DE19547171A1

DE19547171A1 - Compensating coupling between machine element and hollow shaft

Info

Publication number: DE19547171A1
Application number: DE1995147171
Authority: DE
Inventors: Helmut Groess
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1995-12-16
Filing date: 1995-12-16
Publication date: 1997-06-19
Anticipated expiration: 2015-12-17
Also published as: DE19547171B4

Abstract

The coupling has two halves joined by the pairing of angularly flexible members (8) for transmitting torque in the form of a denture clutch (12,14). The coupling half joined to the hollow shaft is formed by a coupling shaft (13) which has one side of the pairing on one end. It is joined to the hollow shaft on its shaft end on the other side of the pair of members. The coupling shaft extends inside the hollow shaft over the majority of its length. The hollow and coupling shafts are joined by a detachable, rigid coupling (14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichskupplung zur drehmomentüber tragenden Verbindung eines Maschinenelements mit einer Hohlwelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a compensating clutch for torque load-bearing connection of a machine element with a hollow shaft according to the preamble of claim 1.

Bei den nichtschaltbaren Kupplungen wird zwischen den starren und nachgiebigen Kupplungen, den sog. Ausgleichskupplungen, unter schieden. Während starre Kupplungen nur bei genau fluchtenden Wellen Verwendung finden, werden Ausgleichskupplungen verwendet, wenn Wellen mit Fluchtfehler zu verbinden sind. Je nach Fehlerrichtung werden die Ausgleichskupplungen in quer-, längs-, winkel-, oder drehnachgiebige aufgegliedert, wobei auch Kombinationen verschiedener Nachgiebig keiten möglich sind.In the non-switchable couplings between the rigid and compliant clutches, the so-called compensating clutches, under divorced. While rigid couplings only with precisely aligned shafts Find use, compensating couplings are used when shafts are to be connected with escape errors. Depending on the direction of the error, the Compensating couplings in transverse, longitudinal, angular, or rotating flexibility broken down, with combinations of different compliances possible.

Die meist zwischen einer Kraft- und einer Arbeitsmaschine eingebauten Ausgleichskupplungen haben je nach Anforderung Zwangskräfte in den Lagern und Wellen bei abweichender Achslage zu mindern, Drehmoment stöße auszugleichen, die Resonanzdrehzahl zu verschieben und Dreh schwingungen zu dämpfen. Als drehstarre Ausgleichskupplung ist die Bogenzahnkupplung bekannt geworden, die Winkel- und Querfehler aus gleicht. Sie überträgt das Drehmoment formschlüssig über ineinander greifende, axial verlaufende Verzahnungen im Innen- (Nabe, Stern) und Außenteil (Hülse). Die beiden Kupplungshälften weisen hierzu jeweils eine ballige Außenverzahnung auf und werden über eine entsprechend innen verzahnte Zwischenhülse verbunden. Bei Verlagerung gleiten die Bogenzähne entlang der Innenverzahnung.Mostly installed between a power and a work machine Compensating couplings have constraining forces in the depending on the requirement Reduce bearings and shafts with different axial position, torque to compensate for shocks, shift the resonance speed and turn dampen vibrations. As a torsionally rigid compensating coupling Curved tooth coupling made known, the angular and transverse errors equal. It transmits the torque in a form-fitting manner gripping, axially running gears in the inner (hub, star) and Outer part (sleeve). The two coupling halves each point to this a crowned external toothing and are fitted accordingly internally toothed intermediate sleeve connected. When shifting, they slide Arch teeth along the internal teeth.

