DE112017001163T5 - Gangrad-axialschubkraftoptimierung für hocheffiziente fahrzeuggetriebe - Google Patents
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Abstract
Getriebe, das selektiv mit einer Motorkurbelwelle eines auf einem Fahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors gekoppelt ist, und das eine Eingangswelle, eine Hauptwelle, eine Antriebswelle, eine erste Vorgelegewelle und eine zweite Vorgelegewelle einschließt. Ein erster Gangradsatz schließt ein erstes auf der Hauptwelle angeordnetes Hauptwellengangrad, ein erstes Vorgelegewellengangrad auf der ersten Vorgelegewelle und ein erstes Vorgelegewellengangrad auf der zweiten Vogelegewelle ein. Ein zweiter Gangradsatz schließt ein erstes auf der Hauptwelle angeordnetes Hauptwellengangrad, ein erstes Vorgelegewellengangrad auf der zweiten Vorgelegewelle und ein zweites Vorgelegewellengangrad auf der zweiten Vogelegewelle ein. Die Gangräder des ersten Gangradsatzes haben alle einen ersten Schrägungswinkel. Die Gangräder des zweiten Gangradsatzes haben alle einen zweiten Schrägungswinkel. Der erste und zweite Schrägungswinkel werden so gewählt, um eine konstante Führung des Getriebes bereitzustellen, wodurch die auf die erste und zweite Vorgelegewelle gerichteten Schubkräfte ausgeglichen werden.
Description
- QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
- Diese Anmeldung beansprucht die Priorität gegenüber dem vorläufigen Patentantrag
US Nr. 62/317.619 - FELD
- Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Getriebe mit einer verbesserten Lagerkonfiguration und ein entsprechendes Verfahren, das die Lagerreibungsverluste minimiert, indem es die Lagerschubkräfte reduziert, die von den Gangrädern des Getriebes während des Betriebs erzeugt werden.
- HINTERGRUND
- Herkömmliche Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen verfügen typischerweise über mehrstufige Getriebe, die Leistungsabgabepfade vom Motor zu den Antriebsrädern der Fahrzeuge festlegen. Um eine effiziente Energiebereitstellung zu gewährleisten, muss das Getriebe so ausgelegt sein, dass die von den Getriebelagern aufgenommenen Schubkräfte ausgeglichen und reduziert werden. Es ist auch wünschenswert, die Axialschubbelastungen durch Schrägverzahnungen zu minimieren, um den Gesamtwirkungsgrad eines Fahrzeuggetriebes zu verbessern.
- Die hierin gelieferte Hintergrundbeschreibung dient dazu, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Werke der derzeit genannten Erfinder, soweit sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben sind, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung nicht als Stand der Technik gelten können, werden weder ausdrücklich noch stillschweigend als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung anerkannt.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Getriebe, das selektiv mit einer Motorkurbelwelle eines auf einem Fahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors gekoppelt ist, und das eine Eingangswelle, eine Hauptwelle, eine Antriebswelle, eine erste Vorgelegewelle und eine zweite Vorgelegewelle einschließt. Die erste und zweite Vorgelegewelle sind von der Hauptwelle versetzt und antreibbar mit der Eingangswelle und der Hauptwelle verbunden. Ein erster Gangradsatz schließt ein erstes auf der Hauptwelle angeordnetes Hauptwellengangrad, ein erstes Vorgelegewellengangrad auf der ersten Vorgelegewelle und ein erstes Vorgelegewellengangrad auf der zweiten Vogelegewelle ein. Die Gangräder des ersten Gangradsatzes stehen ineinandergreifend in Eingriff. Ein zweiter Gangradsatz schließt ein erstes auf der Hauptwelle angeordnetes Hauptwellengangrad, ein erstes Vorgelegewellengangrad auf der zweiten Vorgelegewelle und ein zweites Vorgelegewellengangrad auf der zweiten Vogelegewelle ein. Die Gangräder des zweiten Gangradsatzes stehen ineinandergreifend in Eingriff. Die Gangräder des ersten Gangradsatzes haben alle einen ersten Schrägungswinkel. Die Gangräder des zweiten Gangradsatzes haben alle einen zweiten Schrägungswinkel. Der erste und zweite Schrägungswinkel werden so gewählt, um eine konstante Führung des Getriebes bereitzustellen, wodurch die auf die erste und zweite Vorgelegewelle gerichteten Schubkräfte ausgeglichen werden.
- Entsprechend zusätzlichen Eigenschaften schließt das Getriebe ferner ein erstes und zweites Vorgelegewellenlager, das die erste Vorgelegewelle drehbar trägt, ein; und ein drittes und viertes Vorgelegewellenlager, die die zweite Vorgelegewelle drehbar tragen. Axiale Belastungen auf das erste, zweite, dritte und vierte Lager werden auf Grundlage der Gangradkonstantenführung gemildert. Die axialen Belastungen betragen weniger als 10 Newton. In einer Anordnung betragen die axialen Belastungen Null. Mindestens eins des ersten, zweiten, dritten und vierten Vorgelegewellenlagers umfasst ein Zylinderrollenlager. In einer anderen Anordnung umfassen alle der ersten, zweiten, dritten und vierten Vorgelegewellenlager ein Zylinderrollenlager.
