DE2032723B2

DE2032723B2 - Getriebe in planetenbauweise

Info

Publication number: DE2032723B2
Application number: DE19702032723
Authority: DE
Inventors: William Morris Novelty; Jirousek Norman Frank Cleveland; Ohio Shipitalo (V.StA.)
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1969-10-20
Filing date: 1970-07-02
Publication date: 1972-04-13
Also published as: DE2032723A1; SE357039B; JPS4821022B1; US3583252A; CH510214A; FR2065835A5; GB1311186A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe in Planetenbauweise mit Abrollflächen an den Zahnrädern mit einem äußeren Zentralrad, einem inneren Zentralrad, wenigstens einem Planetensatz und einem Zwischenradsatz, wobei die Zahnräder des Zwischenradsatzes jeweils an einem Zapfen eines Trägers montiert sind und in konstantem Umfangsabstand mit dem äußeren Zentralrad und mit den ungelagcrten Planetenrädern kämmen, die außerdem im Eingriff mit dem inneren Zentralrad stehen und so in ihrer gewünschten Winkellage gehalten weiden.

Aus der USA.-Patentschrift~3 216 270 ist ein Getriebe bekannt, bei dem die Zahnräder des Zwischenradsiit/es von Lagern getragen werden, die in Schlitzen eines Trägers angeordnet sind. Die Lager haben somit einen Freiheitsgrad, der in radialer Richtung verläuft, und die Achsen dieser Zahnräder können sich radial gegenüber der Mitte des Getriebes verschieben. Dies ermöglicht die Verwendung von Lagern, die einen kleineren und leichteren Aufbau haben als die Lager, die in gleichen bisher bekannten Getrieben verwendet werden. Der radiale Freiheitsgrad, der zwischen den Lagern und den Trägern vorhanden ist. ermöglicht eine Kompensation bei BeIastungsänderiingen, um ein Verklemmen der Zahnräder zu verhindern. Im Rahmen dieser Lösung ist auch die Kompensation thermischer Ausdehnungen Die USA.-Patcnlscliiill \?-'>2W). die deutsche Auslegeschrift 1 20S 586 11111I (Ik: nslerreiehische Patentschrift 241215 bcschiL-iben fieliiebe, bei dciiui die Zahnräder ex/en',lisch monlieri, wobei der I zentrizitätspunkt und der Urehmittelpimkt auf .::, ,-Linie durch den Zentralpunkt liegen. Hierbei \· : ι i;, dert die Bewegung um die exzentrische Achse lediglich den Radius der Drehachse, und hei einer anderen Ausführungsform erhält eine Ucwegung um die exzentrische Achse lediglich dtn Radius der Drehach-e. gemessen vom inneren Zentralrad aus.

3ei den bekannten Getrieben treten bei Belastung una sich verändernden Temperaturen Probleme auf. die dazu führen können, daß sich der kämmende Einsriff zwischen den Rädern des Getriebesvsterm festklemmt. Wenn beispielsweise der Träger für einen Zwischenradsatz, der ein stationärer Träger oder ein drehbares Armkreuz sein kann, einen anderen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als die übrigen Teile des Getriebes, so erzeugen Temperaturänderungen im Getriebesystem ungleiche Ausdehnungen zwischen den Mitten der verschiedene·. Zahnräder und dies führt zu einem Festklemmen dieser Zahnräder. In Getrieben, bei denen Zahnräder mit Abrollabschnitten verwendet werden und bei denen beim kämmenden Eingriff zwischen den verschiedenen Zahnrädern ein vorgespannter Abrollkontakt zwischen den Abrollflächen der entsprechenden Zahnräder vorhanden ist, hat ein sich einstellender Abrollsystemkraftvektor. der entgegengesetzt zur Richtung der Ausgangsdrehung des äußeren Zentralrades gerichtet ist, die Neigung den Abrollkontakt zwischen den Zahnrädern zu entlasten und dies führt zu einem Verklemmen. Bei Getrieben mit Abrollkontakt, bei denen ein inneres Zentralrad verwendet wird und ein ungelagerter Planetensatz, der dur·. h seinen Eingriff mit einem Zwischenradsatz gehalten wird, tritt da¹. zusätzliche Problem auf. daß eine Verschiebung der Zahnräder verhindert werden muß. die in Richtung der Drehachsen der Zahnräder auftreten kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Belastungs- und Temperaturänderungen zu kompensieren.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß die Drehachsen eines jeden Zahnrades des Zwischenradsatzes exzentrisch und schwenkbar gegenüber der Achse seines Zapfens verschoben ist. daß die Richtung dieser Verschiebung nach außen jeweils längs einer Linie verläuft, die sowohl eine radiale Komponente als auch eine tangentiale Komponente hat und einen Winkel mit der Parallelen zu der Tangente an der Kontaktstelle zwischen ti um Zahnrad und dem äußeren Zentralrad bildet, der größer ist als der Winkel zwischen der Parallelen und dem resultierenden Kraftvektor de<: Getriebesystems im Mittelpunkt des Zahnrades.

