FI87393B - Kuggfoerband mellan tvao koaxialt inuti varandra anordnade maskinelement. - Google Patents

Description

HAMMASTUS KAHDEN KOAKSIAALISESTI SISÄKKÄIN JÄRJESTETYN

RAKENNEOSAN VÄLILLÄ - KUGGFÖRBAND MELLAN TVÄ KOAXIALT INUTI

VARANDRA ANORDNADE MASKINELEMENT

87393

Keksintö koskee hammastusta vääntömomentin siirtämiseksi kahden koaksiaalisesti sisäkkäin sijaitsevan rakenneosan, esimerkiksi akseliosan ja napaosan välillä patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaisesti. Tämän tapaiset hammastukset ovat olleet kauan tunnettuja ja määritelty standardeissa DIN 5461-5465 sekä 5480.

Näitä hammastuksia valmistetaan tavallisesti vierintäjyrsimellä, uurtamalla tai aventamalla. Tällä lastuavalla työstöllä ovat ennen kaikkea massiiviset rakenneosat valmistettavissa hyvin tarkasti. Usein valitaan tällainen hammastus myös rakenteisiin, joissa tosin akseliosa on massiivinen, mutta navanpuoleinen osa muodostuu useista ohuista levykiekoista, esimerkiksi lamellikytkimissä, joiden lamellien täytyy käytön aikana olla siirrettävissä aksiaalisesti akselin päällä.

Tämän tapaiset kytkennät on järjestetty paitsi vaihteistoihin myös usein polttomoottorilla varustettujen kuorma-ajoneuvojen voimansiirtoon. Näille kytkimille asetetaan moottorin tyypil- - lisen vääntövärähtelykäyttäytymisen johdosta erityisiä vaati-; muksia tarkkuuden ja häiriöttömyyden suhteen.

Standardista DIN 5461 tunnetussa hammastuksessa on suorat kyljet sekä akselissa että myös navassa, jolloin hammaskyljet ovat keskenään yhdensuuntaiset. Kahden osan hammastuksissa, joiden ei pidä levätä kiinteästi päällekkäin, kuten esimerkiksi laippa käyttöakselilla, vaan pitää olla aksiaalisesti liikkuvia, tarvitaan välys hammastuksessa. Mutta tällöin tulevat välyksen ylittämisen mukaisesti molemmat kyljet, jotka ovat vain ideaalitapauksessa yhdensuuntaiset, välyksen edellyttämän vääntökulman verran päällekkäin. Koska lisäksi molemmat osat on aina varustettu samanlaisilla ryntökulmilla, tapahtuu kosketus vain molemmissa reunoissa tai suuremmalla pinnalla vastaavaa muodonmuutosta tai kulumista varsinkin 2 87393 silloin, kun hammastus on valmistettu keskittämällä sisäpinnan mukaan tai ulokopinnan mukaan.

Standardista DIN 5480 tunnetaan hammastus, jossa on evolvent-tiprofiili ja trapetsin muotoinen vertausprofiili, joka valmistuksen tapahtuessa vierintämenetelmällä synnyttää akseliosaan evolventin hammaskyljen. Kun valmistetaan napa-osaa, joka lamellikytkintapauksessa taas muodostuu ohuista kiekoista, täytyy stanssaustyökalussa olla tarkasti akselin hampaaseen sopiva profiili. Myös tässä hammastuksessa, joka samoin kuin valmistettavissa uiko-, sisä- tai kylkikeskitystä varten, joudutaan, tarpeellisen ja valmistuksen edellyttämän välyksen edellyttämänä, vääntömomenttia siirrettäessä kyljen yksipuoliseen kantamiseen, koska sekä akseli- että myös napaprofiililla on normin mukaan sama ääriviiva. Tällöin on otettava huomioon, että tässä hammastuksessa, päin vastoin kuin hammaspyörien juoksuhammastuksessa, on enemmän ja pienempiä hampaita ja hampaat, varsinkin napaosan sisähammastus, saavat täysin toisen muodon. Hampaalla on pienet pyöristys-säteet tyvessä ja harjalla. Tämä vaatii kalliin ja herkän : stanssaustyökalun, ja siitä huolimatta ovat napaosat valmis tettavissa vain suurin toleranssein ja epäedullisin muotoiluin leikkuureunan (stanssikavennuksen) alueella. Molempien osien suurempi tarkkuus vaatii kallista, lastua poistavaa jälkityöstöä. Suuri välys kytkimessä on syynä epämiellyttäviin häiriöääniin ja ennenaikaiseen kulumiseen.

