DE2338865C3

DE2338865C3 - Zahnkettengetriebe

Info

Publication number: DE2338865C3
Application number: DE19732338865
Authority: DE
Inventors: Tetsuya; Mizutani Masashi; Shizuoka Seino (Japan)
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1972-07-31
Filing date: 1973-07-31
Publication date: 1976-05-26

Description

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5. Zahnkettengetriebe nach einem der Ansprü ehe I bis 4, dadurch gekennzeichnet., daß das ersti getriebene Zahnrad (10) zwischen dem treibender Zahnrad (9) und dem zweiten getriebenen Zahn rad (11) angeordnet ist und daß die endlos« Kette (12) niit ihrer Innenseite über das treibende Zahnrad (9) und das zweite getriebene Zahnrad (11 und mit ihrer Außenseite über das erste getriebeni Zahnrad (10) geführt ist.

Die Erfindung betrifft ein Zahnkettengetriebe, ins besondere Tür Kolbe.rmaschinen, mit dem die periodisch schwankende Winkelgeschwindigkeit eines, ins besondere mit einer Kurbelwelle verbundenen, treibenden Zahnrades durch Verwendung von wenigstens zwei getriebenen Zahnrädern über eint endlose Kette — in eine gleichbleibende Winkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle des Kettengetriebes umwandelbar ist, wobei bei wenigstens zwei Zahnrädern des Getriebes die Radmittelpunktc exzentrisch gegenüber den Rotationsmittelnunkten verlagert sind.

Ein Zahnkettengetriebe der vorstehend umrissenen Gattung ist bereits aus der DT-PS 1 50'677 bekannt. Bei diesem bekannten Zahnkettengelriebe sind eine zentrisch gelagerte runde Zahnscheibe sowie eine exzentrisch gelagerte unrunde Zahnscheibe vorgesehen. Zusätzlich besitzt das bekannte Getriebe eine Leitrolle, die im entgegengesetzten Sinn wie das unrunde Rad, unrund und exzentrisch ausgebildet ist. um so weit wie möglich die Veränderungen in der Kettenspannung auszugleichen. Die drei Zahnscheiben werden von einer endlosen Kette umhüllt. Bei diesem bekannten Zahnkettengetriebe wird die angestrebte Umwandlung einer gleichförmigen D'rehbcwcgung in eine aim größten Teil gleichförmige Hin- und Herbewegung dadurch erzielt, daß in den Stellungen, in denen der Hub der an der zentrisch gelagerten Scheibe angreifenden Treibstange verringert wird, infolge der zunehmenden wirksamen Hcbcllängc der exzentrischen Scheibe eine größere Winkelgeschwindigkeit erteilt wird. Die Exzenterscheibc und der Kurbelzapfen der sogenannten Kurbelscheibe befinden sich dabei zueinander stets in einem ganz bestimmten, durch Versuche ermittelten Winkelgcschwindigkcitsvcrhältnis.

Dieses bekannte Zahnkettengelriebi' ist jedoch insofern nachteilig, als die endlose Gliederkette sehr ungleichmäßig beansprucht wird. Derartige stoßweise auftretende Beanspruchungsänderungen in der endlosen Kette, die insbesondere bei Brennkraftmaschinen auftreten, da sich die Geschwindigkeit der Kurbelwelle häufig periodisch während des Arbeitszyklus ändert, sind sehr gefährlich. Sie können die Ursache für einen zu schnellen Verschleiß nicht nur der endlosen Kette, sondern auch anderer Maschinenteile darstellen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteh! somit darin, ein ZahnkeUengetiiebe der eingangs genannten Art derart aus/ubildcr, daß gleichmäßige Beanspruchungsverhältnisse in eier endlosen Antriebskelle erzielbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmale gelöst.

