NL1005217C2

NL1005217C2 - Reduction drive with high gear ratio

Info

Publication number: NL1005217C2
Application number: NL1005217A
Authority: NL
Inventors: Augustinus Franciscus Basstein
Original assignee: Crown Gear Holding B V
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-08-10

Abstract

A pinion (1) with five or less teeth engages a plastic crownwheel (2). The distance (a) between their axes (3, 4) is less than ten percent of the crownwheel diameter (D2) and may be zero. Tooth profiles (5, 6) at the point of contact (P) have a common angle (beta) with the pinion rotation axis (3). There is an angle (alpha) between pinion axis (3) and crownwheel radius. In practice, the difference between the two angles must be less than 45 degrees. The relative speed, and hence wear, between the tooth rubbing profiles is dependent on these angles and is least when they are equal.

Description

975030/Iem/mke975030 / Iem / mke

Korte aanduiding: Tandwieloverbrenging.Short designation: Gear transmission.

De uitvinding betreft een tandwieloverbrenging voor het omzetten van een relatief hoog toerental in een laag toerental, in het bijzonder met een overbrengingsverhouding die groter is dan tien, omvattende een eerste tandwiel en 5 een tweede tandwiel, die met elkaar samenwerken, waarbij de rotatie-assen van het eerste en tweede tandwiel niet-even-wijdig zijn en het eerste en/of het tweede tandwiel van kunststof is.The invention relates to a gear transmission for converting a relatively high speed into a low speed, in particular with a gear ratio greater than ten, comprising a first gear and a second gear interacting with the rotary shafts of the first and second sprockets are non-parallel and the first and / or second sprockets are made of plastic.

Een dergelijke overbrenging is onder meer bekend als 10 worm/wormwiel overbrenging, waarbij de worm met het hoge toerental wordt aangedreven. Het nadeel van de bekende overbrenging is dat er tussen worm en wormwiel veel slijtage optreedt, waarbij deze slijtage onder meer afhankelijk is van de gl ij snelheid van worm ten opzichte van wormwiel, 15 de totale afstand waarover worm en wormwiel langs elkaar gegleden zijn en de belasting tussen worm en wormwiel. Deze slijtage is nadelig omdat daardoor de tandspeling toeneemt. Dit is ongewenst vooral als bij het gebruik van de overbrenging de onderlinge positie van de assen van belang is. 20 Ook neemt de belastbaarheid van de overbrenging af.Such a transmission is known, inter alia, as a worm / worm gear transmission, wherein the worm is driven at the high speed. The drawback of the known transmission is that there is a lot of wear between the worm and the worm wheel, this wear being dependent, inter alia, on the sliding speed of the worm relative to the worm wheel, the total distance over which the worm and worm wheel have slid past each other and the load between worm and worm gear. This wear is disadvantageous because it increases the tooth play. This is undesirable especially if the mutual position of the shafts is important when using the transmission. 20 The load-bearing capacity of the shipment also decreases.

De uitvinding heeft tot doel een tandwieloverbrenging te verschaffen waarbij de slijtage van het kunststof tandwiel tengevolge van het gebruik onder belasting zo laag mogelijk is.The object of the invention is to provide a gear transmission in which the wear of the plastic gear wheel is as low as possible as a result of use under load.

25 Overeenkomstig de uitvinding is het eerste tandwiel een cilindrisch rondsel dat een tandental heeft dat gelijk is aan of kleiner is dan vijf en een tandhoek heeft die ligt tussen 10 en 40 graden en is het tweede tandwiel een kroonwiel, waarbij de afstand tussen de rotatie-assen van 30 het rondsel en het kroonwiel klein is.In accordance with the invention, the first gear is a cylindrical pinion gear having a tooth number equal to or less than five and a tooth angle between 10 and 40 degrees and the second gear being a crown wheel, the distance between the rotational axes of the pinion and the crown wheel are small.

