DE1775616A1

DE1775616A1 - Getriebe mit nichtkonjugierter schraegverzahnung

Info

Publication number: DE1775616A1
Application number: DE19681775616
Authority: DE
Inventors: Robert Martin Studer
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1968-09-02
Filing date: 1968-09-02
Publication date: 1973-03-01

Description

PATENTANWÄLTE

dr. ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. H. HAUCK · dipl-phys. W.

HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTEI-LTJNGSANSCHrIFT: HAMBURG 36 · NEUER WALI.

TEL. 367488 TTND 364115 TEI.EGB. NEQEDAPATBNT EiMBDHG

ROLLS-ROTGB LIMITED μ ü ν c η ε ν ie · μ ο ζ artstr. ζ

mmoh.»»«βαρ«™München

Moor Lane, Derby, England

Hamburg, _5o> August 1968

Getriebe mit nichtkon.jugierter Schrägverzahnung

Die Erfindung "bezieht sich auf Getriebe mit nichtkonjugierter Schrägverzahnung der Art, die als ifovikov- μ oder Wildhaber-Verzahnung bekannt ist.

Obwohl die Grundformen dieser Verzahnung seit der Veröffentlichung der US Patentschrift von Wildhaber Fq. 1 6oL 75o im Jahre 1926 bekannt sind, scheint es doch, dass bis heute sachlich nur wenig Gebrauch von dieser Getriebeform gemacht worden ist. Dieses mag wohl auf gewisse Mangel zurückzuführen sein, die im folgenden diskutiert werden.

Bei den nichtkonjugierten Verzahnungen des ITovikov-Typs sind die Zahnflanken mit einem Kreisbogenprofil versehen, und jeweils zwei zusammenwirkende Zahnflanken sind konkav bzw. konvex. Bei der Movikov-Verzahnung haben die Planken eine hohe Oberflächenfestigkeit, und ein Zahnbruch tritt mit grösserer Wahrseheinlich-

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keit in Form, eines Biegebruches als in Form von Oberflächenzerstörung auf.

Dies trifft insbesondere auf gehärtete Zahnräder zu. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine nichtkonjugierte Verzahnung von verbesserter Biegefestigkeit zu schaffen, so dass sich die Biegefestigkeit der Zähne in stärkerem Masse ihrer Oberflächenfestigkeit anpasst.

Nichtkonjugierte Zahnformen können in Form von Einfachflanken und Doppelflanken ausgeführt werden. Bei der Einfachflankenform sind die Zähne des einen Zahnrades eines Paares ausserhalb des Teilkreises des Zahnrades angeordnet und haben auf jeder Seite eine konvexe Flanke. Die Zähne des anderen Zahnrades liegen innerhalb des Teilkreises desselben und weisen auf jeder Seite eine konkave Flanke auf. Bei dieser Form ist zur Übertragung des Drehmomentes meistens nur ein Zähnepaar in Eingriff, was eine besondere Schwächequelle im Hinblick auf die Biegung darstellt,

Es ist bereits in Vorschlag gebracht worden, die Biege-

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festigkeit der Zähne durch Anwendung der Doppelflankenform zu verbessern. Bei dieser Form weisen "beide Zahnräder eines Paares Zähne mit zwei Flanken auf jeder Seite ihres Profils auf. Die eine Flanke ist konvex und erstreckt sich ausserhal"b des Teilkreises, während die andere Flanke konkav ist und sich innerhalb des !Teilkreises erstreckt. .Man kann daher sagen, dass der Doppelflankenzahn sowohl einen Zahnkopf als auch, einen Zahnfuss hat. Es ist ein "bezeichnendes Merkmal einer Doppelflankenverzahnung, dass während des Betriebes jeweils wenigstens zwei Zähnepaare zur Übertragung des Drehmomentes miteinander in Eingriff sind. Mit anderen Worten, die Last wird auf zwei Zähne verteilt, und die Biegefestigkeit ist daher höher. Obwohl jedoch die Last zwischen zwei Zähnen verteilt wird, wird die Biegefestigkeit nicht verdoppelt, da das Doppelflankenprofil relativ lang und schlank und seine Überhangfestigk-eit (cantilever strength) entsprechend vermindert ist. Die Erfindung erstrebt daher insbesondere die Schaffung einer nichtkonjugierten Doppelflankenverzahnung von verbesserter Biegefestigkeit .

ils ist bekannt, dass bei der Novikov-Verzahnung bei genauer Übereinstimmung der zusammengehörigen konkaven und konvexen !flanken die Zahnräder gegenüber Abweichungen in ihrem llittenabatand besonders empfindlich sind.

