size (for the hollow curved flanks of the teeth of the Nerk wheel) and inner radii (for the raised curved flanks) . For example, the hollow flanks are ground in the first pass and the raised flanks are ground in the second pass after changing the grinding wheel.

Infolge der nicht vollständigen Uebereinstimmung der epizykloidischen Flanken des Planrades mit dem kreiskegelförmigen Schleifkörper greift dieser bei Beginn des Schleifens zunächst nur die vor- stehenden Partien der Flanken an, und erst mit zunehmender Zu- stellung erstreckt sich die Schleifwirkung auf die ganze Flanke. Hierdurch wird die Gefahr örtlicher Ueberhitzung infolge eines zu langen Berührungsbogens zwischen Schleifkörper und Flanke ver- ringert. As a result of the incomplete correspondence of the epicycloidal flanks of the face gear with the circular conical grinding body , at the beginning of the grinding it only attacks the protruding parts of the flanks, and only with increasing infeed does the grinding effect extend to the entire flank. This reduces the risk of local overheating as a result of an excessively long contact arc between the grinding body and the flank.

Claims

P atentanapruch process for the preparation in the flanks milled spiral bevel gears with circular arc-shaped edge lines, characterized in that the toothing of the wheels milled on Aälzfräamaschinen in continuous Ulzverfahren with cycloidal tooth traces with Stirnmeaaerköpfen and the flanks of the teeth are ground in Teilwälzverfahren using cup wheels, their effective radii and the axis of which distance from the center of the machine (machine distance) are other than the Flugkreiaradien and the distance of the machine for cutting the teeth comparable applied cutter heads.