DE2212671C3 - Kegelradgetriebe mit kreisbogenförmigen Flankenlinien - Google Patents

Description

und ft = gemeinsame Zahnhöhe (Eingriffstiefe oder Abstand der Zahnkopfkreise von Ritzel und Tellerrad im Eingriff);

der Flankuiwinkel des Bezugsprofils beträgt U_0n = 20 bis 24".

2. Kegelradgetriebe mit kreisbogenformigen Flankenlinien, mit treibendem ilitzel und getriebenem Tellerrad, bei dem die Zahnbezugsprofile durch eine auf die Schnittwerkzeuge für Ritzel und Tellerrad bezogene Profilverschiebung der Zahnmittellinien um gleiche Strecken nach entgegengesetzten Richtungen korrigiert sind (V-NuIl-Getriebe), gekennzeichnet durch folgende, auf das zugeordnete imaginäre Stirnradgetriebe (Bezugsgetriebe) bezogene Merkmale:

Der Abstand der Kopfkanten der Zähne des Tellerrades (2) von der Achse (0) des Ritzels (1) ist um das bis zu 0,1 fache des Stirnmoduls (m_es) größer als der Teilkreisradius (r_em) des Ritzels (1); das Verhältnis der Kopfhöhen ^- für Ritzel (1)

^ftdfc2

und Tellerrad (2) beträgt - 13 bis -76;

die volle Zahnhöhe (h_el; h_e2) für Ritzel (1) und Tellerrad (2) beträgt h_e = 1,356 bis 1,688 ■ m„, wobei m_ts = Stirnrad-Modul;

der Zahnhöhenfaktor beträgt y_e = 0,6 bis 0,75, wobei

2m.

und h_eg = gemeinsame Zahnhöhe (Abstand der Zahnkopfkreise von Ritzel und Tellerrad im Eingriff)!
der Flankenwinkel des Bezugsprofils beträgt

a_On = 20 bis 24°,

Die Erfindung bezieht sich auf Kegelradgetriebe mit kreisbogenformigem Längsverlauf der Zähne, mit treibendem Ritzel und getriebenem Tellerrad, bei dem die Zahnbezugsprofile durch eine, apf die Schnittwerkzeuge für Ritzel und Tellerrad bezogene Profilverschiebunj» der Zahnraittellinien komgiert sind.

Nach Niemann sind Profilverschiebungen für Kegelradpaarungen grundsätzlich, also auch mit Bogenverzahnung, möglich. Jedoch ist die V-Verfo zahnung für Kegelradgetriebe problematisch, ^o sind die bekannten Korrigiersysteme für Kegelradgetriebe auf der V-NuIl-Verzahnung aufgebaut.

Grundlage des »GIeason«-Systems ist die Gleichheit zwischen den Almen-Straub-Kemowerten P₁ViT, im Eingrifisbeginn am Zahnfuß des Treibrades und P_nV₁₁T_n im Verzahnungsende am 2khnfuß getriebenen Rades.

Hier ist

P, und P₁, Werte der Flankenpressungen nach der

Hertz-Formel;

V, und V_n Gleitgeschwindigkeiten an denselben Stellen (Punkten) (im Beginn des 1. und am Ende des 2. Eingriffs);

T, und T_n Abstand zwischen Wälzpunkt und Eingriffspunkt (Berührungspunkt) im Beginn des 1. bzw. am Ende des 2. Eingriffs.

Bei diesem System beträgt die kleinste Zähnezahl des Ritzels in Getrieben für Lastkraftwagen, Kraftomnibusse und Schlepper sechs.

Die Dicke der zugeordneten Zähne bei Tellerrad und Ritzel wird nach bekannten Gleichungen für die Dauerfestigkeit beim Biegen berechnet bzw. aus Diagrammen gewählt.

Als Grundlage des von ENIMS (Experimentelles Forschungsinstitut für Metallbearbeitungsmaschinen in der UdSSR) entwickelten Systems (siehe z. B. W. N. Kedrinski, K.M. Pismanik »Maschinen zur Herstellung von Kegelrädern«, 1958. Moskau), das hauptsächlich für Zahnräder im Werkzeugmaschinenbau und im allgemeinen Maschinenbau bestimmt ist, wird die Gleichheit des spezifischen Gleitens der Zähne im Beginn und am Ende des Eingriffs bei V-Null-Korrektur angenommen.

Bei diesen Systemen ist auch eine Profilseitenverschiebung vorgesehen, die es ermöglicht, in entsprechender Weise die Zahndicke auszuwählen.

