DE2727894C2 - Verfahren zum Herstellen der Verzahnung der Schnecke und des Schneckenrades eines Globoidschneckengetriebes - Google Patents
Verfahren zum Herstellen der Verzahnung der Schnecke und des Schneckenrades eines GloboidschneckengetriebesInfo
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Description
dadurch gekennzeichnet, daß als Bearbeitungsfläche des ersten Bearbeitungswerkzeugs eine konische
Fläche verwendet wird, deren halber Scheitelwinkel γ im Bereich 0°^ y<
90° liegt, und daß deren Hauptachse (O4-O5) in bezug auf eine Ebene senkrecht
zur Drehachse (111) des Bearbeitungswerkzeugs unter einem Winkel δ geneigt gehalten wird, der im
Bereich -60°<<5<60° liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines rechtsdrehenden
kartesischen Koordinatensystems O3-.V3 y3 ϊ3, in
welchem die z3-Achse mit der Drehachse (III) des
Bearbeitungswerkzeugs und der Nullpunkt 0, mit dem Schnittpunkt der Drehachse (III) mit der gemeinsamen
Senkrechten zwischen den Achsen der Schnecke und des Schneckenrads zusammenfällt, die
Hauptachse der konischen Bearbeitungsfläche in eine Ebene
y3=b; mit —e<b<e
fiO
gelegt wird und durch einen Punkt
.V3=Cy3=O1Z3 = CmU -Rc<c<Rc,
wobei R1. der Grundkreisradius des Kegels der konischen
Bearbeitungsfläche ist, geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel « der Neigung
der Drehachse (111) des ersten Bearbeitungswerkzeugs in den Bereich - 50°
< α < 50° gelegt wird.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen der Verzahnung der Schnecke und des Schneckenrades
eines Globoidschneckengetriebes mit im Abstand »e« rechtwinklig zur Schneckenradachse verlaufender
Schneckenachse durch werksloffabtragende, insbesondere spanabhebende Bearbeitung, bei dem in einem ersten
Bearbeitungsschritt die Bearbeitung der Schnecke aus einem sich mit einer Winkelgeschwindigkeit ω, um
die Schneckenachse drehenden Schneckenrohling mittels eines ersten, mit einer Bearbeitungsfläche ausgestatteten
Bearbeitungswerkzeugs vorgesehen ist, das mit einer Winkelgeschwindigkeit ω3 um eine Drehachse (III) gedreht
und dabei auf ihr mit einer Translationsgeschwindigkeit ω3 entlangbewegt werden kann, wobei die Drehachse
(III) des ersten Bearbeitungswerkzeugs in bezug auf die Achse (II) des Schneckenrades unter einem Neigungswinkel
α verläuft und im rechten Winkel auf eine gemeinsame Senkrechte zwischen den Achsen der
Schnecke und des Schneckenrades an einer Stelle trifft, die von der Achse (I) der Schnecke einen Abstand e, hat
und wobei als ein zweiter Bearbeitungsschritt die Bearbeitung des Schneckenrades aus einem sich mit der
Winkelgeschwindigkeit tu2 um die Schneckenradachse
drehenden Schneckenradrohlings mittels eines zweiten Bearbeitungswerkzeugs vorgesehen ist, das eine Bearbeitungsfläche
aufweist, die der Zahnoberfläche der in dem ersten Bearbeitungsschritt hergestellten Schnecke entspricht
und um seine eigene, mit der Achse (I) der Schnecke koinzidierende Achse mit einer Winkelgeschwindigkeit
ω, gedreht werden kann, wobei die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
= e cos" α | sin α | |
j | = / cos α — | sin α-cos α |
h | = ω3/ω3 = | = W J(J)3. |
mit / | = (I)JW2J | |
Es ist bereits ein Verfahren der eingangs erläuterten Art bekannt, bei welchem ein erstes Bearbeitungswerkzeug
mit einer ebenen Bearbeitungsfläche verwendet wird, wobei die ebene Bearbeitungsfläche sich in einem
bestimmten konkreten Abstand a von der Drehachse des ersten Bearbeitungswerkzeugs befindet. Dieses bekannte
Verfahren beruht auf einer »Basiselement-Verzahnungstheorie«, über die von Sakai in »Kikai Gakkai Ronbun«
(Journal of Japan Society of Mechanical Engineers), 1955, Band21, Nr. 102, Seite 164, berichtet wurde und
auf der sogenannten »Sekundärwirkungstheorie«, über die von Sakai und Maki in der vorgenannten Zeitschrift,
1972, Band 38, Nr. 311, Seite 895 berichtet wurde. Bei diesem Verfahren handelt es sich um ein »indirektes«
Verzahnungsverfahren, weil bei der Herstellung einer Schnecke und eines damit kämmenden Schneckenrades
eines Globoidschneckengetriebes als Bearbeitungswerkzeug ein Zwischenglied verwendet wird, dessen Bearbeitungsfläche
weder mit der herzustellenden Zahnfläche
der Schnecke noch mit der herzustellenden Zahnfläche des Schneckenrades übereinstimmt Bei dem bekannten
Verfahren ist Bearbeitungsfläche als ebene Fläche ausgebildet und wird relativ zu der zu bearbeitendem Schnecke
auf einer durch die Basiselementtheorie und die Sekundärwirkungstheorie bestimmten Bewegungsbahn geführt.
