DE2336570A1

DE2336570A1 - W-n zahnrad der doppellinieneingriffsbauweise

Info

Publication number: DE2336570A1
Application number: DE19732336570
Authority: DE
Inventors: Yoshihisa Fujii; Seishi Honma
Original assignee: HASEGAWA HAGURUMA KK
Current assignee: HASEGAWA HAGURUMA KK
Priority date: 1972-07-26
Filing date: 1973-07-18
Publication date: 1974-02-07
Also published as: FR2194279A5; JPS5412582B2; BR7305639D0; AU5834073A; AU463659B2; JPS4932039A; DD107120A5; CA981060A; US3855874A; GB1432164A

Description

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Kabushiki Kaisha Hasegawa Haguruma Tokyo / Japan

W-N Zahnrad der Doppellinieneingriffsbauweise

Die Erfindung betrifft ein sogenanntes W-N (Wildhaver-Novikov) Zahnrad der Doppellinieneingriffsbauweise. Das Standardzahnprofil dieser Zahnradbauart besteht aus kreisförmigen Kopf- und Fussbögen und einem geradlinigen Segment, das in die kreisförmigen Bögen glatt übergeht. Bei

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derartigen Zahnrädern handelt es sich um die sogenannte Punktberührungsbauart, wobei die Köpf- und Pussbögen hinsichtlich ihrer Kurvenradli sieh voneinander unterscheiden.

W-N Zahnräder mit doppeltem Linieneingriff übertreffen im allgemeinen Zahnräder anderer Bauweise einschliesslich Evolventengetriebe hinsichtlich ihrer Lastaufnahmefähigkeit, Jedoch sind sie gegenüber der sogenannten "Einlaufgrübchenbildung" anfällig. Dieser Umstand ist natürlich vom Standpunkt der Lebensdauer und der Schmierung unerwünscht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein W-N Zahnrad oder eine Zahnradpaarung der genannten Gattung zu schaffen, bei dem das zwischen den geradlinigen Bereichen der kämmenden Zahnoberflächen vorliegende Spiel wirksam erhöht werden soll, so dass in diesem Bereich irgendeine EinlaufgrubchenbiIdULg vermieden wird.

Erfindungsgemäss erfolgt die Erhöhung des Spiels zwischen den geradlinigen Bereichen der kämmenden Oberflächen oder des Abstandes zwischen den kämmenden Oberflächen in Nähe derTeilkreislinie dadurch, dass das Zahnprofil derartig verändert wird, dass die beiden Brührungspunkte jeweils vom Teilkreis weg verschoben sind und ein Druckwinkel von nicht weniger als 50° vorliegt. Gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Spiel zwischen den geradlinigen Bereichen der miteinander kämmenden Zahnoberflächen unter Verwendung des Standardzahnprofils dadurch wirksam erhöht, dass der Achsabstand, der mit-einander kämmenden Zahnräder unter dem normalen Achsabstand reduziert ist.

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Durch die erfindungsgemässen Massnahmen lässt sich die Einlaufgrübchenbildung, die bislang bei Zahnrädern der erwähnten Gattung nicht zu vermeiden war _s auf wirkungsvolle Weise verhindern. Dies erfolgt dadurch, dass das Spiel zwischen den flachen Bereichen der in Eingriff stehenden Zahnoberflächen erhöht wird. Dies lässt sich dadurch erzielen, dass die beiden Berührungspunkte aus ihrer normalen Lage versetzt werden bzw. von der Teilkreislinie weg verlagert werden. Eine andere Möglichkeit zur Erhöhung des genannten Spiels besteht darin, dass die miteinander kämmenden Zahnräder in einem Achsabstand angeordnet werden, der etwas geringer als der normale Achsabstand ist. Neben dem erwähnten Vermeiden der Einlaufgrübchenbildung lässt sich dadurch die Verunreinigung von Schmieröl reduzieren, eine weichere Betriebsweise erzielen und die Lebensdauer erhöhen,

Ansführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Standardzahnprofils für ein W-N Zahnrad mit doppeltem Linieneingriff,

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Eingriffsweise

von zwei W-N Zahnrädern mit einem Standardzahn-• profil gemäss Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines W-M Zahnrades mit doppeltem Linieneingriff mit dem veränderten Zahnprofil nach der Erfindung,

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Pig. 4 eine der Pig. 2 ähnliche Ansicht von zwei miteinander kämmenden W-N Zahnrädern mit dem veränderten Zahnprofil,

