DE2950000C2

DE2950000C2 - Selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe

Info

Publication number: DE2950000C2
Application number: DE2950000A
Authority: DE
Inventors: Thomas M. Lafayette Ind. Mccaw
Original assignee: Fairfield Manufacturing Co Inc
Current assignee: Fairfield Manufacturing Co Inc
Priority date: 1978-12-15
Filing date: 1979-12-12
Publication date: 1983-01-13
Also published as: US4244243A; GB2036921B; FR2444205B3; PL220426A2; MX149273A; BR7907828A; JPS638341B2; PL123593B2; JPS5582841A; IT1126504B; ES486942A0; HU182526B; ES8106362A1; AU5301179A; DE2950000A1; YU301379A; BE880637A; ES494229A0; AU525503B2; CA1127427A

Description

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Die Erfindung betrifft ein selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe mit zwei gleichachsig angeordneten und einander gegenüberliegenden AchsweUenkegelrädern und mit wenigstens einem zwischen den AchsweUenkegelrädern angeordneten Ausgleichskegelritzel, dessen Zähne zu den Zähnen der Achswellenkegelräder konjugiert ausgebildet sind und mit diesen in Eingriff Stehen, wobei die gemeinsame Achse der Achswellenkegelräder und die Achse des Ausgleichskegelritzels sich fan Mittelpunkt des Ausgleichsgetriebes schneiden und wobei im Betrieb die Zähne des Ausgleichskegelritzels mit den Zähnen der Achswellenkegelräder entlang einer Mehrzahl von Berührlinien in Eingriff gelangen.

Bei einem bekannten selbstsperrenden Ausgleichsgetriebe (US-PS 29 18 831) wird ein Sperreffekt dadurch » erhalten, daß hinter jedem Achswellenkegelrad eine Reibungskupplung vorgesehen ist. An solchen Reibungskupplungen entsteht während des Gebrauchs beträchtliche Abnutzung, wodurch sich eine axiale Verschiebung der Achswellenkegelräder im Sinne der Vergrößerung des Abstands zwischen ihnen ergibt. Normalerweise würden sich bei einer geänderten Axiallage der Achswellenkegelräder andere Eingriffsbedingungen zwischen den Zähnen des Ausgleichskegelritzels bzw. der Ausgleichskegelritzel und den Zähnen der Achswellenkegelräder ergeben. Um dies zu verhindern, haben die Zähne zumindest der Achswellenkegelräder bei dem bekannten Kegelräderausgleichsgetriebe eine spezielle Gestalt, durch welche sichergestellt werden soll, daß auch bei veränderter Axiallage der Achswellenkegelräder die Eingriffsbedingungen zwischen den Zähnen des Ausgleichskegelritzels bzw. der Ausgleichskegelritzel und den Zähnen der Achswellen-

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60 kegelräder gleichbleiben. Ein Nachteil des bekannten Kegelräderausgleichsgetriebes besteht darin, daß die bauliche Ausführung vergleichsweise aufwendig ist und außerdem beim Gebrauch an den Reibungskupplungen vergleichsweise viel Abnutzung entsteht

Es sind auch selbstsperrende Ausgleichsgetriebe bekaaat (US-PS 24 36 276 und 20 09 915), bei denen der Sperreffekt durch eine besondere Gestaltiaig der Zähne der Kegelräder erhalten wird, wobei die Zahne der Ausgleichskegelritzel zu den Zähnen der Achswellenkegelräder nicht konjugiert sind Nachteilig ist es bei diesen bekannten Ausgleichsgetrieben, daß der Sperreffekt verhältnismäßig niedrig ist und daß die Berechnung der besonderen Zahnform für jede Größe eines Ausgleichsgetriebes und auch die Herstellung der besonderen Zahnform schwierig sind.