Edelleen on FR-patenttijulkaisusta 1 560 270 tunnettu hammastus vääntömomentin siirtämiseksi. Hammaskyljissä ei kuitenkaan ole tasaista pintaa, vaan ne muodostuvat kaarista, jolloin tyviympyrä muuttuu välittömästi harjaympyräksi.

Napaosan ja akseliosan välillä voi tapahtua vain viivakoske- t tus. 1 s • * DE-kuulutusjulkaisusta 26 36 382 tunnetaan hammastus, jonka '; hampaat muodostuvat kahdesta kulmassa keskenään olevasta kylkiosasta, jolloin ei harjalla eikä tyvessä tai kylkiosien välisessä taivekohdassa ole muuttumissädettä. Tällä hammas- 3 87393 tuksella ei tunnetusti synny mitään pintakosketusta vaan viivakosketus napaosan ja akseliosan välillä.

US-patenttijulkaisusta 2969250 tunnetaan hammastus, jossa samoin on vain kaarevat hammaskyljet ja se sallii siten vain viivakosketuksen.

Nämä viimeksi mainitut julkaisut koskevat erityisesti ruuvien kuusiokantapäitä eivätkä siten täytä akseli-napa-liitokselle asetettuja vaatimuksia keskitystarkkuuden, kylkien kantokyvyn ja kulumislujuuden suhteen.

Keksinnön tehtävänä on saada aikaan hammastus kahta koaksiaa-lisesti sisäkkäin sijaitsevaa toisiinsa nähden siirtyvää rakenneosaa varten vääntömomentin siirtämiseksi, jolla ham-mastuksella vältetään mainitut epäkohdat, jolla on suuri kantokyky ja hyvä keskitystarkkuus ja joka on valmistettavissa ahtailla toleransseilla taloudellisesti.

Tämä tehtävä ratkaistaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkien mukaisesti. Keksinnön mukaan ehdotetaan hammastusta, jossa on matala ja leveä hammas, jolla on suorat kyljet, suuret käy-ristyssäteet harjan ja tyven alueella ja suuri ryntökulma.

. Näistä tunnusmerkeistä käy ilmi, että hammas jako on aina suhteellisen suuri, sopivimmin suurempi kuin kolme kertaa hampaan korkeus.

Keksinnön mukaan on pyöristyssäde hampaan tyvessä ja hampaan harjalla hammaskorkeuden 1-2-kerta. Tunnetuissa hammastuksis-. . sa on sitä vastoin aina vain suhteellisen pieni pyöristys-säde, joka on valittu riippumatta hammaskorkeudesta. Kylki-kulma on keksinnön mukaan välillä 50° ja 70°, sopivimmin : välillä 55° ja 65°, siis suunnilleen kaksi kertaa niin suuri kuin tunnetuissa hammastuksissa.

Keksinnölle on edelleen olennaista, että navanpuoleisten hampaiden ryntökulma on vähän pienempi kuin akselinpuoleisten hampaiden ryntökulma. Ryntökulmien välinen ero on valittu < 87393 niin, että hampaiden kosketus pitkin molempien osien koko suoraa kylkeä tapahtuu vasta silloin, kun tarvittava ja valmistuksen edellyttämä kylkivälys osien välisen vääntömo-mentin vaikutuksen mukaisesti on ylitetty eli kun molempien osien välyksen edellyttämä vääntö on tapahtunut.

Näillä parametreillä valmistetulla hammastuksella on seuraa-via etuja: Kysymys on kylkikeskitetystä hammastuksesta, jolla on erityisen suuri kantokyky ja jossa kehävoima on siirrettävissä täysipintaisesti hammaskyljissä olevien suurien tasaisten pintojen kautta. Hampaat ovat tylpän hammasmuodon ja hampaan tyvessä olevien suurten pyöristyssäteiden johdosta vain vähäisen muodonmuutoksen alaisina, nikä aiheuttaa hyvin suuren väsymyslujuuden ja keskitystarkkuuden sekä meluttoman käynnin. Suuren hammasjaon ja suurien pyöristyssäteiden johdosta on mahdollista valmistaa hammastus varsijyrsimellä, jonka pyörimisakseli on yhdensuuntainen hammasakselin kanssa.