Unabhängig davon ist bei Verwendung eines indirekten Herstellungsverfahrens, d.h. bei Verwendung eines
Zwischenglieds als Bearbeitungswerkzeug, das als sowohl mit der Schnecke als auch dem Schneckenrad kammendes
Getrieberad gedacht werden kann, im Betrieb eines auf diese Weise hergestellten Globoidschneckengetriebes
die Zahnfläche der Schnecke und die Zahnfläche des Schneckenrades miteinander entlang einer einzigen
Linie in Kontakt, welche die gleiche ist, wie eine Beruhrungslinie
zwischen Schnecke und dem Zwischenglied (Zwischengetrieberad) und »erste Berührungslinie« genannt
werden kann. Es ist bekannt, daß die in gegenseitigen Kontakt entlang der »ersten Berührungi'inie« kommenden
Abschnitte der Zahnflächen der Schnecke und des Schneckenrades konvexe Flächen sind, so daß eine
Abnutzung der Zahnflächen dadurch beschleunigt werden kann. Bei dem eingangs erläuterten bekannten Verfahren,
das ein indirektes Verzahnungsverfahren ist, sind sowohl die Basiselementtheorie als auch die Sekundär-Wirkungstheorie
berücksichtigt. Wenn bei dem bekannten Verfahren eine Schnecke mit Hilfe eines Zwischenglieds
oder Bearbeitungswerkzeugs mit ebener Bearbeitungsfläche, das in durch die vorgenannten Theorien bestimmter
Bewegungsbahn geführt ist, hergestellt ist und danach ein Schneckenrad mit Hilfe eines aus einer so
hergestellten Schnecke gebildeten Werkzeugs hergestellt ist, dann kommt die Zahnfläche der Schnecke nicht nur
entlang der »ersten Berührungslinie« in Berührung mit der Zahnfläche des Schneckenrades, sondern auch entlang
einer weiteren Linie, die »zweite Berührungslinie« genannt werden kann. Die Abschnitte der Zahnflächen
der Schnecke und des'Schneckenrades, die entlang der
»zweiten Berührungslinie« im gegenseitigen Kontakt kommen, sind eine konvexe Fläche und eine konkave
Fläche, so daß eine Abnutzung der Zahnflächen gegenüber dem Kontakt zweier konvexer Flächen stark reduziert
werden kann. In der Praxis ist es wichtig, daß die Bereiche der Zahnflächen in der Schnecke und im
Schneckenrad, die entlang der »sekundären Berührungslinie« miteinander in Berührung kommen, groß sind im
Vergleich zu den Bereichen der anderen Zahnflächenabschnitte, die entlang der »ersten Berührungslinie« miteinander
in Berührung kommen. Die Bereiche solcher Zahnflächenabschnitte sind aus der Lage einer sogenannten
»Grenznormalenpunktkurve« relativ zur Schneckenachse erkennbar. Die »Grenznormalenpunktkurve« kann als
geometrischer Ort der Schnittpunkte zwischen den ersten Berührungslinien und den sekundären Berührungslinien
definiert werden, wobei jeder solche Schnittpunkt als »Grenznormalenpunkt« bezeichnet wird. An jedem solchen
Grenznormalenpunkt wird der relative Krümmungsradius der Zahnflächenabschnitte der Schnecke
und des Schneckenrades, die in gegenseitigem Kontakt stehen, unendlich groß (oo), d.h., die Zahnflächen beruhren
sich gegenseitig so, daß ihre Abnutzung ein Minimum ist. Die »Grenznormalenpunktkurve« ist somit eine
Grenzkurve zwischen einem Zahnflächenabschnitt mit günstigen Berührungsverhältnissen resultierend in geringer
Abnutzung, der »wirksamer Zahnflächenabschnitt« genannt werden kann, und einem anderen Zahnflächenabschnitt
mit ungünstigen Berührungsverhältnissen resultierend in starker Abnutzung, der »unwirksamer
Zahnflächenabschnitt« genannt werden kann. Der günstige effektive Zahnflächenabschnitt wird um so größer,
je näher die Lage der Grenznormalenpunktkurve zu der Schneckenachse hin gebracht werden kann. Bei dem eingangs
erläuterten bekannten Verfahren mit einem Basiselement mit ebener Bearbeitungsfläche zur Bearbeitung