Es ist schließlich auch ein selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe der einleitend genannten Art bekannt (DE-OS 22 13 032). bei welchem der Sperreffekt ebenfalls durch eine besondere Gestaltung der Zähne der Kegelräder erbalten wird. Die Zähne des oder der Ausgleichskegelritzel und der Achswellenkegelräder sind zueinander konjugiert, und die Spitzen der verschiedenen Kegel der Zahnformen liegen an voneinander getrennten Stellen. Ein solches selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe ist zwa^r ohne größere Schwierigkeiten herzustellen, jedoch ist der Sperreffekt, der erhalten werden kann, immer noch verhältnismäßig niedrig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe derart zu gestalten, daß mit einer vergleichsweise einfachen konstruktiven Ausführung ein höherer Sperreffekt erhalten werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von einem selbstsperrenden Ausgleichsgetriebe der einleitend genannten Art gemäß der Erfindung dadurch, daß die Zähne des Ausgleichskegelritzels und der Achswellenkegelräder derart gestaltet sind, daß das Berührungsverhältnis 1.0 oder größer ist und die Minelpun! te der Berührungslinien je auf einer Linie liegen, die parallel zu den Drehebenen der Achswellenkegelräder verlaufen, und daß das Ausgleichskegelritzel sieben oder mehr Zähne besitzt und die Anzahl der Zähne jedes Achswellenkegelrades durch die Anzahl der Ausgleichskegelritzel teilbar ist

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß die Zähne des Ausgleichskegelritzels an ihrem äußeren Ende derart zugeschnitten sind, daß das Ausgleichskegelritzel dort zylindrische Form erhält.

Ein selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe gemäß der Erfindung kann bequem und wirtschaftlich auf Standardmaschinenausrüstung hergestellt werden, und es hat einen vergleichsweise hohen Sperreffekt.

Gegenüber dem selbstsperrenden Ausgleichsgetriebe nach der US-PS 29 18 831 wird der Vorteil erhalten, daß die konstruktive Gestaltung vergleichsweise einfach ist. wobei außerdem ein höherer Sperreffekt erzielt werden kann.

Gegenüber den selbstsperrenden Ausgleichsgetrieben nach den US-PS 24 36 276 und 20 09 915 werden folgende Vorteile erhalten:

1. Niedrigere Flächenpressung infolge längerer Berührlinien.

2. Niedrigere Biegebeanspruchungen infolge längerer und flacherer Zähne.

3. Niedrigerer Druck an der Bohrung des Ausgleichs-

kegelritzels und bessere Montagestabilität infolge größerer Länge des oder der Ausgleichskegelritzel.

4. Höherer Sperreffekt von beispielsweise 2,5 gegenüber 1,65 bei den bekannten Ausgleichsgetrieben.

5. Der Sperreffekt wird auch bei Verschleiß nicht geringer.

6. Die Zähne sind an Stanciard-Zahnradschne'dmaschinen geschnitten.

7. Die Bewegungsübertragung erfolgt weich.

8. Der Zahnbei ahrungsdruck ist im Torsionsgleichgewicht des oder der Ausgleichskegelritzel konstant

Gegenüber dem selbstsperrenden Ausgleichsgetriebe nach der DE-OS 22 13 032 werden folgende Vorteile erhalten:

1. Das oder die Ausgleichskegelritzel befinden sich in Torsionsgleichgewicht und es herrscht konstanter Berührungsdruck an den Zähnen.

Z Der Sperreffekt ist höher und liegt beispielsweise bei 2^ gegenüber 2,0 bei dem bekannten Ausgleichsgetriebe.

3. Die gewünschten Eigenschaften des Ausgleichsgetriebes können einfacher berechnet werden.

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

(a) Der Sperreffekt der Ausgleichsgetriebe nach den US-PS 24 36 276 und 20 09 915 tritt in der Ebene der Drehung der Ausgleichskegelritzel auf, welche langgestreckte Zähne mit speziell geformten Profilen besitzen. Der Berührungsdruck zwischen den Zähnen ändert sich während des Kämmens.

(b) Der Sperreffekt tritt bei dem Ausgleichsgetriebe nach der DE-OS 22 13 032 in der Ebene der Drehung der Ausgleichskegelritzel und der Achswellenkegelräder auf, und es werden Doppelflächenkegelausführungen für die Ausgleichskegelritzel und die Achswellenkegelräder verwendet, was bedeutet, daß die Spitze eines Teilkegels von der Spitze des anderen Teilkegels getrennt ist. Außerdem verändert sich der Berührungsdruck zwischen den Zähnen während des Kämmens.

(c) Der Sperreffekt tritt bei einem Ausgleichsgetriebe gemäß der Erfindung nur in der Ebene der Drehung der Achswellenkegelräder auf. Außerdem ist der Berührungsdruck zwischen den Zähnen während des Kämmens konstant.

