DE1450748B1 - Gearbox with a bevel worm and a crown wheel - Google Patents
Gearbox with a bevel worm and a crown wheelInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe mit einer Kegelschnecke und einem Tellerrad, deren Achsen sich rechtwinklig mit Abstand kreuzen, wobei der mit dem Tellerrad im Eingriff stehende Teil der Kegelschnecke auf einer Seite der durch die Kreuzungslinie und die Tellerradachse definierten Ebene liegt.The invention relates to a transmission with a conical worm and a ring gear, the axes of which intersect at right angles at a distance, the with the ring gear engaged part of the conical worm on one side of the the plane defined by the intersection line and the crown wheel axis.
Derartige Getriebe (USA.-Patentschrift 2 935 885) werden im Werkzeugmaschinenbau, im Kraftfahrzeugbau und auf anderen Gebieten der Technik verwendet, und zwar in erster Linie dort, wo Zahnradgetriebe mit großem Ubersetzungsverhältnis und einem einstellbaren Eingriffsspiel erforderlich sind.Such gears (U.S. Patent 2 935 885) are used in machine tool construction, used in automotive engineering and in other areas of technology, namely in primarily where gear drives with a large gear ratio and a adjustable engagement clearance are required.
Es hat sich erwiesen, daß die bekannten Plan-Schraubgetriebe (USA.- Patentschriften 2 954 704, 2 711 673,1 683 758) mit einem planverzahnten Tellerrad und einer Zylinderschnecke zur Erzielung hoher spezifischer Getriebeleistungen wegen ihrer geringen wirksamen Zahnbreite weniger geeignet sind. Dasselbe gilt für den Plan-Schraubgetrieben ähnlichen Schnekkengetriebe, die statt einer zylindrischen Schnecke eine leicht konvex gewölbte Schnecke und ein entsprechend geformtes Tellerrad besitzen (USA.-Patentschrift 1 606 759).It has been shown that the well-known plan screw drives (USA.- Patents 2 954 704, 2 711 673, 1 683 758) with a face-toothed ring gear and a cylindrical worm to achieve high specific gear outputs their small effective face width are less suitable. The same goes for the Plan screw gears similar worm gears, which instead of a cylindrical one Worm a slightly convex worm and a correspondingly shaped ring gear (U.S. Patent 1,606,759).
Bei den eigentlichen Kegelschneckengetrieben (USA.-Patentschrift 2 935 885), die höhere Leistungen übertragen können, hat der im Eingriff stehende Schneckenteil die Form eines Kegelstumpfes mit auf seiner Oberfläche eingeschnittenen Windungen, deren Achsteilung konstant ist, wobei die kleinere Grundfläche des Kegelstumpfes der Kreuzungslinie des Getriebes, d. h. der senkrechten Verbindung zwischen der Tellerradachse und der Kegelschneckenachse, zugewandt ist. Die Außenverzahnung des Tellerrades, deren Hüllfläche einen Kugelstumpf mit stumpfem Kegelwinkel darstellt, wird mit einem Werkzeug hergestellt, das nach seiner Form, seiner relativen Lage und seiner relativen Bewegung der Kegelschnecke entspricht.With the actual bevel worm gears (USA patent specification 2 935 885), which can transfer higher services, has the person engaged Snail part has the shape of a truncated cone with incised on its surface Coils whose pitch is constant, the smaller the base of the truncated cone the crossing line of the gearbox, d. H. the vertical connection between the Ring gear axis and the conical worm axis, facing. The external toothing of the Crown wheel, the envelope surface of which represents a truncated ball with an obtuse cone angle, is made with a tool that, according to its shape, its relative position and its relative movement corresponds to the cone worm.
Diese Getriebe besitzen folgende Nachteile: Das Eingriffsfeld, d. h. der Raum, in dem die Schneckenwindungen und die Tellerradzähne einander berühren können, ist in Richtung der Schneckenachse verhältnismäßig lang gestreckt, während seine einzelnen Querschnitte eine nur geringe Fläche aufweisen. Die Folgen hiervon sind erhöhte spezifische Pressung in der Verzahnung, ein geringerer Wirkungsgrad und eine verminderte Belastbarkeit des Getriebes.These transmissions have the following disadvantages: H. the space in which the worm windings and the ring gear teeth touch each other can, is relatively elongated in the direction of the screw axis, while its individual cross-sections have only a small area. The consequences of this are increased specific pressure in the toothing, a lower degree of efficiency and a reduced load capacity of the transmission.
