DE4410042C2

DE4410042C2 - Planetengetriebe

Info

Publication number: DE4410042C2
Application number: DE4410042A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Kogure; Hiroshi Agata; Naoyuki Tanaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-03-26
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: DE4410042A1; JP2836426B2; JPH06280970A; US5605518A

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der Stand der Technik wird anhand von Zeichnungen näher erläutert, in denen

Fig. 1 in einer Seitenansicht den Grundaufbau eines Planetengetriebes,

Fig. 2 den Eingriff eines Sonnenzahnrads und eines Planetenzahnrads des Planetengetriebes im last freien Zustand,

Fig. 3 den Beginn des Eingriffs zwischen Sonnenzahnrad und Planetenzahnrad wie Fig. 2 unter Last,

Fig. 4 das Ende des Eingriffs zwischen Sonnenzahnrad und Planetenzahnrad wie Fig. 3 unter Last und

Fig. 5 den Eingriff zwischen einem Planetenzahnrad und einem Innenzahnrad bei dem Planetengetriebe unter Last zeigen.

Das in Fig. 1 gezeigte Planetengetriebe hat ein Sonnen zahnrad, das sich in der Getriebemitte befindet, und das bei der gezeigten Ausführungsform mit drei Planetenzahn rädern 2 kämmt, wobei jedoch auch zwei oder mehr als drei Planetenzahnräder 2 vorgesehen werden können. Die Planetenzahnräder 2 kämmen mit einem Innenzahnrad 5 an ihren Umfängen und können sich jeweils um Zapfen 3 um ihre eigenen Achsen drehen. Die Zapfen 3 sind durch einen Träger 4 in gleichen oder nicht gleichen Abständen gehal ten, was von der Anzahl der Planetenzahnräder 2 abhängt.

Bei einem üblichen Planetengetriebe ist das Innenzahnrad 5 stationär. Wenn das Sonnenzahnrad 1 nur als Eingangs welle dient, wird das Planetengetriebe als Untersetzungs getriebe genutzt, bei dem der Umlauf der Planetenzahnrä der 3 oder die Drehbewegung des Trägers 4 auf eine Ab triebswelle übertragen wird. Wenn das Planetengetriebe als Übersetzungsgetriebe verwendet wird, dienen der Träger 4 als Eingangswelle und das Sonnenzahnrad 1 als Abtriebswelle.

Es kann auch ein Mechanismus eingesetzt werden, bei dem der Träger 4 stationär ist. Das bedeutet, daß die Plane tenzahnräder 2 sich nur um ihre Achsen drehen und keine Umlaufbewegung ausführen. Wenn in diesem Fall das Sonnen zahnrad 1 als Eingangswelle verwendet wird, drehen sich die damit kämmenden Planetenzahnräder 2 nur um ihre Achsen. Dadurch dreht sich das Innenzahnrad 5 in eine Richtung entgegengesetzt zu der des Sonnenzahnrads 1 und dient als Abtriebswelle, wodurch das Planetengetriebe als Untersetzungsgetriebe wirkt. Wenn umgekehrt das Innen zahnrad 5 als Eingangswelle verwendet wird, dreht sich das Sonnenzahnrad 1 in der Richtung, die zu der des Innenzahnrads 5 entgegengesetzt ist, so daß das Planeten getriebe als Übersetzungsgetriebe wirkt.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, kämmen die Zahnflächen auf einer Seite der Planetenzahnräder 2 mit den Zahnflächen des Sonnenzahnrads 1, während die Zahnflächen auf der gegenüberliegenden Seite der Planetenzahnräder 2 mit den Zahnflächen des Innenzahnrads 5 kämmen.

Die Zahnräder bestehen in der Regel aus einem Material mit einer bestimmten Elastizität. Deshalb treten unter Last an den Zähnen bestimmte elastische Verformungen auf. Die Zahnflanken haben gewöhnlich eine Wölbung, die einer Evolvente entspricht. Wenn nun ein solches Evolventen zahnrad bei der Übertragung der Drehbewegung die richtige Evolventenkrümmung nicht beibehält, kann es die Drehbewe gung nicht stoßfrei übertragen. Der Lauf des Zahnrads wird aufgrund der elastischen Verformung der Zähne unre gelmäßig, so daß Vibrationen und Lärm entstehen und die Lebensdauer des Zahnrads verringert wird, was anhand von Fig. 2 bis 4 näher erläutert wird.