- Nach weiteren Merkmalen erzeugt das erste Hauptwellenrad eine erste Kraft. Das erste Vorgelegewellengangrad der ersten Vorgelegewelle erzeugt eine zweite Kraft. Das erste Vorgelegewellengangrad der zweiten Vorgelegewelle erzeugt eine dritte Kraft. Die zweite und dritte Kraft sind gleich und entgegengesetzt zur ersten Kraft. Das zweite Hauptwellenrad erzeugt eine vierte Kraft. Das zweite Vorgelegewellengangrad der ersten Vorgelegewelle erzeugt eine fünfte Kraft. Das zweite Vorgelegewellengangrad der zweiten Vorgelegewelle erzeugt eine sechste Kraft. Die fünfte und sechste Kraft sind gleich und entgegengesetzt zur vierten Kraft. Die erste Kraft entspricht der vierten Kraft.
- In anderen Merkmalen sind die Spiralzeiger für Gangräder des ersten und zweiten Satzes so ausgewählt, dass von den Gangrädern erzeugte Kräfte auf mindestens ein Lager des Getriebes mit einer reduzierten Schlupfdrehzahl in Bezug auf verbleibende Lager des Getriebes gerichtet sind. Das Getriebe schließt weiterhin ein erstes Hauptwellenlager, ein zweites Hauptwellenlager und ein Taschenlager ein, die alle die Hauptwellen tragen. Das Taschenlager ist zwischen dem ersten und zweiten Hauptwellenlager angeordnet. Die von den Gangrädern erzeugten Kräfte sind auf das Taschenlager gerichtet, während die an dem ersten und zweiten Hauptwellenlager auftretenden Kräfte Null sind.
- Ein Getriebe, das selektiv mit einer Motorkurbelwelle eines Verbrennungsmotors gekoppelt ist, der an einem Fahrzeug angeordnet und gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist, schließt eine Eingangswelle, eine Hauptwelle, eine Antriebswelle, eine erste Vorgelegewelle und eine zweite Vorgelegewelle ein. Die erste und zweite Vorgelegewelle sind von der Hauptwelle versetzt und antreibbar mit der Eingangswelle und der Hauptwelle verbunden. Ein erster Gangradsatz schließt ein erstes auf der Hauptwelle angeordnetes Hauptwellengangrad, ein erstes Vorgelegewellengangrad auf der ersten Vorgelegewelle und ein erstes Vorgelegewellengangrad auf der zweiten Vogelegewelle ein. Die Gangräder des ersten Gangradsatzes stehen ineinandergreifend in Eingriff. Ein zweiter Gangradsatz schließt ein erstes auf der Hauptwelle angeordnetes Hauptwellengangrad, ein erstes Vorgelegewellengangrad auf der zweiten Vorgelegewelle und ein zweites Vorgelegewellengangrad auf der zweiten Vogelegewelle ein. Die Gangräder des zweiten Gangradsatzes stehen ineinandergreifend in Eingriff. Eine Vielzahl von Lagern tragen die Eingangswelle, die Hauptwelle, die Antriebswelle, die erste Vorgelegewelle und die zweite Vorgelegewelle tragen. Auf die erste und zweite Vorgelegewelle gerichtete Schubkräfte werden ausgeglichen. Gangräder des ersten und zweiten Satzes haben Spiralzeiger, die Kräfte erzeugen, die auf mindestens ein Lager der Vielzahl von Lagern gerichtet sind, die eine reduzierte Schlupfdrehzahl im Verhältnis zu den verbleibenden Lagern der Vielzahl von Lagern aufweisen.
- Entsprechend zusätzlichen Merkmalen haben die Gangräder des ersten Gangradsatzes alle einen ersten Schrägungswinkel. Die Gangräder des zweiten Gangradsatzes haben alle einen zweiten Schrägungswinkel. Der erste und zweite Schrägungswinkel werden so gewählt, um eine konstante Führung des Getriebes bereitzustellen, wodurch die auf die erste und zweite Vorgelegewelle gerichteten Schubkräfte ausgeglichen werden. Die Vielzahl der Lager umfasst ferner ein erstes, zweites, drittes und viertes Vorgelegewellenlager. Das erste und zweite Vorgelegewellenlager trägt drehbar die erste Vorgelegewelle. Ein drittes und viertes Vorgelegewellenlager tragen drehbar die zweite Vorgelegewelle. Die axialen Belastungen auf das erste, zweite, dritte und vierte Vorgelegewellenlager sind Null. Mindestens eins des ersten, zweiten, dritten und vierten Vorgelegewellenlagers umfasst ein Zylinderrollenlager.
- Nach weiteren Merkmalen erzeugt das erste Hauptwellenrad eine erste Kraft. Das erste Vorgelegewellengangrad der ersten Vorgelegewelle erzeugt eine zweite Kraft. Das erste Vorgelegewellengangrad der zweiten Vorgelegewelle erzeugt eine dritte Kraft. Die zweite und dritte Kraft sind gleich und entgegengesetzt zur ersten Kraft. Das zweite Hauptwellenrad erzeugt eine vierte Kraft. Das zweite Vorgelegewellengangrad der ersten Vorgelegewelle erzeugt eine fünfte Kraft. Das zweite Vorgelegewellengangrad der zweiten Vorgelegewelle erzeugt eine sechste Kraft. Die fünfte und sechste Kraft sind gleich und entgegengesetzt zur vierten Kraft. Die erste Kraft entspricht der vierten Kraft. Die Vielzahl der Lager umfasst ferner ein erstes Hauptwellenlager, ein zweites Hauptwellenlager und ein Taschenlager ein, die alle die Hauptwellen tragen. Das Taschenlager ist zwischen dem ersten und zweiten Hauptwellenlager angeordnet. Die von den Gangrädern erzeugten Kräfte sind auf das Taschenlager gerichtet, während die an dem ersten und zweiten Hauptwellenlager auftretenden Kräfte Null sind.