Die Hauptvorteile, die sich dadurch, daß der Sperreffekt in der Drehebene der Achswellenkegelräder auftritt, und dadurch ergeben, daß bei Torsionsgleichgewicht konstanter Berührungsdruck zwischen den Zähnen vorhanden sind, sind nachstehend angegeben:

(a) Die Zahnprofile werden während des Kämmens gleichmäßig belastet oder beansprucht, so daß an den Zähnen Bereiche übermäßiger Beanspruchung und übermäßigen Verschleißes nicht vorhanden sind.

(b) Die Ausgleichskegelritzel üben gleichmäßigen Druck auf die Halterung und die Schubflächen aus, wodurch übermäßige Abnutzung an der Bohrung und an den Schubflächen vermieden ist.

(c) Der Sperreffekt ist iiöher und wird auch bei

Verschleiß nicht niedriger.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert

F i g. 1 ist eine schematische Ansicht, in welcher das Verhältnis der Berührung zwischen den Zähnen eines Ausgleichskegelritzels und den Zähnen der Achswellenkegelräder dargestellt ist wie es für das Erhalten eines maximalen Sperreffektes erforderlich ist

ίο Fig.2 zeigt die Modifizierung der Geometrie der Rohlinge von Ausgleichskegelritzel und Achswellenkegelräder, wie sie erforderlich ist um den Sperreffekt in der Drehebene der Achswellenkegelräder und konstanten Berührungsdruck zwischen den Zähnen bei Torsionsgleichgewicht des Ausgleichskegelritzels zu erhalten.

F i g. 3 ist eine Seitenansicht des Ausgleichskegelritzels gemäß F i g. 2.

F i g. 4 zeigt ein Ausgleichsgetriebe gemäß den F i g. 1 bis 3 in einem Gehäuse zusammengebaut

Fig. 1 zeigt ein Ausgleichskegel <zel mit neun Zähnen und einem Druckwinkei bzw. Za';ifHngriffswinkel von 25°. Das Ausgleichskegelritzel steht mit zwei Achswellenkegelrädern in Eingriff, deren jedes zwölf Zähne besitzt wobei der Zahnkopf und der Zahniuß derart ausgebildet sind, daß ein Berührungsverhältnis von 1,0 erhalten wird. Die Wirkungslinien der betreffenden Kegelräder sind mit 1 und 2 bezeichnet. Der Zahnkopf der Zähne des Ausgleichskegelritzels ist so gestaltet, daß in der in Fig. 1 wieJergegebenen Winkelstellung des Ausgleichskegelritzels Berührung zwischen den Zähnen des Ausgleichskegelritzels und den Zähnen des einen Achswellenkegelrades bei 3 und 4 und Berührung zwischen den Zähnen des Ausgleichskegelritzels und den Zähnen des anderen Achswellenkegelrades bei 5 und 6 auftritt. Das Ausgleichskegelritzel befindet sich in Torsionsgleichgewicht. Wenn das Ausgleichskegelritzel aus der dargestellten Stellung in gemäß F i g. 1 Uhrzeigerrichtung geringfügig gedreht wird, hört die Berührung an den Stellen 4 und 5 auf. Wenn das Ausgleichskegelritzel gemäß F i g. 1 in Gege-.dhrzeigerrichtung gedreht wird, hört die Berührung an den Stellen 3 und 6 auf. Sowohl bei Drehung in Uhrzeigerrichtung als auch bei Drehung in Gegenuhrzeigerrichtung aus der Stellung symmetrischer Berührung heraus tritt gleichzeitige Berührung mit den Zähnen der Achswellenkegelräder am Oberende des einen Ausgleichskegelritzels und am Unterende des anderen berührenden Ausgleichskegelntzels auf. Bei konstantem Berührungsdruck befindet sich das Ausgleichskegelritzel in der Ebene der F ι g. 1 dann nicht mehr in Torsionsgleichgewicht. Jedoch wird Torsionsgleichgewicht des Ausgleichskegelritzels mit konstantem Bc'ihrungsdruck unter allen Berührungsbedingungen erhalten, wenn die Geometrie des Rohlings des Ausgleichskegelritzc¹'. und der Achswellenkcflelräder so modifiziert wird, wie es in Fig. 2dargest;llt ist.

