DE69735631T2

DE69735631T2 - Apparat und verfahren zum präzisionsschleifen von kronenrädern

Info

Publication number: DE69735631T2
Application number: DE69735631T
Authority: DE
Inventors: Jie Mesa TAN
Original assignee: McDonnell Douglas Helicopter Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2017-07-10
Also published as: TR199900131T2; AU3656297A; DE69735631D1; EP0921886A4; US5823857A; IL127975A0; WO1998002268A1; IL127975A; EP0921886A1; EP0921886B1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Tellerrädern und insbesondere eine Präzisionsschleifvorrichtung und ein Verfahren zum Schleifen von Tellerrädern gemäß den Ansprüchen 1 beziehungsweise 5.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Tellerräder werden häufig für Anwendungen mit geringer Leistung verwendet, sind aber oft nicht stark genug zur Verwendung für Anwendungen mit hoher Leistung. Die vorliegenden Herstellungsverfahren zum Schneiden von Tellerradzähnen schließen Wälzfräser und Stoßmaschinen ein, wie sie im US-Patent 5,494,575 offenbart sind. 1 veranschaulicht ein Tellerrad 12, das Tellerradzähne 14 und Tellerradlücken 16 hat. Ein Stoßmaschinenrad 18 umfasst Stoßmaschinenradzähne 21 und Stoßmaschinenradlücken 23. Das Stoßmaschinenrad 18 rotiert um eine Stoßmaschinenradrotationsachse Zs mit einer Stoßmaschinenradrotationsgeschwindigkeit ω_s. Das Tellerrad 12 rotiert um eine Tellerradrotationsachse Z_g mit einer Tellerradrotationsgeschwindigkeit ω_g. Wenn das Stoßmaschinenrad 18 über das Tellerrad 12 rollt, bilden die Stoßmaschinenradzähne 21 und die Stoßmaschinenradlücken 23 die Tellerradlücken 16 beziehungsweise die Tellerradzähne 14. Das Stoßmaschinenrad 18 umfasst außerdem eine y-Achse Y_s des Stoßmaschinenrads und eine x-Achse X_s des Stoßmaschinenrads. Das Tellerrad 12 umfasst eine y-Achse Y_g des Tellerrads und eine x-Achse X_g des Tellerrads.
Die Tellerradzähne 14 und die Tellerradlücken 16 sind an ein Stirnrad während der normalen Betriebsweise angepasst, nachdem das Tellerrad 12 durch das Stoßmaschinenrad 18 gestoßen wurde und das Stoßmaschinenrad 18 entfernt wurde. Die gewöhnlichen Tellerradzähne 14 und Tellerradlücken 16 sind nicht ausreichend stark für Anwendungen mit hoher Leistung, nachdem sie durch das Stoßmaschinenrad 18 ausgebildet wurden. Das Tellerrad 12 kann einsatzgehärtet werden, um dadurch die Stärke und Abnutzungseigenschaften der Tellerradzähne 14 und Tellerradlücken 16 zu erhöhen. Einsatzhärtungstechniken wie Wärmebehandlungsverfahren zum Karbonisieren und Nitrieren rufen Verformungen der Tellerradzähne 14 und Tellerradlücken 16 des Tellerrads 12 hervor. Diese Verformungen verhindern die glatte Betriebsweise des Stirnradritzels an den Tellerradzähnen 14, und außerdem ist das Stoßmaschinenrad 18 nicht geeignet, um die Verformungen des gehärteten Tellerrads 12 zu verringern. Schleifprozesse wurden früher verwendet, um Radzahnoberflächen für andere Räder als Tellerräder zu vollenden, wenn die Räder wärmebehandelt wurden, um ein hohes Härteniveau zu erreichen, nachdem sie ursprünglich geschnitten wurden.
Als Alternative zu dem Stoßmaschinenrad 18 kann ein Wälzfräser 25 verwendet werden, um die Stirnradzähne und die Stirnradlücken auszubilden. Wie in 2 gezeigt, umfasst der Wälzfräser typischerweise eine Rotationsachse 27 und mehrere Wälzfräserzähne 30 und ausgesparte Bereiche 31, die entlang des Umfangs des Wälzfräsers 25 angeordnet sind. Wenn der Wälzfräser 25 um die Rotationsachse 27 in Richtung des Pfeils A1 rotiert wird, schneiden die Wälzfräserzähne 30 in das Tellerrad 12, um dadurch die Tellerradzähne 14 und die Tellerradlücken 16 auszubilden. Das US-Patent Nr. 2,304,588 von Miller offenbart solch einen Wälzfräser, der zum Schneiden von Zähnen in ein Tellerrad verwendet wird.
Eine Endansicht des Wälzfräsers 25, der das Tellerrad 12 berührt, ist in 3 veranschaulicht. Der Wälzfräser 25 umfasst einen ersten Wälzfräserzahn 32, einen zweiten Wälzfräserzahn 34 und einen dritten Wälzfräserzahn 36. Wenn der Wälzfräser um die Rotationsachse 27 (2) rotiert, berührt der erste Wälzfräserzahn 32 den ersten Tellerradzahn 38. Zusätzlich berühren der zweite Wälzfräserzahn 34 und der dritte Wälzfräserzahn 36 den zweiten Tellerradzahn 41. Der erste, zweite und dritte Wälzfräserzahn 32, 34 und 36 bearbeiten (oder schneiden) den ersten und zweiten Tellerradzahn 38 und 41. Dieser Bearbeitungsprozess ist jedoch nicht zur Verwendung bei einem einsatzgehärteten Tellerrad geeignet. Zusätzlich sind die Wälzfräserzähne nicht geeignet geformt, und folglich werden die Tellerradzähne 14 der Vorrichtung von Miller nicht richtig geschnitten.
4 veranschaulicht einen Richtdorn 45, der verwendet wird, um den Wälzfräser 25 zu richten oder abzurichten. Wenn die Wälzfräserzähne 30 in das Tellerrad 12 schneiden (3), beginnen die Zähne 30 abzustumpfen oder ihre scharfen Kanten zu verlieren. Der Richtdorn 45 wird verwendet, um diese Wälzfräserzähne 30 zu richten oder abzurichten. Der Richtdornzahn 47 passt zwischen den ersten Wälzfräserzahn 32 und den zweiten Wälzfräserzahn 34 und berührt sie. Der Wälzfräser 25 wird um seine Achse in Richtung des Pfeils A2 rotiert, wenn der Richtdornzahn 47 den ersten Wälzfräserzahn 32 und den zweiten Wälzfräserzahn 34 berührt. Dieser Richtdornzahn 47 umfasst eine erste konvexe Oberfläche 50 und eine zweite konvexe Oberfläche 52. Der Richtdorn 54 muss entlang der Richtungen der Pfeile A3 und A4 bewegt werden, um die Bewegung des doppelten konvexen Richtdornzahns 47 zwischen dem ersten Wälzfräserzahn 32 und dem zweiten Wälzfräserzahn 34 sowie zwischen zusätzlichen Wälzfräserzähnen zu erleichtern.