Door het rondsel een laag tandental en een relatief grote tandhoek te geven is het mogelijk een grote over-brengingsverhouding te realiseren. Teneinde te bereiken dat er geen of weinig slijtage van het kunststof tandwiel 35 optreedt, is de relatieve glijsnelheid tussen de tandwielen 1005? 1 -2- zoveel mogelijk verlaagd door de afstand tussen de rota-tie-as van het rondsel en de rotatie-as van het kroonwiel klein te kiezen. Hierdoor is het mogelijk een geluidsarme overbrenging te maken met een grote overbrengingsverhou-5 ding, waarbij de slijtage aan het kunststof tandwiel minimaal is. Overeenkomstig een verdere verbetering van de uitvinding is de afstand tussen de rotatie-assen van het rondsel en het kroonwiel kleiner dan 10 % van de diameter van het kroonwiel. Hierdoor wordt bereikt dat de relatieve 10 glijsnelheid van rondsel ten opzichte van kroonwiel in de rotatierichting min of meer gelijk is aan de maximale glijsnelheid in de hoogterichting van de tand. Deze glijsnelheid heeft als maximum ongeveer 20 % van de omtreksnel-heid van het rondsel, waarbij het maximum, en dus de groot-15 ste slijtage, bij de kop en de voet van de rondseltand optreedt en in het midden van de tand nul is.By giving the pinion a low number of teeth and a relatively large tooth angle, it is possible to realize a large gear ratio. In order to ensure that little or no wear of the plastic gear wheel 35 occurs, the relative sliding speed between the gear wheels is 1005. 1 -2- decrease as much as possible by choosing the distance between the pinion rotational axis and the crown wheel rotational axis small. This makes it possible to make a low-noise transmission with a large transmission ratio, the wear on the plastic gear being minimal. In accordance with a further improvement of the invention, the distance between the rotational axes of the pinion and the crown wheel is less than 10% of the diameter of the crown wheel. This achieves that the relative sliding speed of the pinion relative to the crown wheel in the direction of rotation is more or less equal to the maximum sliding speed in the height direction of the tooth. This sliding speed has as a maximum about 20% of the peripheral speed of the pinion, the maximum, and thus the greatest wear, occurring at the head and base of the pinion tooth and being zero in the center of the tooth.

Overeenkomstig een verdere verbetering van de uitvinding is de afstand tussen de rotatie-assen van het rondsel en het kroonwiel nul en snijden beide rotatie-assen 20 elkaar. Hierdoor wordt bereikt dat de relatieve glijsnelheid in het vlak van het kroonwiel in hoofdzaak nul is, en dat alleen de glijsnelheid in de richting loodrecht op het vlak van het kroonwiel resteert.According to a further improvement of the invention, the distance between the rotation axes of the pinion and the crown wheel is zero and both rotation axes 20 intersect. This achieves that the relative sliding speed in the plane of the crown wheel is substantially zero, and that only the sliding speed in the direction perpendicular to the plane of the crown wheel remains.

Overeenkomstig een verdere verbetering van de uit-2 5 vinding is het rondsel van metaal en het kroonwiel van kunststof. Hierdoor wordt bereikt dat het onderdeel dat het meest in ingrijping is het beste bestand is tegen slijtage.In accordance with a further improvement of the invention, the pinion is made of metal and the crown wheel of plastic. This ensures that the part that engages the most is most resistant to wear.

Overeenkomstig een verdere verbetering van de uit-30 vinding is het rondsel op de aandrijfas van een elektromotor gemonteerd welke in asrichting beweegbaar is. Hierdoor wordt een zeer voordelige bouwwijze verkregen, waarbij het relatief hoge toerental van een motor direct wordt omgezet in een lager toerental, en waarbij de motor goedkoop kan 35 worden uitgevoerd, omdat uitsluitend de radiale lagering nauwkeurig moet zijn uitgevoerd en het anker van de motor in het magnetisch veld in axiale richting vrij kan bewegen 1005217 -3- tot het tegen een axiaal lager komt voor het opvangen van de tandkrachten van het schuin vertande rondsel.In accordance with a further improvement of the invention, the pinion is mounted on the drive shaft of an electric motor which is movable in shaft direction. This results in a very advantageous construction method, in which the relatively high speed of an engine is directly converted into a lower speed, and in which the engine can be designed inexpensively, because only the radial bearing has to be made accurately and the armature of the engine is in the magnetic field can move freely in the axial direction 1005217-3 until it comes into contact with an axial bearing to absorb the tooth forces of the bevel tooth pinion.

