DE2445104C2

DE2445104C2 - Stirnrad, dessen evolventenförmiges Zahnprofil längs der Zahnbreite unterschiedliche Korrekturen aufweist

Info

Publication number: DE2445104C2
Application number: DE19742445104
Authority: DE
Inventors: Erwin J. Widen Günter
Original assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Current assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Priority date: 1974-03-07
Filing date: 1974-09-20
Publication date: 1982-06-03
Also published as: DE2445104A1; CH564999A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Stirnrad, dessen evolventenförmiges Zahnprofil längs der Zahnbreite unterschiedliche Korrekturen aufweist, zur Verwendung entweder als Werkzeugzahnrad für das Fertigrollen schrägverzahnter Zahnräder in kaltem Zustand, oder zur Verwendung in einem schnellaufenden Getriebe mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mindestens 80 m in der Sekunde und einer Zahnbreite von mindestens 100 mm.

Aus der Zeitschrift »Werkstatt und Betrieb« 107 (1974)2, S.65-71 ist es bekannt, daß beim Rollen schrägverzahnter Stirnräder d\t Durchbiegung und Flankenpressung der Zähne über die Zahnbreite unterschiedlich sind. Bei Schrägverzahnungen verläuft die Berührungslinie schräg über die Zahnflanke. In der genannten Literaturstelle wird daraus gefolgert, in einer stirnparallelen Meßebene nahe dem Zahnende, an dem die Berührungslinie unten beginnt, werde die Flankenpressung am Zahnkopf wesentlich größer als in einer stirnparallelen Meßebene nahe dem anderen Zahnende, in der der Kopf und die gesamte Flanke in Eingriff seien. Auf der Seite der hohen Flankepressung werde mehr Werkstoff plastisch verformt als auf der gegenüberliegenden Seite. Eine ähnliche Erscheinung trete am Zahnfuß auf. Außerdem sollen unterschiedlich hohe Angriffspunkte, bedingt durch die schräge Berührungslinie, verschieden große Zahndurchbiegungen hervorrufen. Es wird deshalb empfohlen, beim Zahnradrollen die Werkzeugflanken mit Evolventen- und Zahnrichtungskorrekturen auszuführen. Zum Ermittein der am Rollrad gewünschten Korrekturformen sollen Punkte berechnet werden, die beim Abwälzen des Werkzeugs und des Werkstücks miteinander kämmen. Daraus lasse sich eine Vorschrift für das Rollwerkzeug entwickeln, wobei der Härteverzug und die gewünschte Zahnform des Werkstücks mitberücksichtigt werden müssen. Wie diese Vorschrift im einzelnen beschaffen sein soll, ist der genannten Literaturstelle nicht zu entnehmen.

Allgemein bekannt sind ferner Profilkorrekturen evolventenförmiger Zahnflanken in Form einer Längsoder Breitenballigkeit, bei der die Zahnflanken gegen die Zahnenden hin zurückgenommen sind, sowie in Form einer Höhenballigkeit, bei der die Zahnflanken im Bereich des Zahnkopfes und/oder des Zahnfußes zurückgenommen sind. Diese beiden, beispielsweise in der Zeitschrift »ATZ« 56 (1954)4, S. 99-101 beschriebenen Profilkorrekturen können zwar bekanntermaßen miteinander kombiniert werden, bleiben aber voneinander unabhängig, so daß ein bestimmtes, beispielsweise durch Zahnkopf- und Zahnfußrücknahme korrigiertes Evolventenprofil über die gesamte Zahnbreite konstant ίο bleibt, unabhängig davon, ob der betreffende Zahn zusätzlich zu dieser Höhenballigkeit auch eine Breitenballigkeit aufweist oder nicht Solche balligen, von der theoretischen Evolventenfläche abweichenden Zahnformen dienen hauptsächlich der Vermeidung örtlich überhöhter Belastungen, die ohne derartige Korrekturen einerseits von Zahndurchbiegungen und andererseits von Torsionsbeiastungen eines Zahnritzels oder von Achsparallelitltsfehlern zweier miteinander kämmender Räder hervorgerufen werden können.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die bekannten Korrekturen weder beim Fertigrollen schrägverzahnter Stirnräder noch bei schnellaufenden Getrieben imstande sind, längs der Zahnbreite unterschiedliche Eingriffsverhältnisse auszugleichen. Solche über die Zahnbreite unterschiedlichen Eingriffsverhältnisse entstehen beim Fertigrollen mit bekannten schrägverzahnten Stirnrädern durch elastische Verformungen, vor allem aber durch plastische Verformungen, die den Werkstoff des Werkstückzahnrades längs der schräg über die Zahnflanken verlaufenden Berührungslinien wandern lassen. Bei schnellaufenden Getrieben mit bekannten gerad- oder schrägverzahnten Stirnrädern entstehen die längs der Zahnbreite unterschiedlichen Eingriffsverhältnisse vor allem dadurch, daß die Zahnräder sich im mittleren Bereich ihrer Zahnbreite stärker erwärmen, da von dort die Zahnreibungs-Verlustwärme schlechter abgeleitet wird als aus den Randbereichen. Das wärmebedingte »Wachsen« der Zähne in ihrem mittleren Bereich führt bei bekannten Zahnrädern dazu, daß im mittleren Bereich die Eingriffsteilung größer und der Eingriffswinkel kleiner wird al^r. in den Randbereichen, wodurch sich das Tragbild verschlechtert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Stirnrad gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Verwendung als Werkzeugzahnrad für das Fertigrollen von Zahnrädern bzw. gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 2 zur Verwendung in einem schnellaufenden Getriebe derart weiterzubilden, daß der über die Zahnbreite unterschiedliche Einfluß der beim Fertigrollen auftretenden plastischen Werkstoffverformung bzw. der im schnellaufenden und insbesondere hochbelasteten Getriebe auftretenden Erwärmung ausgeglichen wird.

