DE2452895A1

DE2452895A1 - Getriebe

Info

Publication number: DE2452895A1
Application number: DE19742452895
Authority: DE
Inventors: Shigeru Toyosumi; Kiichiro Yamamoto
Original assignee: Sumitomo Shipbuilding and Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Shipbuilding and Machinery Co Ltd
Priority date: 1973-11-08
Filing date: 1974-11-07
Publication date: 1975-06-12
Also published as: DE7437212U; DE2452895C3; US3946620A; DE2452895B2

Description

Dipl.-lng. Hoinz Lessei, Dipl-!nq. C.ro Flüge¹ Pale-i.::nw-ine ■ Γ.-8 München 01. Cosimastralio 81

SUMIT.OMO SHIPBUILDING & MACHINERY CO. ,LTD. 2452895 Tokio (JAPAN)

L 10.461/Fl/ost

Getriebe

Die- Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe mit wenigstens einem Getriebeelement, das einen geschlossen umlaufenden, von einem theoretischen Verlauf abweichenden Trochoiden-Kurvenzug aufweist.

Ein "solches Getriebeelement steht im allgemeinen mit zylindrischen Elementen, in der Regel Rollen, eines Zentralrades im Eingriff; unter dem theoretischen Verlauf eines Trochoiden-Kurvenzuges wird der Verlauf verstanden, der sich unter der theoretischen Vorstellung eines spielfreien Eingriffes zwischen Zentralrad und Planetenrad ergibt.

Um ein bestimmtes Umkehrspiel zur Verfügung zu stellen, wird der theoretische Trochoiden-Kurvenzug eines Getriebes der in Frage stehenden Art, beispielsweise eines Planetenrades in einem Planeten-Untersetzungsgetriebe, abgewandelt. Die Abwandlung dieses Profiles wird bei bekannten Getrieben durch Abtragen eines theoretischen Trochoiden-Kurvenzuges erreicht, und zwar in Normairichtung um einen bestimmten Abstand, der von der gewünschten Größe des Umkehrspieles abhängt. Die auf diese Weise gewonnenen, abgewandelten Kurvenzüge zeigen also nicht mehr den theoretischen Trochoiden-Kurvenverlauf, was zwangsläufig den Eingriff zwischen den Rollen des Zentralrades und den Flanken des Kurvenzuges des Planetenrades beeinträchtigt. Wie später noch genauer aufgezeigt werden wird, greifen die Rollen

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Dipl.-Ing. Heinz Lesser. Dipl-Ing. Oitu Flüge,. i^Jatsän;anvvaiie · D-8 München 81. Cosimastraße 81

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nur über einen sehr beschränkten Bereich der Flanke an dem Kurvenzug an, was gleichbedeutend mit der Tatsache ist, daß nur ein oder allenfalls zwei Rollen gleichzeitig in tragendem Eingriff mit dem Kurvenzug stehen; beim Einlaufen der Rollen in den Eingriffsbereich mit den Kurvenflanken treten Stöße auf, es ergibt sich ein entsprechend verschleißbehafteter, lautstarker Lauf des Getriebes.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen zur Vermeidung der vorerwähnten Nachteile die Eingi-iffsverhältnisse zwischen den zylindrischen Elementen des Zentralrades und den Flanken des Trochoiden-Kurvenverlaufes des zugeordneten Getriebeelementes verbessert werden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Flanken des Trochoiden-Kurvenzuges wenigstens über einen Großteil ihrer Erstreckung hinweg gegenüber dem theoretischen Trochoiden-Kurvenverlauf um jeweils einen Phasenwinkel in ümfangsrichtung um den Mittelpunkt des Kurvenzuges verdreht in die Erhebungen des Kurvenzuges hinein verlagert ausgebildet werden .

Bei der erfindungsgemäß abgewandelten Kurve bleiben also die Zahnflanken in ihrer Gestaltung zumindest über einen bestimm ten Bereich hinweg voll nach Maßgabe des theoretischen Verlaufs erhalten, sie sind lediglich hinsichtlich der theoretischen Ausgangskurve in Ümfangsrichtung um einen bestimmten Phasenwinkel um den Mittelpunkt herum verdreht, und zwar derart, daß jede Flanke von dem theoretischen Kurvenverlauf aus gesehen, in die zugehörige Erhebung hinein verlagert wird, die Erhebungen werden demnach etwas schmaler. Man kann sich die abgewandelte Trochoiden-Kurve auch derart vorstellen, daß zwei theoretische Trochoiden-Kurven gleichen Flankenverlaufes in Ümfangsrichtung gesehen

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Dip!.-lng. Heinz Lesser. Dip!.-Ing. OUo Fliigoi, Patcnianwhlie Γ. - 8 München HL Cosiinasi.aSo Sv

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phasenverschoben angeordnet sind, die Flanken dieser beiden theoretischen Trochoiden-Kurven bestimmen dann - zumindest über einen Großteil ihres Verlaufes - den in die Erhebungen hinein verschobenen Verlauf der Flanken des abgewandelten Kurvenverlaufes.