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Es ist daher vorgeschlagen worden, den Krümmungsradius der konvexen Flanken relativ zu dem entsprechenden Radius der konkaven Flanken zu vermindern. Dieses gibt den Zahnrädern ein gewisses Mass an Toleranz gegenüber Abweichungen im Mittenabstand, jedoch auf Kosten einer entsprechenden Schwächung der Oberflächenfestigkeit. Bei einem Einflanken- ^; zahn kann auf diese Weise nur ein geringes Mass an Toleranz für den Mittenabstand erreicht werden, da die Tatsache, dass im allgemeinen die gesamte Last von einem einzigen Zahnpaar getragen wird, bedeutet, dass die Oberflächenbelastung bald einen Wert erreicht, bei welchem die Benutzung von nichtkonjugierten Verzahnungen gegenüber den gebräuchlicheren Verzahnungen, d.h. den Evolventenverzahnungen, kaum noch einen Vorteil erbringt. In der Doppelflankenzahnform wird die Last zwischen zwei Zahnpaaren verteilt; die Oberflächenbelastung ist entsprechend fet geringer, und es können bei gMcher Oberflächenbelastung die Ungleichförmigkeit zwischen den zusammengehörigen Planken, und somit die Toleranz mit Bezug auf Abweichungen im Mittenabstand, sfchr viel höher gewählt werden. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Beibehaltung dieses Vorteils des Doppelflankensystems bei gleichzeitiger Verbesserung der Zahnbiegefestigkeit.

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Die Erfindung richtet sich auch auf die Schaffung eines Verfiirens und einer Vorrichtung zur Erzeugung der verbesserten Verzahnung.

G-emäss der Erfindung ist ein Zahnrad nach Ifovikov, dessen Zahnprofil eine Zahnhöhe mit konvexen Elanken und einen Zahnfuss mit konkaven Elanken aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Zahnkopfes an dem Teilkreis % geringer und die Breite des Zahnfusses grosser als ein Mittelwert sind.

Ein Zahnprofil, das erfindungsgemäss ausgebildet ist,· entspricht in grösserem Masse dem Profil eines gleichmässig beanspruchten Ereiträgers als das bekannte Profil und ist demzufolge stärker im Hinblick auf die Biegung.

Im folgenden wird ein Terzahnungsbeispiel mit Bezug auf die & beigefügten Zeichnungen beschrieben/Es zeigen:

Eig. 1 eine abgewickelte Darstellung eines Zahnradteils,

Eig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Eig. 1, wobei das Zahnrad mit einem weiteren Zahnrad kämmt,

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Pig. 3 eine vergrösserte Darstellung eines einzelnen Zahnes eines der in Pig. 2 gezeigten Zahnräder,

lig. 4 eine Darstellung eines einzelnen Zahnes eines der in I¹Ig. 2 gezeigten Zähne bei weiterer Darstellung eines Schleifrades zum Schleifen des Profiles des Zahnes im Schnitt,

Pig. 5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung zum Abziehen des in Pig. 4 gezeigten Schleifrades,

Pig. 6 einen Aufriss der Pig. 5, und

Pig. 7 eine Darstellung in Richtung des Pfeiles YII der Pig. 6, teilweise im Schnitt, wobei nur ein ausgewählter Seil gezeigt ist.