In der Praxis des Kraftfahrzeugbaues ist eine möglichst geringe Zähnezahl, nicht selten auch eine Zähnezahl von 5, für das Ritzel durchaus wünschenswert, urn bei einem großen übersetzungsverhältnis einen möglichst kleinen Durchmesser des Tellerrades und eine entsprechend große Bodenfreiheit zu erhalten.

Jedoch wird bei den bekannten Systemen die erforderliche Grübchensicherheit und insbesondere die Zahnbruchsicherheit der Zähne bei einem sechs Zähne aufweisenden Ritzel nicht und η och weniger bei einem nur fünf Zähne aufweisenden Ritzel gewährleistet.

Gleichzeitig damit beschränkt der bei einem fünf Zähne oder sechs Zähne aufweisenden Ritzel ungenügende Wellendürchmessef des Ritzels die Größe des übertragbaren Drehmoments.

Ist es erforderlich, diesen Durchmesser etwas zu Vergrößern j so entsteht üblicherweise ein Einschnitt an der Welle dieses Rades, wodurch eine starke Ver-

piinderung der Festigkeit und eine Verringerung der Lagerfläche der Ritzelfläche verursacht wird.

Bei einem Solldurchrnesser des getriebenen Rades aber, z. B. bei einer Zähnezahl von Z₂ = 40, der durch die erforderliche Bodenfreiheit bestimmt wird, ergibt der übergang von einem sieben Zähne aufweisenden Ritzel zum fünf Zähne aufweisenden Ritzel eine Vergrößerung des Übersetzungsverhältnisses von 5,7 auf 8, & h. um 40%. Deshalb wird zwecks Erhöhung der Festigkeit des Ritzels für ein großes übersetzungsverhältnis das Hypoidgetriebe verwendet.

Der übergang zu einem Hypoidgetriebe ist jedoch mit mehreren Schwierigkeiten verbunden. Dazu gehören die Notwendigkeit der Benutzung von Sonderschmierstoffen und die erhöhten Anforderungen an die Güte der Oberflächen. Hypoidgetriebe weisen ferner einen relativ niedrigen Wirkungsgrad auf, der durch das Vorhandensein einer zusätzlichen Reibung in Richtung der Hyperboloid-Mantellinie verursacht ist

Außerdem kann die Anwendung einer V-NuIl-Korrektur und einer Profilseitenverschiebung Für Kegelradgetriebe mit einer relativ kleinen Zähnezahi der Räder (9 bis 12) und mit kleinen Übersetzungsverhältnissen i = 1,7 bis 2,25 keine günstige Wirkung in bezug auf die Biegefestigkeit und die Flankenpressung ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zahnform so zu wählen, daß das Kegelradgetriebe es ermöglicht, die Grübchensicherheit bzw. Zahnbruchsicherheit der Zähne des Treibritzels und auch des Tellerrades zu erhöhen, eine minimale Zähnezahl des Treibritzels bei größtem Durchmesser der Ritzelwelle ohne Welleneinschnilt aufzunehmen und einen minimalen Außendurchmesser des Tellerrades zu gewährleisten, was eine besonders große Bedeutung bei großen Übersetzungsverhältnissen in einer Stufe hat.

Die gestellte Aufgabe ist für verschieden große Verschiebungsstrecken der Profilkorrektur durch die Angaben im Kennzeichnen des Anspruchs 1 und. wie bei Kegelradgetrieben mit evolventischen im Längsverlauf kreisbogenförmigen Zähnen bekannt, für gleich große Verschiebungsstrecken durch die Angaben im Kennzeichen des Anspruchs 2 gelöst.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführung der Räderzähne des Kegelradgetriebes weisen die Ritzelzähne einen verdickten Fuß und einen verdünnten Kopf auf.

Außerdem schneidet so der Kopfkreis des Tellerrades die Eingriffslinie hinter dem Wälzpunkt in einem Abstand bis 0,1 des Zahnradmoduls (Stirnmoduls), so daß die Zähne des Tellerrades den Eingriff durch ihren Fuß auf dem Zahnkopf des Ritzels beginnen (anfangend von den Teilkreisen). Der Arbeitsabschnitt der Eingriffslinie ist also durch eine erhebliche Vergrößerung der Profilverschiebung des Ritzels und des Tellerrades so hinter den Wälzpunkt verlegt, daß die Grenze des Beginns der Eingriffslinien-Arbeitsabschnitte bevorzugt in einem Abstand von 0,1 des Stirnmoduls vom Wälzpunkt liegt. Dadurch nehmen der Wälzpunktbereich, die Kopfabschnitte der Ritzelzähne und die Fußabschnitte des Tellerrades, die (anfangend Von den Teilkreisen) am Wälzpunktbereich anliegen, keinen Anteil am Eingriff, d, h, ein in bezug auf die Entstehung von Grübchenbildung sehr anfälliger Wälzpunktbereich am Zahnprofil des Ritzels wird aus dem Eingriff eliminiert. Gleichzeitig damit werden auch die Bereiche der Zahnfüße des Ritzels und der Zahnköpfe des Tellerrades, die am stärksten den Grübchenbildungen unterworfen sind, vollständig aus dem Eingriff eüminiert.

