DE19626403A1

DE19626403A1 - Orbital friction gear

Info

Publication number: DE19626403A1
Application number: DE1996126403
Authority: DE
Inventors: J Prof Dr Ing Heinzl; Hans Zehentbauer; Jens Dormann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 1998-01-08
Also published as: WO1998000657A3; WO1998000657A2

Abstract

A precision gear system as described in claim 1 is suitable for stepping down fast engines. The working principle as a straight differential allows a very high reduction in a range higher than about 2500:1 in a single stage. The design as friction gear ensures a smooth run, which can be further improved for the most stringent requirements by reducing redundancy, as described in claim 4. As both central gears are designed as ring gears, the mass moment of inertia is reduced by a compact pinion cage. The normal forces caused by the wedging effect between the conical ring gears and the camber ground friction gears are generated by the pressure of a plate spring set. Together with a transmission rod which is laterally pressed against the driven ring gear, this gear system may be used as a forward feeding drive for precision machines.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Zur Untersetzung schnellaufender Antriebsmotoren werden, je nach gefordertem Unterset zungsverhältnis und Einsatzbereich, verschiedenartigste Getriebevarianten eingesetzt.To reduce high-speed drive motors, depending on the required subset ratio and area of application, various types of gearbox used.

Um hohe Untersetzungen im Bereich größer als ca. 1 : 100 in einer einzigen Stufe zu erreichen, sind spezielle Getriebe entwickelt worden: Bekannt sind u. a. das Cyclo-Getriebe, das Har monic-Drive-Getriebe und Umlaufgetriebe, die aus zwei gekoppelten, offenen Planetengetrie ben in Zahnradausführung zusammengesetzt sind (/1/ und /2/). Räderkoppelgetriebe mit ho hen Übersetzungsverhältnissen finden Anwendung als Leistungsgetriebe im Bergbau, in der Fördertechnik und als Zentrifugenantriebe; bei kleinen Leistungen als sehr genaue Positio niergetriebe, z. B. in Bestrahlungsgeräten der Medizintechnik, bei Antennen-, Radar- und Ra ketensteuerungen sowie als Vorschubgetriebe im Werkzeugmaschinenbau.In order to achieve high reductions in the range greater than approx. 1: 100 in a single step, special gearboxes have been developed: a. the cyclo transmission, the har monic-drive gearbox and epicyclic gearbox, which consist of two coupled, open planetary gears ben in gear design (/ 1 / and / 2 /). Coupling gear with ho hen gear ratios are used as a power transmission in mining, in the Conveyor technology and as centrifuge drives; for small outputs as a very precise position kidney gear, e.g. B. in radiation devices in medical technology, antenna, radar and Ra chain controls and as feed gear in machine tool construction.

Die Nachteile der bekannten Getriebe lassen sich folgendermaßen beschreiben:
Durch mehrfache kinematische Überbestimmtheit z. B. beim Cyclo-Getriebe ist ein ruckfreier Lauf nicht zu erreichen.The disadvantages of the known gears can be described as follows:
By multiple kinematic overdetermination z. B. with the cyclo transmission a smooth run is not possible.

Beim Harmonic-Drive-Getriebe ist, bedingt durch den relativ weichen Zahnriemen, eine verminderte Steifigkeit in Kauf zu nehmen.With the Harmonic Drive gearbox, due to the relatively soft toothed belt, there is one accept reduced rigidity.

Dadurch bedingt, daß nur ganze Zähnezahlen möglich sind, lassen sich nur gestufte Übersetzungsverhältnisse erreichen. Bauartbedingt liegen diese immer noch im Bereich kleiner als ca. 2500 : 1 und sind damit begrenzt.Due to the fact that only whole numbers of teeth are possible, only stepped Achieve gear ratios. Due to the design, these are still in the range smaller than approx. 2500: 1 and are therefore limited.

Ein konventionell aufgebautes Reibradgetriebe mit mehreren Stufen ermöglicht zwar theoretisch beliebige Übersetzungen, durch den ungünstigen Kraftfluß über lange Wege wird die hohe Übersetzung jedoch auf Kosten der Steifigkeit erkauft. A conventionally constructed friction gear with several stages allows theoretically any translation, due to the unfavorable flow of power over long distances however, the high gear ratio is bought at the expense of rigidity.

