DE2203233A1 - Verzahnung fuer unrunde getrieberaeder, insbesondere ovalzahnraeder - Google Patents

Verzahnung fuer unrunde getrieberaeder, insbesondere ovalzahnraeder

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DE2203233A1
DE2203233A1 DE19722203233 DE2203233A DE2203233A1 DE 2203233 A1 DE2203233 A1 DE 2203233A1 DE 19722203233 DE19722203233 DE 19722203233 DE 2203233 A DE2203233 A DE 2203233A DE 2203233 A1 DE2203233 A1 DE 2203233A1
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flanks
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H55/00Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02Toothed members; Worms
    • F16H55/08Profiling
    • F16H55/084Non-circular rigid toothed member, e.g. elliptic gear

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)

Description

  • Verzahnung für unrunde Getrieberäder, insbesondere Ovalzahnräder Die Erfindung betrifft die Verzahnung von unrunden Getrieberädern mit einer Teilungslinie variabler Krümmung, insbesondere von Ovalzahnrädern. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen einer solchen Verzahnung.
  • Getriebe mit unrunden Zahnrädern, meist elliptischen Zahnrädern, sind seit langem für verschiedene Verwendungszwecke bekannt (z.B. GB-PS 521 249, DT-AS 1 133 164, DT-OS 1 575 579 und Zeitschrift fördern und heben 20/1970 Nr. 5, S. 246). Die Ausgestaltung der Verzahnung und die einwandfreie Herstellung unrunder Getrieberäder ist aber nach wie vor problematisch, besonders wenn höhere Zahnkräfte und Wälzgeschwindigkeiten berücksichtigt werden müssen. Es werden deshalb derartige Getriebe vor allem dann eingesetzt, wenn hinsichtlich Qualität und Genauigkeit der Verzahnung keine hoh Anforderungen auftreten. Beispielsweise werden normal verzahnte Ringe als Bandagen verwendet, die zt einer Ellipse geformt werden, was allerdings unbefriedigend ist (Zeitschrift "technica" Nr.20/ 1970, S.1863 - 1867).
  • Für Gas- und Flüssigkeits-Mengenmeßgeräte werden Ovalzahnräder verwendet, die lediglich eine Bewegungsübertragung bewirken und keine besondere Verzahnungsgenauigkeit besitzen.
  • Die Verzahnung solcher Ovalzahnräder, die zum Unterschied von Ellipsenrädern eine Rotation um den Achsmittelpunkt ausführen, wird bei Serienfertigung in der Regel nach dem Abwälzverfahren auf Abwälzfräsmaschinen hergestellt. Hierbei wird das horizontal am Werkzeugtisch aufgespannte Werkstück um die vertikale Achse des Aufspanndornes geschwenkt und gleichzeitig entsprechend zum Krümmungsverlauf der Teilungslinie des Ovalrades in Richtung der Längsachse des Werkzeugtisches vorgeschoben bzw. zurückgezogen. Die Vor-und Rückbewegung des Werkzeugtisches mit dem zu verzahnenden Ovalrad wird durch eine Schablone gesteuert, die entsprechend der Ovalradform ausgebildet ist. Die einzelnen Zahnlücken werden durch einen Abwälz-fräser ausgeschnitten, dessen Schneiden mit einem Zahnstangenprofil versehen sind.
  • Die einzelnen Zahnlücken im Bereich der Teilungslinie weisen demnach unterschiedliche Weiten auf und es ergibt sich kein präziser Zahneingriff, so daß derartige Ovalzahnräder für die Ubertragung präziser Steuerbewegungen in Verbindung mit der Ubertragung von Drehmomenten nicht verwendbar sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verzahnung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß auch erhebliche Drehmomente übertragen werden können und ein exakter Zahneingriff erfolgt, so daß auch die Ubertragung präziser Steuerbewegungen möglich ist. Ferner soll ein Verfahren vorgeschlagen werden, das eine möglichst rationelle Fertigung erlaubt und die Herstellungskosten in niedrigen Grenzen hält.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst,daß die einzelnen Zahnflanken ausgehend von einer Evolute mit den Krtmmungsmittelpunkten der einzelnen Zahnflanken-Teilungspunkte der Teilungslinie nach dem Verzahnungsgesetz für Kreisräder ausgebildet sind und Jeweils eine unsymmetrische Zahnlücke bilden.
  • Eine auf diese Weise ausgebildete Verzahnung ergibt einen exakten Eingriff während der gesamten Drehbewegung, so daß neben einer genauen Steuerbewegung auch erhebliche Drehmomente übertragen werden können und ein solches Getriebe beispielsweise für Drehkolbenmotoren geeignet ist.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung haben die einzelnen Zahnflanken ausgehend von einer Evolute mit den Krümmungsmittelpunkten der einzelnen Zahnlücken-Teilungspunkte der Teilungslinie eine Formgebung, die nach dem Verzahnungsgesetz für Kreisräder für den jeweiligen Zahnlücken-Teilungspunkt ermittelt und auf die beiden betreffenden Zahnflanken-Teilungspunkte der Teilungslinie übertragen ist sowie bei unsymmetrischer Zahnform symmetrische Zahnlücken bildet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil der einfacheren Herstellung der Verzahnunglwährend die Eingriffsgenauigkeit mesentlich beeinflußt wird.
