DE2950000A1

DE2950000A1 - Kegelzahnradgetriebe

Info

Publication number: DE2950000A1
Application number: DE19792950000
Authority: DE
Inventors: Thomas M Mccaw
Original assignee: MCCAW THOMAS M
Current assignee: Fairfield Manufacturing Co Inc
Priority date: 1978-12-15
Filing date: 1979-12-12
Publication date: 1980-06-19
Also published as: AU525503B2; IT7927913A0; FR2444205A1; ES486942A0; BE880637A; AU5301179A; ES494229A0; GB2036921A; IT1126504B; PL220426A2; BR7907828A; IN151404B; CA1127427A; ES8101740A1; YU301379A; HU182526B; JPS5582841A; JPS638341B2; ES8106362A1; GB2036921B

Description

W. 4-3 575/79 - 12/le

Thomas C. McCaw Lafayette, Indiana (USA)

Kegelzahnradgetriebe

Die Erfindung bezieht sich auf Kegelzahnradgetriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis, wie sie vorzugsweise in Differentialgetrieben von Kraftfahrzeugen verwendet werden» um eine Drehmomentaufteilungswirkung zu erhalten.

Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis für das Aufteilen oder Proportionieren des Drehmomentes sind beispielsweise beschrieben in den US-Patentschriften 2 4-36 276, 2 009 915 und 3 703 108. Bei den in diesen Literaturstellen beschriebenen Getrieben mit variablem Übersetzungsverhältnis ist der Drehmomentaufteilungseffekt bzw. Drehmomentproportionierungseffekt, der erhalten werden kann, für die Ausfiih-

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rung gemäß den US-Patentschriften 2 436 276 und 2 009 auf etwa 1,65> und für die Ausführung gemäß der US-Patentschrift 3.703 108 auf etwa 2,0 beschränkt. Mit der vorliegenden Erfindung kann dagegen ein Drehmomentaufteilungseffekt oder Drehmomentproportionierungseffekt von 2,5 erhalten werden.

Unter Berücksichtigung des Standes der Technik auf dem Gebiet von Getrieben mit variablem Übersetzungsverhältnis besteht ein Zweck der vorliegenden Erfindung darin, ein Kegelzahnradgetriebe oder Kegelradgetriebe zu schaffen, welches in Differentialgetrieben verwendet werden soll, und welches den höchstmöglichen Drehmomentaufteilungseffekt oder Drehmomentproportionierungseffekt ergibt. Weiterhin soll dieses Getriebe mit Standard-KegelraJ-Differentialgetrieben austauschber sein. Außerdem soll durch die Erfindung ein solches Getriebe geschaffen werden, welches hinsichtlich erwünschter Eigenschaften einfach geplant, gestaltet und ausgeführt werden kann, bequem und wirtschaftlich auf Standardmaschinenausrüstuag hergestellt werden kann und welches größere Lebensdauer als andere Differentialgetriebe hat.

Gegenüber den zuvor beschriebenen Getrieben mit variablem übersetzungsverhältnis werden durch die Erfindung die nachstehend angegebenen Vorteile erzielt.

(a) Vorteile der Erfindung gegenüber den Ausführungen nach den US-Patentschriften 2 436 276 und 2 009 915:

1. Niedrigere Oberflächendruckbeanspruchung zufolge längerer Berührungslinien.

2. Niedrigere Biegebeanspruchungen zufolge längerer und flacherer Zähne.

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3· Niedrigerer Druck an der Bohrung des Antriebsrades und bessere Montagestabilität zufolge längerer Antriebsräder.

4. Größerer Drehmomentaufteilungseffekt bzw. Drehmomentproportionierungseffekt, beispielsweise 2,5 gegenüber 1,65 bei den bekannten Getrieben.

5. Die Zähne sind an. Standard-Zahnradschneidemaschinen geschnitten.

6. Der Drehmomentaufteilungseffekt bzw. Drehmomentproportionierungseffekt verschleißt nicht bzw. wird bei Verschleiß nicht geringer.

7. Von dem Zahnradsatz dee Getriebes wird Bewegung glatt bzw. weich übertragen.

8. Der Zahnberührungsdruck ist konstant für Drehungsgleichgewicht, Verdrehungsgleichgewicht bzw. Toreionsgleichgewicht des Antriebsrades.

(b) Vorteile der Erfindung gegenüber der Ausführung nach der US-Patentschrift 3 703 108:

1. Die Antriebsräder befinden sich in Drehungsgleichgewicht, Verdrehungsgleichgewicht bzw. Torsionsgleichgewicht mit konstantem Berührungsdruck an den Zähnen.