Der technische Fortschritt ist in erster Linie darin 'zi'schen, daß bei dem Zahnkettengetriebe nach der Erfindung die Kettenendgeschwindigkeiten bei dem einen Zahnrad genau auf die Keltenanfani'.sgeschwindigkeitcn beim benachbarten Zahnrad abgestimmt sind. Dadurch ist eine genaue Synchronisierung der Kettenbahngeschwindigkeit mit der Winkelgeschwindigkeit der jeweiligen Zahnräder erreicht, was zur Folge hat, daß die endlose Kette unter konstanter Spannung stcV.t, so daß sie weder durchhängt noch ungebührlichen periodischen Belastungen unterworfen wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Zahnkettengetriebes isi darin zu sehen, daß aile verwendeten Zahnräder rund ausgebildet sind und übereinstimmende Teilkreisdurchmesser besitzen, was die wirtschaftliche Herstellung des erfindungsgemäßen Zatoikettengetriebes erleichtert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht des Zahnkettengetriebes,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 11-11 in

Fig. K

F i g. 3 eine schematisierte Darstellung des Zahnkettengetriebes, welche die Kurbelwelle bei 90 nach ihrem oberen Totpunkt zeigt,

Fig 4 eine ähnliche schematische Darstellung, welche die Kurbelwelle annähernd in ihrem unteren Totpunkt zeigt,

F i g. 5 eine Darstellung gemäß F i g. 3 einer anderen Ausführungsform und

F i g. 6 eine Darstellung entsprechend F i g. 4 der Ausführungsfonn gemäß F i g. 5.

Wie in den F i g. 1 und 2 zu erkennen ist, ist in einem Zylinder 1 einer Brennkraftmaschine mit sich hin- und herbewegenden Kolben ein Kolben 2 in bekannter Weise zur Ausführung einer solchen Hin- und Herbewegung mit einer Pleuelstange 3 schwenkbar verbunden. Eine drehbar in einem Kurbelgehäuse 8 gelagerte Kurbelwelle weist Wellenzapfen 5, Kurbelwangen 15 und einen Kurbelzapfen 16 auf, auf dem die Pleuelstange 3 drehbar gelagert ist. Parallel zu einem Wellenzapfen 5 der Kurbelwelle 4 sind eine erste und eine zweite mit einer Schraffur versehene Welle 6 und 7 drehbar in dem Kurbelgehäuse 8 gelagert.

Der Wellenzapfen 5, die erste Welle 6 und die zweite Welle 7 sind wie dargestellt mit einem '.reibenden Zahnrad 9, einem ersten getriebenen Zahnrad 10 und einem zweiten getriebenen Zahnrad H ausgestattet. Die getriebenen Zahnräder 10 und 11 besitzen den gleichen Teilkreisradius wie das treibende Zahnrad 9. Die endlose Kette 12 läuft um die Zahnräder 9 und 11 herum und steht ebenfalls mit dem Zahnkranz des Zahnrades 10, das zwischen den beiden Zahnrädern 9 und 11 angeordnet ist. im Eingriff. Demzufolge dreht sich das erste getriebene Zahnrad 10 in entgegengesetzter Richtung wie das treibende Zahnrad 9, während das zweite Zahnrad U sich im gleichen Sinne wie das treibende Zahnrad 9 dreht.

An den Zahnrädern 10 bzw. 11 sind Gegengewichte 13 und 14 befestigt. Bei dem beschriebenen Aus- hj führungsbcispiel weist das Gegengewicht 13 eine kleinere Masse als das Gegengewicht 14 auf.

Es wird nun angenommen, daß bei einer Kolben-

brennkraftmaschine dieser Gattung die Winkelgeschwindigkeit ...₀ der Kurbelwelle 4 durch folgende Gleichung negeben ist:

wobei

"Ό

= ü + I -<₍₎ sin W,

ο ₌

mittlere Winkelgeschwindigkeit,
Amplitude der Hauptkomponenten der Winkelgeschwindigkeitsänderungen,
der Kurbelwinkel, welcher an einem Punkt in der Nähe von 90" nach dem oberen Totpunkt der Kurbelwelle gemessen ist. oder an einem Punkt, bei dem die Winkelgeschwindigkeit <■,(, der Kurbelwelle einen Wert angenommen hat, der dem mittleren Wert der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle entspricht.