  • Zum Herstellen einer solchen Verzahnung werden fUr die einzelflnn Zahnlücken innerhalb eines Quadranten entsprechende Schneidwerkzeuge angefertigt, deren Schneidflanken nach der ermittelten Formgebung der einzelnen Zahnlücken ausgebildet sind, wobei zur Ausbildung der Verzahnung der Neigungswinkel der Berührungsnormalen im betreffenden ZahnlUcken-Teilungspunkt und deren senkrechter Abstand vom Achsmittelpunkt des zu verzahnenden Werkstückes relativ zum Schneidwerkzeug eingestellt wird.
  • Für die Herstellung von Ovalzahnrädern wird eine bestimmte Anzahl von Schneidwerkzeugen entsprechend der vorhandenen Zahnlückenzahl im Ovalradquadranten vorgesehen. Die Schneidwerkzeuge können als Schneidzähne ausgebildet sein, die am Umfang eines Stoßrades angeordnet sind, wenn die Verzahnung des Ovalrades auf einer Stoßmaschine ausgeführt wird. Als Schneidwerkzeuge können auch Scheibenfräser vorgesehen werden, wenn die Verzahnung des Ovalrades auf einer Fräsmaschine vorgenommen werden soll. Aufgrund der veränderlichen Krümmung des Ovalrades weisen die einzelnen Schneidwerkzeuge eine unsymmetrische und außerdem eine zueinander unterschiedliche Formgebung auf. Die betreffende Werkzeugmaschine wird mit einem Werkzeugtisch ausgestattet, der aus einem Längs- und Querschlitten mit einem darüber angeordneten Rundtisch zur Aufnahme des Werkstückes zusammengesetzt ist. Um eine bestimmte Zahnlücke des Ovalrades zu fertigen, wird der Rundtisch mit dem aufgespannten Ovalrad so weit verschwenkt, bis die Berührungsnormale im Teilungspunkt der betreffenden Zahnlücke eine parallele Lage zur Maschinenlängsachse einnimmt, worauf anschließend der Querschlitten so weit verschoben wird, bis diese Berührungsnormale mit der Maschinenlängsachse zusammenfällt.
  • Der Längsschliten dient dazu, das Werkstück in den Eingriffsbereich des Schneidwerkzeuges vorzuschieben. Die betreffende Zahnlücke wird hierauf wie bei einem Kreisrad, dessen Radius dem Krümmungsradius des Zahnlücken -Teilungspunktes entspricht, bearbeitet. In gleicher Weise werden alle übrigen Zahnlücken des Ovalrades nach entsprechender Einzelausrichtung ausgebildet.
  • Beispielsweise Ausführungsformen nach der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen Bild 1 schematisch durch die Umfangsteilungslinie mit eingetragener Teilung ein Ovalzahnrad darstellt und die teilweise eingezeichnete Krümmungsmittelpunktskurve bzw. Evolute für den ersten Quadranten des Ovalrades zeigt.
  • Bild 2 zeigt in schematischer Darstellung die geometrischen Verhältnisse einer unsymmetrischen Zahnlücke entsprechend dem exakten Verzahnungsgesetz in Abhängigkeit von der veränderlichen Krümmung der Teilungdinie Bild 3 zeigt schematisch die geometrischen Verhältnisse der unsymmetrischen Schneidflanke eines Schneidwerkzeuges zur Herstellung der Verzahnung nach Bild 2.
  • Bild 4 stellt in einer schematischen Draufsicht den Werkzeugtisch einer Werkzeugmaschine dar, der zur Herstellung der Verzahnung verwendet wird.
  • Bild 5 zeigt in einer schematischen Darstellung die geometrischen Verhältnisse einer symmetrischen Zahnlücke, die entsprechend einer Annäherung an das exakte Verzahnungsgesetz ausgebildet ist.
  • Bild 6 erläutert die geometrischen Verhältnisse der symmetrischen Schneidflanken eines Schneidwerkzeuges für die Herstellung der Verzahnung nach Bild 5.