Da das Drehmoment über viele Zahnglieder übertragen wird, ergeben sich kleine Abmessungen bzw. hohe übertragbare Drehmomente. Nachtei lig ist der axiale Platzbedarf der Bogenzahnkupplung und der Schmierstoffbedarf für beide Verzahnungsglieder.Because the torque is transmitted over many toothed links, result small dimensions or high transferable torques. Night egg lig is the axial space requirement of the curved tooth coupling and the Lubricant requirement for both gear links.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Ausgleichskupplung anzugeben, die nur einen geringen Einbauraum be ansprucht und einen Winkel- und Querlagefehler der Wellenverbindung bzw. Welle-Nabe-Verbindung ausgleicht.Proceeding from this, it is an object of the invention to provide a generic one Specify compensating coupling that be only a small installation space claims and an angular and transverse position error of the shaft connection or shaft-hub connection compensates.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.According to the invention, the object is characterized by the characteristic features of claim 1 solved.

Die erfindungsgemäße Ausbildung hat den Vorteil, daß durch die Aus führung einer Kupplungshälfte als elastische Kupplungswelle diese platzsparend innerhalb der Hohlwelle angeordnet werden kann, so daß trotz grundsätzlich größerer Längsabmessung der Ausgleichskupplung dennoch axialer Bauraum bei der Verbindung zwischen Hohlwelle und Maschinenelement, wie beispielsweise der zu einem Getriebe gehörenden Eingangswelle, gespart werden kann. Im Vergleich zu einer alternativ einsetzbaren Bogenzahnkupplung in zweifach gelenkiger Ausführung ergibt sich eine Baulängeneinsparung die mindestens der halben Länge der Zwischenhülse der Bogenzahnkupplung entspricht. Dies resultiert daraus, daß die Funktion des zweiten Zahngelenks von der innerhalb der Hohlwelle gelegenen Kupplungswelle wahrgenommen wird. Der Aus gleich des Quer- oder Winkellagerfehlers erfolgt durch die kom binierte Beweglichkeit im Kupplungsstrang infolge der biege elastischen Kupplungswelle und der winkelnachgiebigen Gliederpaarung. Bei Verwendung gleitend ineinander greifender Glieder läßt sich ein hohes Drehmoment bei geringer Verschleißneigung und hoher Zuver lässigkeit ermöglichen.The training according to the invention has the advantage that by the off guidance of a coupling half as an elastic coupling shaft this space-saving can be arranged within the hollow shaft, so that despite the fundamentally larger longitudinal dimension of the compensating coupling nevertheless axial installation space for the connection between the hollow shaft and Machine element, such as that belonging to a transmission Input shaft, can be saved. Compared to an alternative usable curved tooth coupling in double articulated execution This results in a saving in overall length that is at least half the length corresponds to the intermediate sleeve of the curved tooth coupling. This results from the fact that the function of the second tooth joint from within the hollow shaft located clutch shaft is perceived. The end equal to the transverse or angular bearing error occurs through the com Bound mobility in the coupling line as a result of bending elastic coupling shaft and the flexible link pair. When using slidably interlocking links, one can high torque with low wear tendency and high reliability enable casualness.

Desweiteren reduziert sich bei gelenkiger Gliederpaarung durch Weg fall einer Gelenkpaarung der Schmierstoffbedarf für die Ausgleichs kupplung um etwa die Hälfte. Je nach Baulänge der Kupplungswelle und nach Auswahl des Wellenwerkstoffes kann kann die wellenseitige Kup plungshälfte drehelastisch ausgeführt werden.Furthermore, with articulated link pairing, path is reduced in the event of a joint pairing, the lubricant requirement for the compensation clutch by about half. Depending on the length of the coupling shaft and After selecting the shaft material, the cup-side cup half are designed to be torsionally flexible.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 10.Further advantageous embodiments of the invention result by the features of claims 2 to 10.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigt:A preferred embodiment of the invention is described below Explained with reference to the accompanying drawings. It shows:

Fig. 1 einen schematischen Achsenhalbschnitt einer Antriebs konfiguration bestehend aus einer Turbine und einem Planetengetriebe, verbunden über die erfindungsgemäße Ausgleichskupplung und Fig. 1 shows a schematic axial half-section of a drive configuration consisting of a turbine and a planetary gear, connected via the compensating clutch and