Im Zusammenhang mit den oben ausgeführten Darlegungen weist das erfindungsgemäße Kegelradgetriebe im Vergleich mit den bestehenden Kegelradgetrieben eine wesentlich höhere (mehr als die

ίο doppelte) Wälz-Biegungs-Dauerfestigkeit der Zähne auf. Außerdem ermöglicht es das erfindungsgernäße Kegelradgetriebe, eine minimale Zähnezahl des Ritzels bei möglichst großem Durchmesser der Ritzelwelle ohne Einschnitt oder mit kleinstem Einschnitt und eine erheblich größere Auflagefläche des vorderen und hinteren Wellenhalszapfens vorzusehen, bei gegebener Getriebesollänge ein wesentlich größeres übersetzungsverhältnis zu erzielen und ein kleineres Gewicht und kleinere Außenabmessungen sowie eine große Laufruhe zu erreichen.

Das erfiiidungsgeraäße Kegelradgetriebe kann, wie erwähnt, sowohl mit einer V-Ni .-Verzahnung als auch mit einer V-Verzahnung, also ciit ungleichen Profilverschiebungen, ausgeführt werden; dabei ist diese Korrektur bei bekannten Systemen überhaupt nicht vorgesehen und ist bis jetzt nicht angewandt worder

Das erfindungsgemäße Getriebe mit V-Verzahnung ermöglicht es, den Anwendungsbereich korrigierter Getriebe mit relativ kleiner Zähnezahl der Ritzel (5 bis 13) und kleiner Gesamtzahl dev Getriebezähne Z_c·= 27 bis 40 (von 5/22 bis 5/30; von 6/21 bis 6/29; von 7'20 bis 7/29; von 8/19 bis 8/29; von 9/18 bis9/29; von 10/17 bis 10/29; von 11/18 bis 11/29 und von 12/20 bis 12/25) sowie mit relativ kleinen Übersetzungsverhältnissen von i = 1,7 und darüber erheblich zu erweitern und insbesondere den ganzen Bereich von Kegelradgetrieben der ersten Stufe bei zweistufigen Untersetzungsgetrieben der Kraftwagen-Antriebsachsen zu erfassen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels eines kreisboj.enverzahnten Kegelradgetriebes und der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 Schnitt des Aufbauschcmas des erfindungsgemäßen Kegelradgetriebes,

F i g. 2 für den Fall einer V-Null-Verzahnung angegebener Zahnradeingriff, der am Rückenkegel dargestellt ist,

Fig. 3 derselbe Zahnradeingriff in derselben Darstellungsweise für den Fall einer V-Verzahnung. Das Kegelradgetriebe mit kreisförmiger Bogenverzahnung enthält das Ritzel als Treibrad den Index 1 (Fig. 1, 2, 3) und das Tellerrad als getriebenes Rad den ^T-idsx 2.

Das Verhältnis zwischen den Zahnelementen (Zahneinzelgrößen) bei diesem Getriebe wird heim Entwerfen durch die Annahme der entsprechenden Profilverschiebungsfaktoren X₁ und X₁ des Bezugsprofils für jedes der Getrieberäder und der Kopfkreisdurchmesser d_ekl und ä_ek2 der Ersatzstimräder bestimmt.

Die erwähnten Werte sind für den allgemeinen

Fall einer V-Verzahnung (F ί g. 3) durch folgende

Gleichungen verbunden:

de» = m_es [Z₁ + 2 cos O₀₁ {y_es + X₁ - Zc₃)],

deki = wi„ Cz₂ + 2 cos <5_O2 (y_es ± X₂- fcj].

Hier ist

d_M und d_ek2 Kopfkreis-Durchmesser des Ritzels

bzw. des Tellerrades,
z, und z₂ Zähnezahl beim Ritzel bzw. Teller-

fad,

/fi„ Stirnmodul,

X₁ und X₂ Profilverschiebungsfaktoren des Bezugsprofils,
S₀₁ und (5_O2 Teilkegelwinkel des Ritzels und des το

Tellerrades,
k_s Faktor der Kopfkreiskürzung.

Im Falle X₁ = -x₂ ist k_s = 0.