  • Das Oval zahnrad nach Bild 1 mit Drehpunkt im Achsmittelpunkt O ist für ein kinematisches Getriebe vorgesehen, das mit einem gleich großen und mit der gleichen Zähnezahl versehenen Gegenrad im Eingriff steht. Aus kinematischen Gründen erfolgt der Eingriff in der Weise, daß die in Richtung der großen Halbachse a vorgesehene Zahnlücke mit dem in Richtung der kleinen Halbachse b vorgesehenen Zahn des Gegenrades kämmt. Dementsprechend tritt ein Zahn mit einem bestimmten Teilungsabstand von der kleinen Halbachse immer mit einer bestimmten Zahnlücke des Gegenrades, die den gleichen Teilungsabstand von der großen Halbachse aufweist, in Eingriff. Diese Eingriffsbedingung setzt voraus, daß für das Ovalzahnrad eine Teilung mit einem Zahn im Bereich der kleinen Halbachse und einer Zahnlücke im Bereich der großen Halbachse oder umgekehrt vorgesehen wird. Damit diese Bedingung erfüllt wird, muß für das Oval zahnrad eine Zähnezahl vorgesehen werden, die nur durch zwei und nicht durch vier teilbar ist.
  • Im Gegensatz zu Kreiszahnrädern mit konstanter Teilkreis-und Zahnflankenkrümmung sowie mit radial gerichteten Zähnen bzw. Zahnlücken, wobei der Krümüungsmittelpunkt des Teilkreises gleichzeitig den Drehpunkt des Zahnrades darstellt, weist die Teilungslinie TL des Ovalzahnrades eine variable Krümmung mit variablen Krümmungsradien und zum Jeweiligen Krümmungsmittelpunkt ausgerichteten Zähnen bzw. Zahnlücken auf, wobei die Krümmungsmittelpunkte der einzelnen Teilungspunkte außerhalb des Drehpunktes des Ovalrades liegen. Aufgrund der variablen Krümmung der Teilungslinie weisen auch die einzelnen Zahnflanken des Ovalrades eine unterschiedliche Krümmung mit flach gekrümmten Zahnflanken im Bereich der kleinen Halbachse bei allmählichem uebergang zu stark gekrümmten Zahnflanken im Bereich der großen Halbachse auf. Die Paarung von Ovalzahnrädern erfordert eine bestimmte Formgebung der Teilungslinie des Ovalrades, die eine Ellipse höherer Ordnung darstellt und folgende in allgemeiner Form ausgedrückte mathematische GesetzHbefolgt: (Parameter) (Exzentrizität) wobei Q der Jeweilige Eingriffradius, ç der Richtungswinkel des betreffenden Eingriffradius bezogen auf die kleine Halbachse, a, b die große bzw. kleine Halbachse ist.
  • In Bezug auf die Formgebung der Teilungslinie ist anzuführen, daß diese in bestimmten Grenzen durch entsprechende Wahl des Achsenverhältnisses a:b verändert werden kann.
  • Im Grenzfall kann die Teilungslinie entweder eine kreisförmige oder eine nierenförmige Formgebung aufweisen.
  • Die Lage der einzelnen Teilungspunkte auf der Teilungslinie kann koordinatenmäßig ermittelt werden, wobei zweckmäßigerweise der Drehpunkt des Ovalrades O als Koordinatenmittelpunkt und die beiden Ovalradachsen als Koordinatenachsen gewählt werden. Die Koordinaten eines Teilungspunktes erhält man mit Hilfe der beiden Gleichungen: Für die Fertigung der Verzahnung eines Ovalrades ist die Lage des jeweiligen Krümmungsmittelpunktes sowie der zugekörigen Krümmungsradius des betreffenden Teilungspunktes maßgebend. Der Krümmungsradius 9 K (Strecke L-KL) eines Teilungspunktes L kann mit Hilfe der Gleichung für die Evolute E der Teilungslinie TL berechnet werden. Es ist ferner möglich, die Richtungskonstante der Berührungsnormalen L-KL im betreffenden Teilungspunkt, ausgedrückt durch die Winkelfunktion tgαK, zu berechnen, so daß die Lage des Krümmungsmittelpunktës KL durch die Koordinaten xK, YK festgelegt ist. Es gelten folgende allgemeine Gleichungen: (Gleichung der Evolute) (Richtungskonstante der Berührungsnormal en) wobei der erste Differentialquotient von 9 nach und 9" der zweite Differentialquotient von 9 nach g ist.
