DE3012778A1

DE3012778A1 - Kuppelverzahnung an einm schieberad

Info

Publication number: DE3012778A1
Application number: DE19803012778
Authority: DE
Inventors: Pedro Dipl.-Ing. 7759 Hagnau Wiggenhauser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1980-04-02
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1981-10-08
Also published as: DE3012778C2; US4619150A; FR2479934A1; SE448648B; FR2479934B1; IT1142390B; SE8102101L; BR8101973A; GB2073337B; IT8148168A0; JPS56153143A; GB2073337A

Description

Die Erfindung betrifft Kuppelverzahnungen an Schieberädern nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Gerade angeordnete Kuppelverzahnungen an Schieberädern in Wechselgetrieben mit gerade ausgeführter Stirnverzahnung sind allgemein bekannt. Diese Räder werden vorrangig für die Kuppelung des Rückwärtsganges eingesetzt. Dabei ist aus Zweckmäßigkeitsgründen infolge des Antriebes über die Vorgelegewelle, selbst bei Getrieben mit an sonst schrägverzahnten Rädern, auch das Losrad des ersten Vorwärtsganges gerade verzahnt. Soll nun zur Erzielung von einer größeren Anzahl von Vorwärtsgängen das Wechselgetriebe (Grundgetriebe) mit einem Gruppengetriebe verbunden werden und damit der 1- Gang, z. B. auch als 5. Gang, mitbenutzt werden, ist es aus vielerlei Gründen zweckmäßig, auch den 1. Gang und den Rückwärtsgang mit schräger Laufverzahnung auszuführen» In solchen Getrieben bereitet infolge der relativ hohen axialen Momente bei schräger Laufverzahnung die Verriegelung des Schieberades erheblichen Aufwand. Die allgemein übliche Hinterhakung der Schaltklauen muß mit einer großen Hemmung versehen werden, was auf Kosten einer guten Schaltbarkeit geht. Dabei ist diese Lösung, zumindest in einer Lastrichtung (Zug oder Schub), trotzdem nicht sicher, so daß die relativ einfachen Schieberäder gar nicht erst vorgesehen werden. Derartige schrägverzahnte Getrieberäder werden daher auf z. B. der Abtriebswelle drehbar, aber axial fest verankert und die Schaltung erfolgt über eine Schiebemuffe von einem Kupplungskörper auf die Kuppelverzahnung dieser Räder. Diese Anordnung erfordert einen erheblich höheren Bauaufwand und ist auch in der axialen Erstreckung ungünstiger.

13ΌΌ41 /MSÖ

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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Kuppelverzahnung an einem Schieberad mit einer schrägen Laufverzahnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 so zu gestalten, daß es sicher und leicht zu schalten ist und daß das Schieberad in beiden Lastrichtungen nicht selbständig aus der Kuppelverzahnung des Kupplungskörpers herausspringen kann.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Infolge der schräggestellten Schaltklauen am Schieberad ist es möglich, den axial wirkenden Kräften, die aus der schrägen Laufverzahnung kommen, entgegenzuwirken, und zwar dann, wenn die Kuppelverzahnung in der gleichen Richtung schräg angeordnet ist. Die schrägen Schaltklauen können dabei am Schieberad axial nach innen und am Kupplungskörper radial nach außen, wie aber auch umgekehrt, angeordnet sein.

Wird nach Anspruch 2 die Schrägstellung dieser Kuppelverzahnung nach der Formel β_ = arctg (£"· tgß) ermittelt, heben sich die axialen Kräfte aus der Laufverzahnung und der Kuppelverzahnung gegenseitig auf.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schrägungswinkel der Zahnflanken der Kuppelverzahnung im Sinne einer Hinterhakung von dem Schrägungswinkel dieser Kuppelverzahnung abweichen, wie es nach Anspruch 3 möglich ist.

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Ist diese Abweichung im Bereich von +/-1,5 bis 6%, können auch in ungünstigsten Fällen - nämlich dann, wenn aus Toleranz- oder Abnützungsgründen infolge von Taumelbewegung doch noch axiale Kräfte wirken - sichere Schaltverriegelungen im Verbund der Schaltglieder selbst erreicht werden. Zusätzliche Maßnahmen im Schaltgestänge, die wiederum die Schaltqualität beeinträchtigen, sind dann nicht nötig.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel und anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Anordnung eines Schieberades mit Schaltklauen in einem Wechselgetriebe.

Fig. 2 ein Schieberad mit schräger Laufverzahnung und innenliegender und schräger Kuppelverzahnung.

Fig. 3 ein Schieberad nach Fig. 2 mit einem dargestellten Kuppelzahn.

In Fig. 1 ist ein Schieberad 3, in diesem Fall ein Rückwärtsgangrad, auf einer Abtriebswelle 4 angeordnet und wird von der Vorgelegewelle über ein nicht gezeichnetes Rückwärtsgangzwischenrad dauernd angetrieben. Die Verbindung mit der Abtriebswelle erfolgt über einen Kupplungskörper 6, der dreh- und axialfest auf dieser Welle befestigt ist. Zum Einkuppeln

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des ζ. B. Rückwärtsganges muß also das Schieberad 3, in diesem Beispiel nach links, bewegt werden, so daß die Kuppelverzahnung 1 des Schieberades 3 mit der Kuppelverzahnung 61 des Kupplungskörpers 6 zum Eingriff kommen kann.

