DE2165618A1

DE2165618A1 - Radergetriebe

Info

Publication number: DE2165618A1
Application number: DE19712165618
Authority: DE
Inventors: Martyn Gngson Westbury Park Bristol Roberts (Großbritannien) P
Original assignee: Individual
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1971-01-08
Filing date: 1971-12-30
Publication date: 1972-09-07
Also published as: DE2165618C3; DE2165618B2; US3754484A; IT948113B; GB1350431A; FR2121295A5

Description

R. 825

Augsburg, den 30. Dezember 1971

Der Staatssekretär für Verteidigung in der Regierung Ihrer Majestät der Königin des Vereinigten Königreiches von Großbritannien und Nordirland, Whitehall, London S.W.l,

England

Rädergetriebe

Die Erfindung betrifft Rädergetriebe mit zwei jeweils einfachsehrägverzahnten Zahnrädern, zwischen welchen mindestens ein mit diesen kämmendes weiteres einfachschrägverzahntes Zahnrad angeordnet ist.

Unter solchen Rädergetrieben sind insbesondere Planetengetriebe mit Einfachschrägverzahnung su verstehen_e

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. Große Rädergetriebe werden selten mit Einfachschrägverzahnung ausgeführt, weil die Drehmomentübertragung über die Zahnräder, deren Zähne unter einem bestimmten Winkel zur Drehachse der Zahnräder liegen, einen Axialschub auf die Zahnräder hervorruft. Dieser auf gegenüberliegenden Seiten eines Zahnrades in einer Rädergruppe einwirkende Axialschub erzeugt ein auf das betreffende Zahnrad einwirkendes Kippmoment, dessen Größe von den über die Zähne der Zahnräder übertragenen Kräften abhängig ist.

Zur Vermeidung dieser Kippmomente werden große Rädergetriebe gewöhnlich mit doppeischrägverzahnten Zahnrädern ausgerüstet, d.h. mit Zahnrädern, welche jeweils zwei Kränze von schrägen Zähnen aufweisen, deren Zahnsehrägungswinkel entgegengesetzt liegen, so daß die auf gegenüberliegenden Stirnseiten der Zahnräder erzeugten axialen Schubkräfte ausgeglichen und dadurch das Kippmoment aufgehoben wird.

Das Herstellen von Doppelschrägverzahnungen erfordert jedoch ein sehr genaues Bearbeiten der Zahnräder, damit einander gegenüberliegende Zähnepaare richtig miteinander kämmen·

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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Rädergetriebe mit Einfachschrägverzahnung zu schaffen, bei welchem die axialen Schubkräfte bzw. die durch diese hervorgerufenen Kippmomente beträchtlich geringer als bei bekannten Rädergetrieben dieser Art sind bzw, nicht mehr auftreten.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung ein Rädergetriebe mit zwei jeweils einfachschrägverzahnten Zahnrädern, zwischen welchen mindestens ein mit diesen kämmendes weiteres einfachschrägverzahntes Zahnrad angeordnet ist. Ein solches Rädergetriebe ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die beiden erstgenannten Zahnräder derart angeordnet sind, daß sie mit voneinander verschiedenen axialen Bereichen der Zähne des weiteren Zahnrades kämmen, so daß im Betrieb die Radialkomponenten der auf das weitere Zahnrad aufgrund der Eingriffswinkel der Zähne einwirkenden Zahnkräfte ein Moment erzeugen, welches einem auf das weitere Zahnrad aufgrund der Zahnschrägung ausgeübten Kippmoment entgegenwirkt.

Bei dem Rädergetriebe nach der Erfindung wird das

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Kippmoment durch Optimieren des Zahnschrägungswinkels, der Zahnhöhe und der Zahnlänge der Zahnräder eliminiert, ohne daß dadurch das weitere Zahnrad unzulässig lang wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Rädergetriebes nach der Erfindung bildet ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einer Vielzahl von jeweils auf einem Wellen-

^ zapfen gelagerten Planetenrädern und einem um letztere herumgelegten Zahnkranz, welche sämtlich jeweils einfachschrägverzahnt sind. Ein solches Planetengetriebe ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad und der Zahnkranz derart angeordnet sind, daß sie mit voneinander verschiedenen axialen Bereichen der Zähne jeweils der Planetenräder kämmen, so daß im Betrieb die Radialkomponenten der auf die Planetenräder aufgrund der Eingriffswinkel der Zähne einwirkenden Zahnkräfte Momente erzeugen, welche auf die Planetenräder aufgrund der Zahnschrägung ausgeübten Kippmomenten entgegenwirken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Turboluftstrahl-

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triebwerk, welches mit einem Rädergetriebe nach der Erfindung ausgerüstet ist, und

Fig. 2 einen Halbsehnitt durch das

Rädergetriebe des in Fig. dargestellten Triebwerkes.