Fig. 2 einen schematischen Achsenhalbschnitt der Antriebs konfiguration mit einer Bogenzahnkupplung nach dem Stand der Technik. Fig. 2 is a schematic axial half-section of the drive configuration with a curved tooth coupling according to the prior art.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 gilt es, ein Planetengetrie be 1 mit einer Turbine 2 zum Zweck der Leistungsübertragung miteinan der zu kuppeln. Die mit der Turbine 2 verbundene Hohlwelle 3 dient zum einen zur Leistungsübertragung auf das Planetengetriebe 1 und zum anderen zur Lagerung des gesamten Turbinenrotors. Hierzu ist die Hohlwelle 3 in zwei voneinander axial beabstandeten Wälzlagern 4 gelagert.In the embodiment according to FIG. 1, it is important to couple a planetary gear 1 with a turbine 2 for the purpose of power transmission. The hollow shaft 3 connected to the turbine 2 serves, on the one hand, to transmit power to the planetary gear 1 and, on the other hand, to support the entire turbine rotor. For this purpose, the hollow shaft 3 is supported in two roller bearings 4 axially spaced apart from one another.

Für die Leistungsaufnahme ist das Sonnenrad 5 des Planetengetriebes 1 mit einer Eingangswelle 6 verbunden.For power consumption, the sun gear 5 of the planetary gear 1 is connected to an input shaft 6 .

Bei der Montage von Planetengetriebe 1 und Turbine 2 wird als Optimum eine drehmomentübertragende Verbindung derart angestrebt, daß die Hohlwelle 3 und die Eingangswelle 6 koaxial zueinander ausgerichtet sind. Aufgrund von fertigungs- und Einbautoleranzen sowie Betriebs lasten ergibt sich jedoch ein Winkel- und Achsversatz der beiden Wellen 3 und 6. Der in Fig. 1 dargestellte Achsversatz a ist zur besseren Kenntlichmachung übertrieben dargestellt und beträgt tat sächlich nur wenige Zehntel mm. Um diesen Achslagefehler möglichst für die Wellenlager reaktionsfrei auszugleichen, sind die beiden Wellen 3 und 6 über eine Ausgleichskupplung 7 miteinander verbunden.When assembling planetary gear 1 and turbine 2 , an optimum torque-transmitting connection is sought in such a way that the hollow shaft 3 and the input shaft 6 are aligned coaxially with one another. Due to manufacturing and installation tolerances and operating loads, however, there is an angular and axial offset of the two shafts 3 and 6 . The axis offset a shown in Fig. 1 is exaggerated for better identification and is actually only a few tenths of a millimeter. In order to compensate for this axial position error as far as possible without reaction for the shaft bearings, the two shafts 3 and 6 are connected to one another via a compensating coupling 7 .

Bei der in Fig. 2 gezeigten Antriebskonfiguration ist die Ausgleichs kupplung 7 als Bogenzahnkupplung mit doppelter Verzahnung ausgeführt, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Drehmomentüber tragung erfolgt hierbei über zwei Paarungen von formschlüssig glei tend ineinander greifenden Gliedern 8. Hierzu ist turbinenseitig eine Gliederpaarung 8 bestehend aus einem Stern 9 (Innenteil) mit einer konzentrischen Außenverzahnung 10 und einer Zwischenhülse 11 mit an beiden Enden ausgebildeter konzentrischer Innenverzahnung 12 vorgesehen. Eine zweite Gliederpaarung 8 ist auf der anderen Kupp lungshälfte getriebeseitig ausgebildet, wobei die am getriebe seitigen Ende ausgebildete Innenverzahnung 12 der Zwischenhülse 11 mit der Außenverzahnung 10 des getriebeseitigen Sterns 9 kämmt.In the drive configuration shown in Fig. 2, the compensating clutch 7 is designed as a curved tooth clutch with double teeth, as is known from the prior art. The torque transmission takes place here via two pairings of positively sliding interlocking links 8 . For this purpose, a pair of links 8 consisting of a star 9 (inner part) with concentric external teeth 10 and an intermediate sleeve 11 with concentric internal teeth 12 formed at both ends is provided on the turbine side. A second mating members 8 is on the other lung half Kupp transmission side formed, the formed on the gear-side end of inner teeth 12 of the intermediate sleeve in mesh with the external teeth 10 of the gear-side star 9. 11