Die Form des doppelten konvexen Richtdornzahns 47 führt zu den unrichtig geformten Wälzfräserzähnen 30, was schließlich zu unrichtig geformten Stirnradzähnen 14 führt. Die Fehler der Tellerradzähne des Patents von Miller scheinen zumindest 40 bis 50 Mikrometer von der erwünschten Oberfläche fern zu sein. Diese geringen Abweichungen führen unter anderem zu geringen Abweichungen der Tellerradrotationsgeschwindigkeit ω_g während der normalen Betriebsweise. Da der Wälzfräser 25 nicht geeignet zum Schneiden von einsatzgehärtetem Stahl ist, können Tellerräder, die durch die Miller-Technik geformt werden, nicht für Anwendungen mit hoher Leistung verwendet werden. Zusätzlich wird der Richtdorn 45 nicht für Wälzfräser 25 während des Schneidens des Tellerrads 12 verwendet. Somit werden die Formen der Wälzfräserzähne 30 nicht genau während des Schneidens der Tellerradzähne 14 beibehalten, und außerdem muss zusätzliche Zeit nach dem Schneidprozess aufgewendet werden, um den Wälzfräser 25 abzurichten. Außerdem kann das Schneiden der Tellerradzähne durch die Wälzfräserzähne 30 dazu führen, dass die Tellerradzähne 14 beansprucht werden. Es ist ein Bedürfnis im Stand der Technik nach einer Vorrichtung vorhanden, die ein gehärtetes Tellerrad mit hoher Präzision erzeugen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Präzisionsschleifvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Präzisionsschleifen eines Tellerrads zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird eine Präzisionsschleifvorrichtung für ein einsatzgehärtetes Tellerrad geschaffen, umfassend: ein einsatzgehärtetes Tellerrad, das passend zum Eingriff in eine Stirnritzeloberfläche eines Stirnritzels geschliffen werden soll, wobei eine kurvenförmige Linie als Linie entlang der Stirnritzeloberfläche definiert ist, die allgemein parallel zu einer Rotationsachse des Stirnritzels verläuft; eine Schleifschnecke, die in einer im wesentlichen senkrechten Ausrichtung zum einsatzgehärteten Tellerrad angeordnet ist, wobei die Schleifschnecke eine Schleifschneckenoberfläche aufweist, die angepasst ist, das einsatzgehärtete Tellerrad zu berühren und zu schleifen; und ein Richtwerkzeug mit einer flachen Oberfläche, das angepasst ist, die Schleifschneckenoberfläche zu berühren und sich an dieser entlang zu bewegen, während die Schleifschnecke das einsatzgehärtete Tellerrad schleift, und das gleichzeitig angepasst ist, sich entlang der kurvenförmigen Linie zu bewegen, aber sie nicht zu schneiden, wobei das Richtwerkzeug eine planare Oberfläche aufweist, die die Schleifschnecke mit einer Hüllkurve abrichtet, die vom Richtwerkzeug erzeugt wird, sowie es die Schleifschnecke berührt, die sich der Kurve nähert, die es erzeugen würde, wenn es sich über die Oberfläche des Stirnritzels bewegen würde.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zum Präzisionsschleifen einer Vielzahl von Tellerradzähnen auf einem Tellerrad geschaffen, wobei die Tellerradzähne angepasst sind, in einen Stirnritzel einzugreifen, wobei eine kurvenförmige Linie als eine Linie entlang der Stirnritzeloberfläche definiert ist, die allgemein parallel zu einer Rotationsachse des Stirnritzels verläuft, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer Schleifschnecke, wobei die Schleifschnecke eine Rotationsachse aufweist; Rotieren der Schleifschnecke; Inberührungbringen der rotierenden Schleifschnecke mit dem Tellerrad, um dadurch die Vielzahl von Tellerzähnen mit Präzision zu schleifen; Bereitstellen eines Richtwerkzeugs mit einer planaren Oberfläche; und Inberührungbringen der planaren Oberfläche des Richtwerkzeugs mit der rotierenden Schleifschnecke, um dadurch die rotierende Schleifschnecke abzurichten, während die Schleifschnecke das einsatzgehärtete Tellerrad schleift, wobei sich das Richtwerkzeug entlang der kurvenförmigen Linie bewegt, aber sie nicht schneidet, wobei eine Hüllkurve von dem Richtwerkzeug erzeugt wird, sowie das Richtwerkzeug die rotierende Schleifschnecke schleift und berührt, die sich einer Hüllkurve annähert, die das Richtwerkzeug erzeugen würde, wenn sich das Richtwerkzeug über eine Oberfläche des Stirnritzels bewegen würde.
Das Präzisionsschleifen und ein Verfahren zum Präzisionsschleifen von mehreren Tellerradzähnen wird nun beispielhaft mit Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
1 ein Tellerrad und eine Stoßmaschine aus dem Stand der Technik veranschaulicht;
2 einen Wälzfräser aus dem Stand der Technik veranschaulicht;
3 einen Wälzfräser und ein Tellerrad aus dem Stand der Technik veranschaulicht;
4 einen Wälzfräser und einen Richtdorn aus dem Stand der Technik veranschaulicht;
5 ein Tellerrad, eine Schleifschnecke und ein Richtwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
6 eine schematische Ansicht des Tellerrads, der Schleifschnecke und des Richtwerkzeugs ist, die in 5 gezeigt sind;
7 eine Seitenansicht eines Rads, Schleifschnecke und Richtwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
9 ein Richtwerkzeug nicht gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, das behaglich zwischen zwei Zähne eines Stirnritzel passt, das angepasst ist, um in das Tellerrad gemäß der vorliegenden Erfindung einzugreifen;
10 eine Schleifschnecke und ein Richtwerkzeug nicht gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 eine Schleifschnecke veranschaulicht, die die Zähne eines Tellerrads schleift;
11 das Richtwerkzeug, die Schleifschnecke, das Tellerrad und das Stirnritzel gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
12 die Bewegung des Richtwerkzeugs entlang der Lücke der Schleifschnecke gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
13 die Vorrichtung zum Bewegen des Richtwerkzeugs entlang der Oberfläche der Schleifschnecke gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung der vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen
Zurück zur 5 ist eine Schleifschnecke 54 gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform auf einem Stirnrad 112 veranschaulicht. Die Schleifschnecke 54 rotiert um eine z-Achse Z_w mit einer Schleifschneckenrotationsgeschwindigkeit ω_w. Die Schleifschnecke umfaßt außerdem eine x-Achse X_w der Schleifschnecke und eine y-Achse Y_w der Schleifschnecke. Mehrere Schleifschneckenzähne berühren das Tellerrad 12, wenn die Schleifschnecke mit der Rotationsgeschwindigkeit ω_w rotiert, die Schleifschneckenzähne bewegen sich innerhalb der Tellerradlücken 112, um dadurch das Tellerrad 112 mit der Tellerradrotationsgeschwindigkeit ω_g zu rotieren. Die Tellerradzähne 114 passen zwischen die Schleifschneckenzähne 55. Eine einzige spiralförmige Lücke verläuft entlang des Umfangs der Schleifschnecke 54 zwischen den Schleifschneckenzähnen 55. Diese spiralförmige Lücke dient dazu, die Schleifschnecke 54 über die unterschiedlichen Tellerradzähne 114 voranzubringen. Insbesondere wenn die Schleifschnecke 54 mit der Rotationsgeschwindigkeit ω_w rotiert, tritt ein vorgegebener Tellerradzahn in die spiralförmige Lücke ein und läuft innerhalb der spiralförmigen Lücke für mehrere Rotationen der Schleifschnecke 54, bis der vorgegebene Tellerradzahn die spiralförmige Lücke verläßt. Die spiralförmige Lücke beginnt bei einem Punkt des Schleifschneckenumfangs in positiver Richtung Z_w und endet bei einem Punkt des Schleifschneckenumfangs in der negativen Richtung Z_w. Diese spiralförmige Lücke entlang des Umfangs der Schleifschnecke 54 führt zu einer relativen Bewegung der Schleifschnecke 54 in einer Richtung gegen den Uhrzeigesinn entlang des Tellerrads 112, wenn die Schleifschnecke 54 mit der Rotationsgeschwindigkeit ω_w rotiert.