In vorteilhafter Weise haben die Zahnräder des Zwischenradsatzes eine exzentrische Montage, die es ermöglicht, daß sich der Drehpunkt des Zahnrades des Zwischenradsatzes um die Montageachsc herum drehen kann. Bei auflretenden speziellen Belastungen und bei Temperaturänderungen stellen sich somit die Zahnräder des Zwischenradsatzes in eine Gleichgewichtslage ein. in der ein gegenseitiges Abheben der Abrollflächen verhindert wird, so daß sich die Zahnräder nicht verklemmen können.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind exzentrische Lager für die Zahnräder vorgesehen, die

ein. I IrI ■■■ hiil-ten, die exzentrisch am Zupfen gelauen i-i ■.:·ιI ,!,ehhar das Zwischenrad trägt.

i I₁. ι .ündung soll in der folgenden Beschreibung ,,,ι : ,i umnähme auf die Figuren der Zeichnung er"- |;,ri, γι ·,-. erden. Es zeigt

1,1 eine schematische Seitenansicln der Anordi,i! . -i.T Zahnräder des Getriebes,

> i ■·. : eine Schnittansicht, genommen r.in«s der l ■■■.■ il-ll der Fig. 1,

. ... ι eine vergrößerte Schnittansicht eines Zwi-.,.'■· :.-ühnrads und der Montage für dieses Zwischen-

■·■.■! eine Schnittansicht, «enommen länus der : . ". !S-IV der F ig. 3,

ι ■„. 5 eine Schnittansicht einer Ausführungsform

Vl·'ntagc für ein Zwischenzahnrad und
. a. b eine Schnittansicht, genommen längs der I .,.;_■ VI-VI det Fig. 5.

^T.as Getriebe in Planetenbauweise ist in den I _. 1 und 2 mit 10 bezeichnet. Das Getriebe 10 ν λι ein äußeres Zentralrad 11 auf, welches in einer t,, : rit. hsverbindung mit einem inneren Zentralrad 12 <. ■■':;·. und zwar über einen Planetensatz 13 bis 16 v:-\ .1 inen Zwischenradsatz 17 bis 20.

Bei dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausfüh- !,nasbeispiel sind das innere Zentralrad 12 und die h-ider des Planetensatzes 13 bis 16 und des Zwischenradsatzes 17 bis 20 Zahnräder mit Abrollober-ί'Γ hen. so daß, wenn diese Zahnräder miteinander klimmen, ein Abrollkontakt zwischen den Abrollflä-(JiL-n vorhanden ist.

Das äußere Zentralrad 11 weist keine Abrolloberllache auf und steht lediglich in kämmendem Eingriff mit dem Zwischenradsatz 17 bis 20.

Das innere Zentralrad 12 besteht aus Zwillings-•/ahnrädern 22, 22 und weist Abrollflächen 24 auf, deren Dinohmesser gleich dem Teilkreisdurchmesser der Zahnräder ist. Jede Abrolloberfläche 24 endet an einer radial sich erstreckenden Ringobcrfläche 26.

Jedes der Zahnräder 13 bis 16 des Planetensatzes weist einen Zahnradabschnitt 29 mit kleinerem Durchmesser und zwei Zahnradabschnitten 30. 30 mit größerem Durchmesser auf. Dem Zahnradabschnitt

29 mit kleincrem Durchmesser sind zwei Abrolloberflächcn 31 zugeordnet, wobei an jeder dieser Abrolloberflächcn eine radial sich erstreckende, ringförmige Oberfläche 32 angrenzt, die durch eine Ringschulter 33 gebildet wird. Jeder Zahnradabschnitt 30 mit größerem Durchmesser weist eine Abrolloberfläche 34 auf und diese endet an einem Ringflansch 35. der eine radial sich erstreckende Ringoberfläche 36 bildet. Die Abrollobcrflächen 31 und 34 haben einen Durchmesser, der gleich dem Teilkreisdurchmesscr der zugeordneten Zahnradabschnitte ist. Die Zahnräder des Planctensatzes 13 bis 16 kämmen mit dem inneren Zentralrad 12, wobei die Zahnradabschnitte

30 in die Zwillingszahnräder 22 eingreifen, und die Abroiloberflächcn 34 sich in Abrollkontakt mit den Abrolloherflächen 24 befinden. Die radial sich erstreckenden Ringoberflächen 32 und 36 stehen in einem Gleitkontakt, um die axial fluchtende Lage der Zahnräder 13 bis 16 des Planctensatzes aufrecht zu erhalten und um eure axiale Verschiebung zu verhindern.