Ein weiterer Nachteil dieser Getriebe zeigt sich bei der Dimensionierung der Schneckenwelle, die üblicherweise doppelt gelagert ist, wobei die Lager außerhalb des Tellerrades im Getriebe des Gehäuses angeordnet sind. Dadurch liegt das eine Lager direkt neben der Kegelschnecke, während das andere zwangläufig erst in einiger Entfernung davon angebracht werden kann. Dieser längere Wellenabschnitt schließt sich aber an die Kegelschnecke auf der Seite ihres geringsten Durchmessers an und liegt außerdem über den der Schneckenachse am nächsten kommenden Punkten der Tellerradverzahnung, so daß gerade er sehr schlank ausgeführt werden muß. Zur Erzielung einer gleichmäßigen Festigkeit und hohen Steifigkeit der Welle müßte diese in diesem Bereich besonders stark ausgebildet sein. Diese Möglichkeit ist bei den bekannten Getrieben nicht gegeben, weshalb deren Belastbarkeit relativ gering ist.Another disadvantage of this gear is the dimensioning the worm shaft, which is usually double-supported, with the bearings outside of the ring gear are arranged in the gearbox of the housing. This is one thing Camp right next to the cone snail, while the other inevitably only comes in some Distance from it can be attached. This longer wave section closes but to the cone snail on the side of its smallest diameter and is also above the points of the ring gear teeth that come closest to the worm axis, so that it must be made very slim. To achieve a uniform Strength and high rigidity of the shaft would have to be particularly important in this area be well trained. This option is not available with the known transmissions given, which is why their resilience is relatively low.
Es ist zwar bekannt, diesen Nachteil dadurch zu vermeiden, daß auch das zweite Lager direkt neben der Kegelschnecke auf einem innerhalb des Getriebes befindlichen Träger angeordnet wird (USA.-Patentschriften 2 711673 und 2 037 074). Diese Maßnahme verkompliziert jedoch die Getriebekonstruktion und nimmt die Möglichkeit, das zweite Ende der Schneckenwelle für andere Zwecke, beispielsweise zur Unterbringung eines Ventilators, aus dem Gehäuse herauszuführen.It is known that this disadvantage can be avoided by also arranging the second bearing directly next to the conical worm on a carrier located within the transmission (US Pat. Nos. 2,711,673 and 2,037,074). However, this measure complicates the gear construction and makes it impossible to lead the second end of the worm shaft out of the housing for other purposes, for example to accommodate a fan.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit einer Kegelschnecke und einem Tellerrad anzugeben, das ein günstigeres Eingriffsfeld besitzt und eine vorteilhaftere Dimensionierung der Schnekkenwelle erlaubt.The invention is based on the object of a transmission with a conical worm and specify a ring gear that has a more favorable field of engagement and a more advantageous dimensioning of the worm shaft allowed.
Diese Aufgabe wird bei einem Getriebe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kegelspitze der Kegelschnecke von dieser Ebene wegweist, wobei sich das Eingriffsfeld der Kegelschnecke der genannten Ebene höchstens bis an eine zu dieser parallelen Ebene nähert, die durch den der Tellerradachse am nächsten liegenden Punkt der gedachten Berührungslinie zwischen der Wälzfläche des Kegelschneckenkernes *und der leicht balligen Tellerradhüllfläche bestimmt ist.This object is achieved according to the invention in a transmission of the type mentioned at the beginning solved in that the cone tip of the cone worm points away from this plane, whereby the field of action of the cone worm of said plane is at most up to approaches to a plane parallel to this plane that is closest to the axis of the crown wheel lying point of the imaginary line of contact between the rolling surface of the conical worm core * and the slightly convex crown wheel envelope surface is determined.
Vorteilhaft weisen die der größeren Kegelstumpfgrundfläche der Kegelschnecke zugekehrten Vorderflanken der Windungen der Kegelschnecke einen Neigungswinkel zwischen 0 und 30° auf und die der Kegelspitze der Kegelschnecke zugekehrten Hinterflanken der Windungen einen Neigungswinkel zwischen 20 und 50'.Advantageously, the front flanks of the cone worm turns facing the larger truncated cone base area have an angle of inclination between 0 and 30 ° and the rear flanks of the turns facing the apex of the cone worm have an angle of inclination between 20 and 50 ' .