Die Höhe h_kl des Zahnkopfes am Ritzel 1 ist für den Fall einer V-Verzahnung gleich 1,23 bis 1,78 des Stirnmoduls m_cs vom Radius r_eOl des Teilkreises angenommen.

Der Radius r_eOi wird aus folgender Gleichung ermkteit:

Der Flankenwinkel des Bezugsprofils wird angenommen a = 20 bis 24°, der Zahnschrägungswifikel (Mitte Zahnbreite Und Wälzkegel) β = 35 bis 45°; der Zahnhölienfaktor y_ti = 0,6 bis 0,8; y_s = 0,156 bis 0,188.

Für die Ausführung eines Kegelradgetriebes mit V-Null-Verzahnung (Fig. 2) werden folgende Gleichungen benutzt:

<Ui = '»« Ui + 2 cos <5₀₁ {y + X₁)],
dcki = '"«l>2 + ^{2 cos} '⁵o2 (y + XiÜ ·

Hier ist X₁ = — X₁, und O₀₁ und <5_O2 ist der Teilkegelwinkel des Ritzels und des Tellerrades.

Die Höhe des Zahnkopfes am Ritzel 1 (li_ekl) ist gleich 1,22 bis 1,6 ra„ vom Radius r_eOi des Teilkreises, wobei r_eOl aus der Gleichung

'cOl — "ο

^r<K)l 2 ' ermittelt wird.

Die Höhe /1^₂ des Zahnkopfes am getriebenen

Die Höhe h_k2 des Zahnkopfes am Tellerrad 2 vom 25 Rad (Tellerrad) 2 vom Radius des Erzeugungswälz-Radius r_e02 des Teilkreises ist gleich 0,3 bis 0,95 des kreises (Teilkreises) ist gleich —0,02 bis — 0,1 m_es Stirnmoduls m_s angenommen, wobei r_e02 aus der angenommen, wobei r_c02 aus der Gleichung Gleichung

^rc02 —

30

ermittelt wird.
Die volle Höhe

h_el, _e2
6 bi 1

der Zähne bei beiden

Rädern ist gleich 1,356 bis 1,788 des Stirnmoduls m_es. Die gemeinsame Zahnhöhe (Eingriffstiefe) beträgt h_eg = 1,2 bis 1,6 des Stirnmoduls m_ai das Verhältnis jfü- = 1,30 bis 6,0.

Beim Eingriff stellen sich die Zahnräder so ein, daß der Abstand zwischen dem Zahnkopf des Tellerrades 2 und der Achse des Ritzels 1 auf der Radmittellinie des Ersatz-Stirnradgetriebes (Bezugsgetriebes) den Teilkreis des Ritzels um einen Wert bis 0,5 m_es übertrifft bei X₁ +x₂ > 0 und bis 0,1 wi^beix, +x₂ = 0.

Kennwerte

ermittelt wird. Die Zahnkopfhöhe ist negativ, da die Profilmittellinie über den Kopfkreis hinaus verschoben wird.

Die volle Höhe h_el, _e2 der Zähne bei beiden Rädern ist gleich 1,356 bis 1,688 /n„, die gemeinsame Zahnhöhe (Eingriffstiefe) h_eg = 1,2 bis 1,5 m_es, das Verhältnis ^- = -13 bis -76, O_0n = 20 bis 24°; n_ei2

Zahnschrägungswinkel ß_m = 35 bis 45°; der Zahnhöhenfaktor y_es = 0,60 bis 0,75; y_s = 0,156 bis 0,188. Nachstehend wird eine Tabelle mit Kennwerten von Verzahnungen für kreisbogenverzahnte V-NuIl- und V-Kegelradgetriebe angeführt.

ngrößen der Zahnräder	Gleichverschiebungs-	Ungleichverschiebungs-
	Korrektur	Korrektur
	(V-Null-Verzahnung) 2	(V-Verzahnung) 3
= Zähnezahl des Ritzels	7	11
= Zähnezahl des Tellerrads	36	24
= Stirnmodul	6,08	9,193
= Flankenwinkel des Bezugsprofils	23°	20°
= Schrägungswinkel in der Mitte der Zahnbreite	38°	35C
= Walzkegel-Länge	111,489	122^09
= Zahnkopfhöhe des Ritzels	8,026	13,811
= Zahnfußhöhe des Ritzels	0,912	0,685
= Zahnkopfhöhe des Tellerrades	-0,122	3,093
= Zahnfußhöhe des Tellerrades	9,059	11,402
= Durchmesser des Ritzel-Kopfkreises	58,016	126,23
= Durchmesser des Tellerrad-Kopfkreises	218,836	223,21

