DE60003589T2

DE60003589T2 - Zapfen für die Lagerung von Zahnrädern an einem Träger und Getriebe mit diesem Lagerzapfen

Info

Publication number: DE60003589T2
Application number: DE60003589T
Authority: DE
Inventors: Paolo Altamura; Giovanni Oddone
Original assignee: Avio SpA
Current assignee: GE Avio SRL
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2020-02-12
Also published as: EP1028275B1; ATE244369T1; DE60003589D1; IT1308368B1; EP1028275A3; CA2298144A1; JP4612140B2; JP2000274515A; ITTO990109A1; EP1028275A2; CA2298144C; US6409414B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bolzen zur Verbindung von Getrieberädern mit einem Tragelement.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Tragbolzen, der vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, allgemein in Planetenradgetrieben zur Übertragung von schweren Lasen verwendet werden kann, und vor allem in Planetenradgetrieben für Flugzeuge, auf welche sich die folgende Beschreibung rein beispielhaft bezieht.
Flugzeuggetriebe umfassen normalerweise ein Planetenradgetriebe, das wiederum ein Sonnenrad, einen Zahnkranz und mehrere Planetenräder umfasst, die zwischen dem Sonnenrad und dem Zahnkranz angeordnet sind und auf einem Planetenträger getragen werden.
In den meisten Anwendungen umfasst der Planetenträger zwei im wesentlichen plattenartige Elemente, die einander an entgegengesetzten axialen Seiten der Planetenräder gegenüberliegen und durch mehrere, im gleichen Winkelabstand angeordnete Querträger oder Zapfen fest miteinander verbunden sind, die normalerweise mit beiden plattenartigen Elementen aus einem Stück sind. Jedes der Planetenräder ist durch einen jeweiligen Tragbolzen mit dem Träger verbunden, dessen entgegengesetztes Ende jeweils mit einem platten artigen Element verbunden ist, und mit dem das jeweilige Planetenrad wiederum normalerweise über ein dazwischen angeordnetes Lager verbunden ist, das normalerweise ein Gleitlager ist.
Während des Betriebs des Rädergetriebes wird der Träger durch Kräfte beansprucht, die in einigen Fällen die Verformung des Trägers zur Folge haben, und vor allem die Verschiebung der zwei plattenartigen Elemente relativ zueinander.
Die Verschiebung der plattenartigen Elemente wiederum hat die Verformung sowohl der Zapfen als auch der Tragbolzen zur Folge, deren Achsen von einem idealen Arbeits- oder Ruhezustand, der parallel zu den Achsen des Sonnenrads und des Zahnkranzes ist, in einen realen oder kritischen Arbeitszustand übergehen, in dem sie mit den Sonnenrad- und Zahnkranzachsen einen Winkel bilden, der ungleich null ist und der abhängig von der Stärke der übertragenen Kräfte variiert.
Die Biegung der Bolzenachsen und folglich der jeweiligen Planetenradachsen relativ zu den Zahnkranz- und Sonnenradachsen hat eine ungleichmäßige Verteilung der Anpressdrucke zwischen den Planetenradzähnen und denen des Sonnenrads und des Zahnkranzes zur Folge, was wiederum nicht nur eine allgemeine Fehlfunktion des Rädergetriebes zur Folge hat, sondern auch einen schnellen Verschleiß der Kontaktteile des Rädergetriebes, die in Relativbewegung sind.
Um die obigen Nachteile abzustellen, werden abweichende dedizierte Tragbolzen verwendet, wie in DE 197 06 686 A1 , EP-A-0003894 und US-A-3943787 offenbart. Insbesondere DE 197 06 686 A1 , worauf der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert, offenbart einen Bolzen, der als zylindrische Passung in eine Seite eines Planetenträgers eingeführt wird. Ein Innenring ist zwischen einem Wälzlager, welches das Planetenrad trägt, und dem Bolzen angeordnet und wird von einem kurzen zylindrischen Abschnitt am Lastzentrum radial getragen. Zwischen dem Träger und dem Tragkörper muss auch eine Lastausgleichsvorrichtung vorgesehen werden, die mehrere axiale Arme umfasst, die mit dem Tragkörper fest verbunden sind; und, für jeden Arm, ein jeweiliges Verbindungselement, das in einer Ebene liegt, die rechtwinklig zu den Sonnenrad- und Zahnkranzachsen ist und durch die Mittellinien der Planetenräder führt.