Das Tellerrad 112 ähnelt demjenigen, welches in 1 gezeigt ist, abgesehen davon, dass das Tellerrad 112 nach dem anfänglichen Stoßen und Entfernen des Stoßmaschinenrads 18, das durchsichtig in Figur gezeigt ist, gehärtet wurde. Das Tellerrad 112 kann durch entweder durch eine Wärmebehandlung zum Karbonisieren oder durch eine Wärmebehandlung zum Nitrieren gehärtet werden, von denen jede eine Verformung der Geometrie der Tellerradzähne 114 und Tellerradlücke 116 hervorruft. Die Schleifschnecke 54 führt ein Präzisionsschleifen an den Tellerradzähnen 114 durch, um dadurch diese Verformungen abzuschwächen. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform umfasst die Schleifschnecke einen Werkstoff vom Schleifmediumtyp, wie einem Werkstoff vom richtbaren CBM-Typ oder anderen Typ, der gewöhnlich für Spiralkegelräder oder andere Typen von Rädern verwendet wird.
Zusätzlich zu der relativen Bewegung der Schleifschnecke 54 gegen den Uhrzeigersinn entlang des Tellerrads 112 bewegt sich die Schleifschnecke 54 auch in einer radialen Richtung entlang des Tellerrads 112. Diese Bewegung der Schleifschnecke in der radialen Richtung des Tellerrads 112 stellt sicher, dass die gesamte radiale Länge von jedem Tellerradzahn 114 durch die Schleifschnecke 54 präzise geschliffen wird. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform bewegt sich die Schleifschnecke 54 in der radialen Richtung mit einer sehr langsamen Geschwindigkeit, so dass ein unbedeutender Betrag der radialen Bewegung für jede Rotation der Schleifschnecke 54 um das Tellerrad 112 auftritt. Zum Beispiel kann die Schleifschnecke 54 anfangen, um die Tellerradzähne 114 zu rotieren, wobei sich ihre Rotationsachse Z_w über der äußeren Kante des Tellerrads 112 befindet. Nach dreißig oder mehr Rotationen der Schleifschnecke 54 um das Tellerrad 112 gegen den Uhrzeigersinn kann sich die Rotationsachse Z_w der Schleifschnecke 54 im wesentlichen über den inneren Kanten der Tellerradzähne 114 befinden. Alternativ kann die Schleifschnecke 54 in der radialen Richtung des Tellerrads 112 für jede relative Rotation der Schleifschnecke 54 um das Tellerrad 112 eingeteilt werden. Die Schleifschnecke 54 kann mit 1/30 der Länge eines Tellerradzahns 114 für jede Rotation des Tellerrads 112 zum Beispiel eingeteilt werden. Dies entspricht einer Vorschubgeschwindigkeit von 30, die Vorschubgeschwindigkeit kann aber auch so niedrig wie 10 bis 15 sein.
In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform bewegt sich die Schleifschnecke 54 nicht um den Umfang des Tellerrads 112, sondern das Tellerrad 112 rotiert statt dessen mit der Tellerradrotationsgeschwindigkeit ω_g unter der Schleifschnecke 54. Die relative Bewegung zwischen der Schleifschnecke 54 und dem Tellerrad 112 kann durch ein Radgetriebe gesteuert werden, und wird vorzugsweise durch einen mechanischen Steuerungsbearbeitungspro zess gesteuert. Die Rotationsgeschwindigkeit ω_g der Schleifschnecke 54 wird durch die spiralförmige Lücke der Schleifschnecke 54 bestimmt. Ein programmierter Computer kann verwendet werden, um den Vorschub und die Geschwindigkeit zu steuern. Das Computerprogramm kann Räder mit unterschiedlichen Größen, einer unterschiedlichen Anzahl und Ausrichtung von Zähnen usw. ermöglichen. Die Rotationsgeschwindigkeiten der Schleifschnecke 54 und des Tellerrads 112 können durch Rückkopplungsschleifen zum Beispiel in Verbindung mit Motoren mit veränderlicher Geschwindigkeit gesteuert werden.
Die Oberfläche der Schleifschnecke 54 ist so aufgebaut, dass sie das gegenseitige Eingreifen der Zahnoberfläche des Tellerrads 12 und der Zahnoberfläche des Stoßmaschinenrads 18 ermöglicht. Das Richtwerkzeug 56 wird verwendet, um die Schleifschneckenzähne 55 in einem Zustand nahe ihren ursprünglichen Formen beizubehalten, wenn die Schleifschneckenzähne die Tellerradzähne 114 präzisionsschleifen. Das konstante Beibehalten der Schleifschneckenzähne 55 durch das Richtwerkzeug 56 stellt sicher, dass die Schleifschneckenzähne 55 in ihrer ursprünglichen Form beibehalten werden und dass die Tellerradzähne 114 nahe der Toleranz geschnitten werden. Somit dient das Richtwerkzeug 56 der vorliegenden Erfindung dazu, die Schleifschnecke 54 im wesentlichen in ihrer ursprünglichen Form während des Schleifprozesses beizubehalten.
Der Abstand E_sw bezeichnet den gegenwärtig bevorzugten Abstand zwischen der Schleifschneckenrotationsachse Z_w und der Schleifwerkzeugrotationsachse Z_t. Dieser Abstand E_sw ist gleich dem Unterschied des Radius der Schleifschnecke 54 und des Radius des Stoßmaschinenrads 18 (durchsichtig gezeigt). Mit anderen Worten ist der Abstand E_sw der kürzeste Abstand zwischen der Rotationsachse der Schleifschnecke 54 und der Rotationsachse des Stoßmaschinenrads 18.