Die Zahnräder des Zwischenradsatzes 17 bis 20 sind Einzelzahnräder 37, die zwei Abrolloberflächen 38 haben, deren Durchmesser gleich dem Tcilkreisdes Einz.clzahnrads 37 ist. Die Abroll· Oberflächen 3K enden an einer radial sich erstreckenden Riii|aoberfläche 39. Die Zahnräder des Zwisehenradsiiizes 17 bis 20 sind in gleichen Abständen voneinander um das innere Zentralrad 12 herum angeordnet und zwangläul'ig geführt. Das Einzelzahnrad 37 kämmt mit einer Innenverzahnung 40 des äußeren Zentralrades 11 und ferner mit dem Zahnrad 29 mit kleinerem Durchmesser des benachbarten Planetensatzes. Wie F i g. 2 zeigt, haben die Abrolloberflächen 28 einen Abrollkontakt mit den Abrolloberflachen 31, die dem Zahnrad 29 des Planetensatzes zugeordnet sind. Die radiale Ringoberfläche 39 liegt mit Gleitkontakt gegen die radialen Oberflächen 32 an, um eine axiale Bewegung zwischen diesen Zahnrädern zu verhindern.

Wie F i g. 1 zeigt, steht jede? der Zahnräder des Planetensatzes 13 bis 16 und des Zwischenradsatzes in einem Dreipunkteeingriff, und zwar mit dem äußeren Zentralrad und mit zweie·.· der Zahnräder des Planetensatzes. So befindet sich das Zahnrad 17 im Eingriff mit den Zahnrädern 13 und 16, und durch die Zahnräder des Zwischenradsatzes werden die ungelagerten Zahnräder des Planetensatzes in der gewünschten Stellung um das innere Zentralrad 12 herum gehalten. Beispielsweise halten die Zahnräder 17 und 18 des Zwischenradsatzes das Zahnrad 13 des Planetensatzes in der gewünschten Lage am inneren Zentralrad 12. Die Verwendung von abgestuften Zahnrädern, wie beispielsweise des Zahnrads 13 im Planetensatz ermöglicht die Erzielung eines größeren Untersetzungsverhältnisses in einem Getriebs mit einem Getriebezug, wobei dieses Getriebe geringere Abmessungen hat als in dem Fall, in dem das abgestufte Zahnrad nicht verwendet wird.

Bei dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Getriebe wird der Zwischenradsatz 17 b's 20 von einem stationären Träger 42 getragen, der Zapfen 43 für jedes Zahnrad des Zwischen radsatzes aufweist. Es wird ein Widerstandsdrehmoment gegenüber der Bewcgung des Getriebes entwickelt und dieses Widerstandsdrehmoment wird auf den Zwischenradsatz aufgebracht, und zwar mittels eines Kraftvektors 44. Dieser Vektor 44 weist sowohl eine radiale als auch eine tangentiale Komponente auf, so daß dieser Vcktor die Neigung hat, das Zahnrad des Zwischenradsatzes, wie beispielsweise das Zahnrad 17, aus der Kontaktlage mit dem Zahnrad 13 des Planetcnsatzes 13 heraus zu bewegen, und dies hat ein Verklemmen der entsprechenden, miteinander kämmenden Zahnradabschnittc zur Folge. Um diese Kraft zu kompensieren, ist jedes Zahnrad 17 bis 20 des Zwischenradsatzes so montiert, daß dessen Drehachse exzentrisch gegenüber der Achse des Zapfens 43 angeordnet ist oder gegenüber dieser Achse versetzt, und zwar durch eine exzentrische Lagerung 45.