Bekannte Ausgleichsvorrichtungen des obigen Typs sind besonders komplex, sehr kostspielig in der Herstellung und in der Wartung und, da sie stark beansprucht werden, häufigen Störungen und Fehlfunktionen ausgesetzt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Tragbolzens, der ausgelegt ist, um die oben genannten Probleme auf einfache, billige Weise zu lösen.
Der vorliegenden Erfindung gemäß wird ein Bolzen bereitgestellt, um ein Getrieberad mit einem Tragelement zu verbinden, wie in Anspruch 1 beansprucht.
Eine nicht einschränkende Ausführungsform der Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 auf schematische Weise, und mit Teilen, die der Klarheit halber entfernt wurden, ein Planetengetriebe zeigt, das mehrere erfindungsgemäße Tragbolzen aufweist;
2 einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie II-II in 1 zeigt;
3 einen Querschnitt eines Details in 2 zeigt.
Das Bezugszeichen 1 in 1 und 2 zeigt ein Planetenradgetriebe für ein Flugzeug (nicht gezeigt) als Ganzes an. Das Getriebe 1 umfasst ein Sonnenrad 2, das um eine jeweilige Achse 3 rotiert; einen rotierenden Zahnkranz 4, der mit der Achse 3 koaxial ist; und mehrere Planetenräder 5 – im gezeigten Beispiel, fünf – die in den Zahnkranz 4 und in das Sonnenrad 2 eingreifen und so mit einem Planetenradträger 6 verbunden sind, dass sie um jeweilige Achsen 7 rotieren, die zueinander und zur Achse 3 parallel sind.
Der Träger 6 verläuft koaxial mit der Achse 3, ist in einem Stück aus Metallmaterial geformt und umfasst zwei gegenüberliegende plattenartige Körper 8 und 9 (2). Im spezifischen Beispiel, das gezeigt wird, ist der Körper 8 auf bekannte Weise – zum Beispiel durch eine Klammer 8a und Schrauben oder Bolzen, die nicht dargestellt sind – mit einem (schematisch dargestellten) feststehenden Körper 10 fest verbunden, der den Träger 6 trägt. Der Träger 6 umfasst auch mehrere bekannte Zapfen (nicht dargestellt), die axial zwischen den plattenartigen Körpern 8 und 9 verlaufen und mit diesen fest verbunden sind. In einer Variante, die nicht gezeigt wird, ist der Körper 8 mit einer Ausgangswelle fest verbunden, und der Zahnkranz 4 ist mit einem feststehenden Körper fest verbunden.
Jedes Planetenrad 5 weist eine zentrale axiale Durchgangsbohrung 12 auf und ist durch eine jeweilige Tragvorrichtung 13 mit den plattenartigen Körpern 8 und 9 des Trägers 6 verbunden. Wie in 2 gezeigt, verläuft die Vorrichtung 13 durch die Bohrung 12 und umfasst einen Tragbolzen 14, der eine jeweilige Achse 15 aufweist; und eine Lagerbuchse 16, die aus reibungsverhinderndem Material besteht und zwischen dem Bolzen 14 und dem jeweiligen Planetenrad angeordnet ist.
Der Bolzen 14 ist asymmetrisch zu einer Ebene P (2 und 3), die rechtwinklig zur Achse 15 ist und durch die Mittellinie des Bolzens 14 führt, und wird seitlich durch eine zylindrische Auflagefläche 18 definiert, die koaxial zur Achse 15 ist und eine gerade Erzeugende aufweist. Der Bolzen 14 umfasst zwei gegenüberliegende, rohrförmige Längsendabschnitte 19 und 20, die im gezeigten spezifischen Beispiel im wesentlichen ohne Spiel in jeweiligen axialen Durchgangsbohrungen stecken, die in den Körpern 8 und 9 ausgebildet sind. Alternativ dazu steckt in einer Variante, die nicht dargestellt ist, der Abschnitt 19 in der jeweiligen Bohrung und ist dadurch fest mit dem Körper 9 verbunden, während der Abschnitt 20 einfach gegen eine Auflage ruht, die vom Körper 8 getragen wird, so dass der Bolzen 14 wie eine gewöhnliche Stange wirkt, die an einem Ende zurückgehalten wird und am entgegengesetzten Ende gegen eine Auflage ruht.