  • Für die beiden Differentialquotienten gelten die Gleichungen: Mit Hilfe der Bestimmungsgrößen Li~K' α Kw xK YK des Krümmungsmittelpunktes kann fUr den betreffenden Teilungspunkt auf der Teilungslinie das für Kreisräder geltende Verzahnungsgesetz angewendet werden. In Bild 2 ist dieses Verzahnungsgesetz, für Ovalräder angewendet, schematisch erläutert. Wenn beispielsweise der mit Fr bezeichnete Punkt der Teilungslinie den Teilungspunkt für die Rechtsflanke eines Zahnes darstellt, dann wird die Krümmung dieser Zahnflanke sowie die Lage des Flankenmittelpunktes wie folgt ermittelt: Im Teilungspunkt Fr wird die Eingriffslinie, die unter dem genormten Eingriffswinkel ß = = 200 zur Tangente TFr im Punkt Fr geneigt ist, nach links eingezeichnet und auf dieser das Lot durch den zugeordheten Krümmungsmittelpunkt Kpr errichtet. Der Schnittpunkt der beiden Linien stellt den betreffenden Flankenmittelpunkt MFr und der Abstand MFr-Fr den Krümmungsradius fFr der Zahnflanke dar. Die Lage des Flankenmittelpunktes ist durch die Koordinaten xFr, YFr festgelegt. Es gelten folgende Gleichungen: Wenn der mit F bezeichnete Punkt der Teilungslinie den Teilungspunkt für die Linksflanke eines Zahnes darstellt, dann wird in analoger Weise die Krümmung dieser Zahnflanke sowie die Lage des Flankenmittelpunktes wie folgt ermittelt: Im Teilungspunkt F1 wird die unter dem Eintriffswinkel/) zur Tangente TF1 geneigte Eingriffslinie nach rechts eingezeichnet und auf dieser das Lot durch den zugeordneten Krümmungsmittelpunkt KF1 errichtet. Der Schnittpunkt der beiden Linien stellt den betreffenden Flankenmittelpunkt MFl und der Abstand MFl-Fl den KrUmmungsradius 9 Fl der Zahnflanke dar. Zur Berechnung des Krümmungsradius sowie der Koordinaten des Flankenmittelpunktes xFl, Y dienen die Gleichungen: Mit Hilfe des dargelegten Verzahnungsgesetzes können alle Zahnflanken der einzelnen Zähne des Ovalrades unter Bezugnahme auf die zugeordneten Krümmungsmittelpunkte der betreffenden Teilungspunkte ermittelt werden. In Bezug auf die Evolventenform der Zahnflanken ist zu bemerken, daß bei kleinen und mittleren Zahnmodulen die Evolvente der Kopfflanke nahezu keine Abweichung von der Flankenkrümmung g FrS gFl aufweist. Das gleiche gilt auch für den oberen Bereich der Fußflanke. Das untere Drittel der Fußflanke bis zur Zahnfußabrundung wird wie bei Kreisrädern als Hüllkurve ermittelt.
  • Das abgeleitete Verzahnungsgesetz kann erfindurgsgemäß als Grundlage für die Fertigung der Verzahnung von Ovalrädern in der nachfolgend beschriebenen Weise angewendet werden. Um eine bestimmte Zahnlücke des Ovalrades herstellen zu können, ist ein entsprechendes Schneidwerkzeug erforderlich, dessen linke Schneidflanke als lIohlflanke nach dem Verzahnungsgesetz für die Rechtsflanke des Zahnes gemäß den Gleichungen 7, 8a und 8b ausgebildet ist. Analog wird die rechte Schneidflanke des Schneidwerkzeuges als Hohlflanke nach dem Verzahnungsgesetz für die Linksflanke des Zahnes gemäß den Gleichungen 9, 10a, 1Ob ausgebildet. Entsprechend dem Krümmungsverlauf der der Teilungslinie des Ovalrades sind die beiden Schneidflanken des Schneidwerkzeuges zueinander unsymmetrisch und dementsprechend ist die damit gefertigte Zahnlücke ebenfalls unaymmetrisch. Die einzelnen Zahnlücken innerhalb eines Quadranten weisen außerdem eine unterschiedliche Flankenform zueinander auf, bedingt durch die veränderliche Krümmung der Teilungslinie des Ovairades. Infolgedessen muß für die Herstellung der Verzahnung des Ovalrades eine der Zahnlückenzahl im Ovalradquadranten entsprechende Anzahl von Schneidwerkzeugen vorgesehen werden.
  • FUr die Bearbeitung der Schneidflanken der einzelnen Schneidwerkzeuge ist es vorteilhaft, das durch die Gleichungen 7, 8a, 8b bzw. 9, 10S,10b ausgedrückte Verzahnungsgesetz in der Weise umzuformen, daß dieses auf ein Koordinatensystem mit der Jeweiligen Berührunganormalen und Berührungstangente im Teilungspunkt L der betreffchden Zahnlücke als Koordinatenachsen bezogen wird. Dies ist in Bild 3 erläutert. Die Koordinaten # Er, 8 Fr bzw. # Fl'5 Fl für den Flankenmittelpunkt MFr bzw. MF1 bezogen auf das erwähnte Koordinatensystem im Jeweiligen ZahnlUcken-Teilungspunkt, werden mit Hilfe der nachstehend angefuhrten Gleichungen ermittelt: Rechtsflanke der Verzahnung: Links flanke der Verzahnung: Erforderliche Hilfsgrößen: Hierbei ist(Bild 3) rw der Teilkreisradius des Schneidwerkzeuges; c=t/+; t die Zahnteilung; rsr, rsl die Strecke L-MFr bzw. L-MFl; 9 LFr, 9 LFl die Strecke MFr-KL bzw.
  • Strecke MFl-KL.