Fig. 1 zeigt als ein Beispiel die Anwendung des Rädergetriebes nach der Erfindung bei einem Turboluftstrahltriebwerk 1. Dieses Turboluftstrahltriebwerk weist einen Gasgenerator 2 auf, der über ein Getriebe 4 ein Gebläse 3 antreibt. Der die Antriebsleistung für das Gebläse erzeugende Gasgenerator 2 kann von beliebiger Bauart sein, da die Art des verwendeten Gasgenerators im Rahmen der Erfindung bedeutungslos ist. Der Gasgenerator weist beispielsweise einen Verdichter 5» eine Brennkammeranordnung 6 und eine oder mehrere Turbinen zum Antrieb des Verdichters und des Gebläses auf«

Fig. 2 zeigt als Einzelheit eine bevorzugte Ausführungsform des Rädergetriebes 4 nach der Erfindung. Dieses Rädergetriebe ist ein Planetengetriebe, welches ein Sonnenrad 10 aufweist-, das mit einer Vielzahl von

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Planetenrädern 11 kämmt, die in einem Planetenträger jeweils um ihre eigenen Achsen drehbar auf Wellenzapfen 12 gelagert sind. Das Sonnenrad wird über eine Welle l4 vom stromauf gelegenen Ende des Gasgenerators aus angetrieben. Der Planetenträger ist über eine Welle mit dem Gebläse verbunden und treibt dieses an.

Die Planetenräder kämmen jeweils mit einem

drehfesten Zahnkranz 18. Dieser Zahnkranz bewirkt, daß sich die Planetenräder sowohl um die Achse des Triebwerkes als auch um ihre eigenen Achsen drehen.

Der Planetenträger weist eine Vielzahl von Lagerbüchsen 20 auf, welche jeweils zwischen Ringbunden 21 und gehaltert sind. Die Ringbunde 21 sind jeweils am Ende der Welle 15 gebildet, während die Ringbunde 22 jeweils an einem Ende eines Ringes 23 gebildet sind, " der an seinem anderen Ende einen Innenlaufring 24 eines Hauptlagers 25 für den Planetenträger trägt. Die Lagerbüchsen 20 sind jeweils mittels Keilen und Nuten bei mit den Lagerzapfen 12 gekuppelt, welche jeweils mehrere genau gearbeitete Durchmesser aufweisen , die für eine genaue Passung in der Lagerbüchse 20 sorgen* Die jeweils aus einer Büchse und zwei Ringbunden gebildeten Anord-

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nungen sind jeweils mittels einer auf das Ende des Vfellenzapfens aufgeschraubten Mutter 28 zusammengespannt. Ein Außenlaufring 29 des Hauptlagers 25 ist mit einem festen Aufbau 30 verbunden, welcher an den Auslaßleitschaufeln des Gebläses gehaltert ist.

Bei dem Planetengetriebe nach der Erfindung sind sämtliche Zahnräder mit Einfachschrägverzahnung versehen, um die Herstellung der Zähne zu erleichtern. Das hat zur Folge, daß auf die verschiedenen Elemente des Getriebes ein Axialschub ausgeübt wird und daß die Schubkräfte, welche durch Pfeile A angedeutet sind, auf gegenüberliegenden Stirnseiten der Planetenräder auf diese ein Schwenk- bzw. Kippmoment ausüben, welches jedes Planetenrad in einer radialen Ebene um die Mitte seiner Lagerung herum zu schwenken bzw. zu kippen versucht.

Um diesem Kippmoment entgegenzuwirken, weisen die Planetenräder jeweils eine größere axiale Länge auf und die Mitten der Angriffsbereiche des Sonnenrades und des Zahnkranzes an den Planetenrädern sind längs der Planetenradachsen gegeneinander versetzt. Das hat zur Folge, daß das Sonnenrad und der Zahnkranz mit voneinander verschiedenen Zahnbereichen auf jedem der Planetenräder

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kämmen. Die Zahnbereiche auf den Planetenrädern, mit welchen der Zahnkranz und das Sonnenrad kämmen, können völlig voneinander verschieden sein oder aber einen gemeinsamen Teilbereich aufweisen.