- Ein Verfahren zum Auswählen von Schrägstirnrädern in einem Getriebe zum Minimieren von Schubkräften innerhalb des Getriebes beinhaltet das Auswählen von mindestens zwei Gangradsätzen. Jeder Gangradsatz weist ein Hauptwellenrad, ein erstes Vorgelegewellengangrad und ein zweites Vorgelegewellengangrad auf. Drehmomentübertragungsgangrädern der Gangradsätze für jeden Leistungspfad innerhalb des Getriebes werden bestimmt. Ein erster Schrägungswinkel für einen ersten Gangradsatz der mindestens zwei Gangradsätze wird ausgewählt. Ein zweiter Schrägungswinkel für einen zweiten Gangradsatz der mindestens zwei Gangradsätze basierend auf dem ersten Schrägungswinkel wird bestimmt, um Axialkräfte auszugleichen, die zwischen dem ersten und zweiten Gangradsatz auftreten.
- Nach zusätzlichen Merkmalen wird eine Matrix von linearen Gleichungen erstellt. Die Matrix weist Daten auf, die sich auf (Y) eine Summe von Axialkräften für die Gangräder des ersten Gangradsatzes, (M) mit der tangentialen Kraftübertragungsfunktion von Schrägungswinkel auf Kraft und (X) Schrägungswerte beziehen. Die Matrix wird in der Form Y=MX vorbereitet. Der zweite Schrägungswinkel wird durch Lösen für X mit einem linearen Quadratmatrixlöser bestimmt.
- Figurenliste
- Die vorliegende Offenbarung wird durch die detaillierte Beschreibung und die zugehörigen Zeichnungen besser verstanden, wobei:
-
1 ist eine schematische Darstellung eines Getriebes, das nach einem Stand der Technik aufgebaut ist; -
2 ist eine schematische Darstellung eines Getriebes, das in Übereinstimmung mit einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung konstruiert wurde und konstante führende und linke Hauptwellen-Spiralzeiger aufweist; und -
3 ist eine schematische Darstellung eines Getriebes, das in Übereinstimmung mit einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung konstruiert wurde und konstante führende und rechte Hauptwellen-Spiralzeiger aufweist; und - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- In Anlehnung an
1 wird ein mehrgängiges Schaltgetriebe dargestellt, das nach einem Beispiel des Standes der Technik konstruiert ist und bei Referenz10 allgemein als Referenz dient. Das Mehrgang-Schaltgetriebe10 ist ein Hochleistungsgetriebe, das selektiv von einem kraftstoffgesteuerten Motor (wie beispielsweise einem Dieselmotor oder dergleichen, nicht dargestellt) über eine Eingangswelle18 angetrieben wird. Das mehrgängige Schaltgetriebe10 kann vom Verbundtyp sein, der einen Hauptgetriebeabschnitt umfasst, der in Reihe mit einem Verteiler und/oder einem Hilfsabschnitt vom Bereichstyp verbunden ist. Getriebe dieser Art, insbesondere für den Einsatz in Schwerlastfahrzeugen, weisen typischerweise9 ,10 ,12 ,13 ,16 oder18 Vorwärtsgeschwindigkeiten auf Das besondere Beispiel, das in dieser Offenbarung verwendet wird, hat12 Vorwärtsgeschwindigkeiten und damit12 Leistungspfade. Eine Getriebeantriebswelle20 erstreckt sich vom Mehrgang-Schaltgetriebe10 nach außen und ist mit den Fahrzeugantriebsachsen22 , meist über eine Kardanwelle, antreibend verbunden. - Das mehrgängige Schaltgetriebe
10 weist eine Hauptwelle auf, die unter der Referenz30 zusammengefasst ist und aus einer ersten Hauptwelle38 und einer zweiten oder Zwischenwelle40 besteht. Die Hauptwelle30 ist koaxial zur Eingangswelle18 . Das Getriebe10 weist eine erste Vorgelegewelle42 und eine zweite Vorgelegewelle44 auf. Die Vorgelegewellen42 und44 sind von der Eingangswelle18 und der Hauptwelle30 versetzt. Die Vorgelegewellen42 und44 sind als versetzt zueinander dargestellt, jedoch können in einigen Beispielen die Vorgelegewellen42 und44 koaxial zueinander sein. Die Hauptwelle20 ist koaxial zur Eingangswelle30 . - Die erste Hauptwelle
38 ist in einem Gehäuse46 des Getriebes10 durch ein erstes Hauptwellenlager38A drehbar gelagert. Die zweite Hauptwelle40 wird im Gehäuse46 des Getriebes10 durch ein zweites Hauptwellenlager40A und40B vorne und hinten abgestützt. Ein Taschenlager30A trägt zusätzlich die Hauptwelle30 . Die zweite Vorgelegewelle42 wird vom Gehäuse46 des Getriebes10 durch erste und zweite Vorgelegewellenlager42A und42B drehbar gelagert. Die erste Vorgelegewelle42 des Getriebes14 weist Vorgelegewellengangräder50 ,52 ,54 ,56 und58 auf. Die zweite Vorgelegewelle44 wird vom Gehäuse46 des Getriebes10 durch dritte und vierte Vorgelegewellenlager44A und44B drehbar gelagert. Die zweite Vorgelegewelle44 des Getriebes10 weist Vorgelegewellengangräder60 ,62 ,64 ,66 und68 auf. Die Hauptwelle30 des Getriebes10 weist die Hauptwellengangräder70 ,72 ,74 ,76 und78 auf. Eine Masterkupplung kann das Drehmoment selektiv in das Getriebe10 übertragen. Eine Steuersatzkupplung84 , eine erste Klauenkupplung88 und eine zweite Klauenkupplung90 können sich nach links und rechts bewegen, wie in1 zum Verbinden verschiedener Hauptwellengangräder70 -78 und Vorgelegewellengangräder50 -58 und60 -68 zum Erreichen eines gewünschten Antriebsgangrades und Drehmomentweges innerhalb des Getriebes10 . - Das rechte Ende der Hauptwelle