Das Ausgleichskegelritzel und die beiden Achswellenkegelräder, die in Fig. I in einer einzigen Ebene

M) liegend dargestellt s ,id. sind in Fig. 2 in senkrechtem Schnitt wiede'gegeben. Unterbrochene Linien 7 zeigen den zugeschnittenen Teil eines Standard-Ausgleichskegelritzelrohlings, und unterbrochene Linien 8 zeigen den zugeschnittenen Teil eines Achswellenkegelradrohlings.

f>5 Die Rohlinse von Ausgleichskegelritzel und Achswellenkegelrädci sind bei / und 8 derart zugeschnitten, daß die Mittelpunkte der Berührungslinien 9 mit dem einen Achswellenkeeelrad, und die Mittelpunkte der Berührii-

Mien 10 mit dem anderen Achswellenkegelrad auf einer Linie 11 bzw. auf einer Linie· 12 liegen. Die Linien 11 und 12 stellen jeweils eine Drehebene eines Achswellenkegelrades dar, und sie befinden sich in gleichem Abstand von der Mittelachse des Ausgleichskegelritzels. Es ist , ersichtlich, daß im Bereich der Berührlinien 9 Drehmomente erzeugt werden, die gleich, jedoch entgegengesetzt zu Drehmomenten sind, die im Bereich der Berührlinien 10 erzeugt werden, so daß das Augleichskegelritzel sich unter allen Berührungsbedingungen in m Torsionsgleichgewicht befindet, solange im Bereich der Berührlinie 9 und 10 gleiche Drücke vorhanden sind.

Der anfängliche Berührungszustand, wie er in F i g. I dargestellt ist und gemäß welchem die Berührung zwischen Ausgleichskegelritzel und dem einen Achswel- ι -, lenkegelritzel an den Stellen 3 und 4 und gemäß welchem die Berührung zwischen dem Ausgleichskegelritzel und dem anderen Achswellenkegelrad an den Stencil 5 und 6 vorhsnder. ;st, ist ;n F; g. 2 rr::i Bezug auf das eine Achswellenkegelrad an den Stellen 13 und 14 > <i und mit Bezug auf das andere Achswellenkegelrad an den Stellen 15 und 16 dargestellt. Geringe Drehung des Aus^leichskegelritzels aus der dargestellten Stellung in einer Richtung bewirkt, daß die Berührung an den Stellen 14 und 15 aufhört und daß das Drehmoment. >-> welches in dem einen (gemäß F i g. 2 linken) Achswellenkegelrad im Bereich der Berührungsstelle 13 erzeugt ist, proportional zu R\ und das in dem anderen Achswellenkegelrad im Bereich der Berührungsstelle 16 erzeugte Drehmoment proportional zu R₂ ist. Geringe jo Drehung des Ausgleichskegelritzels in der entgegengesetzten Richtung bewirkt, daß die Berührung an den Stellen 13 und 16 aufhört und daß das Drehmoment, welches in dem einen Achswellenkegelrad an der Berührungsstelle 14 erzeugt ist, proportional zu R\ und daß das in dem anderen Achswellenkegelrad an der Berührungsstelle 15 erzeugte Drehmoment proportional zu R'2 ist. Die Bedingungen des Sperreffektes in der Ebene der Drehung der Achswellenkegelräder sind für das eine Achswellenlvcgelrad durch Ru R\ und für das andere Achswellenkegelrad durch R₂, R'₂ dargestellt, wobei R den jeweiligen Abstand einer Berührungsstelle von der beiden Achswellenkegelrädern gemeinsamen Achse ist.

Obwohl die anhand der Darstellung in den F i g. 1 und 2 beschriebenen Bedingungen erhalten werden bei Verwendung von Ausgleichskegelritzeln mit neun Zähnen, die mit Achswellenkegelrädern kämmen, welche 2wolf Zähne besitzen, sowie bei Verwendung eines Druckwinkels oder Zahneingriffswinkels von 25° und eines Be-.ührungsverhältnisses von 1,0, sind derartige Ausgleichsgetriebe nicht nur auf diese Parameter beschränkt Die Ausgleichskegelritzel können sieben oder mehr Zähne haben, wobei jedoch die Achswellenkegelräder eine Zähnezahl haben müssen, die durch die Anzahl der Ausgleichskegelritzel teilbar ist. Das praktische Berührungsverhältnis sollte etwas größer als 1,0 sein, um Herstellungs- und Montagetoleranzen zu schaffen. Der Druckwinkel oder Zahneingriffswinkel kann zwischen 22,5° und 30" liegen. Ausglcichskegelritzel und Achswellenkegelräder mit kleineren Druckwinkeln oder Zahneingriffswinkeln können zu ernsthaften Hinterschneidungen der Zähne mit sich daraus ergebendem Festigkeitsverlust führen, wohingegen bei größeren Druckwinkeln oder Zahneingriffswinkeln Zähne erhalten werden, die zugespitzt sind. Der Sperreffekt liegt bei einem Druckwinkel von 22,5° bei etwa 2,25 und bei einem Druckwinkel von 30° bei etwa 2,5.