Op zich zijn er tandwieloverbrengingen met grote overbrengingsverhoudingen bekend, zoals bijvoorbeeld de 5 bekende, eerder genoemde worm/wormwiel overbrengingen en overbrengingen met de zogenaamde "SPIROPLAN,,-vertanding. Deze overbrengingen hebben echter beide het nadeel dat de relatieve glijsnelheid van de beide tandwielen ten opzichte van elkaar ongeveer gelijk is aan de omtreksnelheid van het 10 sneldraaiende tandwiel, waardoor relatief veel slijtage op kan treden als het materiaal er gevoelig voor is. Bij kunststof is deze gevoeligheid meestal aanwezig, maar ook bij andere slijtage-gevoelige materialen, zoals brons, is het optreden van slijtage bekend. Het optreden van slijtage 15 kan onder meer beperkt worden door het verminderen van de oppervlakteruwheid en het aanpassen van de smeermiddelen. De belangrijkste factor blijft echter de relatieve snelheid, die door het toepassen van de uitvinding sterk wordt verminderd.There are known per se gears with large gear ratios, such as, for example, the known previously mentioned worm / worm gear gears and gears with the so-called "SPIROPLAN" gear. However, these gears both have the drawback that the relative sliding speed of the two gears is approximately equal to the peripheral speed of the fast rotating gear wheel, so that relatively much wear can occur if the material is sensitive to it. With plastic this sensitivity is usually present, but also with other wear-sensitive materials, such as bronze, the occurrence of wear is known, the occurrence of wear can be limited, inter alia, by reducing the surface roughness and adjusting the lubricants, but the most important factor remains the relative speed, which is greatly reduced by applying the invention.

20 De uitvinding wordt in het hierna volgende uitvoe- ringsvoorbeeld toegelicht aan de hand van een tekening, waarin: fig. 1 een schematische weergave is van een tandwieloverbrenging met een kroonwiel en een cilindrisch rondsel, 25 fig. 2 schematisch de snelheden van de tandflanken van rondsel en kroonwiel toont, en fig. 3 een grafische weergave is van de afhankelijkheid van de glijsnelheid van rondsel ten opzichte van kroonwiel van de tandhoek en de afstand tussen de rota-30 tie-assen van rondsel en kroonwiel.The invention is elucidated in the following exemplary embodiment with reference to a drawing, in which: fig. 1 is a schematic representation of a gear transmission with a crown wheel and a cylindrical pinion, fig. 2 schematically the speeds of the tooth flanks of pinion and crown wheel, and Fig. 3 is a graphical representation of the dependence of pinion slide speed relative to crown wheel on the tooth angle and the distance between the rotation axes of pinion and crown wheel.

In fig. 1 is een rondsel 1 getoond dat in ingrijping is met een kroonwiel 2. Het rondsel 1 heeft een diameter Dl, een rotatie-as 3 en een rondsel tandflank 6. Het kroonwiel 2 heeft een diameter D2, een rotatie-as 4 en een 35 kroonwiel tandflank 5 en het kan roteren in een richting S. De beide tandflanken 5 en 6 raken elkaar in een punt P, dat op een afstand R ligt van de rotatie-as 4 van het kroon- 100521? -4- wiel 2. In het punt P hebben beide tandflanken 5 en 6 dezelfde richting en naken een hoek β net de rotatie-as 3 van het rondsel 1.Fig. 1 shows a pinion 1 which meshes with a crown wheel 2. The pinion 1 has a diameter D1, a rotation axis 3 and a pinion tooth flank 6. The crown wheel 2 has a diameter D2, a rotation axis 4 and a crown wheel tooth flank 5 and it can rotate in a direction S. Both tooth flanks 5 and 6 meet at a point P, which is at a distance R from the rotation axis 4 of the crown 100521. -4- wheel 2. At point P, both tooth flanks 5 and 6 have the same direction and have an angle β along the axis of rotation 3 of the pinion 1.

De rotatie-assen 3 en 4 kruisen elkaar loodrecht net 5 een kruisingsafstand a, waardoor de voerstraal van het kroonwiel 2 een hoek α naakt net de rotatie-as 3 van het rondsel 1, waarbij sin(a) = a/R. De kruisingsafstand kan ook gelijk aan nul zijn, waarbij de assen elkaar snijden. Van- zelfsprekend zijn er ook uitvoeringen denkbaar waar de 10 rotatie-assen elkaar niet loodrecht kruisen of snijden, naar een hoek net elkaar naken.The rotational axes 3 and 4 intersect perpendicularly just 5 an intersection distance a, so that the feed radius of the crown wheel 2 has an angle α naked just along the rotational axis 3 of the pinion 1, where sin (a) = a / R. The intersection distance can also be zero, where the axes intersect. Obviously, there are also conceivable designs where the 10 rotary axes do not intersect or intersect perpendicularly, just close to each other at an angle.