Wie in 2 und 3 gezeigt, umfasst der Bolzen 14 auch zwei rohrförmige, zylindrische Zwischenabschnitte 21 und 22, die jeweils von den Abschnitten 19 und 20 aus verlaufen, und die verschiedene Außendurchmesser und Querschnitte aufweisen, die in jeweiligen Ebenen gemessen werden, die parallel zur Ebene P sind. Das heißt, der Abschnitt 21 weist einen Außendurchmesser und einen Querschnitt auf, die größer sind als die des Abschnitts 22, und eine viel größere Biegefestigkeit als der Abschnitt 22, oder zumindest eine, die so groß ist, dass nur der Abschnitt 22 einer wesentlichen elastischen Verformung ausgesetzt wird, wenn der Bolzen 14 in Gebrauch beansprucht wird.
Wie in 2 und 3 gezeigt, umfasst der Bolzen 14 auch einen weiteren rohrförmigen Abschnitt 24, der außen durch die Fläche 18 definiert wird, vom Zwischenabschnitt 21 hervorragt und den Zwischenabschnitt 22 umgibt. Der rohrförmige Abschnitt 24 wird innen durch eine kegelförmige Fläche 25 definiert, die gegenüber einer äußeren Seitenfläche 26 des Zwischenabschnitts 22 verläuft und einen Innendurchmesser aufweist, der sich zum Endabschnitt 19 hin verjüngt. Die Fläche 25 ist von der Seitenfläche 26 beabstandet und definiert, zusammen mit der Fläche 26, einen Hohlraum 27, in welchem sich der Abschnitt 22 in Gebrauch verbiegt.
Wie in 2 gezeigt, ist im Bolzen 14 eine bekannte Schmiervorrichtung 28 untergebracht, die nicht detailliert beschrieben wird, um zwischen dem Bolzen 14 und der Lagerbuchse 16 eine Schmierflüssigkeit zuzuführen.
Jeder Bolzen 14 wirkt auf gleiche Weise wie eine gewöhnliche Stange mit variablem Querschnitt, die an mindestens einem Ende zurückgehalten wird, und die verschiedenen Abschnitte des Bolzens 14 mit mittlerer Festigkeit sind so bemessen, dass der Abschnitt 22 sich wie durch die gestrichelte Linie in 3 gezeigt verbiegt, wenn die Lasten, die von den Planetenrädern 5 an den Träger 6 übertragen werden, so groß sind, dass sie die plattenartigen Körper 8 und 9 und die Zapfen (nicht gezeigt) des Trägers 6 verformen, während beide Abschnitte 21 und 24 im wesentlichen unverformt bleiben. Dank der speziellen Verbindung der Endabschnitte 19 und 20 mit den plattenartigen Körpern 8 und 9, und der Verformung der plattenartigen Körper 8 und 9 selbst, bewirkt die Biegung des Abschnitts 22 eine Reaktion im Körper 9, die den Kräften entgegenwirkt, die auf das jeweilige Planetenrad 5 wirken, damit die Fläche 18 des Bolzens 14 sich bewegen kann und dabei parallel zu sich selbst bleibt, wodurch das Planetenrad 5 jederzeit sowohl in das Sonnenrad 2 als auch in den Zahnkranz 4 korrekt eingreift. Die Aufrechterhaltung eines im wesentlichen unveränderten Eingriffszustands zwischen den Planetenrädern und dem Sonnenrad und dem Zahnkranz verhindert zusammen mit den Schwankungen der Verformung des Trägers 6 die Erzeugung von unerwünschten, unvorhersehbaren Kräften zwischen den eingreifenden Zähnen und die lokale Verformung der Lagerbuchsen 16, die offensichtlich eine stetige, schnelle Schädigung nicht nur des Planetenradgetriebes, sondern auch des Getriebes als Ganzes zur Folge haben würden.