Wie in 6 gezeigt, wird die Schleifschnecke 54 an das Tellerrad 112 mit einem Winkel angelegt, der etwas von einer radialen Linie abweicht, die durch die Tellerradrotationsachse Z_g hindurchgeht. Eine Linie, die parallel zu der Schleifschnecke 54 ist, bildet einen Winkel λ_w mit einer Linie, die sowohl durch die Tellerradrotationsachse Z_g als auch einen Punkt hindurch geht, wo die Schleifschnecke 54 das Tellerrad 112 berührt. Der Ausrichtungswinkel λ_w beschreibt den Winkel der Schleifschnecke 54 und bezieht sich auf die Form des Zahns der Schleifschnecke 54 und die Form des erwünschten Zahns des Tellerrads 112. Da die Zähne der Schleifschnecke 54 spiralförmig sind, muss die Schleifschnecke 54 relativ zu den Zähnen 114 des Tellerrads geneigt sein, um für radiales Schleifen der Zähne 114 des Tellerrads zu sorgen. Das Pluszeichen entspricht einer Schnecke mit Rechtsgewinde und das Minuszeichen entspricht einer Schnecke mit Linksgewinde. Das Plus oder Minus hängen von der Richtung der Spirale in der Schleifschnecke 54 ab. Der Punkt, in dem die Schleifschnecke das Tellerrad 112 berührt, liegt unter dem Schnittpunkt der x-Achse X_w der Schleifschnecke, der y-Achse Y_w der Schleifschnecke und der z-Achse Z_w der Schleifschnecke. Die Stoßmaschinenradrotationsachse Z_s und die Schleifschneckenrotationsachse Z_w kreuzen sich und bilden einen Winkel von 90 Grad plus oder minus λ_w. Wenn der Ausrichtungswinkel λ_w null wäre, wäre der Winkel zwischen der Schleifschneckenrotationsachse Z_w und der Stoßmaschinenradrotationsachse Z_s genau 90 Grad, aber die spiralförmigen Zähne der Schleifschnecke erfordern einen Ausrichtungswinkel λ_w. Der Ausrichtungswinkel λ_w wird bestimmt durch: sin(λw) = (Nw/NS)·[rps/(rps + Esw)]. Gleichung 1
Die Rotationsbewegungen der Schleifschnecke 54 und des Tellerrads 112 hängen wie folgt zusammen: ωw/ωg = Ng/Nw. Gleichung 2
Die Schleifschnecke 54 führt Translationen parallel zu der Stoßmaschinenradrotationsachse Z_s durch. Wenn ein spiralförmiges Stoßmaschinenrad verwendet wird, ist eine zusätzliche Rotation des Tellerrads 112 erforderlich. Bei dem vorliegenden bevorzugten Schleifverfahren, das ein gerades Stoßmaschinenrad 118 verwendet, ist keine Rotationseinteilung des Tellerrads erforderlich und kann eine kontinuierliche Translationsbewegung verwendet werden. Die Abweichungen der geschliffenen Tellerradzahnoberfläche von der idealen Tellerradzahnoberfläche hängt von der Anzahl der Umdrehungen des Tellerrads 112 ab, die bis zum Beenden des Schleifens der gesamten radialen Länge der Tellerradzähne 114 durchgeführt werden. Die Abweichungen sind vernachlässigbar, wenn die Anzahl der Umdrehungen des Tellerrads 112 in dem Bereich von 40 bis 50 ist. Selbstverständlich kann eine andere Anzahl von Umdrehungen verwendet werden.
Das Stoßmaschinenrad 18, das in den 5 und 6 gezeigt ist, ist nur zur Bezugnahme durchsichtig gezeigt. Das Stoßmaschinenrad 50 berührt das Tellerrad 112 nicht, während die Schleifschnecke 54 das Tellerrad 112 berührt. Die Zahnoberfläche des Tellerrads 18 erzeugt die ideale Werkzeugoberfläche des Tellerrads 112 als die Hüllkurve zu der Familie der Zahnoberflächen der Tellerräder 18. Beim Vorgang der Erzeugung der Zähne des Tellerrads 112 führen das Stoßmaschinenrad 18 und das Tellerrad 112 Rotationsbewegungen um ihre Schnittachsen Z_s und Z_g mit dem folgenden Verhältnis von Winkelrotationsgeschwindigkeiten durch: ωw/ωg = Ng/Nw. Gleichung 3
7 veranschaulicht eine Seitenansicht der Schleifschnecke 54, die um die Schleifschneckenrotationsachse Z_w in der Richtung des Pfeils A5 rotiert und die Zähne des Tellerrads 112 schleift. Das Richtwerkzeug 56 ist gezeigt, wie es die Schleifschnecke 54 an deren obere Oberfläche berührt, kann aber auch so positioniert sein, dass sie die Oberfläche der Schleifschnecke 54 entlang von irgendeinem Teil von ihr berührt, außer offensichtlich dort, wo die Schleifschnecke 54 die Zähne des Tellerrads 112 berührt. Die Zähne des Wälzfräsers 25 aus dem Stand der Technik wurden mit einem doppelten konvexen Richtdornzahn 47 (4) gerichtet und die gewöhnlichen Wälzfräserzähne 30 waren folglich (3) nicht genau ausgebildet. Zusätzlich wurden die gewöhnlichen Wälzfräserzähne 30 nur vor oder nach dem Schneidvorgang gerichtet und wurden deshalb nicht genau während des Bearbeitungsprozesses beibehalten. Selbstverständlich schneidet oder bearbeitet die vorliegende bevorzugte Schleifschnecke 54 das Tellerrad 112 nicht (wie es der gewöhnliche Wälzfräser tut) sondern präzisionsschleift das Tellerrad 112 eher, nachdem das Tellerrad 112 beispielsweise einsatzgehärtet wurde. Der Wälzfräser 25 aus dem Stand der Technik kann nicht betrieben werden, um ein einsatzgehärtetes Tellerrad präzisionszuschleifen.
Wie in 7 gezeigt, verläuft eine einzige kontinuierliche Schleifschneckenlücke über jeden der Zähne des Tellerrads 112. Die einzige kontinuierliche Schleifschneckenlücke 67 bildet einen ersten Schleifschneckenzahn 61, einen zweiten Schleifschneckenzahn 63 und einen dritten Schleifschneckenzahn 65. Die drei Schleifschneckenzähen 61, 63, 65 sind gezeigt, wie sie an einem ersten Tellerradzahn 38, einem zweiten Tellerradzahn 41 und einem dritten Tellerradzahn 43 betrieben werden. Somit verformt das Richtwerkzeug 56 die Zähne der Schleifschnecke 54 zu Zähnen eines simulierten Stirnritzels 73 für die nachfolgende Anwendung und das Schleifen der Zähne des Tellerrads 112.