In fig. 2 zijn schenatisch de verschillende snelheden aangegeven die het punt P heeft als het onderdeel uitnaakt van de rondselflank 6 en van de kroonwielflank 5. Daarbij < 15 is v, de snelheid van P als P deel uitnaakt van de rondsel flank 6 en v2 de snelheid als P deel uit naakt van de kroonwielf lank 5. Met v,' en v2' is de snelheid evenwijdig aan de tandflanken en net v," en v2" is de snelheid loodrecht op de tandflanken aangegeven. Zoals bekend zijn beide 2 0 snelheden v," en v2” aan elkaar gelijk en is de son van v,' en v2' de relatieve glijsnelheid van beide flanken ten opzichte van elkaar ter plaatse van P.Fig. 2 shows schematically the different speeds that the point P has when the part protrudes from the pinion flank 6 and the crown wheel flank 5. Where <15 is v, the speed of P if P is part of the pinion flank 6 and v2 the speed as P part of the bare crown wheel lank 5. With v, 'and v2' the speed is parallel to the tooth flanks and net v, "and v2" is the speed perpendicular to the tooth flanks. As is known, both velocities v, "and v2" are equal and the son of v, "and v2" is the relative sliding speed of both flanks relative to each other at the location of P.

In fig. 3 is weergeven wat de relatieve glijsnelheid v,' + v/ als deel van de ontreksnelheid v, van het rondsel 2 5 1 is, afhankelijk van de hoeken a en /3. De in fig. 3 aange geven waarden zijn theoretische waarden, waarbij er rekening mee gehouden moet worden dat in de praktijk het verschil tussen α en β niet groter mag zijn dan ongeveer 4 5 graden. Uit de figuur blijkt dat de relatieve glijsnelheid 30 het laagst is als α en β aan elkaar gelijk zijn (punten X). Ook blijkt dat bij een grote hoek β, bijvoorbeeld groter dan 80-85 graden, zoals deze voorkomt bij overbrengingen met HSPIROPLANH-vertanding en bij worm/wormwiel overbrengingen, de glijsnelheid ongeveer gelijk wordt aan de om-35 treksnelheid van het rondsel.Fig. 3 shows the relative sliding speed v, + + v / as part of the extraction speed v, of the pinion 2 5 1, depending on the angles a and / 3. The values indicated in fig. 3 are theoretical values, it should be taken into account that in practice the difference between α and β should not exceed about 45 degrees. The figure shows that the relative sliding speed 30 is lowest when α and β are equal (points X). It has also been found that at a large angle β, for example greater than 80-85 degrees, as it occurs with gears with HSPIROPLANH gear and with worm / worm gears, the sliding speed becomes approximately equal to the peripheral speed of the pinion.

Deze grote glijsnelheid heeft tot gevolg dat als een van de tandwielen van een minder slijtvast materiaal ge- 1005Γ ” -5- maakt is, zoals bijvoorbeeld kunststof, er onder belasting slijtage optreedt. Daarbij is de slijtage groter naarmate de glijsnelheid groter is.The result of this high sliding speed is that if one of the gears is made of a less wear-resistant material, such as plastic, for example, wear occurs under load. In addition, the wear increases as the sliding speed increases.

Door een tandwieloverbrenging met een kroonwiel te 5 kiezen, waarbij het rondsel een klein aantal tanden heeft, bijvoorbeeld kleiner dan vijf, kan een overbrengingsverhou-ding gerealiseerd worden die vergelijkbaar is met de over-brengingsverhouding van de bekende worm/wormwiel overbrengingen. De hoek β (tandhoek) wordt daarbij tussen de 10 en 10 40 graden gehouden, waardoor een groot aantal tanden tege lijk in ingrijping is en er weinig geluid wordt geproduceerd.By choosing a gear wheel with a crown wheel, in which the pinion has a small number of teeth, for instance smaller than five, a gear ratio can be realized which is comparable to the gear ratio of the known worm / worm gear gears. The angle β (tooth angle) is maintained between 10 and 10 40 degrees, which means that a large number of teeth simultaneously mesh and little noise is produced.