Bei einem Verhältnis i der Zähnezahl des Tellerrades zur Zahl n der Gänge der Kegelschnecke, einer Länge A der Kreuzungslinie, einem halben Schneckenkegelwinkel n1 und einem Abstand r zwischen dem Schnittpunkt des Kegelschneckenmantels mit der Kreuzungslinie und der Kegelschneckenachse, und bei Anordnung des im Eingriff stehenden Schnecken-und Tellerradbereichs zwischen zwei Ebenen, die senkrecht zur Kegelschneckenachse verlaufen und sich von der Kreuzungslinie im Abstand z' bzw. ::" befinden, ist die Achsteilung der Kegelschneckenwindungen insbesondere nach folgender Formel bestimmbar: bedeutet. Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Getriebes bei geschnittenem Tellerrad, -F i g. 2 das Getriebe nach F i g. 1 in Draufsicht, F i g. 3 die mit dem Tellerrad im Eingriff stehende Schnecke in Draufsicht in vergrößertem Maßstab, F i g. 4 den Schnitt BB nach F i g. 3, F i g. 5 eine schematische Darstellung des Getriebes in Draufsicht, F i g. 6 eine schematische Darstellung des Getriebes in Seitenansicht.With a ratio i of the number of teeth of the ring gear to the number n of threads of the conical worm, a length A of the crossing line, half a worm cone angle n1 and a distance r between the intersection of the conical worm shell with the crossing line and the conical worm axis, and with the arrangement of the meshing worm -and ring gear area between two planes that run perpendicular to the cone worm axis and are at a distance z 'or :: "from the intersection line, the axial division of the cone worm turns can be determined in particular using the following formula: means. The invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the drawings. It shows F i g. 1 the side view of a transmission according to the invention with a cut ring gear, -F i g. 2 the transmission according to FIG. 1 in plan view, F i g. 3 shows the worm in engagement with the ring gear in a plan view on an enlarged scale, FIG. 4 the section BB according to FIG. 3, fig. 5 shows a schematic representation of the transmission in plan view, FIG. 6 a schematic representation of the transmission in side view.
Das Getriebe besteht aus einer Kegelschnecke 1 und einem Tellerrad 3 mit einem Zahnkranz 5, deren Achsen 2 und 4 sich rechtwinklig mit Abstand kreuzen. Der im Eingriff stehende Teil 6 der Kegelschnecke 1 hat die Form eines Kegelstumpfes mit eingeschnittenen Windungen 7. Jede Windung 7 besitzt eine Vorderflanke :3, die der Kreuzungslinie 9 des Getriebes zu@@:Ylcch: ? ist, und eine ihr gegenüberliegende Hinterflanke 10. Der Neigungswinkel a' zwischen der Vorderflanke 8 und einer zur Schneckenachse senkrechten Ebene kann jeden Wert zwischen 0 und 30° besitzen. Der entsprechende Neigungswinkel ä ' der Hinterflanke 10 beträgt zwischen 20 und 50°. Die gebräuchlichsten Werte liegen für ä bei 10 bis 20° und für ä ' bei 25 bis 35°.The transmission consists of a conical worm 1 and a ring gear 3 with a ring gear 5, the axes 2 and 4 of which intersect at right angles with a spacing. The engaging part 6 of the conical worm 1 has the shape of a truncated cone with incised windings 7. Each winding 7 has a leading edge: 3, that of the intersection line 9 of the gearbox @@: Ylcch:? and a rear flank 10 opposite it. The angle of inclination a 'between the front flank 8 and a plane perpendicular to the screw axis can have any value between 0 and 30 °. The corresponding angle of inclination 'of the rear flank 10 is between 20 and 50 °. The most common values for ä are between 10 and 20 ° and for ä 'between 25 and 35 °.
Der halbe Kegelwinkel der Schnecke, der Winkel öl, liegt meistens zwischen 4 und 12°.Half of the cone angle of the worm, the angle oil, is mostly located between 4 and 12 °.
Der Zahnkranz 5 des Tellerrades mit im wesentlichen kegelstumpfförmiger Innenhüllfläche ist mit einem Werkzeug hergestellt, das die Form, die relative Lage und die relative Bewegung der Schnecke kopiert. Die Form, die relative Lage und die relative Bewegung der Kegelschnecke 1 bestimmen daher den Verlauf der Tellerradzähne nach Linie il und deren Profil.The ring gear 5 of the ring gear with a substantially frustoconical Inner envelope surface is made with a tool, the shape, the relative position and the relative movement of the screw is copied. The shape, the relative position and the relative movement of the conical worm 1 therefore determine the course of the ring gear teeth according to line il and its profile.
