DE4407696C2 - Helical gearbox with parameters of the gear geometry corrected for the operating temperature - Google Patents
Helical gearbox with parameters of the gear geometry corrected for the operating temperatureInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Stirnrädergetriebe nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a spur gear after The preamble of claim 1.
Bei einem bekannten Stirnrädergetriebe (G. Niemann H. Winter "Maschinenelemente" Band II, zweite, völlig neubearbeitete Auflage, Berichtigter Nachdruck, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokio 1985, Sn. 84, 85) ist der Einfluß der Erwärmung auf das Betriebsflankenspiel bei der Festlegung der Zahndickenabmaße berücksichtigt. Wird bei diesem Stirnrädergetriebe zur Erzielung eines geringeren Gewichtes ein Getriebegehäuse aus Aluminium- oder Magnesiumguß verwendet, seien die gegenüber Stahl bzw. Grauguß höheren Wärmeausdehnungen und deren Auswirkung auf die Lager zu beachten (S. 296).In a known spur gear (G. Niemann H. Winter "Machine Elements" Volume II, second, completely revised edition, Correct reprint, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo 1985, Sn. 84, 85) is the influence of heating on the operating backlash in determining the Zahndickenabmaße considered. Is used in this spur gear to Achieving a lower weight of a transmission housing Aluminum or magnesium cast used, are the opposite Steel or cast iron higher thermal expansions and their effect to pay attention to the bearings (p. 296).
Aus Dubbel "Taschenbuch für den Maschinenbau", 17. neubearbei tete Auflage, 1990, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokio Hong Kong Barcelona, Sn. G115 bis G121 ist die Verzahnungsgeometrie insbesondere auch der Evolventenverzahnung bekannt, für die ein Prüfbereich Lα durch die "Bedienungsanleitung CNC-gesteuertes Verzahnungsmeßzentrum PNC 40 - Vollautomatisches CNC-gesteuertes Verzahnungsmeßzentrum PNC 40 VA" der Fa. KLINGELNBERG; Klingelnberg Söhne Remscheid Werk Hückeswagen 88.02 Blatt "Berechnung Wälzweg und Wälzwinkel" definiert ist.From Dubbel "Taschenbuch für die Maschinenbau", 17th edition edition, 1990, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo Hong Kong Barcelona, Sn. G115 to G121 the gearing geometry in particular also the involute gearing for which a test area Lα by the "Operating instructions CNC-controlled gear measuring center PNC 40 - Fully automatic CNC controlled gear measuring center PNC 40 VA "from KLINGELNBERG; Klingelnberg Söhne Remscheid Werk Hückeswagen 88.02 Sheet "Calculation of rolling path and rolling angle" is defined.
Bei Stirnrädergetrieben der eingangs genannten Art treten Flan kenschäden auf, welche eine Folge der "Blitztemperatur" sind. In DIN 3990 wird zur Vermeidung dieser Flankenschäden eine Flankenkorrektur in Form einer Kopfrücknahme vorgeschlagen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Maßnahme nicht ausreichend ist.In spur gearboxes of the type mentioned flan occur kenschäden, which are a consequence of the "flash temperature". In DIN 3990, to avoid this flank damage, a Flank correction proposed in the form of a head cancellation. It However, it has been shown that this measure is not sufficient is.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, bei einem Stirnrädergetriebe der eingangs genannten Art das Auftreten von Flankenschäden wirkungsvoller zu vermeiden.The object underlying the invention is therein, in a spur gear of the aforementioned Type to avoid the occurrence of flank damage more effectively.
Die erläuterte Aufgabe ist in vorteilhafter Weise mit den kenn zeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.The explained problem is in an advantageous manner with the kenn characterizing features of claim 1.
Bei dem Stirnrädergetriebe nach der Erfindung resultiert bei Normaltemperatur eine kopffallende Evolvente, d. h., die Flankenlinien- Winkelabweichung fHα der Evolvente hat einen negativen Wert - und dies ist auch der Herstellungszustand. Damit werden etwas gestörte Eingriffsverhältnisse bei Normaltemperatur akzeptiert. Durch die Erwärmung des Getriebes auf die Betriebstemperatur verändert sich die Evolvente, so daß unter diesen Bedingungen ein Abwälzen ohne Eingriffsstörungen vorliegt.In the spur gear according to the invention results in Normal temperature a head drop involute, d. h., the flank lines Angular deviation fHα of the involute has a negative Value - and this is also the state of manufacture. In order to be slightly disturbed engagement conditions at normal temperature accepted. By heating the transmission to the operating temperature the involute changes so that under these conditions a rolling without interference interference is present.