Die Vorteile einer Vorrichtung nach Anspruch 1 lassen sich folgendermaßen beschreiben:
Durch die Verwendung von Reibrädern statt Zahnrädern ist eine Beschränkung auf ganze Zähnezahlen nicht mehr erforderlich, bei vorgegebener (kleiner) Baugröße sind beliebig kleine Übersetzungen möglich.The advantages of a device according to claim 1 can be described as follows:
By using friction wheels instead of gears, it is no longer necessary to limit the number of teeth; for a given (small) size, arbitrarily small ratios are possible.

Um eine symmetrische Einleitung der Vorspannkräfte zu erreichen, werden 3 um je 120° versetzt angeordnete Reibradpaare eingesetzt.In order to achieve a symmetrical introduction of the prestressing forces, 3 are by 120 ° each staggered friction wheel pairs used.

Je nachdem, ob das kleinere oder das größere Hohlrad angetrieben wird (bei Konstruktion festzulegen), kann eine Drehrichtungsumkehr bewirkt werden und damit ein Wechsel von Übersetzung zu Untersetzung.Depending on whether the smaller or the larger ring gear is driven (in construction ), the direction of rotation can be reversed and thus a change from Translation to reduction.

Durch die Entkopplung von zwei der drei Umlaufräder werden Verspannungen durch kinematische Überbestimmungen vermieden, die sonst zu ruckartigen Entspannungs vorgängen führen würden, welche die Gleichlaufeigenschaften negativ beeinflussen.By decoupling two of the three planet gears, tension is eliminated Kinematic overdeterminations avoided, which would otherwise lead to jerky relaxation would lead processes that negatively affect the synchronism properties.

Durch den Vorzug des ruhigen Laufs und der Gleichförmigkeit der Abrollbewegung eines Reibradgetriebes in Verbindung mit einer hohen statischen- und dynamischen Steifigkeit infolge kurzer Kraftübertragungswege ist dieses Getriebe als Vorschubantrieb für eine Präzisions-Werkzeugmaschine besonders geeignet.Thanks to the smooth running and the uniformity of the rolling motion Friction gear in connection with a high static and dynamic rigidity due to short power transmission paths, this gearbox is a feed drive for one Precision machine tool particularly suitable.

Da die beiden Hohlräder leicht kegelig und die Reibräder ballig ausgeführt sind, läßt sich mittels eines Tellerfederpakets über die Keilwirkung eine einstellbare Vorspannung des Getriebes erzielen, somit lassen sich je nach gefordertem Moment die Normalkräfte erzeugen. Die Einstellung geschieht praktisch "automatisch", bei der Montage sind keinerlei Justagearbeiten durchzuführen.Since the two ring gears are slightly conical and the friction wheels are spherical, can be an adjustable preload of the Achieve transmission, so the normal forces can be generated depending on the required torque. The setting is practically "automatic", there are none during assembly Carry out adjustment work.

Durch die vergleichsweise geringe Bauteileanzahl ist der Aufwand bei der Herstellung begrenzt.Due to the comparatively small number of components, the effort involved in production limited.

Die Wälzpaarung Hohlrad/Umlaufrad läßt höhere Normalkräfte zu wie bei einer ver gleichbaren Auslegung mit außen abwälzenden Umlaufrädern. Dadurch sinkt die Belastung der Bauteile infolge geringerer Hertz′scher Pressung. Das Massenträgheitsmoment ist bei Verwendung von zwei Hohlrädern durch den kompakten Planetenträger ebenfalls günstig.The gear pair ring gear / planetary gear allows higher normal forces as with a ver comparable design with external gear wheels. This reduces the load of the components due to lower Hertzian pressure. The moment of inertia is at Use of two ring gears due to the compact planet carrier also cheap.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im fol genden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawings and are in the fol described in more detail.

Es zeigenShow it

Fig. 1 ein Schrägbild eines Getriebes nach Anspruch 1; Figure 1 is an oblique view of a transmission according to claim 1.

Fig. 2 einen Querschnitt eines Getriebes nach Anspruch 5; Fig. 2 is a cross-section of a transmission according to claim 5;

Fig. 3 eine kinematische Prinzipskizze eines Getriebes nach Anspruch 1; und Figure 3 is a kinematic schematic diagram of a transmission according to claim 1. and

Fig. 4 eine Skizze mit den Angaben der Abmessungen für die Berechnung des Untersetzungsverhältnisses. Fig. 4 is a sketch with the dimensions given for the calculation of the reduction ratio.