Da die größere Grundflärhe des Kegelstumpfes des im Eingriff stehenden Schi vckenteiles 6 der Kreuzungslinie 9 des Getriebes zugekehrt ist und das Tellerrad 3 schalenförmige Gestalt aufweist, kann der Abschnitt der Schneckenwelle, der am weitesten von deren Lagern 12 und 13 entfernt liegt, erheblich verstärkt ausgeführt werden, wodurch die Schneckenwelle eine Form erhält, die ihr eine gleichmäßige Festigkeit und eine hohe Steifigkeit verleiht. Daher ist ein derartiges Getriebe höher belastbar, ohne daß eine Beeinträchtigung der Genauigkeit des Zahneingriffs durch Schneckenwellenverformung zu befürchten ist.Because the larger Grundflärhe of the truncated cone of the engaged Schi vckteiles 6 is facing the intersection line 9 of the transmission and the ring gear 3 shell-shaped, the portion of the worm shaft, which is on farthest away from their bearings 12 and 13, executed considerably reinforced whereby the worm shaft is given a shape that gives it a uniform strength and gives high rigidity. Therefore, such a transmission is more resilient, without the accuracy of the tooth meshing being impaired by worm shaft deformation is to be feared.
In F i g. 3 stellen Linien 15 und 16 zur Schneckenachse 2 senkrechte Ebenen dar. Diese liegen in den Schnittpunkten der den Tellerradzahnkranz 5 innen und außen begrenzenden Zylinder 17 und 18 mit einer gedachten Berührungslinie 19 zwischen der kegelstumpfförmigen Wälzfläche des Kegelschneckenkernes und der entsprechend leicht balligen Tellerradhüllfläche 20.In Fig. 3 represent lines 15 and 16 planes perpendicular to the worm axis 2. These lie at the intersection points of the cylinders 17 and 18 delimiting the inner and outer surfaces of the ring gear 5 with an imaginary line of contact 19 between the frustoconical rolling surface of the conical worm core and the correspondingly slightly convex ring surface 20.
F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch die Schnecke und das Tellerrad im Eingriffsfeld. Die Eingriffsfläche 21 der Zahnflanken ist von links oben nach rechts unten eng gestrichelt dargestellt. Zum Vergleich ist zusätzlich die Eingriffsfläche 22 eines der bekannten Getriebe aus Kegelschnecke und außenverzahntem Tellerrad und sonst analogen Abmessungen entgegengesetzt gestrichelt eingezeichnet, die auf Grund der Tellerradaußenverzahnung deutlich kleiner ist. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Getriebes vergrößert also das Eingriffsfeld und damit die Gesamtlänge der Berührungszone zwischen den Zähnen, wodurch deren spezifische Pressung geringer ist bzw. die Belastbarkeit und der Wirkungsgrad des Getriebes höher sind.F i g. 4 shows a section through the worm and the ring gear in the field of intervention. The engagement surface 21 of the tooth flanks is from the top left to shown below right with narrow dashed lines. For comparison, there is also the area of engagement 22 one of the well-known gear units consisting of a bevel worm and an externally toothed ring gear and otherwise analog dimensions are shown in opposite dashed lines to those on The reason for the external toothing of the crown wheel is significantly smaller. The training according to the invention of the transmission increases the area of engagement and thus the total length of the contact zone between the teeth, which means that their specific pressure is lower and the load capacity is lower and the efficiency of the transmission are higher.
Der im Eingriff stehende Schneckenteil 6 reicht nicht weiter an die durch die Kreuzungslinie 9 des Getriebes und die Tellerradachse 4 definierte Ebene heran als eine zu dieser parallele Ebene 23, die durch den der Tellerradachse 4 am nächsten liegenden Punkt 24 der oben definierten Berührungslinie 19 bestimmt ist (F i g. 5). Andernfalls tritt eine Verschlechterung der Eingriffsbedingungen ein.The engaged screw part 6 does not extend further to the by the intersection line 9 of the transmission and the ring gear axis 4 defined plane approach as a plane 23 parallel to this, which passes through that of the ring gear axis 4 determined at the point 24 closest to the contact line 19 defined above is (Fig. 5). Otherwise, the conditions of the intervention deteriorate a.