Die Aufgabe ist für ein schrägverzahntes Stirnrad zur Verwendung als Werkzeugzahnrad für das Fertigrollen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, und für ein gerad- oder schrägverzahntes Stirnrad zur Verwendung in einem schnellaufenden Getriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst.

Es ist zwar bekannt (DE-OS 15 52 172 und US-PS 33 62 059), bei einem Werkzeugzahnrad zum Fertigbearbeiten von Verzahnungen die Flanke jedes Zahnes in zwei Abschnitte mit verschiedenen Eingriffswinkeln, einen für die Zahnkopfzone und den anderen für die Zahnfußzone, zu unterteilen. Jeder der beiden Eingriffswinkel ist jedoch über die Zahnbreite konstant.
Dem gegenüber weist die Oberfläche der Zahnflan-

ken gemäß der Erfindung eine sich in Zahnlängsrichtung verändernde topografische Form auf, die dem Werkstofffluß beim Fertigrollen bzw. Wärmestauungen in den Verzahnungen eines schnellaufenden Getriebes Rechnung trägt

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung mit weiteren Einzelheiten erläutert Es zeigt

F i g. 1 die Veränderung des Eingriffswinkels längs eines Zahnes;

F i g. 2 Überlagerungen verschiedener Flankenkorrekturen.

In F i g. 1 sind d;e theoretische Evolventenfläche 1 und die davon abweichende tatsächliche Form 2 einer Zahnflanke einei Zahns 3 dargestellt

Die Profillinie A\ besitzt einen wesentlich kleineren Eingriffswinkel als derjenige, welcher der zugrunde gelegten theoretischen Form der Flanke 1 entspricht; außerdem ist auch noch eine ProfilLalligkeit d.h. Fuß-und Kopfrücknahme überlagert. Die Profillinie B, und vor allem die Profillinie Q haben weniger große Abweichungen im Eingtiffswinkel gegenüber der theoretischen Form. Auch sind in diesen beiden Profillinien die Fuß- und Kopfrücknahmen gemildert. Die Profillinie D\ und noch stärker die Profillinie E\ weisen, verglichen mit der theoretischen Form einen wesentlich größeren Eingriffswinkel auf, wobei auch die überlagerten Fuß-und Kopfrücknahmen wiederum unter sich verschiedene Werte zeigen.

Die verschiedenargtigen Verläufe der Längslinien Fi, G\, Hu /1 und K\ bzw. die verschiedenartigen Abweichungen dieser Längsünien von der theoretischen Schraubenform einer Schrägverzahnung ist deutlich ersichtlich. Dies ist in erster Linie bedingt durch die verschiedenen Eingriffswinkel und Fuß- und Kopfrücknahmen längs der Zahnbreite und besonders gegen die Zahnenden hin.

Nimmt man ansteile eines Zahnrades für ein Getriebe ein beispielsweise der Kaltverformung dienendes Werkzeugzahnrad an, so sind anstelle der Balligkeiten, d. h. anstelle von Fuß- und Kopfrücknahmen die Zahnfuß- und die Zahnkopfzonen gegenüber der theoretischen Form anzuheben. Diese Anhebungen sind in der Regel gegen die Zahnenden hin besonders ausgeprägt

In F i g. 2 ist die eine Flanke 4 eines Zahnes 5 dargestellt, bei dem eine ganz beliebige Überlagerung auf die theoretische Form der Flanke angenommen ist, um das Prinzip für extreme Anforderungen besser darzustellen.

Wenn keine Überlagerung auf die theoretische Form vorhanden ist dann entsprechen die als Stirnschnitte durch die Zahnflanke gedachten Profillinien A2, B2, C2, Di und E₂ einer Evolvente.

Die Längsünien F₂, G₂, H2, I₂ und K2 entsprechen analog dazu Schraubenlinien bei Schrägverzahnung, z. B. F2 der Kopfschraubenlinie, H2 der Teilzylinder-Schraubenlinie und Ki der Fußschraubenlinie. Bei Geradverzahnung gehen die Schraubenlinien in Gerade über, d. h. in Schraubenlinien mit unendlich großer Steigung. Bei der dargestellten Überlagerung von Flankenkorrekturen auf die theoretische Form sind die Formen der Profillinien A2, B₂, C2, Eh und E₂ voneinander verschieden; das gleiche gilt auch für die Längslinien F₂, G₂, H₂,1₂ und K₂.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: ki· ti

1. Stirnrad, dessen evolventenförmiges Zahnprofil längs der Zahnbreite unterschiedliche Korrekturen aufweist, zur Verwendung als Werkzeugzahnrad für das Fertigrollen schrägverzahnter Zahnräder in kaltem Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriffswinkel sich längs der Zahnbreite so verändert, daß er an dem Zahnende an dem die Zahnflanke (4) zusammen mit der Stirnfläche des Zahnrades einen stumpfen Winkel bildet, größer ist als am anderen Zahnende.

2. Stirnrad, dessen evolventenförmiges Zahnrpro-Π1 längs der Zahnbreite unterschiedliche Korrekturen aufweist, zur Verwendung in einem schnellaufenden Getriebe mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mindestens 80 m in der Sekunde und einer Zahnbreite von mindestens 100 mm, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriffswinkel in kaltem Zustand des Stirnrades im mittleren Bereich von dessen Zahnbreite größer ist als in den beiden Randbereichen.