DE2825768A1

DE2825768A1 - Zahnradgetriebe mit n getriebestrecken

Info

Publication number: DE2825768A1
Application number: DE19782825768
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Tetard
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1977-06-17
Filing date: 1978-06-12
Publication date: 1979-01-04
Also published as: GB2000248B; DE2825768C2; IT1095160B; CH628963A5; GB2000248A; NL182097B; NL182097C; IT7824454A0; NL7806606A; FR2401364B1; FR2401364A1; US4197758A

Description

3 - 12. Juni 1978

SAHNRADGETRIEBE MIT N GETRIEBESTRECKEN

Die Erfindung betrifft die Übertragung einer Bewegung, die nicht oder nur schwierig durch klassische Getriebe durchgeführt werden kann, mithilfe eines Zahnradgetriebes mit N Getriebestrecken.

Wenn man die Bewegung einer Welle auf eine andere, zu ihr parallele Welle übertragen will, wird im allgemeinen auf Getriebe zurückgegriffen. Wenn die Drehgeschwindigkeit mindestens einer der beiden Wellen sehr hoch ist, verringert man die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnrads, indem man seinen Durchmesser verringert; in diesem Fall muß man jedoch seine Länge erhöhen, um sein Zahnvolumen konstant zu halten und infolgedessen gleichen mechanischen Widerstand zu gewährleisten. Dadurch entstehen jedoch Probleme der Belastbarkeit der Zähne, die die Anwendung klassischer Getriebe begrenzen.

Außerdem können die klassischen Getriebe dann, wenn die von einer Welle zur anderen zu übertragende Leistung hohe Werte wie z.B. 80 bis lOO MW annimmt, aufgrund zu hoher mechanischer Beanspruchung nicht zufriedenstellend arbeiten. Aus diesem Grund ist man dazu übergegangen^ mehrere Getriebestrecken zu verwenden. Da man Zahnräder herstellen kann, die z.B. bis zu 40 oder 50 MW übertragen, hat man parallele Getriebestrecken miteinander verbunden. Man hat Getriebestrecken hergestellt, die jede eine Last gleich oder geringer als 50 MW tragen und kann so hohe Leistungen übertragen, indem man sie

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auf mehrere Getriebestrecken verteilt, die jede eine Leistung gleich oder geringer als 50 MW tragen.

Es gibt solche Zahnradgetriebe mit sechs Zahnrädern, bei denen die auf jedes Zahnrad zu übertragende Leistung nur die halbe Nominalleistung ist.

Wenn die Leistung P sehr hoch ist, kann man ein Zahnradgetriebe mit 2N+2 Zahnrädern herstellen, das auf jeder Ge-

triebestrecke die Leistung — überträgt. Da jedes Zahnrad zwei Lager benötigt, muß man 2N+2 Zahnräder und 4N+4 Lager verwenden.

Eine solche Anlage nimmt viel Platz ein und benötigt viele Bestandteile. So benötigt man für eine bekannte Anlage, die die übertragene Leistung auf zwei Getriebestrecken aufteilt (N = 2), sechs Zahnräder und zwölf Lager. Ziel der Erfindung ist es, die Zahl der Zahnräder und der Lager zu verringern. Gegenstand der Erfindung ist ein Zahnradgetriebe mit N Getriebestrecken (N ^ 2) , die je den N-ten Teil der Gesamtleistung übertragen, und mit Torsionsachsstücken, dadurch gekennzeichnet, daß 2N Zahnräder vorhanden sind, die paarweise über 2N-2 Torsionsachsstücke miteinander verbunden sind.

Für den Fall, daß die zu übertragende Leistung geringer oder gleich 80 MW ist, enthält das erfindungsgemäße Zahnradgetriebe nur zwei parallel zueinander angebrachte Getriebestrecken, in denen die Last mithilfe von Torsionsachsstücken aufgeteilt ist. Ein solches Getriebe weist nur vier Zahnräder auf, die paarweise durch zwei Torsionsachsstücke miteinander verbunden sind.

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Die Erfindung wird nachfolgend mithilfe der beiliegenden fünf Figuren näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch ein bekanntes Zahnradgetriebe rait zwei Getriebestrecken, das die zu übertragende Leistung auf beide Strecken verteilt.

Fig. 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Zahnradgetriebe, das die zu übertragende Leistung ebenfalls auf zwei Getriebestrecken aufteilt.

Fig. 3 zeigt schematisch ein klassisches Zahnradgetriebe, das die zu übertragende Leistung auf drei Getriebestrecken aufteilt.

Fig. 4 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Lösung des Problems aus Fig. 3.

Fig. 5 zeigt ein Äusführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein dem Stand der Technik entsprechendes Getriebe. Wenn man eine von der Welle 5 gelieferte Leistung von 80 MW übertragen will, verbindet man ein treibendes Zahnrad 1 mit zwei Zahnrädern 2 und 2¹, die sich zu beiden Seiten des Zahnrads 1 befinden und die in ersteres eingreifen. Diese Zahnräder 2 und 2¹ teilen die auf die Zahnräder 3 und 3^r zu übertragende Leistung mithilfe νυ η Wellen 14 und 14' . Dann übertragen die Zahnräder 3 und 3' die Leistung gemeinsam auf ein auf einer Welle 8 montiertes Zahnrad 4. Die in die Figur eingezeichneten Pfeile geben die Richtung der Leistung an.