2. Der Drehmomentaufteilungseffekt bzw. Drehmomentproport ionierungs effekt ist höher, d.h. 2,5 gegenüber 2,0 bei der bekannten Ausführung.

3· Die gewünschten Eigenschaften können bequemer und leichter berechnet werden.

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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist es hilfreich, die fundamentalen Unterschiede gegenüber dem Stand der Technik zu beschreiben.

(a) Der Effekt der variablen Übersetzung der Getriebe gemäß den US-Patentschriften 2 4J6 276 und 2 009 915 tritt in der Ebene der Dreh'ing der Antriebsräder auf, die langgestreckte Zähne mit speziell geformten Profilen besitzen. Der Zahnberülirungsdruck ändert sich bei jedem Durchlauf eines Zahnkämmkreislaufes.

(b) Der Effekt der variablen Übersetzung bei dem Getriebe gemäß der US-Patentschrift 3 703 108 tritt in der Ebene der Drehung des Antriebsrades und des Nebenrades auf, wobei Doppelflp.chenkegelausführungen für die Antriebsräder und die .^ebenräder verwendet werden, was bedeutet, daß die Spitze einer Teilkegelfläche von der Spitze der anderen Teilkegelfläche getrennt ist. Es ist eine gewisse Änderung des Berührungsdruckes an den Zähnen vorhanden.

(c) Der Effekt der variablen Übersetzung bei der vorliegenden Erfindung tritt nur in der Ebene der Drehung des Nebenrades auf, wobei Standard-Kegelantriebsräder und Kegelseitenräder verwendet werden, die modifiziert sind hinsichtlich der Aufteilung oder der Anteile des Zahnkopfes und des Zahnfußes und hinsichtlich der Geometrie des Rohlings. Der Zahnberührungsdruck ist über die gesamten Zahnkämmkreislaufe konstant.

Die Hauptverbesserungen und Hauptvorteile, die sich dadurch ergeben, daß die variable Übersetzung in der Drehebene des Nebenrades auftritt, und dadurch, daß konstanter Zahnberüh-

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rungsdruck bei Drehungsgleichgewicht, Verdrehungsgleichgewicht bzw. Torsionsgleichgewicht (nachstehend der Einfachheit halber als Torsionsgleichgewicht bzeichnet) des Antriebsrades erhalten werden, sind nachstehend angegeben:

(a) Die Zahnprofile sind über die Kämmkreisläufe gleichmäßig belastet oder beansprucht, so daß Bereiche übermäßiger Beanspruchung und übermäßigen Verschleißes an den Zähnen beseitigt sind.

(b) Die Antriebsräder üben gleichmäßigen Druck auf die Heiterung und die Schubflachen aus, wodurch übermäßige Abnutzung an der Bohrung und an den Schubflachen des Antriebsrades beseitigt oder vermieden ist.

(c) Der Drehmomentaufbeilungseffekt oder Drehmomentproportionierungseffekt (nachstehend der Einfachheit halber als Drehmomentaufteilungseffeiet bezeichnet) ist großer.

(d) Der Drehmomentaufteilungseffekt wird auch bji Verschleiß oder Abnutzimg nicht geringer.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung zusätzlich näher erläutert.

Fig. Λ ist eine schematische Ansicht, in welcher das Verhältnis der Berührung der Antriebsradzähne mit den Nebenradzähnen dargestellt ist, wie es für maximale Wirkung hinsichtlich variabler Übersetzung erforderlich ist.

Fig. 2 zeigt die Modifizierung der Geometrie der Rohlinge des Antriebsrades und des Nebenrades, um variable Übersetzung in der Drehebene des Nebenrades und konstanten Berührungsdruck bei Torsionsgleichgewicht des Antriebsrades zu erhalten.

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Fig. 1 zeigt ein Antriebsrad mit neun Zähnen und einem Druckwinkel bzw. Zahneingriffswinkel von 25°. Das Antriebsrad steht mit zwei Nebenrädern im Eingriff, deren Jedes zwölf Zähne besitzt, wobei der Zahnkopf