Aus den Pig. 1-3 ist ersichtlich, dass die Zähne der Verzahnung je ein Profil 2o aufweisen, das durch konvexe Seiten 21 eines Zahnkopfes 22 und konkave Seiten 23 eines Zahnfusses 24 begrenzt wird. Die Bwei Zahnräder (Pig. 2) sind mit 25 bzw. 26 und ihre Teilkreise mit 27 bzw. 28 bezeichnet. - 7 -

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Pig. 5 zeigt, dass die Teilungslinie zwischen dem Zahnkopf 22 und dem Zahnfuss 24 der Teilkreis 28 ist. Der Zahnkopf ist so "bemessen, dass seine Breite X an dem Teilkreis geringer ist als die Teilkreistreite Z eines mittleren Profileslo. Der Zahnfuss ist so bemessen, dass seine Breite Y am Teilkreis grosser ist als die Breite Z. Das Profil Io wird durch die Kreisteilung der Zähne bestimmt und ist in Wirklichkeit das Profil ™

der bekannten Doppelflankenzahnform.

Die Planken 12 des mittleren Profiles Io sind Bögen mit einem Radius Ba, deren Hittelpunkt auf dem Teilkreis liegt. Die Planken 22 des Profiles 2o sind Bögen mit demselben Radius Ra, deren Mittelpunkt ebenfalls auf dem Teilkreis liegt. Dasselbe gilt ebenso für die Radien Rd mit Bezug auf die Planken 14, 24.

Wie oben beschrieben, ist der Radius Ra etwas kleiner |

als der Radius Rd.

Das Verhältnis zwischen den Breiten X und Y ist so gewählt, dass die höchste Biegefestigkeit im wesentlichen gleich der höchsten Biegefestigkeit in dem Zahnfuss ist. Es ist klar, dasB ein nach dem Mittelprofil Io hergestellter Zahn eine

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Biegefestigkeit haben muss, die an einem Punkte_; der reichlich innerhalb des Teilkreises liegt, auf einen Höchstwert ansteigt. Der nach dem Profil 2o hergestellte Zahn zeigt eine Biegefestigkeit, die über die Höhe des Zahnes in grösserem Masse nahezu gleichmässig und deren Höchstwert (für dieselbe Belastung) geringer ist als derjenige in dem Profil^Lo. Photo-elastische Prüfungen haben gezeigt, dass allgemein optimale Bedingungen erreicht werden, wenn das Verhältnis von X : Y annähernd 1 : 1, 3 ist.

Um die Auswirkungen einer Beanspruchungskonzentration an der Verbindung der Planken 22, 24 herabzusetzen, ist zwischen diesen Elanken eine Auskehlungskurve 29 gebildet.

Aus Versuchsergebnissen kann geschlossen werden, dass der verbesserte Zahn eine grössere Belastbarkeit besitzt als die bekannte Doppelflankenverzahnung nach Novikov und auch als die vergleichbare Evolventenverzahnung. Bezogen auf die Einfachflankenverzahnung nach Mbvikov, beträgt die Verbesserung in der Belastbarkeit loo $, während mit Bezug auf die Evolventenverzahnung die Verbesserung sowohl mit Bezug auf die Oberflächenfestigkeit als auch die Biegefestigkeit bis zu 3o °/° betragen kann.

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Somit ist "bei gleicher Belastung eine entsprechende Verminderung in der Grosse der Zahnräder gegeben, so dass die verbesserte Terzahnung Zahnräder aufweist, deren Durchmesser 5o $ der nichtkonjugierten Einfachflankenverzahnung und möglicherweise 75 $ des Durchmessers der Evolventenverzahnung betragen kann.

Die relativ kleinen Zahnradgrössen, die durch die verbesserte Form nahegelegt werden, sind praktisch erzielbar, da ein allgemeines Merkmal der nichtkonjugierten Terzahnung darin besteht, dass die kleinstmögliche Zähnezahl wesentlich geringer ist als im Falle der Evolventenverzahnung.

Pig. 4 zeigt, dass die benachbarten Planken des verbesserten Zahnprofils durch ein in geeigneter Weise geformtes Schleifrad 4o in einem einzigen .Arbeitsgang geschliffen werden können, um die Kreisbögen in Ebenen normal zu dem Schrägzahn zu erzeugen. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass die Sehnenteilungsstrecke 41 für die Mittelpunkte der Radien Ra und Rd für alle Zähne der beiden kämmenden Zahnräder die gleichen sind. Dieses kann sichergestellt werden durch Verwendung desselben Schleifrades für beide Zahnräder und demzufolge Erzeugung zueinander passender Zahnräder. Auch für die beiden Seiten jedes Zahnes wird

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- Io dasselbe Schleifrad "benutzt.