  • Mit Hilfe des umgeformten Verzahnungsgesetzes kann in einfacher Weise die Einstellung der betreffenden Werkzeugmaschine zur Bearbeitung der Schneidflanken der Schneidwerkzeuge vorgenommen werden. Wie bereits erwähnt, beziehen sich die Gleichungen für die Rechtsflanke bzw.
  • Linksflanke der Verzahnung auf die linke- bzw. rechte Schneidflanke des Schneidwerkzeuges.
  • Die Verzahnung des Ovalrades kann sowohl auf einer Stoßmaschine, als auch auf einer Fräsmaschine ausgeführt werden.
  • Im ersten Fall dient ein sogenanntes Stoßrad als Schneidwerkzeug, das mit einer entsprechenden Anzahl unterschiedlicher Schneidzähne ausgestattet ist. Im zweiten Fall ist eine entsprechende Anzahl unterschiedlicher Scheibenfräser erforderlich. Die betreffende Werkzeugmaschine muß mit einem Spezial-Werkzeugtisch ausgestattet sein, bestehend aus einem Längsschlitten und einem darüber angeordneten Querschlitten, auf dessen Oberseite in um 3600 schwenkbarer Rundtisch mit zentrischem Aufspanndorn befestigt ist. In Bild 4 ist ein schematischer Grundriß eines derartigen Werkzeugtisches dargestellt.
  • Um beispielsweise im 1.Quadranten Q1 des Ovalrades eine bestimmte Zahnlücke L1 stoßen oder fräsen zu können, müssen am Werkzeugtisch lediglich zwei Einstellungen vorgenommen werden. Der eine Einstellwert betrifft den auf die kleine Ovalradachse bezogenen neigungswinkelα KLder Ber@@ru sne-=r.'+;l L1-K1 im Teilungspunkt der betreffenden Zahnlücke L1. Der zweite Einstellwert betrifft den senkrechten Abstand dL der betreffenden Berührungsnormalen vom Drehpunkt On des Ovalrades. Der Neigungswinkel KL wird mit Hilfe von Gleichung (4) für die betreffende Zahnlücke ermittelt. Der Abstand dL wird mit Hilfe nachfolgender Gleichungen berechnet (Bild 2): wobei r der Abstand des Zahnlücken-Krümmungsmittelpunktes KL vom Drehpunkt 0 des Ovalrades (KL-O)ist und XKL, YKL die Koordinaten des ItrfimmungsmitteXpunktes KL für den betreffenden Zahnlücken-Teilungspunkt L sind.
  • Die Einstellung des Werkzeugtisches wird in der Weise orgenommen, daß zuerst der Winkel αKL der betreffenden Zannlücke L1 im 1.Quadranten Q1 am Nundtisch RT eingestellt wird, so daß die Berührungsnormale L1-K1 e zur Langsachse der Werkzeugmaschine parallele Richtung aufweist, wie Bild 4 zeigt. Anschließend wird der Querschlitten QS um den Betrag dL nach rechts verschoben, wenn die Verzahnung im 1.-oder 3.Quadranten ausgebildet wird, so daß die Berührungsnormale der betreffenden Zahnlücke mit der Langsachse der Werkzeugmashine zusammenfällt. Die betreffende Zahnlücke L1 kann nun gestoßen oder gefräst werden, wobei der Längsschlitten LS einen bestimmten Vorschub bis auf Zahnlückentiefe ausführt. tiach Fertigstellung der betreffenden Zahnlücke im 1 Quadranten wird der Rundtisch um 180° geschwenkt, worauf bei unveranderter Querschlitteneinstellung die diametrale Zahnlücke 1.3 im 3.Quadranten Q3 gefertigt werden kann.
  • Die Fertigung der Zahnlücken L2, L4 im 2.- und 4.Quadranten Q2, Q4 erfordert eine Wendung des Werkstückes, die aufgrund der unsymmetrischen Schneidflanken des Schneidwerkzeuges vorgenommen werden muß. Die Einstellung des Werkzeugtisches erfolgt in der gleichen Weise wie oben, mit dem Unterschied, daß jetzt der Querschlitten um den betreffenden Betrag dL nach links verschoben wird. Das Wenden des Werkstückes kann vermieden werden, wenn für den 2.-bzw. 4.Quadranten ein besonderer Satz Schneidwerkzeuge vorgesehen wird. Die diesbezüglichen Schneidwerkzeuge unterliegen der gleichen Gesetzmäßigkeit wie jene für den 1.-bzw. 3.Quadran-ten, mit dem Unterschied, daß die rechten und linken Schneidflanken vertauscht sind.
  • Die Herstellung von Ovalradverzahnungen mit unsymmetrischen Zahnlücken gemäß dem exakten Verzahnungsgesetz kann erfindungsgemäß dadurch vereinfacht werden, daß ein abgeändertes Verzahnungsgesetz angewendet wird, das eine Annäherung an das exakte Verzahnungsgesetz darstellt.