der Schnecke ist die Verlagerung der Grenznormalenpunktkurve in die Nähe der Schneckenachse durch Auswahl
der Neigung der Achse des Bearbeitungswerkzeugs und des Abstands der Achse des Bearbeitungswerkzeugs
von der Bearbeitungsfläche möglich, doch hat es sich in der Praxis als sehr schwierig erwiesen, mit diesem bekannten
Verfahren zufriedenstellende Resultate bei bestimmten Paarungen von Globoidschnecke und Globoidschneckenrad
wegen der auf zwei beschränkten Zahl der veränderten Parameter zu erhalten. Optimale
Schmiegungsverhältnisse zwischen Schnecke und Schneckenrad lassen sich bei dem eingangs erläuterten
bekannten Verfahren nicht in jedem Fall, und insbesondere nicht bei kleinen Übersetzungsverhältnissen, erreichen.
Aus der DE-OS 19 63 693 ist ein Verfahren zur Erzeugung
von Globoidschneckengetrieben bekannt, bei welchem ein als stumpfkegeliges Schleifrad mit einem Kegel·
winkel von nahe 180°, das als »scheibenförmiges Werkzeug« bezeichnet ist, ausgebildetes Bearbeitungswerkzeug
entlang einer bestimmten Bewegungsbahn relativ zum bearbeitenden Rohling geführt ist. Die Bewegungsbahn und Orientierung des Bearbeitungswerkzeugs ist
dabei so, als ob das Bearbeitungswerkzeug ein Teil der Zahnfläche des Gegenrades der herzustellenden
Schnecke bzw. ein Teil der Gegenschnecke des herzustellenden Schneckenrades wäre. Bei diesem bekannten Verfahren
handelt es sich somit um eine spezielle Ausgestaltung eines sogenannten direkten Bearbeitungsverfahrens,
bei dem eine als Bearbeitungswerkzeug ausgebildete Schnecke oder ein als Bearbeitungswerkzeug ausgebildetes
Schneckenrad zur Bearbeitung des jeweiligen Schneckenrads bzw. der jeweiligen Schnecke direkt eingesetzt
werden. Das als Bearbeitungswerkzeug verwendete konische Schleifrad ist so angeordnet und geführt,
daß wenigstens ein Punkt seiner Bearbeitungsfläche in Berührung mit der theoretischenZahnfläche der zu bearbeitenden
Schnecke bzw. des zu bearbeitenden Schneckenrades gebracht ist. Das konische Schleifrad
wird bei diesem bekannten Verfahren bewegt als ob die zu erzeugende Schneckenzahnfläche oder Schneckenradzahnfläche
in einem Art Kopierschleifverfahren hergestellt würde. Der Konuswinkel des kegeligen Bearbeitungswerkzeugs
ist bei diesem bekannten Verfahren ohne Bedeutung. Es kommt nur darauf an, daß das sich drehende
Bearbeitungswerkzeug mit einer Bearbeitungslinie (Kegelmantellinie) in Bearbeitungskontakt mit dem zu
bearbeitenden Rohling kommt und diese Kegelmantellinie entlang der zu erzeugenden Zahnflanke verläuft. In
welcher Richtung die Achse des stumpfkegeligen Werkzeugs verläuft und wie groß der Kegelwinkel ist, ist demgegenüber
irrelevant. Das bekannte Verfahren ist in seiner Ausführung sehr kompliziert. Eine Anpassung an
unterschiedliche Getriebeverhältnisse ist nur mit sehr großem Aufwand möglich. Zur Herstellung von Globoidschneckengetrieben
mit günstigen Schmiegungsverhältnissen zwischen Schnecke und Schneckenrad über optimal große Bereiche der in Berührung kommenden
Zahnflächen ist dieses bekannte Herstellungsverfahren nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erläuterten Art zu schaffen, welches auf
einfache Weise eine Herstellung von Globoidschneckengetrieben von beliebigen Übersetzungsverhältnissen, bei
denen günstige, die Abnutzung gering haltende Schmiegungsverhältnisse über möglichst große Bereiche der in
Berührung kommenden Zahnflächen von Schnecke und Schneckenrad gegeben sind, gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Bearbeitungsfläche des ersten Bearbeitungswerkzeugs