Man kann diesen abgewandelten Kurvenverlauf auf einem Werkstück beispielsweise derart herstellen, daß ein Trochoiden-Kurvenzug mit einem bestimmten theoretischen Verlauf einem Werkzeug zugeordnet wird, welches zunächst die Erzeugung dieses theoretischen Kurvenzuges durchführt. Anschließend wird das Werkstück um seinen Mittelpunkt, welcher identisch ist mit dem Mittelpunkt des theoretischen Kurvenzuges, um einen bestimmten Phasenwinkel Δι ψ relativ gegenüber dem Werkzeug verdreht. Nach der Drehung werden vom Werkzeug nur jeweils die Flanken bearbeitet, die in Verdrehrichtung gesehen vom Tal- zum Scheitelbereich aufsteigend verlaufen.

Folgt man dem von dem theoretischen Kurvenverlauf abgeleiteten Flankenverlauf vom Tal bis zum Scheitel, so ergeben sich im Bereich der Täler und Scheitel übergänge, die einen diskontinuierlichen Verlauf aufweisen.. Diese übergänge kann man auf verschiedene Weise derart abtragen, daß sich ein kontinuierlicher Kurvenverlauf von jeder Flanke zur nächst benachbarten ergibt.

So kann man beispielsweise den Kurvenverlauf in den Scheitelbereichen und/oder Talbereichen nach Maßgabe eines Kreisbogenabschnittes ausbilden. Der Kurven-

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verlauf in den Scheitel- und/oder Talbereichen kann aber auch die Form eines mittig gelegenen Kreisbogenabschnittes mit beidseitig anschließenden Geradenabschnitten aufweisen. Weiterhin lassen sich die Talbereiche derart ausbilden, daß der Kurvenverlauf dort die Form eines mittig gelegenen Kreisbogenabschnittes und beidseitig anschließenden Kreisbogenabschnitten mit entgegengesetzter Wölbungsrichtung und ggfs. abweichendem Radius aufweist. Schließlich kann der Kurvenverlauf in den Scheitelbereichen die Form eines mittig gelegenen Geradenabschnittes mit beidseitig daran anschließenden Kreisbogenabschnitten umfassen. Weiterhin kann im Scheitelbereich der Kurvenverlauf aus einem mittig gelegenem Kreisbogenabschnitt mit beidseitig daran anschließenden Kreisbogenabschnitten mit abweichendem, insbondere kleinerem Halbmesser gebildet sein.

Insgesamt ist die Herstellung eines Getriebeelementes der in Frage stehenden Art erheblich erleichtert, Beeinträchtigungen des Eingriffes durch Herstellungstoleranzen und elastische Verformungen können völlig ausgeschaltet werden.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung wiedergegebenen Beispiele im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 3 schematische Darstellungen von Ausschnitten

aus einem Kurvenzug zur Verdeutlichung der Herstellung und der Eingriffsverhältnisse bei einer Kurvenausbildung bekannter Art;

Fig. 2 und 4 schematische Darstellungen von Ausschnitten

aus einem Kurvenzug zur Erläuterung der Gew-innung und Eingriffsverhältnisse bei einer Kurvenausbildung nach der Erfindung;

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Fig. 5 bis 7 schematische Darstellungen von Ausgestaltungen der Verbindung zwischen zwei Plankenabschnitten im Talbereich bei einer erfindungs gemäßen Kurvenausbildung; '

Fig. 8 bis 11 schematische Darstellungen von Verbindungen

zwischen Flankenabschnitten im Scheitelbereich bei erfindungsgemäßer Kurvenausbildung.