Die Teilkreismiuen P₀, P₁ und P₂ der Zahnräder 9. 10 bzw. 11 sind gegenüber den Rotationsmiiidpunkten O₀. O₁ und O₂ um die Exzentrizitäten ;„. .·, und J₂ versetzt. Die Phasenwinkel Λ_ο, Λ, und ^₂ der Exzentrizitäten liegen in der Drehrichtung der entsprechenden Zahnräder und werden von den Winkelhalbierenden /₀. /, und I₂ der Winkel (2/i₀. 2/;,, 2,J₂) aus gemessen, die die Umfangsbereiche der Zahnräder 9. 10 und 11 angeben, die unter der Bedingung, daß W gleich 0 ist, oder daß die Kurbelwellenlage annähernd 90 nach dem oberen Totpunkt beträgt, nicht mit der Anlriebskettc 12 im Eingriff stehen. Diese Beziehungen sind in dem in der Fig. 3 dargestellten Diagramm angegeben. Die gestrichelten Linien dieser Figur deuten die mittlere Lage der Zahnräder und der Kette an, und auf dieser Grundlage sind die Winkelhalbierenden /₀, Z₁ und I₁ eingezeichnet. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die in der Fig. 3 dargestellte Anordnung etwas übertrieben dargestellt ist, denn in Wirklichkeit sind die Exzentrizitäten .·₀, ■ 1 und ; 2 nicht so groß.

In diesem Fall errechnen sich die Winkelgeschwindigkeiten ο, und O₂ (es werden nur die Hauplkomponenten der Änderungen betrachtet) des ersten und des zweiten getriebenen Zahnrades 10 und 11 folgendermaßen:

■>, = Il 4 lc«_r, cos W 4- I ci._vl sine
.,, = 0+ I ..i_t., cos W 4- I ci_s2 sin β

Werden die Teilkreisradien der Zahnräder 9, 10 und 11 mil R bezeichnet, so berechnen sich die Anfangsgeschwindigkeiten K₀, V₁ und V₂ sowie die Endticschwindiukeiten r₀. i\. r₂ der Zahnrader wie folgt":

V₀ -

IR 4 .·„ COS(W -I- <\, - />o)

I₀ = .'I₀IR 4 i₍, COS(W 4- <\, 4- ,;„)

F₁ = Ci₁IR + .·, cos(W i- <">, — /I₁)

r ι = -i|lR 1 ■· ι cos(W 4 Λ ι f t>\)

\\ — C₂]R 4- ,·, cos(W ( Λ, — /J₂)

r, = -j,;R -\- ;₂ cos(W 4 *₂ + i>₂)

Wenn man die vorausslehcnden mathematischen Beziehungen umwandelt, indem man die Gleichunnen (D und (2) in die Gleichung (3) unter den Bcdin-

gungcn R »ί,, Ω » ,\<;_α, Ω » i>i.i_Si einsetzt, wobei ί = 0, 1, 2, dann ergibt sich folgendes Ergebnis, wenn man setzt:

= I f,i_SI = ,1 <„_c

"X2

= 0:

H, · cos A₀ = 0,

■ sin O₀ = r ■ -j

sin (ft + /;₂)

sin (A, + /i, + /;₂)

sin [I₀ ■ sin p₂
/·, ■ cosn, = - r ■ ,ϊ-γγ-ΤΓΓΓΤ

_einA _ _r. sin ft,-cos/J₂

⁵¹¹¹⁰¹ - -^r SüftT+lTwi

^₂-COsA₂ = r · -ν

sin ft, · sin /(,

sin (Ii₀ + K+lh)

i₂ ■ sin A₂ ⁼

γ .

sin ft, · cos

sin (ft, + /-Ί +

= R

In den Gleichungen (4) treten sechs Unbekannte J₀. Ί, '2- '\>: ^Λΐι ^Λ2 ^au^· Diese Unbekannten sind bestimmbar, weil alle anderen Werte durch die Konstruktion vorgegeben werden können. In den vorgenannten Gleichungen bedeuten V₀ = V₂, V₁ — v₀ und V₂ = r,, daß der freie Lauf der Antriebskette 12 zwischen jedem vorgegebenen Zahnradpaar weder von einer zu straffen Spannung noch von einer zu lockeren Spannung beeinflußt wird. Ferner gibt die Bedingung lr,,_ci z= |,.,_sl = lci_c2 = I">s2 ⁼ 0 an, daß keine Änderung in der Winkelgeschwindigkeit des ersten und des zweiten getriebenen Zahnrades auftritt. Es ergibt sich daraus, daß bei einem Zahnkettengetriebe, bei dem die Abstände und die Phasenwinkel der Exzentrizitäten der einzelnen Zahnräder auf der Grundlage von > <,, *,, t₂, Λ_ο, <\, r>₂ vorgegeben sind, die durch die Gleichungen (4) berechnet werden, daß die Antriebskette 12 sich weder streckt noch durchhängt, und daß die Hauptkomponenten der Winkelgeschwindigkeitsänderungen des ersten und des zweiten getriebenen Zahnrades 10 bzw. 11 eliminiert werden.