Im Vergleich zu bekannten Lösungen ermöglicht die spezielle Geometrie der Bolzen 14 auch eine starke Senkung sowohl der Herstellungs- als auch der Betriebskosten des Getriebes 1. Das heißt, die Geometrie der Bolzen 14, und vor allem die Tatsache, dass jeder nur einen Reaktionsabschnitt aufweist, der elastisch verformbar ist, wenn er beansprucht wird, ermöglicht, dass nur einer der elastisch verformbaren Körper – im gezeigten Beispiel, der Körper 8 – direkt mit dem Tragkörper des Trägers 6 verbunden wird, ohne dass, wie bei bekannten Lösungen, komplexe, kostspielige Lastausgleichsvorrichtungen erforderlich sind.
Die hier beschriebenen Bolzen 14 können natürlich geändert werden. Insbesondere können die verschiedenen Abschnitte des Bolzens 14 anders als die beschriebenen geformt oder durch jeweilige Abschnitte ersetzt werden, die äquivalente Funktionen erfüllen, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen im Anhang definiert ist.

Claims

Bolzen (14) zur Verbindung eines Getrieberads (5) mit einem Tragelement (6); wobei der Bolzen (14) eine jeweilige Achse (15) aufweist und einen ersten (19) und einen zweiten (20) Längsendabschnitt umfasst, der mit dem Tragelement (6) verbunden werden kann; einen ersten Zwischenabschnitt (21), der von diesem ersten Endabschnitt (19) aus verläuft; und einen zweiten Zwischenabschnitt (22), der von diesem zweiten Endabschnitt (20) aus verläuft; wobei dieser erste (21) und dieser zweite (22) Zwischenabschnitt sich in der Größe und in der Biegefestigkeit voneinander unterscheiden; wobei der erste Zwischenabschnitt (21) einen Querschnitt aufweist, gemessen in einer Ebene, die rechtwinklig zur Achse (15) ist, der größer ist als ein Querschnitt des zweiten Zwischenabschnitts (22), gemessen in einer weiteren Ebene, die parallel zu dieser Ebene ist; wobei der Bolzen (14) asymmetrisch in bezug auf eine Ebene (P) ist, die rechtwinklig zur Achse (15) ist und durch die Mittellinie des Bolzens (14) führt; und dadurch gekennzeichnet, dass er seitlich durch eine zylindrische Auflagefläche (18) definiert wird, und dass er auch einen einzelnen rohrförmigen Abschnitt (24) umfasst, der mit der Achse (15) koaxial ist, vom ersten Zwischenabschnitt (21) hervorragt und den zweiten Zwischenabschnitt (22) umgibt; wobei dieser einzelne rohrförmige Abschnitt (24) außen durch die zylindrische Fläche (18) definiert wird.
Bolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einzelne rohrförmige Abschnitt (24) innen durch eine Fläche (25) definiert wird, die einer äußeren Seitenfläche (26) des zweiten Zwischenabschnitts (22) gegenüberliegt und von dieser äußeren Seitenfläche (26) beabstandet ist; wobei der zweite Zwischenabschnitt (22) in Gebrauch im Inneren des einzelnen rohrförmigen Abschnitts (24) verformt wird.
Mechanisches Getriebe (1), umfassend ein Tragelement (6), das entlang einer jeweiligen Achse (3) verläuft und seinerseits einen ersten (8) und einen zweiten (9), im wesentlichen plattenartigen Abschnitt aufweist, die einander gegenüberliegen und miteinander verbunden sind; mindestens ein Getrieberad (5), das zwischen dem ersten (8) und dem zweiten (9) Abschnitt angeordnet ist; und einen Bolzen (14), der dieses Getrieberad (5) mit dem ersten (8) und dem zweiten (9) Abschnitt verbindet; dadurch gekennzeichnet, dass dieser Bolzen wie in Anspruch 1 beansprucht definiert ist.
Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es auch Verbindungsmittel (8a) umfasst, um das Tragelement (6) direkt mit einem Verbindungskörper (10) zu verbinden; wobei diese Verbindungsmittel (8a) zwischen einem (8) der plattenartigen Abschnitte (8)(9) und dem Verbindungskörper (10) angeordnet sind.
Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass einer (8) der plattenartigen Abschnitte (8)(9) mit dem Verbindungskörper (10) fest verbunden ist.