30 ist antriebsmäßig mit einem Sonnenrad110 verbunden. Ein Planetenträger112 ist mit der Antriebswelle20 verbunden oder integral mit ihr, die über die Antriebsachse22 antreibbar mit den Fahrzeug-Treibrädern verbunden ist. Ein Hohlrad118 greift in die vom Träger112 getragenen Planetenritzel120 ein. - Wie hierin verwendet, wird der Begriff „Zeiger“ verwendet, um eine Richtung zu bezeichnen, in die die Verzahnung auf dem Gangrad geneigt ist. Wenn man von der Seite des Getriebes schaut, wird von oben nach unten nach rechts geschaut. Von unten nach oben wird links geschaut. Zeiger in Kombination mit der Kraftflussrichtung bestimmt die Schubrichtung. Der Begriff „Schrägungswinkel“ wird verwendet, um einen Winkel zwischen einer beliebigen Schrägstellung eines schrägverzahnten Gangrades und einer axialen Linie auf dem rechten, runden Zylinder zu bezeichnen. Wie bekannt, erzeugt der Zahnwinkel bei Schrägstirnrädern eine Schubkraft auf die Gangräder, wenn sie ineinander greifen. Diese Vertrauenslasten müssen mit den hierin gekennzeichneten Lagern aufgenommen werden.
- Wie aus der folgenden Diskussion hervorgeht, bieten die vorliegenden Unterrichtungen ein Getriebe mit Gangrädern, die mit Schrägungswinkeln optimiert sind, und mit Händen, die die Schubkräfte innerhalb des Getriebes minimieren. Durch die Optimierung der Schubkräfte können die Lagerverluste reduziert werden, so dass das Getriebe kostengünstigere Lageroptionen integrieren kann. Im Allgemeinen werden während des Betriebs des Getriebes
10 die Gangräder Hauptwellengangräder70 -78 und Vorgelegewellengangräder50 -58 und60 -68 unter Last stehen und Kräfte erzeugen, die dazu führen, dass die jeweiligen Wellen38 ,40 ,42 ,44 in unterschiedliche Richtungen drücken. Diese Kräfte sind ein Faktor aus den Schrägungswinkeln der jeweiligen Gangräder und einem hohen Drehmoment, das in das Gangrad einwirkt. Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden die Schrägungswinkel (und die Richtung, in die sie die axiale Schubkraft erzeugen) so gewählt, dass sich alle resultierenden Kräfte ausgleichen, so dass ein Nettoschub auf einer einzelnen Welle Null ist. - Mit dem Schwerlastgetriebe
10 , dargestellt in1 muss ein Drehmomentweg durch mindestens zwei Gangradlagen verlaufen, die von der Eingangswelle18 auf die Ausgangswelle20 übertragen werden. Das Getriebe10 weist im Allgemeinen einen ersten Gangradsatz150 , einen zweiten Gangradsatz152 , einen dritten Gangradsatz154 , einen vierten Gangradsatz156 und einen fünften Gangradsatz158 auf. Der erste Gangradsatz150 kann das Hauptwellengangrad70 und die Vorgelegewellengangräder50 ,60 beinhalten. Der zweite Gangradsatz152 kann das Hauptwellenrad72 und die Vorgelegewellengangräder52 ,62 beinhalten. Der dritte Gangradsatz154 kann das Hauptwellenrad74 und die Vorgelegewellengangräder54 ,64 beinhalten Der vierte Gangradsatz156 kann das Hauptwellengangrad76 und die Vorgelegewellengangräder56 ,66 einschließen. Der fünfte Gangradsatz158 kann das Hauptwellengangrad78 und die Vorgelegewellengangräder58 ,68 beinhalten. - Gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zur Optimierung des Getriebes das Bestimmen, welche Gänge für bestimmte Drehzahlen des Getriebes aktiv sind. So können beispielsweise im ersten Gang vier Gangradsätze (Lagen) aktiv sein. Im zweiten Gang können verschiedene vier Getriebelagen aktiv sein. Es wird eine Matrix aufgebaut, die die für jeden Leistungspfad (Vorwärtsgeschwindigkeit) des Getriebes verwendeten Gangräder identifiziert. Ein Eingangsdrehmoment kann auf einen bestimmten Zustand eingestellt werden. Die Schuberzeugung kann dann für jedes Gangrad in Abhängigkeit davon bestimmt werden, welcher Schrägungswinkel für die Gangräder verwendet wird.