Durch die Erfindung ist die Lebensdauer des Stirnrädergetriebes erhöht, so daß Garantie- und Kulanzkosten reduziert werden.By the invention, the life of the Stirnrädergetriebes increased, so that warranty and goodwill costs are reduced.
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung bedeutenDetails of the invention will become apparent from the following Description in connection with the drawing. In the drawing mean
Fig. 1 eine schematische Darstellung von erfindungsrelevanten Parametern der Verzahnungsgeometrie eines Zahnradpaares mit Evolventenverzahnung eines Stirnrädergetriebes bei Raumtemperatur, Fig. 1 is a schematic representation of the invention, relevant parameters of the tooth geometry of a gear pair with involute teeth of a spur gear train at room temperature,
Fig. 2 die Verzahnungsgeometrie von Fig. 1 bei Betriebstemperatur, und FIG. 2 shows the toothing geometry of FIG. 1 at operating temperature, and FIG
Fig. 3 eine schematische Gegenüberstellung des Flankeneingriffes bei Raumtemperatur einerseits und Betriebstemperatur andererseits der Verzahnungsgeometrie von Fig. 1 in vergrößertem Maßstab. Fig. 3 is a schematic comparison of the edge engagement at room temperature on the one hand and operating temperature on the other hand, the tooth geometry of Fig. 1 on an enlarged scale.
Unter dem Einfluß der Temperatur ändern sich viele physikalischen Größen wie z. B. die Abmessungen der Körper.Under the influence of temperature many physical changes Sizes such. B. the dimensions of the body.
Feste Körper dehnen sich proportional mit steigender Temperatur aus. Die Ausdehnung ist abhängig von der Art des Stoffes und von der Temperaturerhöhung d. h. Temperaturdifferenz.Solid bodies expand proportionally with increasing temperature out. The extent depends on the type of substance and from the temperature increase d. H. Temperature difference.
Aus der Wärmelehre ist für die Längenausdehnung eines Körpers folgende Abhängigkeit bekannt:From the thermodynamics is for the linear expansion of a body the following dependency is known:
δ 1 = α * l1 * δtδ 1 = α * l1 * Δt
wobei:in which:
δ t = t1-t2 Temperaturdifferenz
l1 = Länge des Körpers bei Temperatur t1,
l2 = Länge des Körpers bei Temperatur t2,
δ 1 = l1-l2 Längenänderung,
α = stoffabhängiger Ausdehnungskoeffizient.δ t = t1-t2 temperature difference
l1 = length of the body at temperature t1,
l2 = length of the body at temperature t2,
δ 1 = l1-l2 change in length,
α = substance-dependent expansion coefficient.
Die Ausdehnung mit steigender Temperatur muß da, wo größere Temperaturschwankungen auftreten, berücksichtigt werden.The expansion with increasing temperature must be where larger Temperature fluctuations occur, be taken into account.
Bei der Verwendung von verschiedenen Materialien muß man selbst auf die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten achten.When using different materials you have to do it yourself pay attention to the different coefficients of expansion.
Die bekannten Getriebe-Berechnungen beziehen sich auf die Raum temperatur. Der Einfluß der Betriebstemperatur wird bei diesen theoretisch vernachlässigt. Messungen an eingesetzten Getrieben ergaben Betriebstemperaturen von 130°C bis 160°C, d. h. eine beachtliche Temperaturdifferenz von ca. 110°C gegenüber Raumtemperatur.The known gearbox calculations refer to the space temperature. The influence of the operating temperature is at these theoretically neglected. Measurements on used gearboxes gave operating temperatures of 130 ° C to 160 ° C, d. H. a considerable Temperature difference of about 110 ° C compared to room temperature.
Die Zeichnungs-Qualität der Zahnräder und des Gehäuses ergibt im eingesetzten Getriebe ein optimales Abwälzen der Zahnradpaare. Dabei werden die maßlichen Veränderungen unter Temperatureinfluß jedoch nicht berücksichtigt.The drawing quality of the gears and housing yields in the gearbox used an optimal rolling of the gear pairs. The dimensional changes under temperature influence but not considered.