Met name als het cilindrische rondsel uitgevoerd wordt in metaal kan als tandental van het rondsel 1, 2 of 3 15 aangehouden worden, hetgeen overeenkomt met het gebruikelijke aantal gangen van een worm, waardoor ook overbren-gingsverhoudingen van 20 tot 50 op eenvoudige wijze te realiseren zijn. Als bij deze lage tandentallen het rondsel uitgevoerd wordt in kunststof is een tweezijdige lagering, 20 dat wil zeggen een lager aan beide zijden van het rondsel, noodzakelijk, omdat anders de elastische vervormingen te groot worden.Especially if the cylindrical pinion is made of metal, the pinion of the pinion can be 1, 2 or 3, which corresponds to the usual number of turns of a worm, so that transmission ratios of 20 to 50 can also be realized in a simple manner. to be. If the pinion is made of plastic at these low teeth, a two-sided bearing, ie a bearing on both sides of the pinion, is necessary, because otherwise the elastic deformations become too great.

Teneinde de glijsnelheid zoveel mogelijk te verlagen om slijtage te beperken, kunnen de assen elkaar snijden. 25 Dan treedt alleen nog glijding op in hoogterichting van de tanden. Deze bedraagt bij de kop en/of voet ongeveer 2 0% van de omtreksnelheid van het rondsel. De optredende slijtage vindt dan ook vooral bij de voet en de kop van de tanden plaats.In order to reduce the sliding speed as much as possible to limit wear, the shafts can intersect. 25 Then only sliding occurs in the height direction of the teeth. At the head and / or foot, this amounts to approximately 20% of the peripheral speed of the pinion. The wear that occurs is therefore mainly at the foot and head of the teeth.

30 Ook kan besloten worden de glijsnelheid in de richting van de flank te beperken tot 2 0%, hetgeen betekent dat de kruisingsafstand ook niet meer dan 20% van de straal van het kroonwiel mag zijn of ongeveer 10% van D2. Hierdoor zal de slijtage enigszins stijgen, maar zal wel min of meer 35 gelijkmatig over het flankoppervlak plaatsvinden.It can also be decided to limit the sliding speed in the direction of the flank to 20%, which means that the crossing distance may also not be more than 20% of the radius of the crown wheel or about 10% of D2. As a result, the wear will rise slightly, but will more or less evenly take place over the flank surface.

Bij voorkeur wordt de uitvinding toegepast in overbrengingen waarbij het rondsel in metaal is uitgevoerd en 100521: -6- het kroonwiel in kunststof, en waarbij het rondsel direct op de as van een elektromotor is gemonteerd. Doordat het rondsel in axiale richting vrij positioneerbaar is kan het axiale lager eenvoudig worden uitgevoerd, waarbij de as in 5 het magnetisch veld van de motor kan bewegen onder invloed van de tandkracht van het schuin vertande rondsel tot de beweging begrensd wordt door het axiale lager.The invention is preferably applied in gears in which the pinion is made of metal and the crown gear in plastic, and in which the pinion is mounted directly on the shaft of an electric motor. Because the pinion is freely positionable in the axial direction, the axial bearing can easily be designed, the shaft being able to move in the magnetic field of the motor under the influence of the tooth force of the bevel tooth pinion until the movement is limited by the axial bearing.

'10052171005217

Claims

1. Gear transmission for converting a relatively high speed into a low speed, in particular with a gear ratio greater than ten, comprising a first gear and a second gear interacting with the rotation axes of the first and the second gear is non-parallel and the first and / or the second gear is plastic, characterized in that the first gear is a cylindrical pinion (1) having a tooth equal to or less than five and has a tooth angle between 10 and 40 degrees and the second gear is a crown wheel (2), the distance between the rotary axes (3, 4) of the pinion (1) and the crown wheel (2) being small.

Gear transmission according to claim 1, characterized in that the distance between the rotary axes (3, 4) of the pinion (1) and the crown wheel (2) is less than 10% of the diameter of the crown wheel (2) .

Gear transmission according to claim 1, characterized in that the distance between the rotary axes (3, 4) of the pinion (1) and the crown wheel (2) is approximately zero and the two rotary axes (3, 4) are each other to cut.

Gear transmission according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the pinion (1) is made of metal and the crown wheel (2) is made of plastic.

Gear transmission according to any one of the preceding claims, characterized in that the pinion (1) is mounted on the drive shaft of an electric motor which is movable in shaft direction. 10052 1 ^