- Wenn die Schrägungswinkel und -zeiger der Gangräder so gewählt werden, dass die Axialkräfte, die von allen aktiven Gangrädern erzeugt werden, gleich Null sind, hat die Konstruktion eine konstante Steigung. Um ein konstantes Leitungsdesign zu erzeugen, werden für jeden Leistungspfad innerhalb des Getriebes aktive Gangräder (Drehmomentübertragung) bestimmt. Die Richtung (vorne oder hinten) der Axialschubkräfte für die aktiven Lagen wird aus den Gangradschraubenzeigern, den Leistungsflussrichtungen und den Drehrichtungen bestimmt. Mit einem systematischen Verfahren werden die Schrägungswinkel für alle Gangradlagen so lange angepasst, bis die gesamten Netzkräfte auf die einzelnen Wellen so weit wie möglich gegen Null gehen.
-
- Die Optimierung der Schrägungswinkel erfolgt durch die Anordnung der Kraftgleichungen für alle Leistungspfade in einer Matrix aus linearen Gleichungen in Form von Y = MX. Y ist eine Anordnung, die die Summe der Axialkräfte für die Gangräder mit bekannten Schrägungswinkeln enthält. M ist eine Matrix, die die tangentiale Kraftübertragungsfunktion für alle Gangräder mit unbekannten Schrägungswinkeln enthält. M enthält die Übertragungsfunktion vom Schrägungswinkel auf die Kraft. Das tanβ wird durch die Spiralzeiger und die Drehrichtung bestimmt. X ist ein Array von Variablen, die die Schraubenlinieninformation enthalten (gleich tan(β)). Einmal formuliert, kann X mit einem linearen Quadratmatrixlöser gelöst werden, um Konstruktion zu optimieren. Es ist zu beachten, dass für ein Gangrad ein Schrägungswinkel bekannt sein muss und die Schrägungswinkel für die übrigen Gangräder gelöst werden können. Die Gangräder in jedem Gangradsatz haben einen gemeinsamen Schrägungswinkel. Allerdings hat jeder Gangradsatz nicht unbedingt den gleichen Schrägungswinkel wie ein anderer Gangradsatz. Ist beispielsweise der Schrägungswinkel für die Gangräder im ersten Gangradsatz 150 bekannt, können die Schrägungswinkel für die übrigen Gangradsätze gelöst werden.
- Nach der Lösung für X können die Schrägungswinkel für jedes unbekannte Gangrad innerhalb des Getriebes aus dem arctan(X) berechnet werden. Mit diesem Ansatz können die Schubkräfte, die von den einzelnen Getriebelagen innerhalb des Getriebes erzeugt werden, für alle Wellen und Leistungspfade gleichzeitig ausgeglichen werden. In einigen Beispielen, wie hierin beschrieben, wo Axialkräfte auf eine Welle vollständig eliminiert werden können, kann der Lagereffizienz weiter verbessert werden, indem die Wellenstützlager auf einen effizienteren Typ umgestellt werden, da es keine Axiallasten gibt, die auf diese Wellen wirken.
-
1 zeigt einen Drehmomentweg unter Verwendung der ersten und zweiten Getriebesätze150 und152 . Die Schrägungswinkel werden für jeden der Gangradsätze150 ,152 ,154 ,156 und158 beliebig gewählt. Eine Kraft F1A wird durch das Hauptwellenrad70 erzeugt. Eine gleiche und entgegengesetzte Kraft F1B wird durch die Vorgelege50 ,60 erzeugt. Eine Kraft F2A wird durch das Hauptwellenrad72 erzeugt. Eine gleiche und entgegengesetzte Kraft F2B wird durch die Vorgelegewellengangräder52 ,62 erzeugt. Die Kräfte F1A, F1B sind gleich den Kräften F2A, F2B. In dem vorliegenden Beispiel sind F1A und F1B2 ,44kN, während F2A und F2B3 ,20kN sind. - Die Eingangswelle
18 und die Ausgangswelle20 werden zur Außenwand des Getriebes10 geschoben. Mit anderen Worten, die Eingangswelle18 wird nach links gedrängt in1 , während die Antriebswelle20 nach rechts gedrückt wird. Diese Lasten müssen durch das Getriebe10 als Ganzes und insbesondere durch die Lager38A und40B aufgenommen werden. In dem vorliegenden Beispiel beträgt die auf das Lager38A wirkende Kraft4876N bei einer Drehung mit 1000 U/min und einem Lagerverlust von 77,5 W. Die auf das Lager40B wirkende Kraft beträgt 6409 N bei einer Drehung mit 1306 U/min und einem Lagerverlust von 111,5 W. Die Differenz zwischen den auf die Lager38A und40B wirkenden Kräften wird an den Lagern42A und44A realisiert. Insbesondere müssen die Lager42A und44B eine Kraft von 766 N aufnehmen, wenn sie sich mit 1368 U/min drehen und einen Lagerverlust von 72,5 W aufweisen. Das Lager40A nimmt bei einer Drehung mit 306 U/min 0 N Kraft auf und hat eine Lagerdämpfung von 0 W. Fachleute werden verstehen, dass die oben genannten Werte nur exemplarisch sind und andere verwendet werden können. Wie zu erkennen ist, werden Lagerverluste im gesamten Getriebe10 realisiert. - Weiter mit
2 , es wird ein Getriebe210 beschrieben, das konstante Zeiger der führenden und der linken Hauptwelle der Spirale gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet. Das Getriebe210 umfasst ähnliche Komponenten des vorstehend beschriebenen Getriebes10 , die mit um 200 erhöhten Bezugszahlen gekennzeichnet sind. Im Getriebe210 werden die Wellenschubkräfte durch eine konstante Gangradführung minimiert. Wenn die Schrägungswinkel und - zeiger der Gangräder so gewählt werden, dass die Axialkräfte, die von allen aktiven Gangrädern erzeugt werden, gleich Null sind, hat die Konstruktion eine konstante Steigung. Auf die Vorgelegewellen242 und244 gerichtete Kräfte werden ausgeglichen und axiale Belastungen in den Vorgelegewellenlagern242A und242B beseitigt. Für die Zwecke dieser Offenbarung kann „eliminiert“ eine unbedeutende Belastung wie 10 N oder weniger und vorzugsweise 0 N bedeuten. - Im Getriebe