Unter Zeichnungs-Qualität wird die theoretisch ermittelte bzw. errechnete Qualitätsklasse der Verzahnung von Räder und Wellen verstanden, wobei in bezug auf das Gehäuse der Achsabstand ein relevantes Merkmal für die Eingriffsverhältnisse eines oder mehrerer Radpaare ist. Under drawing quality, the theoretically determined or Calculated quality class of the teeth of wheels and shafts understood, with respect to the housing, the axial distance a Relevant feature for the intervention conditions of a or more pairs of wheels.
Werden die Achsbiegungen, Zahnschränkungen usw. vernachlässigt und nur die Veränderungen im Getriebe unter Temperaturschwankung analysiert, so ergibt sich:If the bends, Zahnschränkungen etc. neglected and only the changes in the transmission under temperature fluctuation analyzed, it follows:
- - die Veränderung der Grundkreisdurchmesser - the change of the base circle diameter
-
- die Veränderung des Achsabstandes durch zwei Faktoren:
- a) lineare Veränderung des Gehäuse-Achsabstandes
- b) maßliche Veränderung des Abstandes der gelagerten Achsen.
- a) linear change of the housing center distance
- b) dimensional change of the distance between the mounted axles.
Die Änderung des Lagerabstandes ist dann von Bedeutung, wenn für Zahnräder und Gehäuse unterschiedliche Materialien mit unter schiedlichen Ausdehnungskoeffizienten verwendet werden, wie z. B. Stahl und Aluminium und zusätzlich, wenn bei der Lagerung der Wellen Kegelrollenlager verwendet werden. Die Differenz zwischen Alu-Gehäuse und Stahl-Welle führt zu einem Axialspiel der Welle im Gehäuse.The change of the bearing distance is then important, if for Gears and housing different materials with under different coefficients of expansion are used, such. B. Steel and aluminum and in addition, if in storage the Shafts tapered roller bearings are used. The difference between Aluminum housing and steel shaft leads to an axial play of the shaft in the case.
Erfolgen die Achslagerungen mit Kegelrollenlager, dann geht das Axialspiel aufgrund des Kegelwinkels der Kegelrollenlager im Verhältnis 1 : 4 oder 1 : 3 in das Radialspiel ein.If the axle bearings with tapered roller bearings, then it works Axial clearance due to the taper angle of tapered roller bearings in Ratio 1: 4 or 1: 3 in the radial play.
Der Vergleich der Betriebseingriffswinkel eines Radpaares bei unterschiedlichen Temperaturen führt unter Berücksichtigung aller maßlichen Veränderungen zu Änderungen dieses Wälz-Parame ters.The comparison of the operating angle of a pair of wheels at different temperatures leads considering all dimensional changes to changes in this Wälz-Parame ters.
Also kann eine Veränderung der Eingriffsverhältnisse unter Tem peratureinfluß beobachtet werden (graphische Darstellung des Flankeneingriffes F1/F2 bei Raumtemperatur und des Flankeneingriffes F′1/F′2 bei Betriebstemperatur in Fig. 3).Thus, a change in the engagement conditions under Tem peratureinfluß be observed (graphical representation of the edge engagement F1 / F2 at room temperature and the edge engagement F'1 / F'2 at operating temperature in Fig. 3).
Im speziellen sei darauf hingewiesen, daß sich die beiden we sentlichen Einflußfaktoren, Grundkreis- und Achsabstandsverände rung, teilweise kompensieren, d. h. sie wirken sich nicht immer negativ auf die Eingriffsverhältnisse des Radpaares aus.In particular, it should be noted that the two we Significant influencing factors, base circle and Achsabstandsverände partially offset, d. H. they do not always work negative on the meshing conditions of the pair of wheels.