Fortsetzung

Kcn»i!ri)I.Wn der Zahnräder

f/₀₍ = Durchmesser des Rilzcl-Tcilkrciscs f/,,2 = Durchmesser des Tcllcrad-Teilkrcises h = volle Zaliriliöhc /i₉ = gemeinsame Zahnliölic Λ_Οι = Tcilkegelwinkcl des Ritzels (Ί₀₂ = Tcilkegelwinkcl des Tcllcrradcs Zahnfußkegclwinkcl des Ritzels Zahnrußkcgclwinkcl des Tellerradcs Dem Radialspiel entsprechender Winkel Ritzel-Zahnhöhc in der Normalen bis zur Sehne Rilzcl-Zahndickc nach der Sehne in der Normalen Zahnhöhe des Tcllcrradcs in der Normalen bis zur Sehne

Zahndickc des Tcllcrradcs nach der Sehne in der Normalen

Gleich versehiebungs-	42,56	L'nüleichverschiehungs
Korrcklur	218,88	Korrektur
(V-NuII. Ver/iihnuhg)	8,938	(V-Ver/ahnunpl
2	7,904	.1
11,0018"	101,123
78,9964'	220,632
10,5331	14,496
74,351	12,767
0.534"	24,293
6,144	63,785
9,59	23,973
6,04	58,502"
0,806
9.01
13,67
9,04

7,79

12,19

luir Dreh- liearbeitung	Rcchnungs- winkel zur Kontrolle des Aclisenwinkeis	l'ür Drch- hearbcilunji	Heeh tiungs- winkcl zur Kontrolle des Achsenwirikels
15,647	15,1192	31,4980	30,7077"
79.465	78,9339	66,0267	65,2264"

i)_u = Kopfkcgclwinkcl des Ritzels ^Λΐ2 ⁼ Kopfkcgclwinkcl des Tcllcrradcs

Vcrglcichslabcllc von Zahnkchiiwcrtcn des crfindungsgcrnäßen Getriebes und der Getriebe bekannter Systeme bei V-Null-Verzahnung

Kenngrößen der Zahnräder

h_eg = gemeinsame Zahnhöhe Zahnhöhenfaktor /„
h_c„ = Zahnhöhc

h_el = Zahnkopfhöhe des Treibrades h_cl = Zahnkopfhöhe des getriebenen Rades

Verhältnis '^^

l'rRl

i[_n„ = Flankenwinkel des Bezugsprofils

[t_m = Zahnschrägungswinkel in der Mitte der Zahnbreite

1% = Höhenfaktor des Radialspiels

hrfinuungsgcmüücs Svsicm	Bekannte Systeme	RNlMS
	Gjeason	1,4 bis 2,0
1,2 bis 1,5	1,5 bis 1,7	0,7 bis 1,0
0,60 bis 0,75	0,75 bis 0,85	1,56 bis 2,2
1.356 bis 1,688	1,666 bis 1,888	1.235 bis 1,57
1,22 bis 1,6	1,21 bis 1,285	0,165 bis 0,43
-0,02 bis -0,1	0,215 bis 0,49	3,65 bis 7,5
-13,0 bis -76	2,47 bis 5,97	20"
20 bis 24'·	14,5 bis 16"
	bevorzugt 20"	0 bis 45"
35 bis 45"	35 bis 40°	0,16 bis 0,2
0,156 bis 0,188	0.106 bis 0,188
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Kegelradgetriebe mit kreisbogenformigen Flankenlinien, mit treibendem Ritzel und getriebenem Tellerrad, bei dem die Zahnbezugsprofile durch eine auf die Schnittwerkzeuge für Ritzel und Tellerrad bezogene Profilverschiebung der Zahnmittellinien um ungleiche Strecken (V-Getriebe) korrigiert sind, gekennzeichnet durch folgende, auf das zugeordnete imaginäre Ersatz-Stirnradgetriebe (Bezugsgetriebe) bezogene Merkmale:

Der Abstand der Kopfkanten der Zähne des Tellerrades (2) von der Achse (0) des Ritzels (1) ist um das bis zu 0,5fache des Stirnmoduls {m_es) größer als der Teilkreisradius (r_eOl) des Ritzels (1);

das Verhältnis der Kopfhöhen -^- für Ritzel (1)

und Tellerrad (2) beträgt 1,3 bis 6,0;

die volle Zahnhöhe (A_el; h_e2) für Ritzel (1) und Tellerrad (2) beträgt h_e = 1,356 bis 1,788 · m„, wobei m^ = Stirnrad-Modul;

der Zahnhöhenfaktor y„ beträgt 0,6 bis 0,8, wobei