210 wird der Schrägungswinkel für die Gangräder im Radsatz350 auf 25,56 Grad eingestellt. Dadurch werden die Vorspannkräfte vollständig ausgeglichen und axiale Belastungen in den Vorgelegewellenlagern242A und244A eliminiert. Da die Vorgelegewellenlager242A und244A nicht mehr zur Aufnahme von Axiallasten im Getriebe210 benötigt werden, können die Lager44A ,44B ,42A und42B durch effizientere Zylinderrollenlager ersetzt werden (im Gegensatz zu Kegelrollenlagern im Getriebe10 ,1 ). Die reduzierte Belastung in Kombination mit dem effizienteren Lagertyp reduziert die gesamten Lagerverluste für das Getriebe210 auf 315,2 W gegenüber 412,6 W für das Getriebe10 . - Eine Kraft
F3A wird durch das Hauptwellenrad270 erzeugt. Eine gleiche und entgegengesetzte KraftF3B wird durch die Vorgelege250 ,260 erzeugt. Eine KraftF4A wird durch das Hauptwellenrad272 erzeugt. Eine gleiche und entgegengesetzte KraftF4B wird durch die Vorgelegewellengangräder252 ,262 erzeugt. Die KräfteF3A ,F3B sind gleich den KräftenF4A ,F4B . In dem vorliegenden Beispiel sindF3A ,F3B ,F4A undF4B alle 3,20kN. Die auf das Lager238A wirkende Kraft beträgt 6409N bei einer Drehung mit 1000 U/min und einem Lagerverlust von 102,1 W. Die auf das Lager240B wirkende Kraft beträgt 6409 N bei einer Drehung mit 1306 U/min und einem Lagerverlust von 111,5 W. Die auf die Lager242A und244A wirkende Kraft beträgt 0 N bei einer Drehung mit 1368 U/min und einem Lagerverlust von 26,4 W. - Weiter mit
3 , es wird ein Getriebe410 , das konstante Zeiger der führenden und rechten Hauptwelle beinhaltet, gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Das Getriebe410 umfasst ähnliche Komponenten des vorstehend beschriebenen Getriebes10 , die mit um 400 erhöhten Bezugszahlen gekennzeichnet sind. Im Getriebe410 werden die Gangradschraubenzeiger so gewechselt (LH auf RH), dass die von den Gangrädern erzeugten Kräfte auf Lager mit niedrigeren Gleitgeschwindigkeiten gerichtet sind. Der Verlust der Lagerleistung wird reduziert, da die Verluste eine Funktion der Differenzdrehzahl zwischen inneren und äußeren Laufringen des Lagers in Kombination mit der Last sind. - Rückkehr zum Getriebe
210 (2 ) haben die Hauptwellenlager284 und240B , die die axiale Belastung der Hauptwellen tragen, hohe Gleitgeschwindigkeiten, da ihre äußeren Laufringe am Boden und ihre inneren Laufringe an den Wellen befestigt sind. Das Taschenlager240A , das die beiden Hauptwellen238 und240 trennt, weist eine wesentlich geringere Dreiecksgeschwindigkeit auf. Dadurch ist es in der Lage, die Last effizienter zu tragen. - Erneute Rückkehr zum Getriebe
410 (3 ), es werden die Schraubenzeiger des Hauptwellengetriebes von links auf rechts umgeschaltet. Die Axialkräfte werden aus den Lagern484 und440B entfernt. Alle Axialkräfte der Hauptwelle werden auf das Taschenlager440A gerichtet. Da die Schlupfdrehzahl des Lagers430A (300 U/min) niedriger ist als die Schlupfdrehzahlen des Lagers484 (1000 U/min) und des Lagers440B (1306 U/min), wird die Gesamtleistung reduziert, wenn die Reibungskoeffizienten für alle drei Lager ähnlich sind. Beim Vergleich einer Verlustleistung von Lager430A (53,0 W) im Getriebe410 mit der Verlustleistung von Lager238A (102,1 W) und Lager240B (115,5 W) im Getriebe210 , die Gesamtleistung für die drei Lager430A ,438A und440B . Da die beiden Gangradsätze550 und552 aufgrund der konstanten Führung gleiche und entgegengesetzte Axialkräfte erzeugen (F5A ,F5B ,F6A undF6B sind gleich), muss keine Axialkraft durch das Lager438A oder das Lager430A übertragen werden und die Axiallasten der Vorgelegewellenlager bleiben 0 N. In der Konfiguration des Getriebes 410 beträgt eine Gesamtreduktion der Lagerverluste über das Getriebe 10 61,8% (412,6 W gegenüber 157,7 W). - Die vorstehende Beschreibung der Beispiele wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung zur Verfügung gestellt. Es ist nicht beabsichtigt, vollständig zu sein oder die Offenlegung einzuschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale eines bestimmten Beispiels sind in der Regel nicht auf dieses bestimmte Beispiel beschränkt, sondern sind gegebenenfalls austauschbar und können in einem ausgewählten Beispiel verwendet werden, auch wenn sie nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Das Gleiche kann auch in vielerlei Hinsicht variiert werden. Solche Abweichungen sind nicht als Abweichung von der Offenbarung zu betrachten, und alle diese Änderungen sollen in den Umfang der Offenbarung einbezogen werden.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- US 62317619 [0001]
Claims (21)
- Es wird Folgendes beansprucht:
- Getriebe, das selektiv mit einer Motorkurbelwelle eines auf einem Fahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors gekoppelt ist, wobei das Getriebesystem Folgendes umfasst: eine Eingangswelle, eine Hauptwelle, eine Antriebswelle, eine erste Vorgelegewelle und eine zweite Vorgelegewelle, wobei die erste und zweite Vorgelegewelle von der Hauptwelle versetzt und antreibbar mit der Eingangswelle und der Hauptwelle verbunden sind; einen ersten Gangradsatz mit einem ersten auf der Hauptwelle angeordneten Hauptwellengangrad, einem ersten Vorgelegegangrad auf der ersten Vorgelegewelle und einem ersten Vorgelegegangrad auf der zweiten Vogelegewelle, wobei die Gangräder des ersten Gangradsatzes ineinander greifen; einen zweiten Gangradsatz mit zweiten auf der Hauptwelle angeordneten Hauptwellengangrad, einem zweiten Vorgelegegangrad auf der ersten Vorgelegewelle und einem zweiten Vorgelegegangrad auf der zweiten Vogelegewelle, wobei die Gangräder des zweiten Gangradsatzes ineinander greifen; und wobei die Gangräder des ersten Gangradsatzes alle einen ersten Schrägungswinkel aufweisen und die Gangräder des zweiten Gangradsatzes alle einen zweiten Schrägungswinkel aufweisen, wobei der erste und zweite Schrägungswinkel ausgewählt sind, um eine Gangradkonstante bereitzustellen, wodurch auf die ersten und zweiten Vorgelegewellen gerichtete Schubkräfte ausgeglichen werden.
- Getriebe nach
Anspruch 1 , das ferner Folgendes umfasst: ein erstes und zweites Vorgelegewellenlager, das die erste Vorgelegewelle drehbar trägt; und ein drittes und viertes Vorgelegewellenlager, das die zweite Vorgelegewelle drehbar trägt. - Getriebe nach
Anspruch 2 , worin axiale Belastungen in das erste, zweite, dritte und vierte Lager auf Grundlage der Gangradkonstantenführung gemildert werden. - Getriebe nach
Anspruch 3 , wobei die axialen Belastungen weniger als 10 Newton betragen. - Getriebe nach
Anspruch 4 , wobei die axialen Belastungen Null betragen. - Getriebe nach
Anspruch 2 , wobei mindestens eine der ersten, zweiten, dritten und vierten Vorgelegewellenlager ein Zylinderrollenlager umfasst. - Getriebe nach
Anspruch 6 , wobei alle der ersten, zweiten, dritten und vierten Vorgelegewellenlager ein Zylinderrollenlager umfassen. - Getriebe nach
Anspruch 1 , wobei: das erste Hauptwellengangrad eine erste Kraft erzeugt, das erste Vorgelegegangrad der ersten Vorgelegewelle eine zweite Kraft erzeugt, das erste Vorgelegegangrad der zweiten Vorgelegewelle eine dritte Kraft erzeugt, wobei die zweite und dritte Kraft gleich und entgegengesetzt zur ersten Kraft sind; das zweite Hauptwellengangrad eine vierte Kraft erzeugt, das zweite Vorgelegegangrad der ersten Vorgelegewelle eine fünfte Kraft erzeugt, das zweite Vorgelegegangrad der zweiten Vorgelegewelle eine sechste Kraft erzeugt, wobei die fünfte und sechste Kraft gleich und entgegengesetzt zur vierten Kraft sind; wobei die erste Kraft der vierten Kraft entspricht. - Getriebe nach
Anspruch 8 , wobei Spiralzeiger für Gangräder des ersten und zweiten Satzes so ausgewählt sind, dass von den Gangrädern erzeugte Kräfte auf mindestens ein Lager des Getriebes mit einer reduzierten Schlupfdrehzahl in Bezug auf verbleibende Lager des Getriebes gerichtet sind. - Getriebe nach
Anspruch 9 , das ferner ein erstes Hauptwellenlager, ein zweites Hauptwellenlager und ein Taschenlager umfasst, die alle die Hauptwelle tragen, wobei das Taschenlager zwischen dem ersten und zweiten Hauptwellenlager angeordnet ist und die von den Gangrädern erzeugten Kräfte auf das Taschenlager gerichtet sind, während die an dem ersten und zweiten Hauptwellenlager auftretenden Kräfte Null sind. - Getriebe, das selektiv mit einer Motorkurbelwelle eines auf einem Fahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors gekoppelt ist, wobei das Getriebesystem umfasst: eine Eingangswelle, eine Hauptwelle, eine Antriebswelle, eine erste Vorgelegewelle und eine zweite Vorgelegewelle, wobei die erste und zweite Vorgelegewelle von der Hauptwelle versetzt und antreibbar mit der ersten Eingangswelle und der Hauptwelle verbunden sind; einen ersten Gangradsatz mit einem ersten auf der Hauptwelle angeordneten Hauptwellengangrad, einem ersten Vorgelegegangrad auf der ersten Vorgelegewelle und einem ersten Vorgelegegangrad auf der zweiten Vogelegewelle, wobei die Gangräder des ersten Gangradsatzes ineinander greifen; einen zweiten Gangradsatz mit einem zweiten auf der Hauptwelle angeordneten Hauptwellengangrad, einem zweiten Vorgelegewellengangrad auf der ersten Vorgelegewelle und einem zweiten Vorgelegewellengangrad auf der zweiten Vogelegewelle, wobei die Gangräder des zweiten Gangradsatzes ineinander greifen; eine Vielzahl von Lagern, die die Eingangswelle, die Hauptwelle, die Antriebswelle, die erste Vorgelegewelle und die zweite Vorgelegewelle tragen; und wobei die auf die ersten und zweiten Vorgelegewellen gerichteten Schubkräfte ausgeglichen sind und Gangräder des ersten und zweiten Satzes Spiralzeiger aufweisen, die Kräfte erzeugen, die auf mindestens ein Lager der Vielzahl von Lagern gerichtet sind, die eine reduzierte Schlupfgeschwindigkeit in Bezug auf die verbleibenden Lager der Vielzahl von Lagern aufweisen.