Wie schon erwähnt, ändert sich der Achsabstand des Getriebes mit einem Alu-Gehäuse durch zwei Einflußfaktoren und zwar:As already mentioned, the center distance of the gear changes with an aluminum housing by two influencing factors namely:
δ 1 = α * δ 1 = α *
l1 * l1 *
δ tδ t
δ t = 110°C (Temperaturdifferenz zwischen
Raum- und Betriebstemperatur)
α = 23,9 * 10-6 l/°C (Ausdehnungskoeffizient f. Alu)
l1 = 152 mm (Achsabstand im Gehäuse)δ t = 110 ° C (temperature difference between room and operating temperature)
α = 23.9 * 10 -6 l / ° C (coefficient of expansion for aluminum)
l1 = 152 mm (center distance in housing)
Der Achsabstand verändert sich somit rechnerisch/theoretisch um:The axial distance thus changes mathematically / theoretically by:
w l = 0,399 mmw l = 0.399 mm
Bei einem Axialspiel α la, bedingt durch die Längendifferenz der Wärmeausdehnung des Gehäuses und der Welle in axialer Richtung, ergibt sich ein Radialspiel δ r von:In an axial play α la, due to the difference in length of the Thermal expansion of the housing and the shaft in the axial direction, results in a radial play δ r of:
δ r = δ la * tan τδ r = δ la * tan τ
τ = Kegelwinkel der Kegelrollenlagerτ = cone angle of tapered roller bearings
Praktisch bedeutet dies, daß aus einem Axialspiel im Normalfall mit dem Faktor ca. 1 : 3 ein Radialspiel resultiert. Bei Verwen dung von einem Aluminiumgehäuse werden andere Kegelrollenlager eingebaut und dabei ergibt sich ein Faktor von ca. 1 : 4.Practically this means that from an axial play normally with the factor about 1: 3 a radial play results. When using From an aluminum housing, other tapered roller bearings built-in and this results in a factor of about 1: 4.
Praktische Vorgehensweise:Practical procedure:
δ la = δ lG - δ lwδ la = δ Ig - δ lw
δ la - Axialspiel
δ lG - Längenausdehnung des Gehäuses
δ lw - Längenausdehnung der Welleδ la - axial play
δ lG - Length of the housing
δ lw - linear expansion of the shaft
δ lG = αa * lG δ tδ lG = αa * lG δ t
αa = 23,9 * 10-6 l/°C (Ausdehnungskoeffizient für Alu)
lG = 498 mmαa = 23.9 * 10 -6 l / ° C (coefficient of expansion for aluminum)
LG = 498 mm
δ lw = αw * lw*δ t
αw = 11,5 * 10-6 l/°C (Ausdehnungskoeffizient für Stahl)
lw = 509 mmδ lw = αw * lw * δ t
αw = 11.5 * 10 -6 l / ° C (coefficient of expansion for steel)
lw = 509 mm
δ la = 1,309 - 0,644 = 0,665 mmδ la = 1.309 - 0.644 = 0.665 mm
δ r1 = ¼ * δ laδ r1 = ¼ * δ la
δ r1 - Radialspiel im Lagerδ r1 - radial clearance in the bearing
δ r1 = 0,166 mmδ r1 = 0.166 mm
Das wirksame Radialspiel entspricht den Längenverhältnissen zwi schen der Position der Verzahnung und dem Lagerabstand, d. h.:The effective radial clearance corresponds to the length ratios zwi the position of the gearing and the bearing distance, d. H.:
δ r = 0,109 mmδ r = 0.109 mm
Wird das Axialspiel bzw. Radialspiel sowohl der Haupt- als auch der Vorgelegewelle berücksichtigt, dann erhält man folgende ge samte Achsabstandsveränderung:If the axial play or radial play of both the main and considered the countershaft, then you get the following ge total center distance change:
δ a = δ l + 2 * δ r
δ a = 0,617 mmδ a = δ l + 2 * δ r
δ a = 0.617 mm
Die Änderung der Grundkreise des Radpaares ist eine lineare Län genausdehnung und wird mit der aufgeführten Formel berechnet:The change of the basic circle of the wheel pair is a linear Län range and is calculated using the formula:
δ db = α * db * δ tδ db = α * db * δ t
wobei:in which:
α = 11,5 * 10-6 l/°C (Ausdehnungskoeffizient für Stahl).α = 11.5 * 10 -6 l / ° C (coefficient of expansion for steel).