Wie die rig. 3 und 4 zeigen, ist jedes Zahnrad, wie beispielsweise das Zahnrad 17, am äußeren Laufring eines Abrollagers 48 gelagert, Der innere Laufring 49 dieses Lagers wird von einer Hülse 50 aufgenommen, die exzentrisch mittels eines Lagers 51 am Zapfen 43 gHagert ist. Die Drehachse des Zahnrads 17 ist gegenüber der Achsenmitte des Zapfens 43 versetzt und eine Drehung der Hülse 50 um den Zapfen 43 verdreht die Drehachse des Zahnrads 17 um die Mitte des Zapfens 43 herum.

Der Kraftvektor 44 weist sowohl eine radiale als auch eine tangentiale Komponente auf und bildet einen Winkel A mit der Parallelen 9 zur Tangente an

der Berührungsstelle zwischen dem Zahnrad 17 und dem äußeren Zentralrad 11. Die Achse des Zapfens 43. die schematisch hei 52 dargestellt ist. liegt auf einer Linie 8. die einen Winkel Ii mit der Parallelen 9 bildet, der größer ist als der Winkel /f. Wie F i g. 1 zeigt, liegt die Achse 52 radial innerhalb des Drehpunktes 53 des Zahnrads 17 des Zwischenradsatzes und ist in Richtung des l'hr/eigerdrchsinns versetzt zu diesem Drehpunkt 53 angeordnet. Der unter einem Winkel Λ zur Parallelen 9 einwirkende Kraftvektor hat die Neigung, den Drehpunkt 53 um die Achse 52 entgegengesetzt zum Uhr/eigerdrehsinn zu drehen, und dadurch kann sich der Drehpunkt 53 in seiner Gleichgewichtslage einstellen, um den Kraftvektor 44 abzugleichen und um die gewünschte Vor- i$ belastung auf den /\brolloberflächen 31 und 38 der Räder des Planetensatzes des Zwischenradsatzes aufrechtzuerhalten.

Der Träger 42 kann aus einem Material bestehen, welches einen anderen Ausdehnungskoeffizienten hat ao als die anderen Teile des Getriebes 10. beispielsweise einen anderen Ausdehnungskoeffizienten als das äußere Zentralrad 11. Eine Erhöhung der Umgebungstemperatur des Getriebes 10 führt dazu, daß sich der Träger 42 mit einem anderen Koeffizienten ausdehnt »s als die übrigen Getriebeteile und dadurch werden Kräfte erzeugt, die ein Festklemmen der miteinander kämmenden Zahnräder hervorrufen können. Das exzentrische Lager 45 ermöglicht jedoch die Kompensation eines unterschiedlichen Ausdehnungskoeffi- 3» zienten des Trägers 42, der durch die Drehung des Drehpunktes 53 um die Achse 52 herum entlastet wird. Wenn beispielsweise der Träger 42 einen größeren Ausdehnungskoeffizienten hat, wird der Drehpunkt 53 entgegengesetzt zur Uhrzeigerdrehrichtung um die Achse 52 herum gedreht, wenn die Temperatur zunimmt.

Bei dem beschriebenen Getriebe 10 wird die Eingangsleistung dem inneren Zentralrad 12 zugeführt und der Ausgang wird vom äußeren Zentralrad 11 4» auf eine Welle 55 übertragen, die drehbar in einem Lager 56 des Gehäuses 57 gelagert ist. Es kann jedoch auch wünschenswert sein, die Eingangsleistung der Welle 55 zuzuführen und den Ausgang vom inneren Zentralrad 12 abzunehmen. Die Zapfen 43 können beispielsweise auch an einem drehbaren Armkreuz befestigt sein, welches entweder die Eingangsleistung aufnimmt oder die Ausgangsleistung abgibt, und das äußere Zentralrad 11 kann der stationäre Bauteil des Getriebes sein.