In Fig. 1 und 2 sind gleichen Bauteilen gleiche Ziffern zugeordnet. Im einzelnen sind dies Der Träger der Umlaufräder 1, eines der beiden entkoppelten Reibräder 2 für das obere Hohl rad 5, eines der beiden Reibräder 3 für das untere Hohlrad 7, das die Kraft übertragende Reibradpaar 4, das Nadellager 6 sowie das Schrägkugellager 8 des unteren Hohlrades 7, das der Vorspannung dienende Tellerfederpaket 9 und das Gehäuse 10. Zusätzlich sind in Fig. 2 eine Transmissionsstange 11 und eine Andruckrolle 12 dargestellt.In Fig. 1 and 2 are assigned to the same components the same numbers. Specifically, these are the carrier of the planet gears 1 , one of the two decoupled friction wheels 2 for the upper hollow wheel 5 , one of the two friction wheels 3 for the lower ring gear 7 , the force-transmitting friction wheel pair 4 , the needle bearing 6 and the angular contact ball bearing 8 of the lower Ring gear 7 , the pre-tensioning plate spring assembly 9 and the housing 10 . In addition, a transmission rod 11 and a pressure roller 12 are shown in FIG. 2.

Die Kinematik des Getriebes wird in /1/ und /2/ beschrieben, mit dem Unterschied, daß das vorliegende Getriebe mit Reibradpaarungen anstatt mit Zahnrädern ausgeführt wird. (Siehe auch Fig. 3).The kinematics of the gearbox is described in / 1 / and / 2 /, with the difference that the present gearbox is designed with pairs of friction wheels instead of gears. (See also Fig. 3).

In Fig. 1 ist ein Umlauf-Reibradgetriebe im Schnitt dargestellt. Auf einem Radträger 1 sind um je 120° versetzt Reibradpaare auf Bolzen gelagert. Um Überbestimmungen zu vermeiden, ist nur ein Reibradpaar 4 fest miteinander verbunden, dieses Räderpaar übernimmt allein die Kraftübertragung. Die übrigen beiden Reibradpaare 2 und 3 sind nicht gekoppelt, sie dienen ausschließlich zur Abstützung bzw. Erzeugung der notwendigen Normalkräfte. Die Reibräder 2 und ein Reibrad von 4 wälzen sich in einem gehäusefesten Hohlrad ab. Die Reibräder 3 und das zweite Reibrad von 4 wälzen sich in einem zweiten Hohlrad ab, das im Gehäuse 10 gela gert ist. An diesem Hohlrad wird auch das übertragene Drehmoment abgenommen. Die Un tersetzung des Getriebes wird durch eine Radiendifferenz der beiden Hohlräder bzw. der in ihnen abwälzenden Reibräder erzielt. In Fig. 1 an epicyclic friction gear is shown in section. On a wheel carrier 1 , pairs of friction wheels are offset on bolts by 120 °. In order to avoid overdeterminations, only one pair of friction wheels 4 is firmly connected to one another; this pair of wheels alone takes over the power transmission. The other two pairs of friction wheels 2 and 3 are not coupled, they are used only to support or generate the necessary normal forces. The friction wheels 2 and a friction wheel of 4 roll in a ring gear fixed to the housing. The friction wheels 3 and the second friction wheel of 4 roll in a second ring gear which is gela gert in the housing 10 . The transmitted torque is also taken from this ring gear. The reduction of the gearbox is achieved by a difference in the radii of the two ring gears or the friction wheels rolling in them.

Für den Fall, daß ein gehäusefestes Rad angenommen wird, berechnet sich die Übersetzung eines solchen Getriebes folgendermaßen /4/, /1/:In the event that a wheel fixed to the housing is assumed, the gear ratio is calculated of such a transmission as follows / 4 /, / 1 /:

(ω_a = 0 ⇒ ω_c =(1-1/i) · ω_s (ω _a = 0 ⇒ ω _c = (1-1 / i) ω _s

also für 1/i → 1 ⇒ ω_s/ω_c → ∞thus for 1 / i → 1 ⇒ ω _s / ω _c → ∞

z. B. a=49; b₁=50; b₂=51; c=50e.g. B. a = 49; b₁ = 50; b₂ = 51; c = 50

1/i= a · b₂/(b₁ · c) = 2499/25001 / i = a · b₂ / (b₁ · c) = 2499/2500

ω_s/ω_c = 2500 = 1/(1-1/i)ω _s / ω _c = 2500 = 1 / (1-1 / i)

(Skizze der Wälzkreise siehe Fig. 4).(Sketch of the pitch circles see Fig. 4).