Das im Getriebe untersuchte Radpaar hat die Kenngrößen:The wheel pair examined in the gearbox has the characteristics:
Bei einer Temperaturdifferenz δ t = 110°C werden folgende Grund kreisänderungen errechnet:At a temperature difference δ t = 110 ° C, the following reason Circular changes calculated:
δ db1 = 0,169 mm
δ db2 = 0,176 mmδ db1 = 0.169 mm
δ db2 = 0.176 mm
Folgend sind Kenngrößen aus der Verzahnungsberechnung aufgeführt, und zwar:Following are parameters from the gearing calculation listed, in fact:
1. Betriebseingriffswinkel αwt1. operating engagement angle αwt
db1, 2 - Grundkreise
a - Achsabstanddb1, 2 - basic circuits
a - Center distance
2. Stirneingriffswinkel αt2nd prong engagement angle αt
α - Eingriffswinkel
β - Schrägungswinkel
βb - Schrägungswinkel im Grundkreisα - pressure angle
β - helix angle
βb - helix angle in the base circle
3. Eingriffswinkel-Abweichung fα3. Pressure angle deviation fα
fHα - Profil-Winkelabweichung
Lα - Profil-PrüfbereichfHα - profile angle deviation
Lα - profile testing area
4. Grundkreis-Abweichung fb4. base circle deviation fb
Für die Analyse der Eingriffsverhältnisse des Radpaares werden zwei Gruppen von Kenngrößen gebildet und zwar:For the analysis of the meshing conditions of the pair of wheels two groups of parameters formed namely:
Zwischen den Kenngrößen beider Gruppen bestehen folgende Bezie hungen:The following relationships exist between the parameters of both groups relationships:
d′b1 = db1 + δ db1
d′b2 = db2 + δ db2
a2 = a1 + δ ad'b1 = db1 + δdb1
d'b2 = db2 + δdb2
a2 = a1 + δ a
Der Betriebseingriffswinkel bei Raum- und Betriebstemperatur ist somit:The operating angle at room and operating temperature is thus:
Werden in der Gleichung des Betriebseingriffswinkels bei Be triebstemperatur die Kenngrößen d′b1, d′b2 und a2 ersetzt, dann führt dies zu folgender Relation:In the equation of the operating engagement angle at Be operating temperature replaced the characteristics d'b1, d'b2 and a2, then this leads to the following relation:
Vereinfacht geschrieben:Simplified written:
Unter dem Einfluß der Temperaturschwankung findet somit eine Veränderung der Eingriffsverhältnisse des Radpaares statt. Gleichbleibende Betriebseingriffswinkel und hiermit auch identische Wälzverhältnisse sind im untersuchten Fall, d. h. Alu- Gehäuse und Stahl-Räder nur theoretisch möglich, zumal praktisch eine komplette Kompensation der beiden Einflußfaktoren nicht erfolgen kann.Under the influence of the temperature fluctuation thus finds a Change in the engagement of the wheel pair instead. Consistent operating angle and hereby also identical rolling ratios are in the investigated case, i. H. aluminum Housing and steel wheels only theoretically possible, especially handy a complete compensation of the two influencing factors not can be done.
Die Veränderung des Betriebseingriffswinkels kann aufgrund des Wertes des Faktors k analysiert werden.The change in the operational engagement angle may be due to the Value of the factor k.
Daraus folgt, daß der Grundkreis für eine optimale Auslegung bei Betriebstemperatur kleiner ist als der unter Zugrundelegung einer Raumtemperatur errechnete theoretische Grundkreis.It follows that the base circle for optimum design Operating temperature is less than that on the basis of a room temperature calculated theoretical base circle.
In diesem Fall ist der Auslegungsdurchmesser größer als der unter Zugrundelegung einer Raumtemperatur errechnete theoretische Grundkreis.In this case, the design diameter is larger than the calculated on the basis of a room temperature theoretical base circle.
Die Berechnungen müssen nicht unbedingt zu einer Änderung des Grundkreises führen. Der gleiche Effekt kann mit einem neu be rechneten Eingriffswinkel erzielt werden.The calculations do not necessarily have to change the Basic circle lead. The same effect can be with a new be calculated pressure angle can be achieved.
C. Wenn der Wert des Koeffizienten k = 1, dann verändert sich der Betriebseingriffswinkel nicht unter dem Einfluß der Be triebstemperatur, d. h. das Abwälzen der Zahnräder ist optimal.C. If the value of the coefficient k = 1, then it changes the operating engagement angle is not under the influence of Be operating temperature, d. H. the rolling of the gears is optimal.