Wegen dieser Anordnung sind die aufgrund der Eingriffswinkel der Zähne erzeugten Radialkomponenten der Zahnkräfte sowohl auf dem Sonnenrad wie auch auf dem Zahnkranz mit Bezug auf das Planetenrad axial gegeneinander versetzt. Diese durch Pfeile B dargestellten Kräfte bilden ein Kräftepaar, welches dem die Verschwenkung hervorrufenden Kräftepaar bzw. Kippmoment am Planetenrad entgegenwirkt.

Damit die Versetzung zwischen dem Sonnenrad und dem Zahnkranz klein bleibt, so daß das Planetenrad nicht unzulässig lang wird, müssen bei der Auslegung des Planetenrades bestimmte Kriterien berücksichtigt werden.

Als erstes wird zwischen den Zähnen ein Überlappungsverhältnis von Eins gewählt. Das bedeutet, daß in jedem Zeitpunkt immer nur ein Zahn mit einem anderen Zahn kämmt, wodurch wiederum ein maximaler Zahnschrägungswinkel für ein gegebenes Planetenrad festgelegt ist.

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Als zweites wird die Zahnhöhe möglichst klein gewählt und es werden mehr Zähne verwendete Dadurch rücken die Zähne enger aneinander, so daß sich für das gegebene überlappungsverhältnis ein geringerer Zahnschrägungswinkel ergibt.

Als drittes werden die Zähne so lang wie möglich gemacht, vorzugsweise gleich dem Durchmesser des Planetenrades, so daß wiederum der Zahnschrägungswinkel klein gehalten wird.

Die Beachtung dieser drei Kriterien führt dazu, daß ein sehr kleiner Zahnschrägungswinkel verwendet werden kann, so daß die Komponente der Zahnbelastung A, welche das Kippmoment erzeugt, auf einem=· Minimum und der Durchmesser des Planetenrades klein gehalten wird, wodurch der Momentenarm zwischen den Kräften A-A in Fig. 2 ebenfalls klein ist. Auf diese Weise wird die Größe des Kräftepaares bzw. des Kippmomentes für das Planetenrad innerhalb der Grenzen, die durch die verschiedenen auf das Planetenrad einwirkenden Belastungen gesetzt sind, auf ein Minimum gebracht.

Bei einem typischen Ausführungsbeispiel eines Räder-

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getriebes nach der Erfindung wurden folgende Werte verwendet:

übertragene Leistung Anzahl der Planetenräder Durchmesser der Planetenräder Zahnlänge

Zahnhöhe

uberlappungsverhältnis Zähnezahl pro Planetenrad Zahnbelastung Z ahns ehrägungswinke1 Axialschub aufgrund der Zahnschrägung

Kippmoment bzw. Kräftepaar Versetzung von Sonnenrad und Zahnkranz Eingriffswinkel Radialkomponente der Zahnbelastung Rückstellmoment 10 000 PS

45 mm 58 mm 5,1 mm

1062 kp (Drehkraft) 8,127°

"kp (pro Planetenrad)

6,8 mkp 12 mm 28°

566 kp 6,8 mkp

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Claims

Pat entansprüche

y Rädergetriebe mit zwei jeweils einfachschrägverzahnten Zahnrädern, zwischen welchen mindestens ein mit diesen kämmendes weiteres einfachschrägverzahntes Zahnrad angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden erstgenannten Zahnräder (10, 18) derart angeordnet sind, daß sie mit voneinander verschiedenen axialen Bereichen der Zähne des weiteren Zahnrades (11) kämmen, so daß im Betrieb die Radialkomponenten der auf das weitere Zahnrad aufgrund der Eingriffswinkel der Zähne einwirkenden Zahnkräfte ein Moment erzeugen, welches einem auf das weitere Zahnrad aufgrund der Zahnschrägung ausgeübten Kippmoment entgegenwirkt.
2. Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einer Vielzahl von jeweils auf einem Wellenzapfen gelagerten Planetenrädern und einem um letztere herumgelegten Zahnkranz, welche sämtlich jeweils einfachschrägverzahnt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (10) und der Zahnkranz (18) derart angeordnet sind, daß sie mit voneinander verschiedenen axialen Bereichen der Zähne jeweils der Planetenräder (11) kämmen, so

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daß im Betrieb die Radialkomponenten der auf die Planetenräder aufgrund der Eingriffswinkel der Zähne einwirkenden Zahnkräfte Momente erzeugen, welche auf die Planetenräder aufgrund der Zahnschrägung ausgeübten Kippmomenten entgegenwirken.
3. Planetengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnbereiche der Planetenräder (11) , mit welchen dasSonnenrad (10) und der Zahnkranz (18) jeweils kämmen, einen in der Mitte der Planetenräder gelegenen gemeinsamen Teilbereich aufweisen.

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