NL1005217C2 - Tandwieloverbrenging. - Google Patents

Description

975030/Iem/mke

Korte aanduiding: Tandwieloverbrenging.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

'1005217

Claims (5)

1. 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 een tweede tandwiel die 5 met elkaar samenwerken, waarbij de rotatie-assen van het eerste en tweede tandwiel niet-evenwijdig zijn en het eerste en/of het tweede tandwiel van kunststof is, net het kenmerk, dat het eerste tandwiel een cilindrisch rondsel (1) is dat een tandental heeft dat gelijk is aan of kleiner 10 is dan vijf en een tandhoek heeft die ligt tussen 10 en 40 graden en het tweede tandwiel een kroonwiel (2) is, waarbij de afstand tussen de rotatie-assen (3, 4) van het rondsel (1) en het kroonwiel (2) klein is.

2. Tandwieloverbrenging volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de afstand tussen de rotatie-assen (3, 4) van het rondsel (1) en het kroonwiel (2) kleiner is dan 10% van de diameter van het kroonwiel (2).

3. Tandwieloverbrenging volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de afstand tussen de rotatie-assen (3, 4) van het rondsel (1) en het kroonwiel (2) ongeveer nul is en beide rotatie-assen (3, 4) elkaar snijden.

4. Tandwieloverbrenging volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat het rondsel (1) van metaal is en het kroonwiel (2) van kunststof.

5. Tandwieloverbrenging volgens een der voorgaande con- 3. clusies, met het kenmerk, dat het rondsel (1) op de aandrijfas van een elektromotor gemonteerd is welke in asrichting beweegbaar is. 10052 1 ^