Schätzungsweise funktioniert das Fahrzeug-Getriebe 90% seiner Lebensdauer bei Betriebstemperatur. Berücksichtigt man die maßlichen Veränderungen der Verzahnungskenngrößen, so wird festge stellt, daß die Radpaare in bekannten Getrieben sich nur bei Raumtemperatur, d. h. ca. 10% der Lebensdauer optimal abwälzen.It is estimated that the vehicle transmission works 90% of its value Service life at operating temperature. Taking into account the dimensional Changes in the gearing characteristics, so festge provides that the pairs of wheels in known transmissions only at Room temperature, d. H. optimally circulate approx. 10% of the service life.
Damit sich die Radpaare bei Betriebstemperatur mit den errechne ten Eingriffsverhältnissen bezüglich Lastübertragung und Ge räuschentwicklung abwälzen, wird eine Getriebe-Auslegung bei Be triebstemperatur nach der Lehre des Patentanspruches vorgeschlagen.So that the pairs of wheels at operating temperature with the calculated ten engagement conditions with respect to load transfer and Ge deceleration, a gearbox design at Be operating temperature according to the teaching of claim proposed.
Das Beispiel bezieht sich auf ein Radpaar mit einem Alu-Getriebegehäuses mit Kegelrollenlagerung. Die Betriebstemperatur beträgt 130°C und die Raumtemperatur ist 20°C.The example relates to a pair of wheels with an aluminum gear housing with tapered roller bearings. The operating temperature is 130 ° C and the room temperature is 20 ° C.
Der Achsabstand bei 20°C istThe center distance at 20 ° C is
a₁ = 152 mma₁ = 152 mm
und bei Betriebstemperaturand at operating temperature
a₂ = 152,617 mm.a₂ = 152.617 mm.
Der Schrägungswinkel im Teilkreis ist für das Radpaar (Rad und Ritzel) β=22°. Für das Radpaar liegen folgende Kenngrößen vor:The helix angle in the pitch circle is β = 22 ° for the wheel pair (wheel and pinion). The following parameters are available for the pair of wheels:
Bei Betriebstemperatur dehnen sich die Räder aus und für die Grundkreise werden folgende Werte ermittelt.At operating temperature, the wheels expand and become the base circuits the following values are determined.
Beim Rad:At the wheel:
d′b1 = db1+δdb1 = db1+(α × db1 × δt)d ' b1 = d b1 + δd b1 = d b1 + (α × d b1 × δ t )
wobeiin which
α = 11,5 × 10-6 1/°C
δt = 110°C
d′b1 = 133,726+0,169 = 133,895 mmα = 11.5 × 10 -6 1 / ° C
δ t = 110 ° C
d ' b1 = 133.726 + 0.169 = 133.895 mm
Beim Ritzel:When pinion:
d′b2 = db2+δdb2 = db2+(α × db2 × δ₁)d ' b2 = d b2 + δd b2 = d b2 + (α × d b2 × δ₁)
wobeiin which
α = 11,5 × 10-6 1/°C
δ₁ = 110°C
d′b2 = 139,298+0,176 = 139,474 mmα = 11.5 × 10 -6 1 / ° C
δ₁ = 110 ° C
d ' b2 = 139.298 + 0.176 = 139.474 mm
Der Betriebseingriffswinkel wird mit der FormelThe operating angle is given by the formula
berechnet.calculated.
Dies ergibt:This results in:
- - bei Raumtemperatur - at room temperature
- - bei Betriebstemperatur werden die dann geltenden Werte für Grundkreise und Achsabstand verwendet. - At operating temperature, the then applicable values for basic circle and center distance are used.
Der Faktor k wird mit der Formel berechnet:The factor k is calculated using the formula:
Wenn k≠1, liegen gestörte Eingriffsverhältnisse vor. Um zu einem ungestörten Abwälzverhalten des Radpaares bei Betriebstemperatur zu gelangen, müssen Rad und Ritzel korrigiert oder vorgehalten werden. If k ≠ 1, there are disturbed engagement conditions. To an undisturbed rolling behavior of the pair of wheels to reach the operating temperature, must wheel and Pinion corrected or retained.