In Fig. 1 stellt eine gestrichelte Linie 2 das theoretische Trochoiden-Kurvenprofil eines Planetengetrieberades 1 dar, das in einem Planeten-Untersetzungsgetriebe Anwendung findet. Die Bezugsziffer 3 bezeichnet Rollen eines Zentralrades, die sich im Eingriff mit dem Planetenrad 1 befinden. Das bekannte Kurvenprofil, das durch eine durchgezogene Linie 2¹ veranschaulicht wird, ist innerhalb des theoretischen Profils 2 ausgebildet und von diesem Profil 2 in einer Entfernung σ in Normalrichtung beabstandet angeordnet, wodurch das Umkehrspiel erreicht wird. Wie deutlich aus Fig. 1 ersichtlich, stellt das so erhaltene Kurvenprofil 2¹ nicht das theoretische Profil dar, so daß der optimale, völlige Eingriff zwischen den Rollen 3 und den Kurvenflanken des Planetenrades 1 nicht erzielt werden kann, was natürlich einen unvollständigen bzw. unregelmäßigen, nicht optimalen Eingriff zwischen den Rollen und dem Kurvenzugelement zur Folge hat.

Gemäß der Erfindung wird - wie in Fig. 2 veranschaulicht das theoretische Profil 2 (gestrichelt angegeben) um das Zentrum 0 des Planetenrades 1 um jeweils einen Phasenwinkel Δ Ψ in beiden Umlaufrichtungen - im Uhrzeiger- wie im Gegenuhrzeigersinn - gedreht, so daß man zwei theoretische Kurvenprofile 2" und 2"'erhält, die demnach um A ψ = 2 ·Ζ5*Ψ phasenverschoben sind. Die beiden Kurvenprofile

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2" und 2"' sind theoretische Trochoiden-Kurvenprofile, die sich an Punkten in den Bereichen der Scheitel und Täler in spitzen Winkeln (unsteter Verlauf) überschneiden. Um einen gleichmäßigen getrieblichen Ablauf zu gewährleisten, werden die beiden Kurvenprofile 2" und 2"' miteinander durch gleichmäßig verlaufende Kurvenlinien - in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie wfedergegeben - zwischen den benachbarten Scheiteln und Tälern verbunden. Somit besteht das derart gewonnene Kurvenprofil aus den Trochoidenabschnitten A mit Ausnahme der Scheitel- und Talbereiche - wie in Fig. 2 veranschaulicht - so daß ein vollständiger, nach den theoretischen Voraussetzungen optimaler Eingriff zwischen den Rollen und dem Planetenrad erreicht wird.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 werden die Vorteile des nach der Erfindung gestalteten Kurvenzuges gegenüber dem bekannten Kurvenprofil beschrieben. Die Fig. 3 und 4 zeigen die relative Bewegung zwischen dem Planetenrad 1 und einer Rolle 3, wenn ersteres im Eingriff mit letzterer bewegt wird. In Fig. 3 sind die Verhältnisse nach dem bekannten Vorgehen veranschaulicht, während Fig. 4 die erfindungsgemäß erreichbaren Eingriffsverhältnisse zeigt.

In Fig. 3 nähert sich die Rolle 3 nicht tangential dem ersten Berührungspunkt der Kurvenflanke des Planetenrades 1, so daß die Rolle 3 gegen die Flanke des Kurvenverlaufes des Planetenrades stößt. Die Rolle 3 steht nur über einen sehr begrenzten Bereich B (theoretisch erreicht die Rolle 3 nur eine Punktberührung) und damit unvollständig bzw. nicht theoretisch optimal im Eingriff mit der Kurvenflanke des Planetenrades 1; danach weicht die Rolle 3 von der Kurvenflanke des Rades 1 in nicht-tangentialer Richtung zurück. Im anderen Falle des erfindungsgemäß ausgestalteten Beispieles nach Fig. 4 nähert sich die Rolle 3 tangential dem Punkt der

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ersten Berührung mit der Kurvenflanke des Planetenrades 1 an, und somit wird ein vollständiger bzw. nach den theore tischen Gegebenheiten optimaler Eingriff bzw. Kontakt mit der Kurvenflanke des Planetenrades 1 über einen weiten Bereich C erreicht. Darüberhinaus trennt sich die Rolle 3 von der Kurvenflanke des Planetenrades in tangentialer Richtung. Auf diese Weise stellt das nach der Lehre der Erfindung gebildete Kurvenprofil einen optimalen Eingriff zwischen den Rollen des Zentralrades und den Flanken des Trochoiden-Planetenrades 1 sicher. Der Eingriffs- oder Kontaktbereich C kann durch Verändern des Phasenwinkels optimal vorbestimmt werden.