  • Als wesentlicher Gesichtspunkt des abgeänderten Verzahnungsgesetzes ist anzuführen, daß die einzelnen Zahnlücken des Ovalrades als solche von Kreisrädern mit dem jeweiligen Krümmungsradius 9 KL des Zahnlücken-Teilungspunktes als Teilkreisradius aufgefaßt werden. Dieser Voraussetzung zufolge weisen die einzelnen Zahnlücken des Ovalrades eine symmetrische Formgebung auf. Die einzelnen Zähne innerhalb eines Quadranten des Ovalrades sind jedoch den Krümmungsverhältnissen der Teilungslinie entsprechend nach wie vor unsymmetrisch.
  • Das abgeänderte Verzahnungsgesetz für symmetrische Zahnlücken ist in Bild 5 schematisch dargestellt. Dieses Verzahnungsgesetz ist auf die Bestimmungsgrößen p KLw4!KLw xKL' YKL des Krümmungsmittelpunktes KL des betreffenden Zahnlücken-Teilungspunktes L bezogen. Die einzelnen Bestimmungsgrößen werden in der bereits erwähnten Weise mit Hilfe der Gleichungen 3, 4, 5a, 5b, bezogen auf den jeweiligen Zahnlücken-Teilungspunkt, ermittelt. Die Konstruktion der Zahnflanken wird wie folgt durchgeführt: Im Teilungspunkt L der Zahnlücke mit den Koordinaten xL, YL wird die Eingriffslinie, die unter dem Eingrlffswinkel, ß ß= = 200 zv,ur Tangente T1 geneigt ist, nach rechts und links eingezeichnet und auf dieser das Lot durch den Krümmungsmittelpunkt KL errichtet. Der Schnittpunkt des Lotes mit der rechten- bzw. linken Eingriffslinie stellt den Mittelpunkt 111 bzw. 14 der linken bzw. rechten theoretischen Zahnflanke im Zahnlücken-Teilungspunkt L dar, wobei beide Zahnflanken den gleichen Krümmungsradius L aufweisen. Der Krümmungsradius 9L wird vom Flankenteilungspunkt Fl bzw. r r auf der rechten bzw. linken Eingrtflslinie abgetragen, wobei der betreffende Schnittpunkt den angenäherten Krümmungsmittelpunkt sIFl bzw. MFr der linken bzw. rechten Zahnflanke darstellt.
  • Die rechnerische Ermittlung der einzelnen Bestimmungsgrößen des abgeänderten Verzahnungsgesetzes wird mit Hilfe der nachfolgend angeführten Gleichung durchgeführt und sie bezieht sich auf die Koordinaten xr, Yr bzw. xl, y1 der beiden Flankenteilungspunkte Fr, Fl, die Kooredinaten XFrt yFr bzw. xFl YFl der beiden angenäherten Flankenmittelpunkte MFr, MFl und die Flankenkrümmung 9 Es gelten folgende Gleichungen: Rechtsflanke der Verzahnung Links flanke der Verzahnung Erforderliche itilfsgrößen: wobei c=t/4 und t die Zahnteilung ist. Der Abstand rg-sowie die Winkel #, w, 5 und @ sind flir beide Zahnflanken gleich groß.
  • Mit Hilfe des dargelegten Verzahnungsgesetzes können die einzelnen Bestimmungsgrößen für alle Zahnflanken innerhalb eines Quadranten unter Bezugnahme auf die zugeordneten Krümmungsmittelpunkte der einzelnen Zahnlücken ermittelt werden. Die Evolventenform der Zahnflanken wird vom angenäherten Flankenmittelpunkt MFr bzw. MFi sowie vom Krümmungsmittelpunkt KL der Zahnlücke ausgehend in gleicher Weise ermittelt wie bei Kreisrädern.
  • Das angenäherte Verzahnungsgesetz kann erfindungsgemäß für die Herstellung der Verzahnung von Ovalrädern zugrunde gelegt werden. Die nach diesem Verzahnungsgesetz entstehende Verzahnung weist als besonderesCharakteristikum symmetrische Zahnlücken. auf. Die inzelnen Zahnlücken innerhalb eines Quadranten weisen jedoch zueinander eine unterschiedliche Formgebung auf. Die Herstellung der Verzahnung des Ovalrades erfordert infolgedessen eine Anzahl von Schneidwerkzeugen entsprechend der vorgesehenen Zahnlückenzahl innerhalb eines Quadranten.
  • Für die Bearbeitung der Schneidflanken der einzelnen Schneidwerkzeuge wird auch das angenäherte Verzahnungsgesetz in gleicher Weise wie oben auf ein Achsensysten mit der Berührungsnormalen und Berührungstangente im jeweiligen Teilungspunkt L der Zahnlücke als Koordinatenachsen bezogen. Die diesbezügliche schematische Darstellung in Bild 6 dient zur Erläuterung dieses Vorganges. Mit Hilfe der nachfolgend angeführten Gleichungen können die auf das neue Achaensystem bezogenen Koordinaten Fr' # EY bzw. Fr' # F1 der Flankenmittelpunkte MFr' F1 der Verahnung zw. der Schneidflanke der Schneidwerkzeuge ermittelt werden.