eine konische Fläche verwendet wird, deren halber Scheitelwinkel γ im Bereich 0ogyg90° liegt, und daß
deren Hauptachse in bezug auf eine Ebene senkrecht zur Drehachse des Bearbeitungswerkzeugs unter einem
Winkel δ geneigt gehalten wird, der im Bereich — 60° £δ
^60° liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem
Stand der Technik wesentliche Vorteile. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein kegeliges Bearbeitungswerkzeug
verwendet. Dieses wird aber nicht wie bei einem direkten Bearbeitungsverfahren relativ zu dem zu
bearbeitenden Rohling so bewegt, als ob eine Kegellinie des Bearbeitungswerkzeugs ein Teil der Zahnflanke des
Gegenrads des zu bearbeiteten Rohlings wäre, sondern die Bearbeitungsfläche des konischen Bearbeitungswerkzeugs
wird als Basiselement und Zwischenglied aufgefaßt und in einer durch die Basiselementtheorie und die Sekundärwirkungstheorie
vorgegebenen Bewegungsbahn geführt. Hier liegt ein prinzipieller Unterschied zu direklen
Bearbeitungsverfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein indirektes Bearbeitungsverfahren, bei dem
jedoch im Vergleich zu dem bekannten indirekten Bearbeitungsverfahren der eingangs erläuterten Art neben
den Parametern des Abstandes α der Bearbeitungsfläche von der Drehachse des Bearbeilungswerkzeugs und dem
Neigungswinkel der Achse des Bearbeitungswerkszeugs relativ zur Schneckenachse noch vier weitere unabhängig
voneinander variable Parameter zur Verfugung stehen, nämlich der Neigungswinkel <5, der Achse des kegeligen
Bearbeitungswerkzeugs, der halbe Scheitelwinkel·/ des kegeligen Bearbeitungswerkzeugs, sowie die Koordinaten
b und c, die die Lage des Basismittelpunkts des kegeligen Bearbeitungswerkzeugs in einem auf die
Drehachse des Bearbeitungswerkzeugs als 2-Achse bezogenen kartesischen Koordinatensystems festlegen. Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es daher möglich, durch geeignete Auswahl und Anpassung von sechs variablen
Parametern für jede spezifische Getriebesituation (z. B. Abstand der Achse von Schnecke und Schneckenrad,
Übersetzungsverhältnis) optimale Schmiegungsverhältnisse über möglichst große Bereiche der in Berührung
kommenden Zahnflächen von Schnecke und Schneckenrad zu erreichen. Dai Verfahren isi wegen der einfachen
Bewegungsverhältnisse beim Bearbeitungswerkzeug (Drehbewegung und translatorische Bewegung) mit einfachen
Mitteln durchführbar. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die »Grenznormalenpunktkurve«
in die Nähe der Schneckenachse zu bringen, so daß die wirksamen Zahnflächenabschnitte sehr groß
werden und die Zahl der gleichzeitig in Eingriff befindlichen Zähne gegenüber bisher herstellbaren Getrieben
vergrößert ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das bei Bearbeitungsverfahren des Standes der Technik
gegebene Problem des Hinterschnitts durch unwirksame Zahnabschnitte eliminiert. Bei bisher bekannten Verfahren
ist es erforderlich, durch vorbereitende Bearbeitung solche Abschnitte zunächst zu entfernen, die einem Hinterschnitt
durch unwirksame Zahnflächen unterworfen sind. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es
einfach möglich, die Berührungslinie so zu legen, daß sie senkrecht zur Gleitrichtung der Zahnfläche verläuft, wodurch
die Getriebeeigenschaften weiter verbessert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die
Herstellung von Globoidschneckengetrieben mit optimalen Schmiegungsverhältnissen und hoher Belastbarkeit
auch für sehr niedrige Übersetzungsverhältnisse.