Fig. 5 eine den Fig. 2 und 4 ähnliche Ansicht mit Darstellung des Eingriffs eines Paars W-N Zahnräder mit einem Standardzahnprofil, jedoch mit einem unter dem normalen Abstand verringerten Achsabstand,

Fig. 6 eine Skizze eines Zahns von einem gewöhnlichen W-N Zahnrad nach einem Testversuch unter Last und

Fig. 7 eine der Fig. 6 ähnliche Skizze eines Zahns eines W-N Zahnrades gemäss der Erfindung nach einem Test unter Last und mit Darstellung der verhinderten Einlaufgrübchenbildung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend zunächst das Standardzahnprofil von W-N Zahnrädern der genannten Bauweise beschrieben und hierzu auf die Fig. 1 und 2 verwiesen.

Nach Fig. 1 besteht das Standardzahnprofil von W-N Zahnrädern mit Doppellinieneingriff aus den kreisförmigen Kopf- und Fussbögen AD und BC, die glatt in ein dazwischenliegendes, geradliniges Segment AB übergehen und deren Kurvenradi j/r, und r sich voneinander unterscheiden.

W-N Zahnräder der zuvor beschriebenen Art sind solche der

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sogenannten Punktberührungsbauart, und gemäss Fig. 2 befinden sich zwei miteinander kämmende Zähne 1 und 2 derartiger Zahnräder nur an zwei Berührungspunkten 3 und 4 miteinander in berührendem Eingriff. Mit anderen Worten, die beiden miteinander kämmenden Zähne 1 und 2 berühren sich im wesentlichen in der Mitte des Kopfbogens des einen Zahns bzw. in der Mitte des Fussbogens des ande_T ren Zahns. Demzufolge kann die Zahnkonfiguration selbst bei derartigen Zahnrädern kein konstantes Geschwindigkeitsverhältnis geben, so dass auf irgendeine Form einer progressiven Berührung über die Zahnoberfläche zurückgegriffen werden muss. In der Praxis werden Zahnräder dieser Bauweise daher nur als spiralverzahnte Zahnräder mit einer ein gewisses Minimum überschreitenden Zahn-breite eingesetzt und die beiden Berührungspunkte 3 und 4 beschreiben jeweils eine gerade Linie parallel zum Teilkreis.- Aus diesem Grund werden Zahnräder mit dem in Fig. 1 gezeigten Zahnprofil gewöhnlich als W-N Zahriräder mit Doppellinieneingriff bezeichnet.

Verständlicherweise zeigen Zahnräder dieser Bauweise einen wesentlichen Widerstand gegenüber Grübchenbildung auf, d.h. der Absplitterung des Zahnmaterials oder der Kraterbildung in der Zahnoberfläche, die annähernd zwei- oder dreimal so gross ist, wie die bei Evolventenzahnrädern oder anderen Bauweisen. Ferner findet bei W-N Zahnrädern mit Doppellinieneingriff die Eingriffsberührung zwischen einer kovexen und einer konkaven Oberfläche und nicht zwischen konvexen Oberflächen statt, wie dies bei Evolventenzahnrädern der Fall ist. Dies erklärt die wesentliche Herabsetzung der Hertzschen Spannung und die Vergrösserung der Lastaufnahmekapa-

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zität. Andererseits besitzen W-N Getriebe mit Doppellinieneingriff bislang den Nachteil, dass sie gegenüber Grübchenbildung während der Einlaufperiode, d.h. unmittelbar nach erstmaliger Inbetriebsetzung unter Belastung, anfällig sind. Wie ckirJi das Bezugszeichen q in Pig. β angedeutet ist, tritt eine derartige Grübehenbildung gewöhnlich nahe bei der Teilkreislinie auf und erstreckt sich im wesentlichen linienförmig über die gesamte Breite des Zahns. Die Einlaufgrübehenbildung verringert sich, sobald die Zähne eingelaufen sind und beeinträchtigt die Lebensdauer der Zahnräder selbst nicht in wesentlichem Umfang. Dieses Phänomen ist jedoch nicht nur an sich unerwünscht, sondern führt auch zu Schmierproblemen, da die vom Zahnmaterial abgetrennten Partikel das Schmieröl verunreinigen und nachteilig die Zahnoberflächen, die Lager und andere Teile dea Systems beeinflussen.