Demgegenüber weist die Ausgleichskupplung 7 nach dem erfindungsge mäßen Ausführungsbeispiel der Fig. 1 nur eine Paarung formschlüssig gleitend ineinandergreifender Glieder 8 zur Verbindung der beiden Kupplungshälften auf. Die turbinenseitige Kupplungshälfte wird von einer biegeelastischen Kupplungswelle 13 gebildet, die an ihrem ge triebeseitigen Ende eine achskonzentrische, trommelförmige Erweite rung mit achskonzentrischer Innenverzahnung 12 aufweist. Diese bildet wiederum mit der Außenverzahnung 10 des an der Eingangswelle 6 ausge bildeten Sterns 9 die Gliederpaarung 8, die die turbinenseitige Kupp lungshälfte mit der getriebeseitigen Kupplungshälfte verbindet. Um eine gute Beweglichkeit der Gliederpaarung 8 zu erzielen, ist die Außenverzahnung 10 bogenförmig ausgeführt, was wiederum eine Ballig keit der Zahnflanken zur Folge hat.In contrast, the compensating coupling 7 according to the embodiment of FIG. 1 according to the invention has only one pair of interlocking, interlocking members 8 for connecting the two coupling halves. The turbine-side coupling half is formed by a flexible coupling shaft 13 which has an axially concentric, drum-shaped expansion with axially concentric internal toothing 12 at its gear end. This in turn forms with the external toothing 10 of the star 9 formed on the input shaft 6, the pair of links 8 , which connects the turbine-side coupling half with the transmission-side coupling half. In order to achieve good mobility of the pair of links 8 , the external toothing 10 is curved, which in turn results in a spherical speed of the tooth flanks.

Auf der turbinenseitigen Kupplungshälfte erfolgt die drehmomentüber tragende Verbindung zur Turbine 2 hin über eine starre, als Keilwel lenverbindung ausgeführte Kupplung 14 mit der Hohlwelle 3. Durch die Anordnung der Kupplungswelle 13 innerhalb der Hohlwelle 3, die bei fehlendem Achsversatz koaxial sein wird, läßt sich die ohnehin vorhandene Baulänge des Turbinenrotors mit Hohlwelle 3 für die Auf nahme der Kupplungswelle 13 nutzen. Da die Funktion der Ausgleichs kupplung 7, nämlich den Achsversatz auszugleichen, zum einen auf der Beweglichkeit der Gliederpaarung 8 und zum anderen auf der biege elastischen Ausführung der Kupplungswelle 13 beruht, bedarf diese einer gewissen Biegelänge die zwischen der an der Kupplungswelle 13 ausgebildeten Keilwellenverbindung 14 und der Innenverzahnung 12 vorzusehen ist. Ein gewisser Spielraum bei der Biegelänge der Kupp lungswelle 13 ergibt sich, indem die Kupplungswelle 13 als hohle Welle ausgeführt ist, so daß unter Berücksichtigung des zu über tragenden Drehmoments, die Wandstärke der Kupplungswelle 13 variiert werden kann. Dadurch kann die innerhalb der Hohlwelle 3 zur Verfügung stehende Einbaulänge für die Zwecke der Ausgleichskupplung 7 optimal genutzt werden. Dadurch, daß die Kupplungswelle 13 zu mehr als 90% ihrer Länge innerhalb der Hohlwelle 3 verläuft, muß nur eine geringe Baulänge für den Rest der Ausgleichskupplung 7, nämlich der Glie derpaarung 8 zwischen dem Planetengetriebe 1 und der Turbine 2 vorge sehen werden. Im Beispiel führt dies zu einer Verkürzung der An triebskombination gegenüber der in Fig. 2 nach dem Stand der Technik ausgebildeten Konfiguration.On the turbine-side coupling half, the torque-transmitting connection to the turbine 2 takes place via a rigid coupling 14 designed as a spline connection with the hollow shaft 3 . By arranging the clutch shaft 13 within the hollow shaft 3 , which will be coaxial in the absence of axial offset, the existing length of the turbine rotor with hollow shaft 3 can be used for the acquisition of the clutch shaft 13 . Since the function of the compensating clutch 7 , namely to compensate for the axis offset, is based on the one hand on the mobility of the link pair 8 and on the other hand on the flexible design of the coupling shaft 13 , this requires a certain bending length between the spline shaft connection 14 and 14 formed on the coupling shaft 13 the internal toothing 12 is to be provided. A certain margin in the bending length of the coupling shaft 13 results from the coupling shaft 13 being designed as a hollow shaft, so that, taking into account the torque to be transmitted, the wall thickness of the coupling shaft 13 can be varied. As a result, the installation length available within the hollow shaft 3 can be optimally used for the purposes of the compensating coupling 7 . The fact that the coupling shaft 13 extends to more than 90% of its length within the hollow shaft 3 , only a small length for the rest of the differential clutch 7 , namely the Glie derpaarung 8 between the planetary gear 1 and the turbine 2 can be seen easily. In the example, this leads to a shortening of the drive combination compared to the configuration configured in FIG. 2 according to the prior art.