Um eine gleiche Verteilung der Leistungen auf die beiden Getriebestrecken trotz der Herstellungstoleranzen der Zähne zu erreichen, müssen die beiden Zahnräder 3 und 3¹ unbedingt zur gleichen Zeit in die Zähne des Zahnrads 4 eingreifen«

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Dies wird dadurch erreicht, daß man zwischen die Zahnräder 2 und 3, 2* und 3* in den Wellenzug der Wellen 14 bzw. 14¹ elastische Torsionsachsstücke (13,24) gleicher Steifheit setzt. Es ist notwendig, auf der Welle zu beiden Seiten dieser Torsionsachsstücke zwei Lager anzuordnen. Daraus folgt, daß die klassische Vorrichtung sechs Zahnräder und zwölf Lager 11, 12, 21, 22, 21¹, 22¹ , 31, 32, 31', 32«, 41 und 42 aufweist.

Fig. 2 zeigt die gleiche Aufteilung der Leistung, diesmal in einem Getriebe gemäß der Erfindung. Die Bestandteile der Fig. 2 haben die gleichen Bezugszeichen wie die der Fig. 1. Um die Aufteilung der Leistung gemäß der Erfindung zu erhalten, müssen die Torsionsachsstücke 24 und 13 dementsprechende Dimensionen aufweisen.

Wenn das Torsionsachsstück 13 ganz steif wäre, würde die ganze Leistung über die Zahnräder 3 und 4 geleitet und das Zahnradgetriebe 1, 2 wäre unnötig. Wenn dagegen das Torsionsachssotück 24 steif wäre, würde die ganze Leistung über die Zahnräder 2 und 4 übertragen und die Achse 13 wäre unnötig? folglich gibt es einen Steifheits-Mittelwert für jedes Torsionsachsstück, der die Aufteilung der Leistung in einem vorgegebenen Verhältnis, in diesem Fall 1/2, ermöglicht.

Damit die zu übertragende Leistung sich gleichmäßig auf beide Seiten verteilt, muß die Drehung der Torsionsachsstücke 13 und 24 gleiche Verschlungen der in das Ausgangszahnrad 4 eingreifenden Zähne herro rrufen.

Wenn K der Untersetzungsgrad der beiden Zahnräder ist, muß das Torsionsachsstück 13 sich um einen Winkel verdrehen,

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der K mal größer als der des Torsionsachsstücks 24 unter einem K mal kleineren Drehmoment ist, denn die Verschiebung der Zähne des Rads 3 muß gleich der Verschiebung der Zähne des Rads 4 sein. Daraus folgt, daß die Elastizitätswerte der Torsionsachsstücke sich zueinander im Quadrat der Umdrehungsgeschwindigkeiten entsprechen müssen.

Die Torsionsachsstücke können sich zwischen den Zahnrädern befinden , wie Fig. 2 zeigt. Alternativ liegen die Torsionsachsstücke im angetriebenen Zahnrad und sind mit diesem durch eine Hohlwelle verbunden, wodurch man Platz spart.

Fig. 3 zeigt ein sternförmiges Untersetzungsgetriebe nach dem Stand der Technik, wobei die treibende Welle das Zahnrad 1 trägt, dessen Drehung die Drehung der drei Zahnräder 2, 2¹ und 2" hervorruft; diese drei Zahnräder werden durch nicht sichtbare Torsionsachsstücke mit Zahnrädern 3, und 3" verbunden, die ihrerseits das Zahnrad 4 antreiben (N=3). Man teilt die auf der getriebenen Welle empfangene Leistung des Zahnrads 1 in drei gleiche Leistungen auf, die auf die drei Torsionsachsstücke und die Zahnräder 3, 3¹ und 3" verteilt werden, die wiederum die Gesamtleistung auf die vom Zahnrad 4 .getriebene Welle zurückgeben. Man hat acht Zahnräder und sechzehn Lager.

Gemäß der Erfindung wird dieser Fall mithilfe eines Getriebes mit sechs Zahnrädern und zwölf Lagern gemäß Fig. 4 gelöst.

Die Torsionsachsstücke werden so konzipiert, daß sie 1/3 der Leistung vom Zahnrad 1 zum Zahnrad 2, 1/3 der Leistung vom Zahnrad 3 zum Zahnrad 4 und dann 1/3 der Leistung vom Zahnrad 3· zum Zahnrad 4* übertragen.