Der Grund für eine derartige Einlaufgrübchenbildung, die in der Nähe des Teilkreises herkömmlicher W-N Zahnräder mit Doppellinieneingriff auftritt, lässt sich möglicherweise wie folgt erklären. Aufgrund der geometrischen Konfiguration der Zähne sollten sich zwei miteinander kämmende Zähne theoretisch nur an zwei Punkten 3 und 4 berühren, wobei zwischen den eingreifenden Zahnoberflächen in Nähe des Teilkreises ein freier Abstand gemäss Fig. 2 verbleibt. Unter tatsächlichen Lastbedingungen jedoch werden die beiden miteinander kämmenden Zähne aus ihrer normalen theoretischen Lage voneinander weggeschoben, was durch eine Anzahl von Paktoren begründet ist. Dazu zählt beispielsweise die Verbiegung der Zähne selbst und der Zahnradwellen, ein radiales Spiel und Verbiegung der Wellenlager und die Plustoleranz im Abstand zwischen den Zahnradachsen. Folge dieser Umstände ist, dass die Berührungspunkte 3 und 4 nach Fig. 2

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zum Teilkreis J verschoben vrerden und sieh die Last nahe am Teilkreis, d.h. in der Nähe des geraden Bereichs des Zahnprofils konzentriert. In diesem Bereich ist darüber das Zahnprofil tatsächlich evolventenartig, so dass eine Berührung zwischen konvexen Oberflächen vorliegt, was andererseits zu hohen lokalen Spannungen führt. Dies gibt natürlich den Keim für den Beginn und das Portschreiten der Einlaufgrübehenbildung in den Zahnoberflächen.

Andererseits erweist es sich bei der Herstellung von Zahnradschneidwerkzeugen schwierig, die bogenförmigen Bereiche da? !ierkzeugoberf lache so zu gestalten, dass sie glatt in den geraden Bereich übergehen, so dass leicht längs der Übergangslinie zwischen den bogenförmigen und geraden Bereichen ein Grat gebildet wird. Es versteht sich, dass die Verwendung von Zahnradschneidwerkzeugen mit derartigen Graten su Zahnrädern mit entsprechend daran ausgebildeten Graten führt und sich bei derartigen Zahnrädern die Einlaufgrübchenbiiäuog längs der Grate ausbilden wird.

Unter derartigen Umständen wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, den Abstand zwischen den Evolventenbereichen der miteinander in Eingriff befindlichen Oberflächen von zwei kämmenden Zähnen zu erhöhen, so dass auf diese Weise wirkungsvoll irgendeine Einlaufgrubchenbildung in beiden Zahnoberflächen vermieden wird.

Sine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist schematiseh in Fig. 3 durch ausgezogene Linien als Modifikation des Standardzahnprofils 1 nach Pig. I und 2 dargestellt. Das modifizierte Zahnprofil 8 ist grundsätzlich ähnlich

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der Standardform 1, in-dem es ebenso aus kreisförmigen Bögen AD und BC und einem geradlinigen Segment AB gebildet wird und eine Änderung des Verhältnisses des Krümungsradius T₁ des Bogens AD zum Krümmungsradius r₂ des Bogens BC im wesentlichen Ausmasse nicht erforderlich ist. Bei dem modifizierten Profil ist jedoch der Abstand 10 des Mittelpunktes 5 des Bogens DC vom Teilkreis 7 grosser als beim Standardprofil 1. In anderen Worten ausgedrückt beträgt der Abstand 10 beim modifizierten Zahnprofil 8 0,1 Modul oder mehr gegenüber dem beim Standardprofil mit einem Modul von etwa 0.06. Die strichpunktierten Linien 1 nach Fig. 1 betreffen ein Standardzahnprofil gleichen Moduls oder Modulteilung wie das modifizierte Profil 8.

Aus Fig. 4 geht hervor, wie die beiden Zähne 8 und 9 des in der zuvor beschriebenen Weise modifizierten Profils miteinander kämmen. Beim Standardzahnprofil liegen die Berührungspunkte 3 und 4 zwischen den beiden miteinander in Eingriff stehenden Zahnoberflächen im wesentlichen in der Mitte der kreisförmigen Bögen BC bzw. AD, was einen Druckwinkel von weniger als 30° ergibt, vgl. Fig. 1 und 2. Im Gegensatz dazu sind beim erfindungsgemäss modifizierten Zahnprofil die Berührungspunkte 3 und 4 voneinander weg zum Fuss- und Kopf der miteinander kämmenden Zähne verschoben. Dies führt zu einem Druckwinkel von 30° oder mehr gemäss Fig. 4. Dadurch wird der freie Abstand zwischen den betreffenden Zahnoberflächen in der Nähe des Teilkreises 7 im Vergleich zum herkömmlichen Abstand wesentlich erhöht. Wenn daher bei dem modifizierten Zahnpro-