Durch die Anordnung der biegesteifen Keilwellenverbindung 14 mit Paßsitz im Bereich des turbinenseitigen Wälzlagers 4 lassen sich die Einflüsse unvermeidbarer Reaktionen der Ausgleichskupplung 7 auf den Turbinenrotor bzw. die Hohlwelle 3 vermeiden.The arrangement of the rigid spline shaft connection 14 with a snug fit in the region of the turbine-side roller bearing 4 makes it possible to avoid the influences of unavoidable reactions of the compensating clutch 7 on the turbine rotor or the hollow shaft 3 .

Claims

1. compensating coupling for torque-transmitting connection of a machine element ( 1 ) with a hollow shaft ( 3 ), the coupling halves are torque-transmitting connected via a pair of angularly flexible members ( 8 ), characterized in that the coupling half connected to the hollow shaft ( 3 ) by a coupling shaft ( 13 is formed), which has at one end a side of the link pair (8) and at its other side of the Glienicke derpaares (8) end of the shaft located connected to the hollow shaft (3) TORQUE ment transmitting, wherein the coupling shaft (13) predominantly to a Part of its length extends within the hollow shaft ( 3 ).

2. Compensating coupling according to claim 1, characterized in that the connection between the hollow shaft ( 3 ) and coupling shaft ( 13 ) is designed as a releasable, rigid coupling ( 14 ).

3. compensating coupling according to claim 1 or 2, characterized in that the connection between the hollow shaft ( 3 ) and hitch be shaft ( 13 ) in the region of a bearing point of the hollow shaft ( 3 ) is executed.

4. Compensating clutch according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling shaft ( 13 ) is elastic.

5. Drive clutch according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling shaft ( 13 ) is designed as a hollow shaft.

6. compensating coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling shaft ( 13 ) extends to at least 2/3 of its length within the hollow shaft ( 3 ).

7. compensation coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the pair of links ( 8 ) is formed by slidably interlocking links.

8. Compensating coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the link pair ( 8 ) is designed as a tooth coupling ( 10 , 12 ).

9. compensating coupling according to claim 8, characterized in that an arcuate toothing of the tooth coupling ( 10 , 12 ) is easily seen.

10. compensating coupling according to claim 8 or 9, characterized in that the internally toothed sleeve of the tooth coupling ( 10 , 12 ), which forms one side of the pair of links ( 8 ), with the hitch be shaft ( 13 ).