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Ein praktisches Ausführungsbeispiel wird unter Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Auf der Eingangswelle 5 befindet sich ein Zahnrad 1, das das auf einer Hohlwelle 14 befindliche Zahnrad 2 antreibt, wobei die Hohlwelle 14 ihre Drehbewegung auf das durch einen Koppelflansch 15 mit der Ausgangswelle 8 verbundene Torsionsachsstück 24 überträgt. Die Welle 5 treibt außerdem über einen Koppelflansch 9 ein Torsionsachsstück 13 an. Dieses ist an der Stelle 7 an der Hohlwelle 6 befestigt, die das Zahnrad 3, das das Zahnrad 4 antreibt, trägt. So wird die Welle 8 einerseits durch das Zahnrad 4 und andererseits von der am Ende der Welle 8 angebrachten Hohlwelle 24 angetrieben.

Die Verteilung der Belastungen, die die Welle 8 antreiben, hängt von der Steifheit der Torsionsachsstücke 13 und 24 ab. Tatsächlich wird das Torsionsachsstück 13 unter der Einwirkung des auf die Eingangswelle angewandten Drehmoments verdreht, was eine Drehung des Zahnrads 3 bewirkt. Diese Drehung bringt die Zähne des Zahnrads 3 und die Zähne des Zahnrads 4 miteinander in Berührung.

Zudem veranlaßt das auf die Eingangswelle 5 angewandte Drehmoment eine Drehung des Zahnrads 1; die Zähne des Zahnrads 1 üben auf das Zahnrad 2 einen Druck aus, und dessen Drehung verursacht eine Drehung des Torsionsachsstücks 24.

Damit das durch den Koppelflansch 15 auf die Welle 8 übertragene Drehmoment gleich dem durch die Zähne des Zahnrads 4 angewandten Drehmoments ist, müssen die Torsionswinkel der Torsionsachsstücke 13 und 24 zu ihrer Rotationsgeschwindigkeit proportional sein, d.h., daß die Steifheit dieser Achs-

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stücke dem Quadrat ihrer Geschwindigkeit proportional ist.

Man sieht, daß man gemäß der Erfindung über ein einfaches Mittel verfügt, mit dem die Last zu gleichen Teilen auf zwei Getriebestrecken verteilt werden kann, indem man nur vier Zahnräder 1, 2, 3 und 4 und acht Lager (11 und 12 für die Welle 5, 31 und 32 für die Hohlwelle 6, 21 und 22 für die Hohlwelle 14 und 41 und 42 für die Welle 8) verwendet.

Das Ausführungsbeispiel enthält zwei Torsionsachsstücke 13 und 24, die sich im Innern der Hohlwellen 6 und 14 befinden; so kann man das Volumen der Vorrichtung beträchtlich verringern.

Es ist außerdem zu bemerken, daß zwei Anschläge 16 und 17 auf den Wellen 6 und 14 genügen, um die Stabilität der Vorrichtung zu gewährleisten. Tatsächlich sind die Zahnräder 1 und 3 mit entgegengesetzten Winkeln schraubenfCkstLger Neigung zugeschnitten, so daß Axialkräfte nicht auftreten. Gleiches gilt für die Zahnräder 2 und 4. Es ist außerdem zu bemerken, daß die durch die Verwendung von Torsionsachsstücken verursachte Elastizität der Vorrichtung einen geringen geometrischen Fehler der Zähne ausgleicht. Dieser Fehler ruft nur geringe Überlastungen in Bezug auf die Verteilung der Last auf die beiden Zahnräder 2 und 3 hervor.

Das soeben beschriebene Beispiel wurde konzipiert für eine Leistung von 90 MW bei 6400 Umdrehungen pro Minute.

Ganz allgemein gesagt kann die vorliegende Erfindung bei allen Maschinen großer Leistung angewandt werden, sei es bei großer Rotationsgeschwindigkeit oder großem Drehmoment.

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Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung außerordentlich vorteilhaft am Ausgang von Turbomaschinen großer Leistung oder bei Prüfständen für schnell laufende Turbomaschinen.

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Claims

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12. Juni 1978

COMPAGNIE INDUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS CIT-ALCATEL S.A. 12, rue de la Baume, 75008 PARIS Frankreich

ZAHNRADGETRIEBE MIT N GETRIEBESTRECKEN

PATENTANSPRÜCHE

1 4 Zahnradgetriebe mit N Getriebestrecken (N ?> 2), die je den N-ten Teil der Gesamtleistung übertragen, und mit Torsionsachsstücken, dadurch gekennzeichnet, daß 2N Zahnräder (1-4) vorhanden sind, die paarweise über 2N-2 Torsionsachsstücke (13,24) miteinander verbunden sind.

2 - Zahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß N zwei ist.

3 - Zahnradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifheit der Torsionsachsstücke (13,24) abhängig vom Quadrat der Drehgeschwindigkeit der Achsen gewählt wird.

4 - Zahnradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Torsionsachsstücke (13,24) im Innern des von ihm angetriebenen Zahnrads (3,2) liegt.

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5 - Zahnradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der Zahnräder (1 und 3 bzw. 2 und 4), die sich auf einem Wellenzug befinden, gleich stark, jedoch in Gegenrichtung zueinander geneigt sind.

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