Obwohl die Schleifschnecke 54 so dargestellt ist, dass sie einen ersten, zweiten und dritten Schleifschneckenzahn 61, 63 und 65 hat, können andere Ausführungsformen der Schleifschnecke 54 weniger oder mehr Zähne aufweisen. Die alternative Schleifschnecke 74, die in 8 gezeigt ist, umfasst eine einzige kontinuierliche Schleifschneckenlücke 81 und zumindest fünf Schleifschneckenzähne 76. Die alternative Schleifschnecke 74 ist beim Präzisionsschleifen der Zähne eines Tellerrads 112 dargestellt.
Die Schleifschnecke 54 (7) der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform umfasst eine komplexe Oberfläche, die zum genauen Erzeugen der Zähne eines einsatzgehärteten Tellerrads 112 geeignet ist. Obwohl die Oberfläche der Schleifschnecke 54 komplex ist, kann diese Oberfläche automatisch durch eine beliebiges von zwei Typen erfinderischer Richtverfahren erzeugt werden. Das Verfahren, das in den 9 und 10 veranschaulicht ist, umfasst eine Simulation des Zahneingreifens zwischen dem Richtwerkzeug 56a und dem Stirnritzel 73. Dieses Verfahren ist der Gegenstand der WO 97/39856, die am 23. April 1996 eingereicht wurde und mit „Vorrichtung zum Präzisionsschleifen von Tellerrädern" betitelt ist. Gemäß der Technik dieser ebenfalls anhängigen Anmeldung, deren Rechte der Rechtsinhaber der vorliegenden Anmeldung hat, ist das Stirnritzel 73, das durchsichtig in 9 gezeigt ist, das tatsächliche Stirnritzel, das in das Stirnritzelrad 112 während des normalen Betriebs eingreifen wird. Wie in 9 gezeigt, umfasst das Richtwerkzeug 56a der ebenfalls anhängigen Anmeldung eine doppelte konkave Oberfläche, die ein interner Sektor des Stirnritzels 73 ist. Mit anderen Worten ist der Richtwerkzeugzahn 58a so gestaltet, um bequem zwischen zwei Zähne des Stirnritzels 73 zu passen. Somit hat der Richtwerkzeugzahn 58a ein Evolventenprofil eines internen Sektors des Stirnritzels 73. Dieser Richtwerkzeugzahn 58a, der in 10 gezeigt ist, passt zwischen einen ersten Schleifschneckenzahn 70 und einen zweiten Schleifschneckenzahn 72. Da der Schleifwerkzeugzahn 58a ein Evolventenprofil des Stirnritzels 73 umfasst, neigt das Richtwerkzeug 56a dazu, die Form der Schleifschnecke 54 ungefähr mit einer Form beizubehalten, die derjenigen des Stirnritzels 73 ähnelt. Folglich neigt das Schleifen der Tellerradzähne 112 durch die Schleifschnecke 54 dazu, die Zähne des Tellerrads 112 zum möglichen Eingreifen in die Zähne des Stirnritzels 73 vorzubereiten.
Die Rotationsachse Z_t des Richtwerkzeugs 56a befindet sich in einem Abstand E_sw von der Schleifschneckenrotationsachse Z_w. Die Rotationsbewegungen der Schleifschnecke 54 und des Richtwerkzeugs 56a stehen in der folgenden Beziehung zueinander: ωw/ωt = Ns/Nw. Gleichung 4
10 veranschaulicht die Bewegung des Richtwerkzeugs 56a entlang der einzigen kontinuierlichen Schleifschneckenlücke 67 der Schleifschnecke 54. Der Richtwerkzeugzahn 58a tritt in die einzige kontinuierliche Schleifschneckenlücke 67 bei einem Eingangspunkt 87 ein und beginnt einen Teil des zweiten Schleifschneckenzahns 72 zu berühren. Wenn die Schleifschnecke 54 in der Richtung des Pfeils A5 um die Schleifschneckenachse Z_w rotiert, bewegt sich das Richtwerkzeug 56a entlang der einzigen kontinuierlichen Schleifschneckenlücke 67 zu einer Zwischenposition, wo das Richtwerkzeug 56a sowohl den ersten Schleifschneckenzahn 70 als auch den zweiten Schleifschneckenzahn 72 berührt. Das Richtwerkzeug ist bei dieser Zwischenposition durchsichtig mit dem Bezugszeichen 87 gezeigt. Wenn sich das Richtwerkzeug weiter durch die einzige kontinuierliche Schleifschneckenlücke 67 mit der Rotation der Schleifschnecke 54 bewegt, bewegt sich das Richtwerkzeug 56a weiter in der Richtung des Pfeils A7 um die Richtwerkzeugrotationsachse Z_t (5). Das Richtwerkzeug verlässt die einzige kontinuierliche Schleifschneckenlücke 67 bei dem Ausgangspunkt 89, wo das Richtwerkzeug durchsichtig mit dem Bezugszeichen 90 gezeigt ist, wie es nur den äußeren Teil des ersten Schleifschneckenzahns 70 berührt. Das Richtwerkzeug 56a bewegt sich vor zugsweise durch die gesamte einzige kontinuierliche Schleifschneckenlücke 67 mit ungefähr drei Rotationen der Schleifschnecke 54.
Das Schwenken des Richtwerkzeugs 56a um die Rotationsachse Z_c (5) simuliert das Schwenken des Stirnritzels 73 (9) über dem Tellerrad 112. In dieser Simulation entspricht das Richtwerkzeug 56a einem Richtwerkzeugzahn und entspricht der Schleifschneckenzahn dem Stirnritzel 73. Wenn das Stoßmaschinenrad 18 (6) verwendet würde, um die Zähne des Tellerrads 112 zu bearbeiten, hätte die Trajektorie der Zahnoberfläche des Stoßmaschinenrads 18 eine Trajektorie, welche die Hüllkurvenoberfläche definiert. Diese Hüllkurvenoberfläche definiert die Zahngeometrie des Tellerrads 112. Die Schleifschnecke 54 ist entworfen, um eine Hüllkurvenoberfläche zu erzeugen, die derjenigen des Durchstoßmaschinenrads 18 ähnelt. Zurück zur 4 erstreckt sich der Richtdorn 45 aus dem Stand der Technik nicht vollständig zwischen den zwei Wälzfräserzähnen 32 und 34. Somit sind der erste und der zweite Wälzfräserzahn 32 und 34 unter dem „Formdurchmesser" nicht gerichtet, welcher der niedrigste Punkt des aktiven Profils auf den Zähnen des Wälzfräsers 25 ist. Wie beispielsweise in 9 gezeigt, passt das Richtwerkzeug 56a in den Formdurchmesser der Schleifschnecke 54.