Tässä valmistusmenetelmässä, johon ohjelmaohjatut koneet soveltuvat hyvin, ei enää ole tarpeellista järjestää hammas-tuksen päätteeseen ulostuloa tavanomaiselle vierintäjyrsin-koneelle tai iskevälle työkalulle, mikä johtaa rakenneosien lyhenemiseen ja konstruktiiviseen yksinkertaistumiseen.

Mikäli valitaan navanpuoleisen osan valmistamiseen - kun on kysymys ohuiden levylamellien paketista - taas stanssausmene-telmä, niin saadaan myös tässä parempi valmistuslaatu pienemmällä muodonmuutoksella kyljissä, mikä johtuu tylpästä ham-masmuodosta ja suuresta tyvipyöristyssäteestä, ja siten kosketuspinnan suurempi kantokyky ja edelleen yksinkertaisempi stanssaustyökalu, jolla on pitempi käyttöikä.

Keksinnön edullisia edelleenkehitysmuotoja on määritelty alivaatimuksissa. Keksintöä selostetaan lähemmin jäljempänä viittaamalla oheisiin piirustuksiin, jotka esittävät erästä sovellutusesimerkkiä.

i 5 87393

Kuv. 1 esittää hammastuksen geometrista rakennetta.

Kuv. 2 esittää hammastusta, jossa on kylkivälys.

Kuv. 3 esittää hammastusta keskiasennossa kiertämisen jälkeen kulman b/2 verran.

Kuviossa 1 on esitetty akselia vastaan kohtisuorassa poikkileikkauksessa keksinnön mukaisen hammastuksen geometrinen rakenne, jossa on akseli 1 ja akselinpuoleinen hammas 2 sekä napa 3 ja navanpuoleinen hammas 4 sovellutusmuodossa, jossa on päätön hammasluku eli suoraviivaisessa asennossa (tasoon levitettynä) ilman kylkivälystä hammastangon tapaan. Suurimman ulkoläpimitan D määrää rakennetila navassa 3 ja pienimmän sisäläpimitan d määrää akseli 1. Hammaskorkeuden h määrää silloin ulkoläpimitan D ja sisäläpimitan d välisen erotuksen puolikas. Viittausmerkillä T on merkitty hammasjakoa, joka on suurempi kuin kolme kertaa hammaskorkeus h, sopiva arvo on viisi kertaa hammaskorkeus h. Hampaan harja on pyöristetty yhdellä ainoalla harjasäteellä 5 ja hampaan kanta yhdellä ainoalla kantasäteellä 6, jolloin akselin kantasäde vastaa teoreettisesti navan harjasädettä ja päin vastoin. Harja ja kantasäteet 5, 6 on yhdistetty suoralla hammaskyljellä 7, joka liittyy tangentiaalisesti kumpaankin säteeseen. Kummat-kin pyöristyssäteet 5, 6 ovat 1-2 kertaa, sopivimmin puolitoista kertaa hammaskorkeus h. Navanpuoleisen ja akselinpuo-leisen hampaan hammaskyljellä 7 on tätä parametria käytettäessä ryntökulma a, joka on välillä 45-70°, sopivimmin välillä 55-65°. Kantasäteen 6 alemman raja-arvoa muodostaa jyrsinko-neen tai työkalun halkaisija, jolla hammastus valmistetaan. Ylempi raja-arvo on määrätty sillä geometrisella yhteydellä, että hammaskylki, jonka harjaviivan ja kantapyöristyssäteen tangentti muodostaa, tulee lyhemmäksi säteen 5, 6 kasvaessa. Säteet 5, 6 on valittu niin, että säteiden 5, 6 päätepisteiden 8 väliin syntyy kylkeen 7 suora ja siten koko hampaaseen pinta, jonka radiaalinen ulottuvuus r on noin 0,6 kertaa hammaskorkeus h. Tämä pinta on tasainen ja esittää Varsinais- 6 87393 ta kosketuspintaa, jonka kautta kehävoima voidaan täysipin-taisesti siirtää akselista napaan.