Die Differenz der Betriebseingriffswinkel bei den unterschiedlichen Temperaturen ist somit:The difference in the operating angle of engagement at the different temperatures is thus:
δαw1 = 26,414 - 26,089 = 0,325°δα w1 = 26.414 - 26.089 = 0.325 °
Der Betriebseingriffswinkel charakterisiert ein Radpaar und sein Abwälzverhalten. Um die Eingriffsverhältnisse optimal zu gestalten, wird δαwt im Verhältnis der Grundkreise von Rad und Ritzel diesen zugeordnet.The operating engagement angle characterizes a pair of wheels and its rolling behavior. In order to make the engagement conditions optimal, δα wt is assigned to them in the ratio of the basic circle of wheel and pinion.
Im Beispiel ist ≈ 1 und deshalb wird für die Optimierung des Rades δαwt/2 und zur Optimierung des Ritzels ebenfalls δαwt/2 zugeordnet.In the example ≈ 1 and therefore δα for the optimization of the wheel wt / 2 and associated with the optimization of the pinion also δα wt / 2.
Der Stirneingriffswinkel bei Betriebstemperatur wird aus der FormelThe prewarning angle at operating temperature becomes the formula
und bei Raumtemperatur mit der Formeland at room temperature with the formula
berechnet.calculated.
Dabei werden folgende Werte ermittelt:The following values are determined:
- - bei Raumtemperatur - at room temperature
- - bei Betriebstemperatur - at operating temperature
Der Eingriffswinkel wird aus der Formel: tanα=tanαt×cosβ berechnet.The pressure angle is determined from the formula: tanα = tanα cosβ × t calculated.
Die Werte sind:The values are:
-
-bei Raumtemperatur
tanα₁ = tanαt1 = cosβ = tan 21,433 × cos 22°
= 0,39256028 × 0,92718355
= 0,363975554
α₁ = 20°at room temperature tanα₁ = tan α t1 = cosβ = tan 21.433 x cos 22 °
= 0.39256028 × 0.92718355
= 0.363975554
α₁ = 20 ° -
- bei Betriebstemperatur
tanα₃ = tanαt3 × cosβ
= tan 21,635 × cos 22°
= 0,396634804 × 0,927183855
= 0,367753386
α₃ = 20,191°- at operating temperature tanα₃ = tanα t3 × cosβ
= tan 21,635 × cos 22 °
= 0.396634804 × 0.927183855
= 0.367753386
α₃ = 20.191 °
Wenn die Variante bzw. Lösung mit einem geänderten Eingriffswinkel angestrebt wird, dann sollte die Vorhaltung des Zahnprofils mit diesem Eingriffswinkel erfolgen bzw. die Werkzeuge für Rad und Ritzel müssen mit diesem Eingriffswinkel ausgelegt werden.If the variant or solution sought with a modified pressure angle is, then the provision of the tooth profile should be done with this pressure angle or the tools for wheel and pinion must be designed with this pressure angle become.
Will man aber mit standardisierten Werkzeugen (Eingriffswinkel = 20°) arbeiten, dann erfolgt die Profilkorrektur über den Grundkreis. Der Optimierungseffekt für das Abwälzverhalten ist der gleiche. Dazu wird die Eingriffswinkelabweichung fα mit der FormelBut if you want to work with standardized tools (pressure angle = 20 °), then the profile correction takes place via the base circle. The optimization effect for the rolling behavior is the same. For this purpose, the pressure angle deviation f α with the formula
fα = αist - αsoll f α = α is - α soll
ermittelt. In vorliegendem Fall bedeutet dies:determined. In the present case this means:
fα = 20,191 - 20 = 0,191°
oder
fα = 3,333 mradf α = 20.191 - 20 = 0.191 °
or
f α = 3.333 mrad
Aus der FormelFrom the formula
wird die Profil-Winkelabweichung fH α ermittelt (siehe Seite 8).the profile angle deviation f H α is determined (see page 8).