Mit Vorteil ist das Verfahren gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß bei Verwendung eines rechtsdrehenden
kartesischen Koordinatensystems O3-.v3 y3 z3, in welchem
die Zj-Achse mit der Drehachse (III) des Bearbeitungswerkzeugs
und der Nullpunkt 0, mit dem Schnittpunkt der Drehachse (III) mit der gemeinsamen Senkrechten
zwischen den Achsen der Schnecke und des Schneckenrades zusammenfällt, die Hauptachse der konischen
Bearbeitungsfläche in eine Ebene
y3 — b; mit —e<b<e
gelegt wird und durch einen Punkt
gelegt wird und durch einen Punkt
X3 = O, y3=b, Z3 = C mit -R,.<c<Rc,
wobei Rc der Grundkreisradius des Kegels der konischen Bearbeitungsfläche ist, geführt wird.
wobei Rc der Grundkreisradius des Kegels der konischen Bearbeitungsfläche ist, geführt wird.
Eine solche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens macht eine Durchführung mit besonders einfachen
konstruktiven Mitteln und mit besonders übersichtlicher Einstellbarkeit und Anpaßbarkeit an bestimmte
Getriebeverhältnisse möglich.
Eine für die Durchführung vorteilhafte, für die Herstellung von Getrieben in einem weiten Dimensionierungsbereich
ausreichende Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch dadurch gegeben,
daß der Neigungswinkel α der Neigung der Drehachse (III) des ersten Bearbeitungswerkzeugs in den Bereich
- 50° ^a g 50° gelegt wird.
Eine besonders einfache und wirtschaftliche Fertigung von Globoidschneckengetrieben gewährleistende Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gegeben, daß zur gleichzeitigenHerstellung von sich gegenüberliegenden
Zahnflächen einer Schnecke ein erstes Bearbeitungswerkzeug mit einem Paar konischer Bearbeitungsflächen
verwendet wird, welche den gleichen halben Scheitelwinkel y und die gleiche Höhe aufweisen und
koaxial mit ihren Grundflächen aufeinander angeordnet sind.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit der Zeichnung
erläutert. Es zeigen:
F i g. 1 den Zusammenhang zwischen den Achsen einer Schnecke, eines Schneckenrades und eines Zwischenelements
bei der Herstellung von Globoidschneckengetrieben nach dem eingangs erläuterten bekannten Verfahren,
F i g. 2 den Zusammenhang zwischen den Achsen einer
Schnecke, eines Schneckenrades und eines Zwischenelements bei der Herstellung von Globoidschneckengetrieben
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der geometrischen Beziehungen zwischen der Bearbeitungsfläche und der
Drehachse eines bei dem erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Zwischenelements mit konischer Bearbeitungsfläche,
Fig. 4 eine Ansicht eines Ausführrngsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, bei der das Bearbeitungswerkzeug eine Bearbeitungsfläche aufweist, deren halber Scheitelwinkel an
90° angenähert sit,
Fig. 5 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, bei der die Parameter α=0 und c = 0 gewählt
sind,
Fig. 6 eine Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 4 in
einer um 90° versetzten Blickrichtung entsprechend dem Pfeil VI in Fig. 5,
Fig. 7 eine Darstellung der Berührungslinie und der Grenznormalpunktkurve auf den Zahnflanken einer
Schnecke und eines Schneckenrades eines nach dem in Fig. 1 dargestellten bekannten Verfahren hergestellten
Globoidschneckengetriebes,
Fig. 8 eine Darstellung der Berührungslinie und der
Grenznormalpunktkurve auf den Zahnflanken einer ι ο Schnecke und eines Schneckenrades eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Globoidschneckengetriebes mit den Parametern y = 70°, c=0 und
ot^O, und
Fig. 9 eine Darstellung der Berührungslinie und der Grenznormalpunktkurve auf den Zahnflanken einer
Schnecke und eines Schneckenrades eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Globoidschneckengetriebes mit den Parametern γ = 70°, c=0 und
a=0.
Fig. 1 bezieht sich auf das eingangs erläuterte Verfahren des Standes der Technik. Dieses bekannte Verfahren
zur Herstellung von Globoidschneckengetrieben wird im folgenden zum besseren Verständnis der Erfindung erläutert, und insbesondere, um die bei dem bekannten 2$
Verfahren gegebenen Probleme deutlich und spezifisch herauszustellen.