Hammastuksen yksinomaisen kantamisen aikaansaamiseksi vain kyljille 7, ja sen estämiseksi, että esimerkiksi akseliham-paiden 2 harja-alueen ja napahampaiden 4 kanta-alueen välillä tapahtuu kosketus, voidaan harjaviiva ja kantasäteet 5, 6 tehdä erilaisiksi. Edelleen on mahdollista suorittaa harjan lyhennys esimerkiksi akselilla 1 läpimittaan 9, jolloin lyhennys tapahtuu niin, että kyljen 7 suora alue saadaan pysymään täydessä pituudessaan. Tämä lyhennys sopii edullisesti akselinpuoleisille hampaille. Harjan lyhennyksen toinen muoto muodostuu siitä, että harjasäteen 5 päätepisteeseen 8 liitetään pieni säde 10, johon liittyy suoraviivainen osa 11 hampaan keskiöön saakka ja jatkuu symmetrisesti vastakkaiseen kylkeen 7. Tämä harjalyhennyksen muoto soveltuu ennen kaikkea navanpuoleisiin hampaisiin 4 silloin, kun napa muodostuu ohuiden stanssattujen levylamellien paketista. Sopivimmin tehdään säde 10 yhtä suureksi tai suuremmaksi kuin erillisten levylamellien levypaksuus. Tällä tavalla toteutetaan se, että muodostuu vain pieni stanssikavennus eli muodonmuutos stanssatuissa levyreunoissa, mikä taas johtaa kantavan levyosuuden lisääntymiseen. Koska päin vastoin kuin tekniikantasossa tapahtuu molempien rakenneosien kylkien 7 välillä täysipin-tainen kosketus, saadaan tällä tavoin tilaa voiteluaineelle ja epäpuhtausosien kerääntymiselle.

Kuvio 2 esittää akselin 1 ja navan 3 välisen kylkialueen yksityiskohtaisempaa ja käytännöllistä toteutusta lähelle tulevaa sovellutusta pyöristettynä laitteessa keskeisen akselin ympäri. Kuviossa on esitetty tilanne, jossa hampaan 2 ; toisella sivulla navan ja akselin kyljet 7 koskettavat toi siaan pintamaisesti, kun taas toisella puolella on nähtävissä täysi kylkivälys 12. Akselin 1 hampaalla 2 on hammasmuoto, joka vastaa kuviossa 1 selostettuja parametreja. Akselin : puoleisenhampaan 2 ja navanpuoleisen hampaan 4 välissä on hammastuksen toimintaan tarpeellinen ja myös valmistuksen edellyttämä kylkivälys 12. Tämä ilmenee suhteellisena vääntö- 7 87393 mahdollisuutena akselin ja navan välillä. Mutta vääntökulmaa b vastaa poikkeama yhdensuuntaisesta asennosta akselin- ja navanpuoleisten hampaiden molempien toisiinsa kuuluvien kylkien 7 puolelta. Jos molempiin osiin valmistetaan geomet-risesti identtiset hampaat, niin ehdottoman kokopintainen kosketus kylkien 7 välillä ei ole mahdollinen, vaan seurauksena on viivakosketus siihen liittyvine epäkohtineen. Keksinnön mukaan on akselinpuoleiset hampaat 2 navanpuoleisten hampaiden 4 väliseen hammasväliin verrattuna varustettu suuremmalla ryntökulmalla a, joka ottaa huomioon osien 1 ja 3 suhteellisen väännön kylkivälystä 12 ylitettäessä vääntömo-mentin vaikutuksesta. Tällöin asettuu akselinpuoleisen hampaan 2 ryntökulma a yhteen kahden navanpuoleisen hampaan ryntökulman c ja puolen vääntökulman eli b/2 kanssa. Jos kylkivälys 12, siis koko vääntökulma b, on ylitetty, peittyvät toisiaan koskettavien napa- ja akselinpuoleisten hampaiden kyljet 7 koko pituudeltaan. Kylkivälyksen 12 (vastaten kulmaa b) joka vastaa ryntökulman a ja ryntökulman c välisen erotuksen kaksinkertaista arvoa, suuruuden valinta riippuu napahammastuksen 4 ja akselihammastuksen 2 valmistuslaadusta : sekä molempien osien välisestä halutusta minimi välyksestä.

:Mutta ottamalla huomioon kylkivälys 12 määrättäessä ryntökul-maa c navanpuoleisissa hampaissa 4, syntyy suuri keskitys-tarkkuus ja hyvä kantovaste, minkä johdosta tämä hammastus on " erinomainen.