Obwohl das Richtwerkzeug 56a aus den 9 und 10 die Probleme löst, die zum Stand der Technik gehören, wird das Richtwerkzeug 56 (7) der vorliegenden Erfindung als noch besser angesehen. Es wurde entdeckt, dass ein Problem des Unterschneidens mit dem Richtwerkzeug 56a auftreten kann, wenn die Anzahl der Zähne 201 des Stirnritzels 73 beispielsweise kleiner als 24 ist. Wenn insbesondere mit Bezugnahme auf 10 eine Anzahl der Zähne 201 des Stirnritzels 73 klein ist, ist die relative Größe von jedem Zahn 201 groß. Wenn die Anzahl der Zähne 201 des Stirnritzels 73 dementsprechend klein ist, sind die Abmessungen des Richtwerkzeugzahns 58a relativ groß. Wenn die Anzahl der Stirnritzelzähne 201 zusätzlich klein ist, ist der Bewegungsbereich des Richtwerkzeugs 58a, der durch den Pfeil A7 in 10 bezeichnet ist, relativ groß. Der große relative Rotationswinkel des Richtwerkzeugs 56a, der mit den relativ großen Abmessungen des Richtwerkzeugzahns 58a gekoppelt ist, führt zu den unerwünschten Unterschneidungsphänomenen. In solch einer Situation, in der die Anzahl der Stirnritzelzähne 201 relativ klein ist, wird das Unterschneiden bei den äußeren Winkelausrichtungen 56a und 90 (10) des Richtwerkzeugs wahrscheinlich auftreten. Bei diesen extremen Winkelausrichtungen neigt die Spitze des Richtwerkzeugzahns 58a dazu, zu sehr in die Schleifschnecke 54 bei den Positionen 87 und 89 einzuschneiden, die den extremen Winkelausrichtungen des Richtwerkzeugs 56a bzw. 90 entsprechen, wie in 10 veranschaulicht. Da das Richtwerkzeug 56a als das Gegenstück des Stirnritzels 73 angeordnet ist, sind große Winkelausrichtungen des Richtwerkzeugs 56a beim Unterschneiden unvermeidbar, wenn das Richtwerkzeug 56a genau der Rotationsbewegung des Stirnritzels 73 folgt.
Das vorliegende bevorzugte Richtwerkzeug 56a (7) hängt jedoch nicht vom exakten Folgen der Rotationsbewegung des Stirnritzels 73 ab. Statt dessen folgt das Richtwerkzeug 56 allgemein gesprochen der Hüllkurve, die von dem Stirnritzel (9) auf der Schleifschnecke 54 gebildet wird, wenn eine Schleifschnecke 54 rotiert.
Das Richtwerkzeug 56 ist kein Gegenstück des Stirnritzels 73, sondern umfasst eher eine Ebene, die so gesteuert wird, dass sie immer tangential an dem Stirnritzel 73 ist. Das Richtwerkzeug 56 kann effektiv das Schleifrad 54 richten, ohne der Rotationsbewegung des Stirnritzels 73 zu folgen, da zwei unabhängige Bewegungsvariablen für die erforderliche Freiheit sorgen, um die Tangentialbedingungen des Richtwerkzeugs 56 an dem Stirnritzel 73 beizubehalten, ohne genau der Rotationsbewegung des Stirnritzels 73 zu folgen. Das Richtverfahren, das zu dem Richtwerkzeug 56a gehört, ist eine Funktion von nur einer Variable, welche die Winkelausrichtung des Richtwerkzeugs 56a ist, wenn sich das Richtwerkzeug 56a entlang des Pfeils A7 bewegt (10). Dieser Hüllvorgang mit einer Variable hat Schwierigkeiten, besondere topologische Änderungserfordernisse auf der Oberfläche des Stirnritzels 201 zu erfüllen, die allgemein unter Verwendung von zwei unabhängigen Variablen ausgedrückt werden müssen. Der Lösungsweg mit zwei unabhängigen Variablen, der von dem Richtwerkzeug 56 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, schafft die Möglichkeit, irgendwelche erwünschten topologischen Änderungen der Schleifschnecke 54 und folglich der Stirnritzelzähne 114 und 116 einzuführen (8).
Die Schleifschnecke 54 der vorliegenden Erfindung wird somit durch die Einhüllende mit zwei Parametern einer Familie von Oberflächen erzeugt. Mit Bezugnahme auf die 7 und 9 ist die Erzeugungsebene 58 des Richtwerkzeugs 56 in einer theoretischen Tangentiallinie zu dem Stirnritzel 73 und ist in theoretischer Punktberührung sowohl zu dem Stirnritzel 112 und der Schleifschnecke 54. Die Bewegung der Ebene 58 in der Form mit zwei Parametern relativ zu der Schleifschnecke 54 stimmt mit den gegenseitigen Abrichtbedingungen des Stirnritzels 73, des Tellerrads 112 und der Schleifschnecke 54 überein. Dementsprechend wird die Schleifschnecke 54, die durch die vorliegende bevorzugte Ausführungsform geschaffen wird, das Tellerrad 112 mit einem gegenseitigen Zahnabrichtprofil des Stirnritzels 73 schleifen, wodurch für eine glatte Bewegungsübertragung während des Eingreifens in das Stirnritzel gesorgt wird.
Der Entwurf des Richtverfahrens mit zwei Parametern der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist nicht durch die Unterschneidprobleme begrenzt, die zu der kleinen Anzahl von Stirnritzelzähnen 201 gehören (zum Beispiel die Zähne 201 der Stirnritzel 24–28), sondern diese bevorzugte Richttechnik kann selbstverständlich immer noch durch Unterschneiden beim Entwurf des Stirnritzels 73 selbst beeinträchtigt werden. Das Hüllverfahren mit zwei Parametern ermöglicht die Einführung vorher entworfener Änderungen der Schleifschnecke 54 entlang zweier Richtungen auf der Gewindeoberfläche, die dann an die Tellerradzähne 114, 116 während des Schleifens weitergegeben werden können. Solche topologischen Änderungen, wenn sie gut entworfen sind, können Übertragungsfehler vom parabolischen Typ bei dem Radsatz erzeugen, um Übertragungsfehler vom linearen Typ zu absorbieren, die durch Bearbeitungs- und Montageungenauigkeiten verursacht sind.
Zurück zur 11 ist das Richtwerkzeug 56 in schematischer Form überlagert auf dem Stirnrad 112 gezeigt. Das Stirnritzel 73, das durchsichtig gezeigt ist, ist auch überlagert auf dem Tellerrad 112 zur Veranschaulichung gezeigt. Das Richtwerkzeug 56 wird mit einer komplexen Bewegung bewegt, die allgemein so entworfen ist, dass die Spitze 58 dem Umriss des Dorns 73 folgt, während sie das Schneckenrad 54 berührt und schleift. Wie vorliegend ausgeführt, kann die Bewegung des Richtwerkzeugs 56 durch zwei unabhängige Variablen α und S wie unten beschrieben dargestellt oder gesteuert werden.