Die Linie 19 kann z. B. graphisch wie folgt ermittelt werden: Durch den Punkt 02, der die Projektion der Tellerradachse 4 auf die Zeichnungsebene darstellt, wird eine Gerade 25 gezogen. Vom Schnittpunkt 26 dieser Geraden mit der Kegelschneckenachse 2 wird ein Lot 27 auf die Projektion der äußeren Kegelschneckenmantellinie gefällt. Von dem entstehenden Schnittpunkt 28 des Lotes 27 mit der Projektion der Mantellinie wird ein Lot 29 auf die Kegelschneckenachse 2 gefällt. Der Schnittpunkt 30 dieses Lotes mit der Geraden 25 ist der geometrische Ort der Linie 19.The line 19 can, for. B. be determined graphically as follows: By the point 02, which represents the projection of the crown wheel axis 4 on the plane of the drawing, a straight line 25 is drawn. From the point of intersection 26 of this straight line with the cone worm axis 2, a solder 27 is dropped onto the projection of the outer conical spiral surface line. From the resulting intersection 28 of the perpendicular 27 with the projection of the surface line a perpendicular 29 is felled onto the conical screw axis 2. The intersection 30 of this The perpendicular with the straight line 25 is the geometric location of the line 19.
Aus F i g. 6 ist die Lage der Berührungslinie 19 ersichtlich, wenn sie auf eine zur Kegelschneckenachse 2 senkrechte Ebene projiziert wird. Dort ist auch ein Axialschnitt der leicht `balligen Tellerradhüllfläche 20 durch die Kurve 31 dargestellt. Der auf der Kurve 31 liegende Punkt 32 hat denselben Abstand vom Punkt 0, wie der Punkt 24 und ist somit der der Radachse Nächstliegendem Punkt des Axialschnittes der Hüllfläche 20. From Fig. 6 shows the position of the contact line 19 when it is projected onto a plane perpendicular to the conical worm axis 2. An axial section of the slightly crowned ring gear envelope surface 20 is also shown there by curve 31. The point 32 lying on the curve 31 has the same distance from the point 0 as the point 24 and is thus the point of the axial section of the envelope surface 20 which is closest to the wheel axis.
Mit dem Winkel Ö2 zwischen der Erzeugenden der Tellerradhüllfläche und der zur Tellerradachse senkrechten Ebene 33 ist der Winkel gemeint, der zwischen der Projektion der Ebene 33 und einer Tangente 34 auftritt, die an den oberen Teil der Kurve 31 in dessen Mitte gelegt ist. In den meisten Fällen ist der Winkel 62 ungefähr anderthalbmal so groß wie der Winkel öl.With the angle Ö2 between the generating line of the ring gear envelope and the plane 33 perpendicular to the crown wheel axis is meant the angle between the projection of the plane 33 and a tangent 34 that occurs on the upper part the curve 31 is placed in the middle. In most cases the angle is 62 about one and a half times the size of the angle oil.
Die Achsteilung t der Schneckenwindungen wird entsprechend der zuvor angegebenen Formel bestimmt.The pitch t of the screw turns is corresponding to that of the previous specified formula.
Auf Grund der konstanten Achsteilung und der Kegelstumpfform sowohl der Schnecke als auch des Tellerrades kann durch Längsverschiebung der Kegelschnecke in Richtung einer Verminderung des Abstandes zwischen den Achsen ein .Eingriffsspiel beseitigt werden, ohne dabei die Genauigkeit des Zahneingriffes zu vermindern.Due to the constant axis pitch and the truncated cone shape both the worm as well as the ring gear can be adjusted by longitudinally shifting the conical worm in the direction of a reduction in the distance between the axes can be eliminated without reducing the accuracy of the tooth engagement.
Eine Kegelschnecke und das entsprechende Werkzeug können in manchen Fällen zum Fertigen von Getrieben benutzt werden, die unterschiedliche Abmessungen und Ubersetzungsverhältnisse besitzen, ohne daß sich der im Eingriff stehende Teil der Kegelschnecke ändert. Wenn hierbei die Abmessungen, die Lage und die Teilung t der Kegelschnecke bekannt sind, kann z. B. die Übersetzungszahl i durch nachstehende Formel bestimmt werden: wobei a', b', a" und b" dieselbe Bedeutung wie in der zuvor angeführten Formel haben. Der an Hand dieser Formel ermittelte Wert i wird auf das nächstliegende Ubersetzungsverhältnis abgerundet, das bei der vorhandenen Schneckengangzahl ausführbar ist.A cone worm and the corresponding tool can in some cases be used to manufacture gears which have different dimensions and gear ratios without changing the part of the cone worm that is in engagement. If the dimensions, the position and the pitch t of the conical worm are known, z. B. the gear ratio i can be determined by the following formula: where a ', b', a " and b" have the same meaning as in the above formula. The value i determined on the basis of this formula is rounded off to the closest transmission ratio that can be carried out with the existing number of screw flights.
Das Getriebe wird für Ubersetzungsverhältnisse von 10 bis 500 gebaut.The gearbox is built for gear ratios from 10 to 500.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
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E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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