Um sicherzustellen, dass das Schleifrad selbst genau abgezogen ist, und dass seine Porm aufrechterhalten werden kann, kann man eine Radabziehvorrichtung entsprechend der Darstellung in den Pig. 5-7 verwenden.

Diese Torrichtung hat zwei Abziehdiamanten 43» 45 für diejenigen Abschnitte 44, 46 des Schleifrades, die für die konvexen bzw. konkaven Planken der Zahnform bestimmt sind. Der Diamant 43 ist an einem Drehzapfen 47 befestigt, der in Lagern 48, 49 (Fig. 6) in einem Rahmen 5o gelagert ist, um von einem Schneckenrad 51 gedreht zu werden, das mit einer Schnecke kämmt, die von einem Handrad (nicht gezeigt) gedreht werden kann.

Es ist klar, dass der Umlauf des Diamanten 43 um die Achse des Stiftes 47 die Erzeugung des bogenförmigen Abschnittes 44 auf dem Profil des Schleifrades bewirkt. Der Diamant 45 ist an einem Arm 53 befestigt, der mittels eines Drehzapfens 54 in einem Lager 55 in dem Rahmen gelagert ist. Der Mittenabstand zwischen den Drehzapfen 47, 54 ist gleich dem Mittenabstand'41 der Radien Ra und Rd gewählt (Pig. 4). Der Arta 53 ist durch Saiuiradsetrmente

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56, 57. mit dem Zapfen 47 verbunden, so dass der Diamant 45 entlang dem Abschnitt 46 des Sohleifradprofils bewegt wird, während der Diamant 43 entlang dem Abschnitt 44 bewegt wird. Anstelle der Verbindung durch Zahnräder in dieser Weise können die Zapfen 47, 54 so gelagert werden, dass sie unabhängig voneinander sind, wobei der Stift 47 auf einem nicht gezeigten Schlitten gelagert und sein "

Mittenabstand von dem Zapfen 54 einstellbar ist. Der Rahmen 5o wird mittels Gleitbahnen 59 auf einem Ständer 58 gelagert, so dass die Diamanten A3, 45 zur Zusammenwirkung mit dem Rad 4o verschoben werden können.

Die Bedeutung der Abziehvorrichtung besteht darin, dass sie ein Abziehen der beiden Abschnitte 44, 46 des Rades ermöglicht, ohne den Mittenabstand 41 zu beeinträchtigen.

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Claims

Pat entansprüche ■

1. Nichtkonjugiertes Zahnrad nacli Fovikov, bei welchem das Zahnprofil einen Zahnkopf mit konvexen Planken und einen Zahnfuss mit konkaven Planken aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite X des Zahnkopfes (22) an dem Teilkreis (27, 28) geringer und die benachbarte Breite Y des Zahnfusses (24) grosser ist als ein Mittelwert Z.

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2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ^ das Verhältnis der benachbarten Breiten des Zahnkopfes und des Zahnfusses annähernd 1 :L3 ist.

3. Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Zahnkopf- und Zahnfuss-Planken jedes Zahnes des Zahnrades mit einem Schleifrad (4o) geschliffen werden, das so dimensioniert ist, dass es die benachbarten Planken gleichzeitig formt.

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ORiQlNALlNSPECTED

4. Verfahren zur Herstellung von miteinander kämmenden Zahnrädern, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Zahnrad unter Verwendung desselben Schleifrades für beide Zahnräder entsprechend Anspruch 3 hergestellt wird.

5» Torrichtung zum Abziehen des Schleifrades zur Verwendung in dem Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei Abziehwerkzeuge (43, 45) und getrennte Schwenkmittel (47, 54), die die Werkzeuge zur Ausführung einer bogenförmigen Bewegung entlang dem Profil eines Zahnkopfes bzw. eines benachbarten Zahnfusses eines Zahnes lagern.

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