Zur Sicherstellung des Umkehrspieles kann also nach der Lehre der Erfindung das Kurvenprofil derart abgewandelt werden, daß das tatsächlich ausgebildete Kurvenprofil im wesentlichen, im Bereich des Eingriffes mit den Rollen aus theoretischen Trochoiden besteht. Dadurch kann der Eingriff zwischen den Rollen 3 und den Kurvenflanken des Planetenrades 1 derart optimal erreicht werden, daß ein gleichmäßiger und ruhiger Betrieb gewährleistet wird, Vibrationen und Geräusche werden beträchtlich vermindert. Dieser vollständige, derart optimierte Eingriff zwischen den Rollen und den Kurvenflanken des Planetenrades 1 kann über einen weiten Bereich hin sichergestellt werden; das Berührungsverhältnis kann beträchtlich gesteigert werden - die Anzahl von Rollen 3, die im Eingriff mit den Kurvenflanken des Planetenrades 1 stehen, wird entsprechend erhöht die Pressung wird dadurch erheblich vermindert, wodurch die Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzungserscheinungen erhöht wird.

Wie vorstehend beschrieben, überschneiden sich die Kurvenprofile 2" und 2"' im Bereich ihrer Scheitel und Täler.

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Diese kleinen Abschnitte der Kurvenprofile im Bereich der Tal- und Scheitelpunkte dienen grundsätzlich nicht dem Eingriff der Rollen 3 mit den Kurvenflanken des Planetenrades 1. Beläßt man diese Abschnitte, so kann ein gleichmäßiger getrieblicher Ablauf Schwierigkeiten bereiten bzw. nicht gewährleistet werden. Weiterhin wäre das Erzeugen. beispielsv/eise das Schleifen der Kurvenzuges - der spitz zulaufenden Enden schwierig. Daher werden erfindungsgemäß die Kurvenprofile 2" und 2"¹ gleichmäßig durch Kurven- und/oder Geradenabschnitte im Bereich ihrer Tal- und Scheitelpunkte miteinander verbunden, wie dies im folgenden anhand von Beispielen beschrieben wird.

Nach Fig. 5 sind die Kurvenprofile 2" und 2"¹ gleichmäßig durch Geradenabschnitte 5 und einen Kreisbogenabschnitt 4 miteinander verbunden, so daß der im Talbereich verbliebene übergang D zwischen zwei Kurvenprofilen 2" und 2"' beseitigt werden kann. In ähnlicher Weise sind in Fig. 6 die beiden Kurvenprofile 2" und 2"' lediglieh durch einen Kreisbogenabschnitt 6 miteinander verbunden. In Fig. 7 sind die beiden Kurvenprofile 2" und 2"' im Talbereich mittels zweier Kreisbogenabschnitte 7 und 8 unterschiedlicher Radien und Wölbungsrichtungen verbunden.

Durch ähnlich kontinuierlichen übergang stehen die beiden Kurvenprofile 2" und 2"' im Scheitelbereich miteinander in Verbindung:

In Fig. 8 sind die Kurvenprofile 2" und 2"'durch nur einen Kreisbogenabschnitt 9 gleichmäßig miteinander verbunden, wozu der übergang E im Scheitelbereich abgetragen wird. In Fig. 9 sind die beiden Profile 2" und 2" durch einen Geradenabschnitt 10 und zwei Kreisbogenabschnitte 11 kontinuierlich miteinander verbunden.In Fig.10 sind sie durch zwei

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Geradenabschnitte 12 und einen Kreisbogenabschnitt 13 miteinander verbunden. In Fig. 11 dienen drei Kreisbogenabschnit te 14 und 15 dieser Verbindung, von denen die beiden äußeren einen anderen Radius aufweisen, als der mittlere.

Die geschilderte Vielfalt der Verbindungen läßt erkennen, daß" noch weitere Möglichkeiten bestehen, um die beiden Kurvenprofile 2" und 2"¹ in ihren Scheitel-τ und Talbereichen ineinander übergehen zu lassen.

Die Formen der Kurvenlinien, die an den Scheiteln und Tälern in Anwendung kommen, hängen von der gewünschten Trochoidenlänge - durch A in Fig. 2 veranschaulicht- und dem Umkehrspiel, wie sie sich in der Normalrichtung zu den Scheiteln und Tälern auswirken, ab.