  • Rechtsflanke der Verzahnung: Links flanke der Verzahnung: wobei ; der Teilkreisradius des Schneidwerkzeuges und der Abstand MFr-L bzw. HFlL ist. Der Abstand r# wird mit Hilfe von Gleichung (30) ermittelt.
  • Die Merstellung der Ovalradverzahnung nach dem angenäherten Verzahmungsgesetz erfolgt in der gleichen Weise wie oben beschrieben. Am- Werkzeugtisch der betreffenden werkzeug maschine wird jeweils der Winkel < KL der Berührungsnormalen im Teilungspunkt L der Zahnlücke sowie der senkrechte Abstand dL der Berührungsnormalen vom Drehpunkt O <1e- Ovalrades eingestellt. Die Verzahnung kann nunmehr be: einer einmaligen Aufspannung des Werkstückes fortlaufend in allen Quadranten des Ovalrades ausgebildet werden.
  • Die Verzahnung nach dem angenäherten Verzahnungsgesetz weist gegenüber der Verzahnung nach dem exakten Verzahnungsgesetz gewisse Abweichungen auf. Diese Abweichungen betreffen den Eingriffswinkel der Verzahnung sowie die Kopf-und Fußweite der Zahnlücken. Außerdem weisen die Flankenteilungspunkte in ihrer Lage gewisse Abweichungen auf.
  • In Bezug auf die Abweichung des Eingriffswinkels ist zu bemerken, daß dieser im Bereich der kleinen Ovalradachse den vorgesehenen Sollwert von 200 aufweist. Beim Übergang zum Diagonalbereich des Ovalrades und anschließend bis zum Bereich der großen Ovalradachse zeigt der Eingriffswinkel eine allmähliche Abnahme vom Sollwert, die im Bereich der großenOvalradachse eine maximale Abweichung von 1, 5 % erreicht. Diese Abweichung tritt sowohl bei der Rechtsflanke, als auch bei der Linksflanke in angenähert gleicher Weise auf. Die Eingriffsgenauigkeit der Verzahnung bei der Paarung von Ovalrädern wird jedoch durch diese Abweichung nur unwesettlich beeinflußt. Vor allem im Diagonalbereich des Ovalrades mit der größen Kraftübertragung gleicht sich diese Abweichung der treibenden Zahnflanke mit jener der getriebenen Zahnflanke des Gegenrades aus.
  • In Bezug auf die Xbweichungen der Kopf- und Fußweite der Zahnlücken ist zu bemerken, daß im Bereich der kleinen und großen Ovalradachse keine nennenswerten Abweichungen von der exakten Verzahnung zu verzeichnen sind. Beim Ubergang zum Diagonalbereich des Ovalrades treten allmählich zunehmende Abweichungen auf, die im Diagonalbereich eine maximale Abweichung von +0,1 % der Zahnteilung erreichen und anschließend zum Bereich der großen Ovalradachse wieder allmählich abnehmen. Die positive Abweichung vom Sollwert der exakten Verzahnung, die ein Ubermaß irstellt, ist jeweils bei den einzelnen Rechtsflanken der Verzahnung zu verzeichnen, während die negative Abweichung, die ein Untermaß zum Sollwert der exakten Verzahnung darstellt, Jeweils bei den Linksflanken der Verzahnung in Erscheinung tritt. Diese verhältnismäßig kleinen Abweichungen liegen innerhalb der erreichbaren Fertigungsgenauigkeit der Verzahnung, so daß dadurch keine nachteilige Beeinflußung der Eingriffsgenauigkeit des Ovalradgetriebes verursacht wird.
  • In Bezug auf die Abweichungen der Lage der Flankenteilungspunkte vom Sollwert der exakten Verzahnung ist zu bemerken, daß im Bereich der großen und kleinen Ovalradachse keine nennenswerten Abweichungen zu verzeichnen sind. Im Diagonalbereich des Ovalrades weist diese Abweichung eine Größenordnung von maximal + 0,04 O für Rechtsflanken und + 0,07 96 für Linksflanken auf, wobei die positiven Abweichungen die x-Koordinaten und die negativen Abweichungen die y-Koordinaten betreffen.
  • Auch diese Abweichungen liegen innerhalb der erreichbaren Fertigungsgenaüigkeit der Verzahnung und sind Infolgedessen ohne Bedeutung.
  • Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ermöglicht die Herstellung einer sehr genauen Ovalradverzahnung. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Verzahnung nach dem angenäherten Verzahnungsgesetz bieten die Möglichkeit, eine immer noch als einwandfrei zu bezeichnende Ovalradverzahnung serienmäßig bei entsprechend niedrigen Fertigungskosten herstellen zu können.