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fil unter Lastbedingungen aufgrund von Verbiegung oder Spiels zugeordneter Teile die Berührungspunkte 3 und 4 zum Teilkreis 7 verschoben werden, verbleibt stets ein wesentlicher freier Abstand nahe dem Teilkreis, d.h. zwischen den Evolventenbereichen der miteinander in Eingriff stehenden Zahnoberflächen, so dass in diesem Bereich irgendeine EinlaufgrUbchenbildung wirkungsvoll unterdrückt wird und zwischen zwei kämmenden Zahnrädern ein idealer Berührungszustand vorliegt.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist schematisch in Pig. 5 dargestellt. Während bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 die miteinander kämmenden Zahnräder in normalem Achsabstand liegen und die Teilkreise 7 der Zähne 8 und 9 aufeinanderfallen, sind sie gemäss der Ausführungsform nach Fig. 5 um einen, um 0.015 bis 0.06 Modul geringeren Achsabstand als der normale erfindungsgemäss versetzt, obgleich sie das gleiche' Zahnprofil wie das nach Fig. 4 aufweisen. Mit anderen Worten sind die Teilkreise 7 und 12 der Zähne 1 und 2 erfindungsgemäss um einen Abstand von 0,015 bis 0.06 Modul so voneinander getrennt, dass die Berührungspunkt 3 und 4 voneinander weg zum Kopf- oder Bodenende der eingreifenden Zahnoberflächen verschoeben sind. Dies ergibt einen Druckwinkel von 30° oder mehr. Dadurch wird der freie Abstand zwischen den eingreifenden Oberflächen in der Nähe der Teilkreise 7 und 12 erhöht und irgendeine Einlaufgrübchenbildung wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 wirkungsvoll verhindert.

Aus der vorhergehenden Erläuterung wird daher verständlich, dass die erfindungsgemäss ausgelegten W-N Zahnräder

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der Doppellinieneingriffsbauweise frei von irgendeiner Einlaufgrübchenbildung sind und daher ihre Lastaufnahmekapazität, die diejenige von Evolventenzahnrädern übertrifft, voll ausgeschöpft werden kann. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile wurden experimentell bestätigt. Die einer Fotografie nachgebildete Skizze nach Fig. 7 zeigt ein Ergebnis durchgeführter Versuche. Im Gegensatz zu der in Fig. 6 bei herkömmlicher Vorgehensweise beobachteten Einlaufgrübchenbildung, war diese in der Nähe des Teilkreises nicht festzustellen, obschon die Zahnoberfläche selbstverständlich in der Nähe der beiden Berührungspunkte einem gewissen Verschleiss unterworfen war.

Somit ist durch die Erfindung ein neues und verbessertes W-N Zahnrad nach der Doppellinieneingriffsbaueweise in verschiedenen Ausführungsformen geschaffen, welches die eingangs erwähnten Nachteile bekannter W-N Zahnräder nicht mehr aufweist.

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Claims

Patentansprüche

l.j W-N Zahnrad nach der Doppellinieneingriffsbauweise, gekennzeichnet durch ein derart modifiziertes Zahnprofil, dass die "beiden Berührungspunkte (3, 4) zwischen den in Eingriff stehenden Zahnoberflächen aus ihrer normalen Lage bzw. in Richtung weg vom Teilkreis (7) so verschoben sind, dass der Druckwinkel nicht weniger als 30° beträgt und der freie Abstand zwischen den im wesentlichen flachen zwischenliegenden Bereichen der beiden Zahnoberflächen erhöht ist.
2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnprofil durch Abstandshaltung des Mittelpunktes (35)d. kreisförmigen Fussbogens(BC)vom Teilkreis (7) um einen Betrag von nicht weniger als 0.1 Modul modifiziert ist.

3« Getriebe mit einem Paar W-N Zahnrädern der Doppellinieneingriffsbauweise, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden miteinander kämmenden Zahnräder in einem geringfügig kleineren Achsabstand als der normale Achsabstand gehalten sind, so dass die beiden Berührungspunkte (3t ¹O zwischen den in Eingriff stehenden Zahnoberflächen aus ihrer normalen Lage bzw. in Richtung weg vom Teilkreis verschoben sind.

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