Von dem in Fig. 2 gezeigten, zum Stand der Technik gehö renden Planetengetriebe, das als Drehzahluntersetzungs getriebe verwendet wird, sind zwei Zähne des Sonnenzahn rads 1 und zwei Zähne des damit in Eingriff stehenden Planetenzahnrads 2 gezeigt. An dem Sonnenzahnrad 1 und an dem Planetenzahnrad 2 liegt keine Last an, so daß die Zähne an ihrer Oberfläche nicht elastisch verformt werden und deshalb stoßfrei aufeinander ablaufen.

Wenn, wie in Fig. 3 gezeigt ist, eine Last anliegt, wird der Zahn des Sonnenzahnrads 1, der mit einem Zahn des Planetenzahnrads 2 im Punkt a kämmt, elastisch um einen Betrag δ verformt, da die Last an dem Zahn des Sonnen zahnrads 1 nahe an seinem Kopf anliegt. Als Folge wird der nächste Zahn des Sonnenzahnrads 1 um den Betrag δ ge dreht. Dadurch stößt der dem Zahnfuß nahe Bereich des nächsten Zahnes des Sonnenzahnrads 1 mit dem Kopfbereich des nächsten Zahnes des Planetenzahnrads 2 am Punkt b zu sammen, was einen Stoß ergibt, wodurch Vibration und Lärm erzeugt werden.

Anhand von Fig. 4 wird nun das weitere Kämmen der Zähne miteinander untersucht. Obwohl bei diesem Zustand die Zähne in Punkt b vollständig in Eingriff stehen, haben sie ihren Eingriffszustand im Punkt a gerade beendet. Da die Zähne gerade vor diesem Zustand noch im Punkt a in Eingriff standen, wird die Last auf die beiden Punkte verteilt, wobei jeweils eine Hälfte der Gesamtlast in dem jeweiligen Punkt wirkt. In dem Augenblick, in dem der Eingriff der Zähne im Punkt a endet, wirkt die Last nur noch im Punkt b, wodurch der Zahn des Planetenzahnrads 2, dessen belasteter Punkt sich weit von seinem Fuß entfernt befindet, verglichen mit dem nicht elastisch verformten, durch eine gestrichelte Linie angezeigten Zustand, stark elastisch verformt wird. Als Folge schlagen die Zähne im Punkt a gegeneinander, wo ihr Eingriff zu einem Ende kommt, was ebenfalls Vibration und Lärm erzeugt.

Andererseits kämmt das Planetenzahnrad 2 mit einem Innen zahnrad 5 in einem etwas verschiedenen Stadium. Diese Situation wird anhand von Fig. 5 erläutert. Nachdem der Zahn des Planetenzahnrads 2 vollständig mit dem Zahn des Innenzahnrads 5 in einem Punkt a in Eingriff stand, kommen die Zähne miteinander in einem Punkt b in Ein griff. Auch wenn sich der Punkt a bezogen auf den Fuß des Innenzahnrads 5 in einer hohen Position befindet, hat sein Fuß eine relativ große Zahndicke, so daß das Innen zahnrad 5 weniger elastisch verformt wird. Da anderer seits sich der Punkt a an einer Stelle befindet, die nicht so hoch bezüglich des Fußes des Planetenzahnrads 2 ist, wird das Planetenzahnrad 2 ebenfalls weniger ela stisch verformt. Die Formabweichung der Zähne des Planetenzahnrads 2 und des Innenzahnrads ist deshalb be trächtlich kleiner als im Falle des Eingriffs des Sonnen zahnrads 1 mit dem Planetenzahnrad 2.

Bei dem Planetengetriebe stehen also zur gleichen Zeit zwei Arten von Eingriffen an, nämlich der Eingriff des Sonnenzahnrads 1 mit dem Planetenzahnrad 2 und der Ein griff des Planetenzahnrads 2 mit dem Innenzahnrad 5. Wie erwähnt, werden die Zähne bei diesen beiden Eingriffs arten unterschiedlich elastisch verformt.

Um die Drehbewegung im Lastzustand stoßfrei und somit geräuschlos und vibrationsfrei, übertragen zu können, muß ein Zahnprofil für einen Optimalzustand korrigiert wer den, indem die elastische Verformung der Zähne, wie sie durch die beiden Eingriffsarten verursacht wird, in Betracht gezogen wird.

Nach der JP-63-180766 A1 wird die elastische Verformung der Zähne eines unter Last arbeitenden Zahnrads im voraus angenommen und vorkorrigiert, so daß die Drehbewegung beim Lastbetrieb gleichförmig übertragen werden kann.