In Fig. 1 bedeutet I die Achse einer Schnecke, II die Achse eines Schneckenrades und III die Achse eines
Zwischengliedes bei der Herstellung von Globoid-Schneckengetrieben, nach der Basiselement-Verzahnungstheorie und der Sekundarwirkungstheorie. In dem
kartesischen Koordinatensystem 0-.vrr entspricht die
.Y-Achse der Achse I, die.v-Achse der senkrechten Verbindungslinie O1O2 zwischen den Achsen I und II und die z- 3s
Achse der Achse II. Die Achse III schneidet unter rechtem Winkel die Verbindungslinie O1O2 an der Stelle O3
und steht unter einem Winkel α zur Achse II. (Die Punkte O1 und O2 sind die Schnittpunkte der Strecke O102 mit
den Achsen I und II.) Nach der Basiselement-Verzah- «
nungstheorie müssen die folgenden drei Bedingungen oder Gleichungen erfüllt sein.
e, =e-cos α
j =/-cosa — sin α
(D (2) (3)
so
Darin bedeuten ω,, ω2, ω3 die Winkelgeschwindigkeiten der Achsen I, II bzw. III, ω3 die Translationsgeschwindigkeit längs der Achse III;
ι =ω1/ω2
j =coj/co3
Α=ω3/ω3
j =coj/co3
Α=ω3/ω3
h ist die Steigung
e der Abstand zwischen O1 und O2
e, der Abstand zwischen O1 und O3.
Die Zahnfläche eines Zahnradschneidewerkzeugs irgendeiner geeigneten Konfiguration wird an der Achse
III befestigt, um einen Schneckenrohling auf der Achse I zu bearbeiten und einen Radrohling auf der Achse II zu
bearbeiten. Die Beriihrungslinie zwischen der Schnecke und dem Schneckenrad fallt daher mit der Berührungslinie zwischen dem Zwischenglied und der Schnecke zusammen. Diese zusammenfallende BerQhrungslinie wird
als »erste Berührungslinie« bezeichnet, und das vorgenannte Verfahren zum Herstellen von Schneckengetrieben hat die Bezeichnung »indirektes Herstellungsverfahren«.
Wenn a=0 ist, fällt die Achse III mit der Achse II
zusammen, und bei α=90° geht die Achse III in die Achsel über, so daß das Zwischenrad nicht mehr in
Betrachtung gezogen werden kann. Daher wird das Herstellungsverfahren mit Ot=O oder 90° als sog. »direktes
Herstellungsverfahren« bezeichnet. Nach der »Sekundärwirkungstheorie« berühren sich, wenn das
Schneckenrad direkt durch eine Herstellungswerkzeug geschaffen wird, das ganz oder teilweise hinsichtlich seiner Konfiguration mit einer durch ein Zwischenglied
gefertigten Schnecke übereinstimmt, wobei die vorgenannten Gleichungen (1), (2) und (3) erfüllt sind, die
Schnecke und das Rad längs einer weiteren Berührungslinie (der sog. »zweiten Berührungslinie«) zusätzlich zur
ersten Berührungslinie. Ferner wird bei einem Punkt, bei dem die Schnecke und das Rad sich nur einmal berühren
(der sog. »Grenznormalpunkt«), der relative Krümmungsradius unendlich (00). In der Praxis liegt die Kurve
(als Grenznormalpunktkurve bezeichnet), bei der der relative Krümmungsradius unendlich wird, vorzugsweise
in der Berührungszone zwischen Schnecke und Rad. so daß das Problem auftritt, wie das Zahnprofil des Zwischengliedes zu bestimmen ist.
Bei dem bekannten, eingangs erläuterten Verfahren zum Herstellen von Globoidschneckengetrieben ist die
Zahnfläche des Zwischengliedes eine Ebene/! (vgl. Fig.