Vier Oberflächen werden beim Definieren der Bewegung des Richtwerkzeugs 56 berücksichtigt: (1) Die Oberfläche des Stirnritzels 73 Σ_s als das grundlegende Element; (2) die Oberfläche des Zahns Σ_g des Tellerrads 112, die theoretisch durch die Oberfläche Σ_s des Stirnritzels mit einem gegenseitigen Abrichtungsvorgang erzeugt wird; (3) die Oberfläche der Schleifschnecke 54 Σ_w, die tatsächlich dem Stirnradzahn Σ_g vollenden wird, schafft einen gegenseitigen Abrichtungsvorgang zwischen der Oberfläche Σ_s des Stirnritzels und der Σ_g des Tellerrads; und (4) die Oberfläche Σ_t des Richtwerkzeugs 56, die die Schleifschnecke Σ_w erzeugen wird, die die obigen Anforderungen erfüllt. Zurück zur Gleichung 2 werden die Zähne des Tellerrads 112 als eine Hüllkurve der Stirnritzeloberfläche Σ_s mit einem Parameter erzeugt, wobei der eine Parameter die Rotation des Stirnritzels 73 ist. Augenblicklich sind zwei Oberflächen Σ_s und Σ_g in Linienberührung. Der Schleifprozess kann durch Hinzufügen einer Schleifschnecke 54 zum imaginären Eingreifen des Stirnritzels 73 und des Tellerrads 112 erklärt werden.
Wie vorliegend ausgeführt, umfasst das Richtwerkzeug 56 eine Richtscheibe, die eine flache Oberfläche 58 hat, die tangential zu dem Profil des Stirnritzels 73 zu irgendeinem Augenblick gestellt wird. Wie vorher erwähnt kann diese Bewegung des Richtwerkzeugs 56 durch zwei Variablen, α und S dargestellt werden. Wie in 11 gezeigt, ist α als ein Winkel definiert, der zwischen zwei Linien 242 und 244 ausgebildet ist. Die Linie 242 ist parallel zu der planaren Seite 58 des Richtwerkzeugs 56 und ist senkrecht zu der Rotationsachse des Stirnritzels 73. Die Linie 244 ist so definiert, dass sie durch eine Linie des kürzesten Abstandes zwischen der Rotationsachse des Stirnritzels 73 und der Rotationsachse des Schleifrads 54 läuft. Die Variable S ist als ein Abstand von der Seite 58 des Richtwerkzeugs 56 zu einer Ebene definiert, die parallel zu der Seite 58 des Richtwerkzeugs 56 ist und durch die Rotationsachse des Stirnritzels 73 läuft. Die Rotationsbewegung der Schleifschnecke 54 ist zu α und S wie folgt bezogen:
Die Variable r_b ist der Basisradius des Stirnritzels 73 und die Variable φ_w ist der Rotationswinkel der Schleifschnecke 54. Für jeden unabhängig zugewiesenen Satz von Werten für α und S führt die obige Gleichung 5 zu einem bestimmten Rotationswinkel φ_w der Schleifschnecke 54. Diese entsprechenden Variablen bestimmen die relativen Positionen des Richtwerkzeugs 56 und der Schleifschnecke 54 für jeden Augenblick.
In der echten Ausführung bewegen sich das Richtwerkzeug 56 und die Schleifschnecke relativ zueinander kontinuierlich gemäß Gleichung 5. Die Bewegungen werden zurück und vorwärts durchgeführt, um die Gewinde der Schleifschnecke 54 zu berühren. Wenn Gleichung 5 erfüllt ist, hat das Richtwerkzeug 56 die folgenden Eingriffsbedingungen: (1) das Richtwerkzeug 56 ist in einer Tangentiallinie zu dem Stirnritzel 73, (2) das Richtwerkzeug 56 ist im Punktberührung mit dem Tellerrad 112 und (3) das Richtwerkzeug 56 ist im Punktberührung mit der Schleifschnecke 54, wobei der Berührungspunkt der Schnittpunkt der theoretischen Berührungslinie der Variablen α und derjenigen der Variable S ist.
12 veranschaulicht drei unterschiedliche Positionen des Richtwerkzeugs 56, wobei die letzten zwei Ausrichtungen 262 und 264 durchsichtig gezeigt sind. Die Winkel α¹ und der Abstand S¹ definieren die Ausrichtung des Richtwerkzeugs 56 und der Winkel α² und der Abstand S² definieren die Position des Richtwerkzeugs 262. Ähnlich definieren die Winkel α³ und die Winkel S³ die Position des Richtwerkzeugs 264. Der Rotationswinkel α und der Abstand S des Richtwerkzeugs werden durch Gleichung 5 bestimmt. Für jeden speziellen Satz von Werten für α und S wird der Rotationswinkel des Schleifrads 54 geändert. Das unabhängige Ändern der Wertes α oder S wird zusätzlich auch den Rotationswinkel der Schleifschnecke 54 ändern.
13 veranschaulicht eine Vorrichtung 218, die zum Bewegen des Richtwerkzeugs 56 entlang der Oberfläche der Schleifschnecke 54 geeignet ist. Die x-Achse 282 ist in der rechten Richtung positiv, die z-Achse 384 ist in der linken Richtung positiv und die y-Achse 286 ist in der Aufwärtsrichtung positiv, relativ zu der Seite, auf der 13 gezeigt ist. Der Arm 290 ist um die Basis 292 bewegbar, um eine x-Achsenbewegung zu erreichen, und der Arm 294 ist um die Basis 292 bewegbar, um die z-Achsenbewegung zu erreichen. Ein Arm 298 ist mit dem Arm 290 verbunden und ist eingerichtet, um die y-Achsenbewegung zu erreichen. Die Kopfspindel 300 ist um ihre Rotationsachse rotierbar, wie es der Zylinder 302 ist. Die Schleifschnecke 54, die gerichtet werden soll, wird an der Kopfspindel 300 angebracht, wobei die Bewegung in der Richtung des Pfeils A8 den Rotationswinkel der Schleifschnecke 54 simuliert. Wie vorliegend ausgeführt wird das Richtwerkzeug 56 an der Werkzeugspindel 302 angebracht, wobei die Bewegung in der Richtung des Pfeils A9 den Winkel α simuliert und die lineare Variable S mit der Kombination der x-, y- und z-Bewegung der Arm 290, 294 und 298 simuliert wird.
Das Richtwerkzeug 56 der vorliegenden Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn es in Verbindung mit Stirnritzeln verwendet wird, die weniger als 24–28 Zähne haben. Solche Stirnritzel sind sehr oft in Radsatzentwürfen mit hohen Untersetzungsverhältnissen wünschenswert. Es wird geschätzt, dass über eine Hälfte der Tellerradanwendungen in diese Kategorie fallen. Der Hüllvorgang mit zwei Parametern ist besonders geeignet für Anwendungen, die topologische Änderungen auf der Zahnoberfläche des Tellerrads 112 erfordern. Beispiele solcher Anwendungen schließen spezielle Zahnabweichungen ein, die absichtlich in den Aufrauungsprozess vor der Wärmebehandlung eingeführt wurden, um die Verformungen während der Wärmebehandlung zu kompensieren, um dadurch für einen gleichen Betrag von vollendetem Schleifmaterial und einsatzgehärteter Tiefe und gut entworfenen Zahnabweichungen zu sorgen, die so eingeführt sind, dass das Berührungsmuster mit dem eingreifenden Stirnritzel lokalisiert werden kann und die Verschiebung des Musters unter Belastung in der Größe und Richtung gesteuert werden kann. Diese letztere Anwendung ist besonders wichtig für Anwendungen mit hoher Beanspruchung, für welche relativ große Biegungsbeträge erwartet werden. Die Zahnoberfläche kann auch topologisch durch ein Hüllkurvenverfahren mit zwei Parametern verändert werden, um für vorgeschriebene parabolische Typen von Übertragungsfehlern zu sorgen, die Übertragungsfehler vom linearen Typ absorbieren können, die durch Herstellungsfehler und Strukturbiegungen hervorgerufen werden. Diese Zahnoberflächenänderung kann das Geräuschniveau, das beim Radeingriff erzeugt wird, wesentlich verringern und ist insbesondere bei Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit anwendbar. Zusätzlich macht die flache Oberfläche 58 des Richtwerkzeugs 56 die Herstellung des Richtwerkzeugs 56 relativ einfach und genau.