Zur Erzeugung der notwendigen Normalkräfte an den Reibrädern wird das Hohlrad 7 mittels eines Tellerfederpackets 9 über das Schrägkugellager 8 vorgespannt. Die zweite Lagerstelle 6 ist als Nadellager (Loslager) ausgebildet. Da beide Hohlräder konisch ausgeführt sind, ent steht in Verbindung mit ballig geschliffenen Umlaufrädern durch Keilwirkung eine Vorspan nung.To generate the necessary normal forces on the friction wheels, the ring gear 7 is preloaded by means of a disk spring assembly 9 via the angular contact ball bearing 8 . The second bearing 6 is designed as a needle bearing (floating bearing). Since both ring gears are conical, there is a preload in connection with spherically ground planet gears due to the wedge effect.

Das übertragene Drehmoment kann dabei auch zum Antrieb einer Antriebsstange benutzt werden, die am äußeren Durchmesser des Hohlrades 7 abwälzt und z. B. auf den Schlitten einer Werkzeugmaschine oder Meßmaschine wirkt (siehe Fig. 2).The transmitted torque can also be used to drive a drive rod, which rolls on the outer diameter of the ring gear 7 and z. B. acts on the slide of a machine tool or measuring machine (see Fig. 2).

Der kurze Kraftübertragungsweg (siehe Pfeil in Fig. 3) wirkt sich dabei günstig auf die Steifigkeit aus. The short power transmission path (see arrow in Fig. 3) has a favorable effect on the rigidity.

Bibliography

/1/ Kurt Luck/Karl-Heinz Modler
Getriebetechnik
Seiten 122ff
Springer-Verlag Wien New York 1990
ISBN 3-211-82147-3
/2/ Steinhilper/Hennerici/Britz:
Kinematische Grundlagen ebener Mechanismen und Getriebe
Seiten 310ff
Vogel, 1993, ISBN 3-8023-0432-3
/3/ Autorenkollektiv
Getriebetechnik, Koppelgetriebe
VEB Verlag Technik, Berlin 1979
/4/ Prof. Dr.-Ing. J. Heinzl
Maschinen und Feingerätebau für Elektroingenieure
Skizzen und Formeln zur Vorlesung
Seiten 94f
Herausgegeben vom Lehrstuhl für Feingerätebau und Getriebelehre der TU München 1992./ 1 / Kurt Luck / Karl-Heinz Modler
Gear technology
Pages 122ff
Springer-Verlag Vienna New York 1990
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/ 2 / Steinhilper / Hennerici / Britz:
Kinematic foundations of flat mechanisms and gears
Pages 310ff
Vogel, 1993, ISBN 3-8023-0432-3
/ 3 / Author collective
Gear technology, coupling gear
VEB Verlag Technik, Berlin 1979
/ 4 / Prof. Dr.-Ing. J. Heinzl
Machinery and precision equipment for electrical engineers
Sketches and formulas for the lecture
Pages 94f
Published by the Chair for Fine Equipment Construction and Gear Teaching at the Technical University of Munich in 1992.

Claims

1. friction gear for reducing a high-speed motor, characterized in that the friction gear is designed as a spur gear differential, the rotating wheels have a small radius difference and one of the two central wheels is fixed to the frame.

2. Friction gear according to claim 1, characterized in that the two centric Wheels are designed as ring gears.

3. friction gear according to claim 1, characterized in that the ring gears easily are conical and the planet gears slightly spherical, so that in connection with a prestress to be applied via suitable means, normal forces on the loading stirring points arise.

4. Friction gear according to claim 1, characterized in that three rotating wheels 2 are decoupled to avoid overdeterminations.

5. friction gear according to 1, characterized in that on the outer surface of one Ring gear the drive rod of a grinding is pressed.