und der Zahnfuß derart anteilsmäßig ausgebildet oder proportioniert sind, daß ein Berührungsverhältnis von 1,0 erhalten wird. Die Wirkungslinien bei den betreffenden Zahnrädern sind mit 1 und 2 bezeichnet. Der Zahnkopf der Antriebsradzähne ist so ausgewählt, daß in der in Fig. 1 wiedergegebenen Winkelstellung des Antriebsrades Berührung zwischen den Zähnen des Antriebsrades und den Zähnen des einen Nebenrades bei 3 und 4, und Berührung zwischen den Zähnen des Antriebsrades und den Zähnen des anderen Nebenrades bei 5 und 6 auftritt. Das Antriebsrad befindet sich offensichtlich in Torsionsgleichgewicht. Wenn das Antriebsrad aus der dargestellten Stellung geringfügig in gemäß Fig. 1 Uhrzeigerrichtung -gedreht wird, hört die Berührung an den Stellen 4- und 5 cvf. Wenn das Antriebsrad gemäß Fig. 1 in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird, hört die Berührung an den Stellen 3 und 6 auf. Sowohl bei Dreh'ing in Uhr^eigerrichtung als aucn in Gegenuhrzeigerrichtung aus der Stellung symmetrischer Berührung tritt gleichzeitige Berührung mit den Nebenrad zähnen am Oberende des einen Antriebsradζahnes und am Unterende des anderen berührenden Antriebsradzahnes auf. Bei konstantem Berührungsdruck befindet sich das Antriebsrad in der Ebene der Fig. 1 dann nicht langer in Torsionsgleichgewicht. Jedoch ist Torsionsgleichgewicht des Antriebsrades bei konstantem Berührungsdruck unter allen Berührungsbedingungen erhalten, wenn die Geometrie des Rohlings des Antriebsrades und des Nebenrades modifiziert wird, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

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Das Antriebsrad und die beiden Nebenräder, die in Fig. 1 im Flächenschnitt oder Ebenenschnitt dargestellt sind, sind in Fig. 2 im Kegelradschnitt dargestellt. Die unterbrochenen Linien 7 zeigen den weggeschnittenen bzw. getrimmten Teil eines Standard-Antriebsradrohlings, und die unterbrochenen Linien 8 zeigen einen weggeschnittenen oder getrimmten Teil eines Kegelseitenradrohlings. Die Rohlinge des Antriebsrades und der Seitenräder sind bei 7 und 8 derart getrimmt bzw. zugeschnitten, daß die Mittelpunkte der Linien ") der Berührung mit dem einen Nebenrad, und der Linien 10 der Berührung jiit dem anderen Nebenrad mit Linien 11 bzw. 12 zusammenfallen bzw. übereinstimmen. Die Linien 11 und 1i< stellen die Drehebenen der Seitenräder da^", und eie befinden sich in gleichem Abstand von der Mittellinie des Antriebsrades. Es ist ersichtlich, daß in. Bereich der Linien 9 der Berührung mit dem einen Nebenrad Drehmomente erzeugt werden, die gleich, jedoch entgegengesetzt zu den Drehmomenten sind, die im Bereich der Linien 10 der Berührung mit dem anderen Nebenrad erzeugt werden, so daß das Antriebsrad sich unter allen Berührungsbedingungen in Torsionsgleichgewicht befindet, solange im Bereich der Berührungslinien 9 und 10 gleiche Drücke vorhanden sind.

Der anfängliche Berührungszustand, wie er in Fig. 1 an den Stellen 3 und 4 mit dem einen Nebenrad und an den Stellen 5 und 5 mit dem anderen Nebenrad dargestellt ist, ist in Fig. 2 an den Stellen 13 und 14 mit Bezug auf das eine Nebenrad und an den Stellen 15 und 16 mit Bezug auf das andere Nebenrad dargestellt. Geringe Drehung des Antriebsrades in einer Richtung bewirkt, daß die Berührung an den Stellen 14 und 15 aufhört und daß das Drehmoment, welches in dem einen Nebenrad im Bereich der Berührungsstelle 13 erzeugt ist, proportional zu R^, und das in dem anderen Nebenrad im Bereich der Berührungsstelle 16 erzeugte Drehmoment proportional zu Rp ist. Geringe Drehung des Antriebsrades in der

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entgegengesetzten Richtung bewirkt, '-daß die Berührung an den Stellen 13 und 16 aufhört und daß das Drehmoment, welches in dem einen Nebenrad an der Berührungsstelle 14 erzeugt ist, proportional zu R¹^,, und das in dem anderen Nebenrad an der Berührungsstelle 15 erzeugte Drehmoment proportional zu R'p ist. Die Bedingungen oder Zustände variabler Übersetzung in der Ebene der Drehung der Nebenräder siiid für das eine Nebenrad durch R^, R ¹^, und für das andere Nebenrad durch Rp, R'p dargestellt.

Obwohl die anhand der Darstellung in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Bedingungen erhalten sind bei Verwendung von Antriebsrädern mit neun Zähnen, die mit Seitenrädern mit i.v/elf Zähnen kämmen, und unter Verwendung eines Druckwinkels oder Zahneingriffswinkels von 25° und eines Berührungsverhältnisses von 1,0, ist ein Getriebe gemäß der Erfindung auf diese Parameter nicht beschränkt. Stattdessen können die Antriebsräder sieben odor mehr Zähne haben, wobei jedoch die Nebenräder eine Zähnezahl haben müssen, die durch Anzahl der Antriebsräder teilbar ist.