Die Kombination der Schleifschnecke 54 und des Richtwerkzeugs 56 der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um hochqualitative Geradstirnräder sowie Spiralstirnräder herzustellen. Diese Räder können zu hohen Härteniveaus behandelt werden und durch die Schleifschnecke 54 und das Richtwerkzeug 56 präzisionsgeschliffen werden, um dadurch an Anwendungen mit hoher Leistung angepasst zu sein. Tellerräder aus dem Stand der Technik sind allgemein nur für Steuerungsräder geeignet. Tellerräder, die gemäß der AGMA-Qualitätsklasse 10 oder höher geschliffen sind, die die vorliegende Erfindung verwenden, können für Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Beanspruchung verwendet werden, wann immer Kegelräder, die eine komplexere Geometrie haben, verwendet werden. Solche Anwendungen schließen Rotationsantriebe ein, die schneidende Achsen und Antriebsschäfte mit gekreuzten Achsen einbeziehen. Die potentiellen Kosteneinsparungen bei der Verwendung von Tellerrädern anstatt von Kegelrädern sind beträchtlich. Zusätzlich können Tellerräder einfacher eingebaut werden, da das Einrichten des Stirnritzel- und Radanbringungsabstandes einfacher als für Kegelräder ist. Außerdem weisen Tellerräder hinsichtlich des Aufbaus Vorteile gegenüber anderen Rädern wie die Fähigkeit auf, zwei Tellerräder von einem Stirnritzel anzutreiben, wenn die Tellerräder auf gegenüberliegenden Seiten des Stirnritzels angeordnet werden. Dementsprechend kann ein dualer Vorschubantrieb zur Verwendung von zusätzlicher Zubehörausrüstung oder ein Teilung des Eingangsmaschinendrehmoments verwendet werden, um für leichtere Zwischenantriebswege zu sorgen. Das geteilte Drehmomentantriebsgetriebe kann dann vor der endgültigen Ausgabe rekombiniert werden. Dieses Teilungsdrehmomentkonzept kann für beträchtliche Gewichtsersparnisse sorgen, wenn er beispielsweise auf Hubschrauberübesetzungen angewandt wird.
Obwohl eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, können viele andere Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen zusätzlich zu den in den obigen Paragraphen dargestellten durch einen Durchschnittsfachmann ausgeführt werden, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

Präzisionsschleifvorrichtung für ein einsatzgehärtetes Tellerrad (112), umfassend: ein einsatzgehärtetes Tellerrad (112), das passend zum Eingriff in eine Stirnritzeloberfläche eines Stirnritzels geschliffen werden soll, wobei eine kurvenförmige Linie als eine Linie entlang der Stirnritzeloberfläche definiert ist, die allgemein parallel zu einer Rotationsachse des Stirnritzels verläuft; eine Schleifschnecke (54), die in einer im Wesentlichen senkrechten Ausrichtung zum einsatzgehärteten Tellerrad angeordnet ist, wobei die Schleifschnecke (54) eine Schleifschneckenoberfläche (55) aufweist, die angepasst ist, das einsatzgehärtete Tellerrad (112) zu berühren und zu schleifen; und ein Richtwerkzeug (56) mit einer flachen Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass das Richtwerkzeug, das angepasst ist, die Schleifschneckenoberfläche zu berühren und sich an dieser entlang zu bewegen, während die Schleifschnecke (54) das einsatzgehärtete Tellerrad (112) schleift, und das gleichzeitig angepasst ist, sich entlang der kurvenförmigen Linie zu bewegen, aber sie nicht schneidet, eine planare Oberfläche aufweist, die die Schleifschnecke mit einer Hüllkurve abrichtet, die vom Richtwerkzeug erzeugt wird, sowie es die Schleifschnecke berührt, die sich der Hüllkurve nähert, die es erzeugen würde, wenn es sich über die Oberfläche des Stirnritzels bewegen würde.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifschnecke (54) eine Schleifschneckenrotationsachse (Z_w) umfasst und, dass sich das Richtwerkzeug sowohl entlang der kurvenförmigen Linie als auch der Schleifschneckenoberfläche bewegt, sowie die Schleifschnecke um die Schleifschneckenrotationsachse rotiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnritzeloberfläche Stirnritzelzähne einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das einsatzgehärtete Tellerrad eine Vielzahl von Zähnen (114) umfasst, die angepasst sind, in die Stirnritzelzähne einzugreifen, wobei sich jeder der Zähne radial von einem Zentrum des einsatzgehärteten Tellerrads (112) erstreckt und entlang eines Außenumfangs des einsatzgehärteten Tellerrads positioniert ist.
Verfahren zum Präzisionsschleifen einer Vielzahl von Tellerradzähnen (114) auf einem Tellerrad (112), wobei die Tellerradzähne (114) angepasst sind, in ein Stirnritzel einzugreifen, wobei eine kurvenförmige Linie als eine Linie entlang der Stirnritzeloberfläche definiert ist, die allgemein parallel zur Rotationsachse des Stirnritzels verläuft, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer Schleifschnecke (54), wobei die Schleifschnecke eine Rotationsachse (Z_w) aufweist; Rotieren der Schleifschnecke; Inberührungbringen der rotierenden Schleifschnecke mit dem Tellerrad (112), um dadurch die Vielzahl der Tellerradzähne (114) mit Präzision zu schleifen; Bereitstellen eines Richtwerkzeugs (56) mit einer planaren Oberfläche; und gekennzeichnet durch Inberührungbringen der planaren Oberfläche des Richtwerkzeugs mit der rotierenden Schleifschnecke, um dadurch die rotierende Schleifschnecke abzurichten, während die Schleifschnecke das einsatzgehärtete Tellerrad schleift, wobei sich das Richtwerkzeug entlang der kurvenförmigen Linie bewegt, aber sie nicht schneidet, wobei eine Hüllkurve vom Richtwerkzeug erzeugt wird, sowie das Richtwerkzeug die rotierende Schleifschnecke berührt und schleift, die sich einer Hüllkurve annähert, die das Richtwerkzeug erzeugen würde, wenn sich das Richtwerkzeug über eine Oberfläche des Stirnritzels bewegen würde.