1), die parallel zu der Zwischenradachse III und von dieser um einen Abstand α entfernt liegt. Das Vorsehen
dieser Ebene hat den Vorteil, daß die Translation der Achse III weggelassen werden kann. Ferner kann die
»Grenznormalpunktkurve« in die Berührungszone gelegt werden, so daß sich Hochleistungsschneckengetriebe
herstellen lassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Hersteilen von Globoidschneckengetrieben basiert auf der »Basiselement-Verzahnungstheorie« und »Sekundärwirkungstheorie«, so daß die drei im Patentanspruch 1 genannten Bedingungen oder Gleichungen in gleicher Weise erfüllt
sein müssen. Des weiteren beruht das wesentliche Merkmal der Erfindung in der Tatsache, daß die Bearbeitungsfläche eines Bearbeitungszwischengliedes eine konische
Fläche ist.
Wie Fig. 2 zeigt, besteht die Bearbeitungsfläche des
Zwischengliedes aus einer konischen FlächeS. Fig. 3 zeigt die Lagebeziehung zwischen der Achse des Zwischengliedes und dessen Bearbeitungsfläche. Die konische
Fläche £ hat einen halben Scheitelwinkel ν und die
Hauptachse O4O5 (O4 ist die Konusspitze). Die z3-Achse
des kartesischen Koordinatensystems O3-X3J3Z3 fällt
mit der Achse II des Zwischenrades zusammen. Die Hauptachse O4O5 liegt in der Ebene (y=b) und ist unter
einem Winkel δ gegenüber der Ebene x3y3 (z=0) geneigt.
Daher ist der Punkt O5 der Schnittpunkt zwischen der Hauptachse O4O5 und der Ebene ^3Z3 (x=0) und hat die
Koordinaten (0, b, — c). Die Strecke O4O5= α.
Die Bearbeitungsfläche (konische Fläche ß) des Zwischengliedes wird in der Praxis durch eine Schleiffläche oder ein Fräswerkzeug gebildet; in den nachfolgend
beschriebenen Bespielen wird jedoch auf das Schleifen Bezug genommen.
Bei dem ersten in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
ist ein Bearbeitungswerkzeug angebracht, dessen Bearbeitungsfläche eben ist und somit, wenn sie als konische
Fläche angesehen wird, den halben Scheitelwinkel y=90°
aufweist und einen Grenzfall darstellt.
Beim zweiten in Fig. S und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung ties erfin-
dungsgemäßen Verfahrens ist c = 0 und a = O. Da c = 0,
fallen die Hauptachsen der beiden konischen Flächen B1
und B2 zusammen, so daß sowohl die rechte als auch
linke Zahnfläche einer Schnecke gleichzeitig gefertigt werden können. Da weiter α=0 ist, fallen die Achsen des
Zwischengliedes und Schneckenrades aufeinander.
Nachfolgend werden nach dem bekannten bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Globoidschneckengetriebe
in einigen wichtigen Merkmalen miteinander verglichen.
Das bekannte Verfahren hat zwei unabhängig veränderbare Parameter (z.B. α und α), während das erfindungsgemäße
Verfahren sechs unabhängig variable Parameter (z. B. α, δ, γ, β, b und c) besitzt. Bei dem bekannten
Verfahren war insbesondere die Auslegung von Schneckengetrieben mit geringem Übersetzungsverhältnis
schwierig, während durch die Erfindung die Auslegungsmöglichkeiten
wesentlich verbessert werden. Insbesondere kann die Grenznormalpunktkurve sich in geeigneter
Weise der Achse der Schnecke nähern und kann der »unwirksame Zahnflächenbereich« verringert werden.
(Der Ausdruck »unwirksamer Zahnflächenbereich« bezieht sich auf einen Bereich, der durch die »Grenznormalpunktkurve«
und die Achse von einer Schnecke an der Zahnfläche der Schnecke begrenzt ist. Der »unwirksame
Zahnflächenbereich« führt zu einem Unterschnitt, so daß der Bereich vorzugsweise vor der Zahnfertigung
entfernt wird. Daher wird dieser Bereich als »unwirksam« bezeichnet.)
In Fig. 7 sind die unwirksamen Zahnflächenbereiche bei der Schnecke und dem Schneckenrad eines nach dem
bekannten, eingangs erläuterten Verfahren mit einem Bearbeitungswerkzeug mit ebener Bearbeitungsfläche hergestellten
Globoidschneckengetriebes dargestellt.