- Getriebe nach
Anspruch 11 , wobei die Gangräder des ersten Gangradsatzes alle einen ersten Schrägungswinkel aufweisen und die Gangräder des zweiten Gangradsatzes alle einen zweiten Schrägungswinkel aufweisen, wobei der erste und zweite Schrägungswinkel ausgewählt sind, um eine Gangradkonstante bereitzustellen, wodurch auf die ersten und zweiten Vorgelegewellen gerichtete Schubkräfte ausgeglichen werden. - Getriebe nach
Anspruch 12 , wobei die Vielzahl der Lager ferner Folgendes umfasst: ein erstes und zweites Vorgelegewellenlager, das die erste Vorgelegewelle drehbar trägt; und ein drittes und viertes Vorgelegewellenlager, das die zweite Vorgelegewelle drehbar trägt. wobei die axialen Belastungen auf das erste, zweite, dritte und vierte Vorgelegewellenlager Null sind. - Getriebe nach
Anspruch 13 , wobei mindestens eins des ersten, zweiten, dritten und vierten Vorgelegewellenlagers ein Zylinderrollenlager umfasst. - Getriebe nach
Anspruch 11 , wobei: das erste Hauptwellengangrad eine erste Kraft erzeugt, das erste Vorgelegegangrad der ersten Vorgelegewelle eine zweite Kraft erzeugt, das erste Vorgelegegangrad der zweiten Vorgelegewelle eine dritte Kraft erzeugt, wobei die zweite und dritte Kraft gleich und entgegengesetzt zur ersten Kraft sind; das zweite Hauptwellengangrad eine vierte Kraft erzeugt, das zweite Vorgelegewellengangrad der ersten Vorgelegewelle eine fünfte Kraft erzeugt, das zweite Vorgelegewellengangrad der zweiten Vorgelegewelle eine sechste Kraft erzeugt, wobei die fünfte und sechste Kraft gleich und entgegengesetzt zur vierten Kraft sind; wobei die erste Kraft der vierten Kraft entspricht. - Getriebe nach
Anspruch 13 , wobei die Vielzahl der Lager ein erstes Hauptwellenlager, ein zweites Hauptwellenlager und ein Taschenlager umfasst, die alle die Hauptwelle tragen, wobei das Taschenlager zwischen dem ersten und zweiten Hauptwellenlager angeordnet ist und die von den Gangrädern erzeugten Kräfte auf das Taschenlager gerichtet sind, während die an dem ersten und zweiten Hauptwellenlager auftretenden Kräfte Null sind. - Verfahren zum Auswählen von Schrägstirnrädern in einem Getriebe zum Minimieren von Schubkräften innerhalb des Getriebes, wobei das Verfahren umfasst: Auswählen von mindestens zwei Gangradsätzen, wobei jeder Gangradsatz ein Hauptwellenrad, ein erstes Vorgelegewellengangrad und ein zweites Vorgelegewellengangrad aufweist; Bestimmen von Drehmomentübertragungsgangrädern der Gangradsätze für jeden Leistungspfad innerhalb des Getriebes; Auswählen eines ersten Schrägungswinkels für einen ersten Gangradsatz der mindestens zwei Gangradsätze; und Bestimmen eines zweiten Schrägungswinkels für einen zweiten Gangradsatz der mindestens zwei Gangradsätze basierend auf dem ersten Schrägungswinkel, um Axialkräfte auszugleichen, die zwischen dem ersten und zweiten Gangradsatz auftreten.
- Getriebe nach
Anspruch 17 , das ferner Folgendes umfasst: Herstellen einer Matrix von linearen Gleichungen mit Daten, die sich auf (Y) eine Summe von Axialkräften für die Gangräder des ersten Gangradsatzes, (M) eine tangentiale Kraftübertragungsfunktion für die Gangräder des zweiten Gangradsatzes und (X) Schraubenlinienwerte beziehen. - Verfahren nach
Anspruch 18 , worin das Herstellen der Matrix das Herstellen der Matrix in Form von Y=MX einschließt. - Verfahren nach
Anspruch 19 , worin das Bestimmen des zweiten Schrägungswinkels das Lösen für X unter Verwendung eines linearen Quadratmatrixlösers beinhaltet.
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