Aus der schematischen Darstellung nach Fig. 2 ist ein Schieberad 3 mit einer schräggestellten Laufverzahnung 2 und einer innenliegenden, ebenfalls schräggestellten Kuppelverzahnung 1, erkennbar. Die Schrägstellung der Laufverzahnung erfolgt unter dem Winkel (j_ und die der Kuppelverzahnung unter dem Winkel $„. Mit r„ und r_T sind die Radien der Kuppel- und Laufverzahnung gekennzeichnet. Die an den Verzahnungen wirkenden Kräfte sind mit F_ - Laufverzahnung und F_ = Kuppelverzah-

Ii Ja

nung bezeichnet und über die Kräfteparallelogramme in die Umfangs- und Axialkräfte aufgeteilt. Die gleiche Anordnung der Schrägungsrxchtung in Lauf- und Kuppelverzahnungen führen also zu sich aufhebenden axialen Kräften aus diesen beiden Verzahnungen, wenn der Zahnschrägungswinkel der Kuppelverzahnung nach der folgenden Formel ermittelt wird:

In Fig. 3 ist ein Schieberad mit schräger Lauf- und KuppeLverzahnung dargestellt, der eingezeichnete Kuppelzahn zeigt noch die Abweichung von dem Schrägungswinkel β für die Zahnflanken 10 und den sich daraus ergebenden Schrägungswinkel dieser Zahnflanken mit (?>_F.

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Gleichzeitig werden mit einem Vollstrich die Kräfte im Zugbetrieb und mit Teilstrichen die Kräfte im Schubbetrieb dargestellt.

An einem Rechenbeispiel soll die Ermittlung des Schrägungswinkels der Kuppelverzahnung erläutert werden. Die Laufverzahnung eines Getriebes und damit auch die Laufverzahnung, ζ. Β. eines Rückwärtsgangrades, hat den Winkel (L = 12° und einen Betriebswälzdurchmesser von 201,724 mm (r_ = 100,86 mm). Der Betriebswälzdurchmesser der Klauenverzahnung soll 131,3 mm (r_ = 65,65 mm) betragen.

= arctg ( Jffff) " tg 12» = 7,877

Mit diesem Schrägungswinkel der Klauenverzahnung ist ein exakter Ausgleich der Axialkräfte in diesem Beispiel gewährleistet. Infolge von wirkenden Toleranzen und Abnutzungserscheinungen, die zu einer Taumelbewegung des Schieberades 3 und auch des Kupplungskörpers 6 führen können, ist es zweckmäßig, die Flankenwinkel des Kuppelzahnes noch mit einer Abweichung gegenüber dem Schrägungswinkel auszuführen. Als Abweichung wird z. B. ein Winkel von +/-2,8° ausgewählt, so daß sich die beiden Plankenwinkel

P>_p = \ +% = 10,68» und

-* - ⁵'⁰⁸°

ergeben.

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Die Auswahl der Abweichung richtet sich dabei nach z. B. folgenden Bedingungen:

Toleranzen für die Fertigung,
zulässiger eingeschätzter Verschleiß, Leichtgängigkeit der Schaltung,
Breite der Kuppelverzahnung.

So ist es z. B. zweckmäßig, wenn bei relativ kleiner Breite der Kuppelverzahnung der Winkel der Abweichung ^ groß gewählt wird. Mit der Formel

^FAR = ^FÜL <*Λ - FR

ist es möglich, den Anteil der resultierenden Kraft in Prozent von der ümfangskraft der Laufverzahnung sowohl für den Zugwie für den Schubbetrieb zu ermitteln, wenn man die zwei verschiedenen Winkel unter tg einsetzt, wie dies die nachfol-

genden zwei Beispiele darstellen:

^PAR ^(ZU^ ■ ^PÜL ^{t* ¹V-²^T** ¹⁰'^{68O) =} °'⁰⁷⁷ " ^FÜL

^ 7,7 % von F„_T

F_ÄD (Schub) = P_n. (tg 12°- · tg 5,08°) = 0,076 * ]

^ 7,6 % von F

In beiden Fällen zieht die Axialkraft das Losrad zur Klaue hin.

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__ . -T3D041/845II

Claims

ZAHNRADFkB^TK JRIEDRICH.SHAF2N 3012778 Aktiengesellschaft Friedrichshafen

Kuppelverzahnung an einem Schieberad

Patentansprüche

Γ IJ Kuppelverzahnung an einem Schieberad in einem Wechselgetriebe, das dauernd mit dem Antriebsstrang drehfest verbunden ist und eine schräge Stirnverzahnung hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuppelzähne (1) schräg (R.) angeordnet sind und die Richtung dieser Schräge (fL) mit der Richtung der Schräge (Jl^) von der Laufverzahnung (2) übereinstimmt.
2. Kuppelverzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrägungswinkel ($_) der Kuppelverzahnung (1) der Formel p_ - arctg (-^- tgpL) entspricht.
3. Kuppelverzahnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägungswinkel (P„) der Zahnflanken (10) von der Kuppelverzahnung (1) von dem Schrägungswinkel ({L.) der Kuppelverzahnung (1) abweichen.

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4. Kuppelverzahnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichungen (^) der Schrägungswinkel {ß_K, β ) schen +/-1,5 und 6° liegen.

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