Bei dem in den F i g. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Rad 61 dargestellt, welches den Rädern 17 bis 20 des Zwischenradsatzes des Getriebesystems 10 entspricht. Dieses Rad wird auf jeder Seite durch Träger 62. 62 getragen und diese Träger können Arme eines drehbaren Armkreuzes sein. Die Lagerung erfolgt mittels eines Zapfens 64. der drehbar in jedem der Träger 62 mittels eines Abrollagers 65 gelagert ist. Der Zapfen 64 weist einen exzentrischen Abschnitt 66 auf. der eine zylindrische Oberfläche hat. deren Achse gegenüber der Achse dos Zapfens 64 versetzt ist. An der Oberfläche des exzentrischen Abschnitts 66 ist der innere Laufring 67 eines Abmllagers 68 befestigt, wobei der äußere Laufring 69 das Rad 61 des Zwischenradsatzes aufnimmt und dieses trügt. Da die Drehachse des Rades 61 mit der Achse des exzentrischen Abschnitts 66 zusammenfällt und da beide gegenüber der Drehachse des Zapfens 64 versetzt sind, werden Kraftvektoren, wie beispielsweise dⁿr Vektor 44 oder Kräfte. die durch eine Ausdehnung des Trägers 62 erzeugt werden, kompensiert, und zwar durch eine Verdrehung der Drehachse des Zahnrads 61 um die Achse des Zapfens 64. wenn sich der Zapfen 64 in seinen Lagern 65 dreht. Wie bei dem vorher beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Achse des Zapfens 64 unter einem Winkel gegenüber der Drehachse des Zahnrads versetzt, derart, daß Vektorkräfte oder Kräfte, die durch eine Ausdehnung entstehen, entlastet werden können, und zwar durch die Verschwenkung der Drehachse des Zahnrads im Zwischensatz.

I'm Ab.ollflächen zu bilden, die einen Durchmesser haben, der gleich dem Teilkreisdurchmesser des Zahnradabschnitts des Rades 61 ist, sind Ringe 70 in einer Nut 71 angeordnet. Die dargestellten Ringe 70 weisen Flansche 72 auf. die eine radial sich erstrekkende Ringoberfläche 73 bilden, welche mit den radial sich erstreckenden Oberflächen des kämmenden Zahnrads zusammenwirken.

Bei dem dargestellten Getriebe sind die Räder des Planetensatzes 13 bis 16 ungelagert und diese Räder werden in ihrer Winkellage durch einen Dreipunktkontakt mit dem inneren Zentralrad 12 und mit zwei Rädern des Zwischenradsatzes 17 bis 20 gehalten. Die Aufbringung von Kräften, wie beispielsweise solchen, die durch den Kraftvektor 44 veranschaulicht sind oder solchen Kräften, die durch ungleiche thermische Ausdehnungen entstehen, könnten eine Trennung zwischen den Abrollflächen 38 und 41 der entsprechenden Räder bewirken und eine derartige Trennung könnte ein Verklemmen der kämmenden Zahnräder 37 und 39 zur Folge haben. Dadurch, daß Lager vorgesehen sind, die es ermöglichen, daß die Drehachse der Räder 17 bis 20 sich um einen tizentrischen Montagepunkt drehen kann, stellt sich der Zwischenradsatz 17 bis 20 in eine Gleichgewichtsstellung ein. in der sich die Abrollflächen in Kontakt befinden, und zwar mit der gewünschten Vorspannung. Es sei bemerkt, daß. fails mehr als ein Planetensatz und ein Zwischenradsatz im Getriebe verwendet werden, die exzentrische Lagerung bei dem Radsatz verwendet wird, der zwangläufig durch Halterungen geführt wird, wie beispielsweise durch den stationären Träger oder durch das Armkreuz 62.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Getriebe in Planetenbauweise mit Abrollflächen an den Zahnrädern, mit einem äußeren Zentralrad, einem inneren Zentra'irad. wenigstens einem Planetensati und einem Zwischenradsatz, wobei die Zahnräder des Zwischenradsatzes jeweils an einem Zapfen eines Trägers montiert Mnd und in konstantem Umfangsabstand mit dem äußeren Zentralrad und mit den ungeladenen Planetenrädern kämmen, die außerdem im Eingriff mit dem inneren Zentralrad stehen und so in ihrer gewünschten Winkellage gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (53) eines jeden Zahnrades (17 bis 20) des Zwischenradsatzes exzentrisch und schwenkbar gegenüber der Achse (52) seines Zapfens (43) verschoben ist. daß die Richtung dieser Verschiebung nach außen jeweils längs einer Linie (8) verläuft, die sowohl eine radial Komponente als auch eine tangentiale Komponente hat und einen Winkel (B) mit der Parallelen (91 zu der Tangente an der Kontaktstelle zwischen dem Zahnrad (17 bis 20) und dem äußeren Zentralrad (11) bildet. der größer ist als der Winkel (A) zwischen der Paralleler, (9) und dem resümierenden Kraft vektor (44) des Getriebesvstems im Mittelpunkt des Zahnrades.

2. Getriebe nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch exzentrische Lager (4S) fir die Zahnräder (17 bis 20) mit einer Hülse (50), die «.xzentrisch am Zapfen (43) gelagert ist und drehbar das Zwischenrad (17 bis 20)^wträgt.

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