Vom Standpunkt der maschinellen Bearbeitung ist es bei dem bekannten Verfahren nicht möglich, gleichzeitig
10
sowohl die rechte als auch linke Zahnfläche von einer Schnecke mit einem Werkzeug zu bearbeiten. Das erfindungsgemäße
Verfahren kann jedoch so ausgestaltet sein, daß bei geeigneter Anordnung zwei entgegengesetzt
gerichtete konische Bearbeitungsflächen gleichzeitig zum Einsatz kommen. Bei Einhaltung der Bedingung c = 0
fallen die Hauptachsen von zwei konischen Flächen eines Werkzeugs aufeinander, so daß sich sowohl die rechte als
auch linke Zahnfläche gleichzeitig mit einem einzigen
Zahnfertigungswerkzeug (vgl. Fig. 5 und 6) herstellen lassen. Des weiteren ist der Auslegungsspielraum bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren größer als bei dem bekannten Verfahren, so daß die jeweils gewünschte Linienberührung
und Grenznormalpunktkurve erhalten werden können.
Dies wird näher im Detail anhand von Fig. 9 und 10
erläutert, in denen die wirksamen und unwirksamen Zahnflächenbereiche von erfindungsgemäß hergestellten
Schnecken-Schneckenrad-Paarungen dargestellt
sind. In Fig. 9 ist oc^O, c=0 und y = 70°, während in
Fig. 10 Ot=O, c = 0 und y = 70° sind. Die maschinelle
Bearbeitung kann in der Praxis auf vorteilhafte Weise manchmal durch Unterdrückung von zwei Parametern
(α = 0. c= 01 weiter vereinfacht werden, wobei dann vier unabhängig variable Parameter (ζ. B. δ, y, α und b) nach
wie vor verfügbar sind, so daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein größerer Spielraum als bei dem bekannten
Verfahren vorliegt.
Zusammengefaßt erlaubt das erfindungsgemäße Ver-
Zusammengefaßt erlaubt das erfindungsgemäße Ver-
fahren zur Herstellung von Globoidschneckengetrieben eine freiere Auslegungsmöglichkeit und werkstoffabtragende
Bearbeitung derselben als bei den bekannten Verfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich
insbesondere bei der Auslegung und Bearbeitung von
Schneckengetrieben für niedriges Übersetzungsverhältnis als vorteilhaft.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Verfahren zum Herstellen der Verzahnung der Schnecke und des Schneckenrades eines Globoid-Schneckengetriebes mit im Abstand »e« rechtwinklig zur Schneckenradachse verlaufender Schneckenachse, durch werkstoffabtragende, insbesondere spanabhebende Bearbeitung, bei dem in einem ersten Bearbeitungsschritt die Bearbeitung der Schnecke aus einem sich mit einer Winkelgeschwindigkeit ω, um die Schneckenachse drehenden Schneckenrohling mittels eines ersten, mit einer Bearbeitungsfläche ausgestatteten Bearbeitungswerkzeugs vorgesehen ist, das mit einer Winkelgeschwindigkeit co3 um eine Drehachse (III) gedreht und dabei auf ihr mit einer Translationsgeschwindigkeit W3 entlang bewegt werden kann, wobei-die Drehachse (III) des ersten Bearbeitungswerkzeugs in bezug auf die Achse (II) des Schneckenrades unter einem Neigungswinkel α verläuft und im rechten Winkel auf eine gemeinsame Senkrechte zwischen den Achsen der Schnecke und des Schneckenrads an einer Stelle trifft, die von der Achse (I) der Schnecke einen Abstand (e,) hat und wobei als ein zweiter Fertigungsschritt die Herstellung des Schneckenrads aus einem sich mit der Winkelgeschwindigkeit (ω2) um die Schneckenradachse drehenden Schneckenradrohlings mittels eines zweiten Bearbeitungswerkzeugs vorgesehen ist, das eine Bearbeitungsfläche aufweist, die der Zahnoberfläche der in dem ersten Fertigungsschritt hergestellten Schnecke entspricht und um seine eigene, mit der Achse (I) der Schnecke coinzidierende Achse mit einer Winkelgeschwindigkeit (ω,) gedreht werden kann, wobei die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
<?i = e cos - p. • cos α j = i cos α —sin α /ω3 h = (J)3I(J) 3 = sin α mit / = O)Jw 2.7 = «·', 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Herstellung von sich gegenüberliegenden Zahnflächen einer Schnecke ein erstes Bearbeitungswerkzeug mit einem Paar konischer Bearbeitungsilächen verwendet wird, welche den gleichen halben Scheitelwinkel y und die gleiche Höhe aufweisen und koaxial mit ihren Grundflächen aufeinander angeordnet sind.
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