Claims (5)

Patentansprtiche
1. Verzahnung von unrunden Getrieberädern mit einer Teilungslinie variabler Krümmung, insbesondere von Ovalzahnrädern, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die einzelnen Zahnflanken ausgehend von einer Evolute (E) mit den Krümmungsmittelpunkten (K) der einzelnen Zahnflanken-Teilungspunkte (F) der Teilungslinie (TL) nach dem Verzahnungsgesetz für Kreisräder ausgebildet sind und jeweils eine unsymmetrische Zahnlücke bilden.
2. Verzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zahnflanken ausgehend von einer Evolute (E) mit den Krümmungsmittelpunkten (K) der einzelnen Zahnlücken-Teilungspunkte (L) der Teilungslinie (TL) eine Formgebung aufweisen, die nach dem Verzahnungsgesetz für Kreisräder für den jeweiligen Zahnlücken-Teilungspunkt (L) ermittelt und auf die beiden betreffenden Zahnflanken-Teilungspunkte (F) der Teilungslinie (TL) übertragen ist sowie bei unsymmetrischer Zahnform symmetrische Zahnlücken bildet.
3. Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung nach den AnsprUchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß fiir die einzelnen Zahnlücken innerhalb eines Quadranten entsprechende Schneidwerkzeuge angefertigt werden, deren Schneidflanken nach der ermittelten Formgebung der einzelnen Zahnlücken ausgebildet sind, und daß zur Ausbildung der Verzahnung der Neigmgswinkel der serührungsnormalen im betreffenden Zahnlücken-Teilungspunkt und deren senkrechter Abstand vom Achsmittelpunkt des zu verzahnenden Werkstückes relativ zum Schneidwerkzeug eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,zur Herstellung der Verzahnung von Ovalrädern, die um den Mittelpunkt drehbar angeordnet sind und deren Teilungslinie der polaren Gleichung entspricht, wobei a und b die große und kleie Ovalradhalbachse,3 der jeweilige Eingriffsradius eines Teilungspunktes vom Achsmittelpunkt und f der entsprechende Polarwinkel des betreffenden Eingriffsradius zu einer der beiden Ovalradachsen ist, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Zahnlücke innerhalb eines Ovalradquadranten ein besonderes Schneidwerkzeug verwendet wird, dessen unsymmetrische Schneidflanken nach dem auf das Ovalradachsensystem bezogenen Verzahnungsgesetz für Rechtsflanken der Verzahnung (r) Linksflanken der Verzahnung (1) bzw., nach dem umgeformten, auf Berührungsnormale und Tangente im Teilungspunkt der betreffenden Zahnlücke bezogenen Verzahnungsgesetz ausgebildet sind, wobei xFr, yFr bzw. # Fr, # Fr und xFl, yFl bzw. # Fl, # Fl die Koordinaten der Flankenmittelpunkte (MFr, MFl) ; xr, yr bzw. xl, yJ die Koordinaten der Flankenteilungspunkte (Fr, fl); xL, yL die Koordinaten des Zahnlücken-Teillungspunktes (L); 9 KFr, 9 KFl die Krümmungsradien der Flankenteilungspunkte (Fe, Fl); 9 Fl die Krümmungsradien der beiden Zahnflanken; rsr, rsl die Abstände MFr-L bzw. MFl-L; rw den Teilkreisradius der Schneidwerkzeuge; α KFr, α KFl die Neigungswinkel der Berührungsnormalen in den Flankenteilungspunkten (Fr, Fl); ß den Eingriffseinkel der Verzahnung und #r, #l, Wr, Wl Hilfswinkel darstellen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Zahnlücke innerhalb eines Ovalradquadranten ein Schneidwerkzeug verwendet wird, dessen symmetrische Schneidflanken nach dem auf das Ovalradachsensystem bezogenen Verzahnungsgesetz für Rechtsflanken der Verzahnung (r) Linksflanken der Verzahnung (1) bzw. nach dem umgeformten, auf Berührungsnormale und Tangente im Teilungspunkt der betreffenden Zahnlücke bezogenen Verzahnungsgesetzes ausgebildet sind, wobei xr, yr bzw. xl, yl die Koordinaten der Flankenteilungspunkte (Fr, Fl); xFryFr bzw.
f Fr' FR und xFl, YF1 bzw. ß Fl, § Fl die Koordinaten der Flankenmittelpunkte (MFr, MFl); xL, yL die Koordinaten des Zahnlticken-Teilungspunktes (L); L den Flankenkrümmungsradius; 9KL den Krümmungsradius des Zahnlücken-Teilungspunktes (L) ; rs die Abstände MFr-L bzw. MFl-L;c die Abstände Fr-L bzw. Fl-L;α KI, den IJeigungswinkel der Berührungsnormalen im Zahnlücken-Teilungspunkt (L); ß den Eingriffswinkel der Verzahnung und #,f,@s Hilfswinkel darstellen.
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