Das praktische Berührungsverhältnis sollte etwas größer als 1,0 sein, um Herstellungs- und Zusammenbautoleranzen zu schaffen. Der Druckwinkel oder Zahneingriffswinkel kann zwischen 22,5° und 20° liegen. Antriebsräder und Nebenräder mit kleineren Druckwinkeln oder Zahneingriffswinkeln können ernsthafte Hinterschneidungen der Zähne mit sich daraus ergebendem Verlust an Festigkeit haben, wohingegen bei größeren Druckwinkeln oder Eingriffwinkeln Zähne erzeugt werden, die zugespitzt sind. Der Drehmomentaufteilungseffekt liegt im Bereich von etwa 2,25 bei einem Druckwinkel oder Eingriffswinkel von 22,5° bis zu etwa 2,5 für einen Druckwinkel oder Eingriffwinkel von 30°.

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Fig. 3 zeigt im einzelnen die Ausführung des Antriebsrades gemäß Pig. 2. Die Gestaltung des Getriebes wird auf folgende Weise ausgeführt: Unter Anwendung akzeptierter Gestaltungsverfahren werden die Kopfflankenlinie 21-22 des Antriebsrades und die Kopfflankenlinie 23-24 des Zahnrades oder Nebenrades gebildet unter Verwendung von Kopfwerten oder Kopfteilwerten von 0,920 diametrale Teilung oder Steigung für das Antriebsrad und 0,655 diametrale Teilung oder Steigung für das Zahnrad oder Nebenrad. Das Trimmen oder Zuschneiden (Bereich 7) des Antriebsrades erfolgt an der Stelle 17> welches die Stelle hei 0,75 der Zahnradkopfhöhe oder Nebenradkopfhöhe ist. Die Außendurchmesserfläche des Antriebsrades, die durch die Linie 17-18 beschrieben ist, ist relativ zur Achse des Antriebsrades zylindrisch. Die Stelle 13, die in gleichen Abständen von den Stellen 18 und 19 an der Kopfflankenlinie des Antriebsrades liegt, ist eine Stelle auf der Linie 11, die parallel zur Achse des Antriebsrades gezogen ist. Die Stelle 14 liegt ebenfalls auf der Linie 11. Das Trimmen oder Zuschneiden (Bereich 8) des Zahnrades oder Nebenrades erfolgt zwischen den Stellen und 25 unter solchen Bedingungen, daß die Stelle 20 sich in dem gleichen Abstand von der Stelle 14 wie die Stelle 24 befindet und daß die Stelle 25 diejenige Stelle ist, die entlang der Linie 19-23 bei 0,75 der Kopfhöhe des Antriebsrades liegt.

Wenn das Nebenrad und das Antriebsrad bzw. deren Flächen oder Flanken gemäß vorstehender Beschreibung gebildet bzw. geschnitten werden, werden die oben erläuterten Berührungsbedingungen oder Berührungszustände und der variable Übersetzungseffekt in der Ebene der Drehung des Nebenrades erhalten.

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Pig. 4- zeigt das Getriebe gemäß den Fig. 1 bis 3 zusammengebaut in einem Gehäuse 26. Die Nebenräder gemäß Fig. sind in dem Gehäuse 26 in Kämmeingriff mit den Antriebsrädern gemäß Fig. 2 angeordnet, welche ihrerseits drehbar an einem Lagerzapfen 27 angebracht sind, der am Gehäuse 26 fest angebracht ist.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen lich.

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

1. Kegelradgetriebe mit einem mit Kegelzähnen versehen Zahnrad und einem mit Kegelzähnen versehen Antriebsrad, ν ob ei die Kegel zähne des Zahnrades oder Nebenrades sich in Kämmeingriff mit den Kegelzähnen des Antriebsrades befinden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kegelzähnen des Zahnrades oder Nebenrades und den Kegelzähnen des Antriebsrades Berührun^lmien (9) vorhanden sind, deren Mittelpunkte mit einer gegebenen Drehebene (11) des Zahnrades oder Nebenrades übereinstimmen bzw. in dieser Ebene liegen.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der Beriihrungslinien (9) in gleichen Abständen von der Achse des Antriebsrades liegen.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein /jitriebsrad mit Kegelzähnen vorgesehen ist, welches mit zwei mit Kegelzähnen versehenen Zahnrädern oder Nebenrädern kämmt.

4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Differentialgetriebe mit variabler Übersetzung und Drehmomentaufteilung ausgebildet ist.

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ORIGINAL INSPECTED