Kuvio 3 esittää hammastusta keskiasennossa, jossa kylkien 7 välissä on puolet vääntökulmasta b/2. Lisäksi on esitetty käytännöllisessä sovellutuksessa erilaiset ryntökulmat a ja c. Akselin- ja navanpuoleisten hampaiden 2 ja 4 kyljet 7 : tulevat kulman b/2 vääntämisen jälkeen täysipintaiseen koske- tukseen päällekkäin. Päin vastoin kuin tämä esittää kuvio 1, kuten edellä on kuvattu, hammastusta ilman kylkivälystä '*·' oikaistussa asennossa, jolloin ryntökulma a on yhtä suuri kuin ryntökulma c.

Kun DIN-normissa määritelty hammastus lähtee kiinteästä perusprofiilista, jossa on muuttumaton ryntökulma, käyttää 8 87393 keksintö hyväkseen käyttötapaukseen erityisesti leikattua hammasmuotoa. Ryntökulmalla a, c ei ole mitään kiinteätä arvoa, vaan sillä on suuruus, joka riippuu uiko- ja sisähal-kaisijoiden D ja d välissä käytettävissä olevasta rakenneti-lasta sekä säteistä 5, 6 ja hammasluvusta. Lisäksi valitaan pyöristyssäteet hampaan harjaa ja hampaan kantaa varten niin, että saadaan aikaan vääntömomentin vaikuttaessa tangentiaali-sesti vaikuttavan kehävoiman ja kyljen 7 väliin kulma, joka on suurempi kuin kitkakulma. Täten vältetään esimerkiksi akselinpuoleisen hampaan 2 kiilautuminen navan 3 vastaavaan hammasväliin ja tällöin esiintyvä itsejarrutus. Napa 3 säilyttää täten akselilla 1 rajoittamattoman aksiaalisen liikkuvuuden.

li 4

Claims (6)

9 87393

1. Hammastus innoitettavaksi ja siirrettäväksi liittämiseksi sekä vääntömomentin siirtämiseksi kahden koaksiaalisesti sisäkkäin järjestetyn rakenneosan, esimerkiksi akselinpuolei-sen sisäosan, joka määrää hammastuksen pienimmän ulkoläpimi-tan (D), ja navanpuoleisen ulko-osan välillä, joka määrää hammastuksen suurimman sisäläpimitan (d), jossa hammastukses-sa on joukko hampaita, joiden hammaskorkeus (h) riippuu mainituista läpimitoista (D, d), ja joissa on suorat hampaan-kyljet, jotka nojaavat toisiinsa ryntökulman verran sekä joissa on tyvi- ja harjapyöristyssäteet, tunnettu seuraavista tunnusmerkeistä: a) pyöristyssäde hampaan tyvessä tai hampaan harjalla on hammaskorkeuden (h) 1-2-kerta; b) ryntökulma (a) on alueella 45-70°; c) akselinpuoleisen osan (1) hampaiden (4) ja navanpuoleisen osan (3) hampaiden välissä on kylkivälys (12), ja akseli-hammastuksen (2) ryntökulma (a) on määrän, joka vastaa puolta vääntökulmaa (b) ylitettäessä akselin (1) ja navan . : : (3) välinen kylkivälys, suurempi kuin napahammastuksen (4) ' ryntökulma (c).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hammastus, tunnettu siitä, että toisen rakenneosan kahden vierekkäisen hampaan ; (2, 4) kyljet on yhdistetty yhdellä ainoalla yhteisellä pyoristyssäteellä (5, 6).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen hammastus, tunnettu siitä, että ryntökulma (a) on valittu niin, että väännettäessä ja vääntömomentin vaikuttaessa akselin (1) ja navan (3) välillä ei esiinny kiilautumista itse jarrutuksen johdosta. 10 87393

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen hammastus, tunnettu siitä, että ryntökulma (a) on välillä 55-65°.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen hammastus, tunnettu siitä, että hammaskorkeuden (h) suhde suurimpaan ulkoläpimittaan (D) on välillä 1:20 ja 1:50.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen hammastus, tunnettu siitä, että jako (T) on suurempi kuin 3-kertainen hammaskorkeus (h). i n 87395