Fig. 3 zeigt im einzelnen die Ausführung des Ausgleichskegelritzels gemäß Fig.2. Die Gestaltung des Ausgleichsgetriebes wird gemäß einer Ausführungs-ΓοΓΓμ 2lif fc!^rtS"de Weise ausgeführt! L'nier Anwpndunff bekannter Herstellungsverfahren werden die Kopfflankenlinien 21 — 22 des Ausgleichskegelritzels und die Kopfflankenlinie 23—24 des Achswellenkegelritzels gebildet unter Verwendung von Kopfteilwerten von 0,920/diametrale Teilung für das Ausgleichskegelritzel und von 0,655/diametrale Teilung für das Achswellenkegelrad, wobei der Wert für die diametrale Teilung bestimmt wird aus der Anzahl der Zähne, dividiert durch den T .'lungsdurchmesser in Zoll. Das Trimmen oder Zuschneiden (Bereich 7) des Ausgleichskegelritzels erfolgt an der Stelle 17, welches die Stelle bei 0,75 der Höhe des Kopfteües des Achswellenkegelrades ist. Die Außendurchmesserfläche des Ausgleichskegelritzels, die durch die Linie 17—18 beschrieben ist, ist relativ zur Achse des Ausgleichskegelritzels zylindrisch. Die Stelle 13, die von der Stelle 18 und von der Stelle 19 in gleichem Abstand entfernt und an der Kopfflankenlinie des Ausgleichskegelritzels liegt, ist eine Stelle auf der Linie 11, die parallel zur Achse des Ausgleichskegelritzeis gezogen ist. Die Stelle 14 liegt ebenfalls auf der Linie 11. Das Trimmen oder Zuschneiden (Bereich 8) des Achswellenkegelrades erfolgt zwischen den Stellen 20 und 25 unter solchen Bedingungen, daß die Stelle 20 sich von der Stelle 14 in den. gleichen Abstand wie die Stelle 24 befindet, und daß die Stelle 25 diejenige Stelle ist, die bei der dargestellten Ausführungsform entlang der Linie 19-23 bei 0,75 der Höhe des Kopfteües des Ausgleichskegelritzds liegt

F i g. 4 zeigt das Ausgleichsgetriebe gemäß den F i g. 1 bis 3. zusammengebaut in einem Gehäuse 26. Die Achswellenkegelräder gemäß Fig.2 sind in dem Gehäuse 26 in Kämmeingriff mit den Ausgleich .fcegelritzeln gemäß F i g. 2 angeordnet welche ihrerseits an einem Lagerzapfen 27 angebracht sind, der am Gehäuse 26 fest angebracht ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe mit zwei gleichachsig angeordneten und einander gegenüberliegenden AchsweUenkegelrädern und mit wenig- stens einem zwischen den AchsweUenkegelrädern angeordneten Ausgleichskegelritzel, dessen Zähne zu den Zähnen der Achswellenkegelräder konjugiert ausgebildet sind und mit diesen in Eingriff stehen, wobei die gemeinsame Achse der AchsweOenkegelräder und die Achse des Ausgleichskegelritzels sich im Mittelpunkt des Ausgleichsgetriebes schneiden, und wobei im Betrieb die Zähne des Ausgleichskegelritzels mit den Zähnen der Achswellenkegelräder entlang einer Mehrzahl von Berührlinien in Eingriff gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des Ausgleichskegelritzels und der Achswellenkegelräder derart gestaltet sind, daß das Berührungsverhältnis 1,0 oder größer ist und die Mittelpunkte der Berührlinien (9 bzw. 10) je auf einer ^M Linie (11 bzw. 12} liegen, die parallel zu den Drehebenen der Achswellenkegelräder verlaufen und daß das Ausgleichskegelritzel sieben oder mehr Zähne besitzt und die Anzahl der Zahne jedes Achswellenkegelrades durch die Anzahl der Ausgleichskegelritzel teilbar ist

2. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des Ausgleichskegelritzels an ihrem äußeren Ende derart zugeschnitten sind, daß das Ausgleichskegelritzel dort (Linie 17—18) zy' ndrische Form erhält.