Da die Trochoiden-Kurvenprofile 2" und 2^m durch die gleichmäßig verlaufenden Kurvenlinien untereinander verbunden sind, kann das Bearbeiten des Kurvenzuges sehr erleichtert werden. Darüberhinaus kann das Umkehrspiel unter Rücksicht auf seine Normalkomponenten frei gewählt werden, damit eine Beeinträchtigung des Eingriffes aufgrund von Herstellungs'töleranzen, elastischer Verformungen und dergleichen auf jeden Fall ausgeschaltet werden kann. Auf diese Weise können der Wirkungsgrad und die Lebensdauer eines Untersetzungsgetriebes erheblich erhöht werden.

Die Erfindung wurde insoweit nur im Zusammenhang mit einem Planetenrad eines Planeten-Untersetzungsgetriebes beschrieben, aber sie soll so verstanden werden, daß sie auch auf Zykloiden- bzv/. Trochoidentriebe angewendet werden kann, wie sie beispielsweise in verschiedenen hydraulischen Pumpen und Motoren verwendet werden. Die erfindungsgemäße Lehre läßt sich im übrigen auf alle Zykloiden-Kurvenzüge

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und die damit erstellten Arten von Getrieben und Trieben anwenden.

ANSPRÜCHE

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Claims

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ANSPRÜCHE

M.J Getriebe mit wenigstens einein Getriebeelement, das einen geschlossen umlaufenden, von einem theoretischen Verlauf abweichenden Trochoiden-Kurvenzug auf v/eist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (2",2'") des Trochoiden-Kurvenzuges wenigstens über einen Großteil (A) ihrer Erstreckung hinweg gegenüber dem theoretischen Trochoiden-Kurvenverlauf (2) um jeweils einen Phasenwinkel (A V ) in Umfangsrichtung um den Mittelpunkt (0) des Kurvenzuges verdreht in die Erhebungen des Kurvenzuges hinein verlagert ausgebildet sind.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge (D),E) zwischen den jeweils benachbarten Flanken (2", 2"¹ ) in den Scheitel- und Talbereichen zu einem kontinuierlichen Kurvenverlauf abgetragen sind.
3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kurvenverlauf in den Scheitel- und/oder Talbereichen die Form eines Kreisbogenabschnittes (6; 9) aufweist (Fig. 6 und 8).
4. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenverlauf in den Scheitel- und/oder Talbereichen die Form eines mittig gelegenen Kreisbogenabschnittes (4;13) mit beidseitig an-

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schließenden Geradenabschnitten (5; 12) aufweist (Fig. und 10).
5. Getriebe nach Anspruch 2, dadurchgeke.nnzeichnet , daß der Kurvenverlauf in den Talbereichen die Form eines mittig gelegenen Kreisbogenabschnittes (7) und beidseitig anschließenden Kreisbogenabschnitten (8) mit entgegengesetzter Wölbungsrichtung und ggfs. abweichendem Radius aufweist (Fig. 7).
6. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kurvenverlauf in den Scheitelbereichen die Form eines mittig gelegenen Geradenabschnittes (10) mit beidseitig daran anschließenden
Kreisbogenabschnitten (11) aufweist (Fig. 9).
7. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kurvenverlauf in
den Scheitelbereichen die Form eines mittig gelegenen Kreisbogenabschnittes (14) mit beidseitig daran anschließenden K^reisbogenabschnitten (15) abweichenden, insbesondere kleineren Halbmessers aufweist (Fig. 11).

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8. Verfahren zur Herstellung des Getriebeelementes des Getriebes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d'adurch.g. ekennzei. chnet , daß an einem zu dem Getriebeelement zu bearbeitenden Werkstück mit Hilfe eines Werkzeuges, das einen Trochoiden-Kurvenzug mit einem bestimmten theoretischen Verlauf aufweist, dieser theoretische Trochoiden-Kurvenzug zunächst ausgebildet wird, worauf das Werkstück um seinen Mittelpunkt, der mit demjenigen des theoretischen Trochoiden-Kurvenzuges identisch ist, um einen bestimmten Winkel ^S^ relativ gegenüber dem Werkzeug verdreht wird, in welcher Verdrehlage dann mit Hilfe des Werkzeuges nur jeweils die Flanken bearbeitet werden, die. in Verdrehrichtung gesehen vom Tal- zum Scheitelbereich aufsteigend verlaufen, woraufhin die übergänge zwischen den jeweils benachbarten Flanken in den Tal- und Scheitelbereichen zu einem stetigen Verlauf abgetragen werden.

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