Der Profilprüfbereich für das Rad wird aus der folgenden bekannten Formel ermittelt:The profile test area for the wheel is determined from the following known formula:
Aus der FormelFrom the formula
wird die Grundkreisabweichung berechnet. Für das Rad ergibt dies folgenden Wert:the base circle deviation is calculated. For the wheel this gives the following value:
Liegt ein negativer Wert für fH a vor, bedeutet dies, daß der Grundkreisdurchmesser zur Endbearbeitung der Zahnflanken kleiner sein muß als der vorgegebene Wert.If there is a negative value for f H a , this means that the base circle diameter for finishing the tooth flanks must be smaller than the predetermined value.
db (k-soll) = db - fb = 133,726-0,177 = 133,549 mmd b (k-soll) = d b - f b = 133.726 to 0.177 = 133.549 mm
Die Fertigbearbeitung des Rades (z. B. Zahnflankenschleifen) erfolgt mit dem Grundkreisdurchmesser von db (k-soll) = 133,549 mmThe finishing of the wheel (eg tooth flank grinding) is carried out with the base circle diameter of d b (k-soll) = 133.549 mm
Wird δαwt nicht zu je einer Hälfte dem Rad und Ritzel zugeordnet, dann muß für die Korrekturberechnung des Ritzels mit der Ermittlung des Stirneingriffswinkels begonnen werden. Im vorliegenden Beispiel wurde jedoch δαwt/2 jeder Verzahnung zugeordnet und demzufolge beginnt die Berechnung der Zahnflankenmodifikation für das Ritzel mit der Ermittlung des Prüfbereichs Lα.If δα wt is not assigned to one-half of the wheel and pinion, then the calculation of the correction of the pinion must begin with the determination of the frontal meshing angle. In the present example, however, δα wt / 2 has been assigned to each toothing, and consequently the calculation of the tooth flank modification for the pinion starts with the determination of the test range L α .
Beim Ritzel wird für die Profil-WinkelabweichungThe pinion is for the profile angle deviation
fH α = -3,333 × 17,1717 × tan 21,635°
= -22,7 µm H f α = -3.333 × × tan 17.1717 21.635 °
= -22.7 μm
Die Grundkreisabweichung des Ritzels ist:The base circle deviation of the pinion is:
Somit ist der Grundkreisdurchmesser zur Herstellung der modifizierten Zahnflanke des Ritzels:Thus, the base circle diameter for producing the modified tooth flank of the pinion:
db (k-soll) = 139,298 - 0,184 = 139,114 mmd b (k-soll) = 139.298 to 0.184 = 139.114 mm
Claims (1)
db1, db2 die Grundkreisdurchmesser bei Raumtemperatur,
db1+δdb1, db2+δdb2 die Grundkreisdurchmesser bei Betriebstemperatur,
df den Fußkreisdurchmesser,
a1 den Achsabstand bei Raumtemperatur,
a1 + δa den Achsabstand bei Betriebstemperatur
αwt1 den Betriebseingriffswinkel bei Raumtemperatur
awt3 den Betriebseingriffswinkel bei Betriebs temperatur
angeben.Spurrädergetriebe in which the determined based on a room temperature theoretical design value (setpoint) at least one parameter of the tooth geometry of the involute toothing of a gear pair is replaced by a calculated taking into account the thermal expansion coefficient and on the basis of an operating temperature corrected design value (k setpoint), characterized in that as parameters with a corrected design value, the pressure angles (α) or the two base circle diameters (db1 and db2) are provided under the condition that k ≷ 1, where in that the corrected design value (α (k-soll) ) of the pressure angle (α) is calculated from the operating pressure angle (α t3) determined on the basis of the operating temperature (t3), where and that the corrected design values (db1 (k-soll) ) and (db2 (k-soll) ) of the base circle diameter (db1 and db2) from the pressure angle deviation (fα) on the profile angle deviation (fHα) and from the resulting base circle Deviation (fb) are calculated, where because the tip diameter,
db1, db2 the base circle diameter at room temperature,
db1 + δdb1, db2 + δdb2 the base circle diameter at operating temperature,
df the root diameter,
a1 the center distance at room temperature,
a1 + δa the center distance at operating temperature
αwt1 the operating angle at room temperature
awt3 the operating angle at operating temperature
specify.
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Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 17. Aufl., Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, London 1990, S. G115 bis G121 * |
Niemann, G. u. H. Winter: Maschinenelemente, Bd. II, 2. Aufl., Springer-Veralg Berlin, Heidel- berg, New York, Tokio, 1985, S. 84,85,296 * |
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