Nach dem Stand der Technik wird somit nur das Zahnprofil des Sonnenrads oder des Planetenrads durch Berücksichti gung der elastischen Verformung korrigiert, die sich durch den Eingriff des Sonnenzahnrads mit dem Planeten zahnrad ergibt. Darüberhinaus wird der gleiche Korrek turbetrag auf den gegenüberliegenden Flächen der Zähne bewirkt.

Die elastische Verformung der Zähne aufgrund des Ein griffs des Planetenzahnrads mit dem Innenzahnrad wird beim Stand der Technik vernachlässigt, da sie beträcht lich kleiner als die elastische Verformung der Zähne ist, die sich durch den Eingriff des Sonnenzahnrads mit dem Planetenzahnrad ergibt. Da jedoch hohe Anforderungen bezüglich weiterer Vibrations- und Lärmreduzierungen anstehen, kann diese Formabweichung nicht ignoriert werden.

Es muß deshalb auch eine Korrektur des Zahnprofils des Innenzahnrads in Betracht gezogen werden, um die elasti sche Verformung der Zähne aufgrund des Eingriffs des Planetenzahnrads mit dem Innenzahnrad zu berücksichtigen. In diesem Fall muß dann aber das Zahnprofil des Innen zahnrads und des Planetenzahnrads korrigiert werden, was die Auslegung, Fertigung und Behandlung der Teile kom pliziert macht. Das Innenzahnrad wird häufig durch ein Ritzelschneidwerkzeug spanabhebend bearbeitet, so daß eine Vielzahl von Schneidwerkzeugen entsprechend einem Korrekturbetrag des Zahnprofils gefertigt werden muß, wodurch eine solche Korrektur praktisch unmöglich wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht des halb darin, das Planetengetriebe der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Eingriffsstoß der Zahnräder zur Erzielung eines niedrigen Geräuschpegels reduziert wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Planetengetriebe der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichen des Patent anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst, wobei vorteil hafte Ausgestaltungen der Erfindung Gegenstände der An sprüche 2 und 3 sind.

Da das erfindungsgemäße Zahnprofil der Zahnflächen auf einer Seite der Planetenzahnräder entsprechend der ela stischen Verformung korrigiert wird, die durch ihren Eingriff mit dem Sonnenzahnrad zustande kommt, und das Zahnprofil der Zahnflächen auf der gegenüberliegenden Seite der Planetenzahnräder entsprechend der elastischen Verformung korrigiert wird, die durch ihren Eingriff mit dem Innenzahnrad herbeigeführt wird, läßt sich eine optimale Korrektur des Zahnprofils bezüglich sowohl des Eingriffs der Planetenzahnräder mit dem Sonnenzahnrad als auch des Eingriffs der Planetenzahnräder mit dem Innen zahnrad erreichen, die gleichzeitig in dem Planetenge triebe erfolgen. Dadurch kann die Drehbewegung zwischen dem Sonnenzahnrad und den Planetenzahnrädern und zwischen den Planetenzahnrädern und dem Innenzahnrad ohne Stoßvi brationen übertragen werden, wodurch der Schwingungs- und Geräuschpegel des Getriebes verringert wird.

Anhand von Fig. 6, in der schematisch die Korrektur eines Zahnprofils für ein Planetengetriebe dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist das Zahnprofil auf der einen Seite des Planetenzahnrads 2 entsprechend seiner elastischen Verformung korrigiert, die sich durch seinen Eingriff mit dem Sonnenzahnrad 1 ergibt. Das Zahnprofil auf der gegenüberliegenden Seite des Zahnrads 2 ist entsprechend seiner elastischen Verformung korrigiert, die sich durch seinen Eingriff mit dem Innenzahnrad 5 ergibt.

In Fig. 6 ist X₁ ein Korrekturbetrag des Zahnprofils am Fuß der Zahnflächen der Planetenzahnräder 2, die mit dem Sonnenzahnrad 1 kämmen, X₂ ein Korrekturbetrag des Zahn profils am Kopf der Zahnflächen der Planetenzahnräder 2, die mit dem Sonnenzahnrad 1 kämmen, X′₁ ein Korrekturbe trag des Zahnprofils am Fuß der Zahnflächen der Plane tenzahnräder 2, die mit dem Innenzahnrad 5 kämmen, X′₂ ein Korrekturbetrag des Zahnprofils am Kopf der Zahn flächen der Planetenzahnräder 2, die mit dem Innenzahnrad 5 kämmen, h die Zahnhöhe, h₁ die Höhe des Punkts, von dem aus das Zahnprofil bis zum Fuß der Zahnflächen der Plane tenzahnräder 2, die mit dem Sonnenzahnrad 1 kämmen, kor rigiert ist, h₂ die Höhe des Punkts, von dem aus das Zahnprofil am Kopf der Zahnflächen der Planetenzahnräder 2, die mit dem Sonnenzahnrad 1 kämmen, korrigiert ist, h′₁ die Höhe des Punkts, von dem aus das Zahnprofil am Fuß der Zahnflächen der Planetenzahnräder 2, die mit dem Innenzahnrad 5 kämmen, korrigiert ist, und h₂ die Höhe des Punkts, von dem aus das Zahnprofil am Kopf der Zahn flächen der Planetenzahnräder 2, die mit dem Innenzahnrad 5 kämmen, korrigiert ist. Das Zahnprofil jedes Planeten zahnrads 2 ist so korrigiert, daß es folgenden Beziehun gen genügt:

X₁ < X₁′, X₂ < X₂′.

Bei dem gezeigten Planetengetriebe ist das Zahnprofil der Zahnflächen auf der einen Seite jedes Planetenzahnrads 2 entsprechend seiner elastischen Verformung korrigiert, die durch den Eingriff mit dem Sonnenzahnrad 1 verursacht wird, während das Zahnprofil der Zahnflächen auf der gegenüberliegenden Seite jedes Planetenzahnrads 2 ent sprechend seiner elastischen Verformung korrigiert ist, die durch seinen Eingriff mit dem Innenzahnrad 5 ver ursacht wird. Da die Korrektur des Zahnprofils so ausge führt werden kann, daß sie für jede der beiden Arten von Eingriff, die zur gleichen Zeit in dem Planetengetriebe zwischen dem Sonnenzahnrad 1 und den Planetenzahnrädern 2 bzw. den Planetenzahnrädern 2 und dem Innenzahnrad 5 stattfinden, optimal ist, kann als Folge die Drehbewegung zwischen dem Sonnenzahnrad 1 und den Planetenzahnrädern 2 und zwischen den Planetenzahnrädern 2 und dem Innenzahn rad 5 stoßfrei übertragen werden, wodurch insgesamt der Vibrations- und Geräuschpegel abgesenkt wird.

Da es ausreicht, nur das Zahnprofil der Planetenzahnräder 2 zu korrigieren, sind die Auslegung, Fertigung und Behandlung der Teile leicht durchführbar.

Claims

1. Planetengetriebe mit einem Sonnenzahnrad (1), mit Planetenzahnrädern (2), die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen, und mit einem Innenzahnrad (5), das mit den Planetenzahnrädern (2) kämmt, wobei jedes Zahn rad ein Zahnprofil hat, das einer Evolventenkurve entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahn flächen auf einer Seite der Planetenzahnräder (2), die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen, und die Zahn flächen auf der anderen Seite der Planetenzahnräder (2), die mit dem Innenzahnrad (5) kämmen, jeweils um unterschiedliche Korrekturbeträge auf der Basis der Verformungsbeträge der Zähne der Planetenzahnräder (2) korrigiert sind, die durch den Eingriff des Sonnenzahnrads (1) und des Innenzahnrads (5) ver ursacht werden, so daß die Drehbewegung stoßfrei übertragen werden kann, wenn die Zahnflächen der Planetenzahnräder (2), die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen, und die Zahnflächen der Planetenzahnräder (2), die mit dem Innenzahnrad (5) kämmen, durch ihren Eingriff elastisch verformt werden.

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Korrekturbetrag der Zahnflächen der Planetenzahnräder (2), die mit dem Innenzahnrad (5) kämmen, kleiner ist als ein Korrekturbetrag der Zahnflächen der Planetenzahnräder (2), die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen.

3. Planetengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnprofil der Planetenzahn räder (2) so korrigiert wird, daß es der Beziehung X₁ < X₁′, X₂ < X₂′genügt, wobei
X₁ ein Korrekturbetrag des Zahnprofils am Fuß der Zahnflächen der Planetenzahnräder (2) ist, die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen,
X₂ ein Korrekturbetrag des Zahnprofils am Kopf der Zahnflächen der Planetenzahnräder (2) ist, die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen,
X₁′ ein Korrekturbetrag des Zahnprofils am Fuß der Zahnflächen der Planetenzahnräder (2) ist, die mit dem Innenzahnrad (5) kämmen und
X₂′ ein Korrekturbetrag des Zahnprofils am Kopf der Zahnflächen der Planetenzahnräder (2) ist, die mit dem Innenzahnrad (5) kämmen.