Genauer ausgedrückt bedeutet das, daß, wenn einmal die relativen Abstände und Phasenwinkel der Exzentrizitäten der Zahnräder wie vorher angegeben festgesetzt sind, daraus folgt, daß ungeachtet der exzentrischen Lagerung der Zahnräder die Kettenendgeschwindigkeit V₀ des treibenden Zahnrades 9 der Kettenanfangsgeschwindigkeit F, des getriebenen Zahnrades 10 entspricht und die Endgeschwindigkeit i?, des ersten getriebenen Zahnrades 10 der Anfangsgeschwindigkeit V₂ des zweiten getriebenen Zahnrades 11 entspricht und daß die Endgeschwindigkeit r, des /weiten getriebenen Zahnrades 11 der Anfangsgeschwindigkeit V₀ des treibenden Zahnrades 9 entspricht. Folglich steht die Antriebskette 12 in gccigne-S tcr Weise mit den getriebenen Zahnrädern im Eingriff, ohne daß sie übermüßig gespannt ist oder durchgingt. Unter diesen Bedingungen wird angenommen, daß der Rotationsradius des treibenden Zahnrades 9. gemcssen in dem Punkt, in welchem das freilaufende ίο Stück 12ü der Anlriebskette, das um das Zahnrad 9 und das erste angetriebene Kettenrad 10 herumgegriffen b/.w. sich an diesem entlang erstreckt hat. in Kontakt mit dem Teilkreis des Zahnrades 9 kommt. g₀ ist, und daß der Rotalionsradius des Zahnrades 10. gemessen an dem Punkt, an welchem das freilaufende Kellenslück 12« in Berührung mit dem Teilkreis des Zahnrades 10 kommt, G₁ ist. Das Verhältnis g₀ G₁ ist während der Zeitperiode kleiner als 1. in welcher die Winkelgeschwindigkeit <>₀ der Kurbelwelle größer ist als die mittlere Winkelgeschwindigkeit ίλ und ist im umgekehrten Falle größer als 1. so daß rs möglich wird. (4) Änderungen in der Winkelgeschwindigkeit des ersten

getriebenen Zahnrades 10 zu eliminieren. Das gleiche betrifft das Verhältnis der Rotationsradien G„ g₂ ^7W'" sehen dem Antriebskettenrad 9 und dem /weilen getriebenen Zahnrad 11, so daß die Änderungen in der Winkelgeschwindigkeit des Zahnrades 11 ebenfalls eliminiert werden. Auf diese Weise ist die Anlriebskette selbst dann keinen Stoßbelastungen ausgesetzt. wenn an dem ersten getriebenen Zahnrad 10 und dem zweiten getriebenen Kettenrad 11 Gegengewichte 13 und 14 angebracht sind, die große Trägheitsmomente aufweisen können.

Die Fi g. 4 zeigt die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform in einer um 90' fortgeschrittenen Stellung oder die verschiedenen Beziehungen der einzelnen Kettenräder an dem Punkt, an welchem sich die Kurbelwelle in clwa in ihrer unteren Totlage befindet. Wie aus dem Diagramm zu entnehmen, ist der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Zahnrader 9 und 11 kleiner als in der Fig. 3, jedoch wird die Antriebskettc 1? entsprechend durch das Zahnrad 10 nach innen gedrückt. Es ist schnell zu erkennen, daß die Antriebskettc 12 weder zu stark gespannt ist noch durchhängt.

Die bisher beschriebene Anordnung bezweckt, die Änderungen in der Winkelgeschwindigkeit der beiden getriebenen Zahnräder 10 und 11 zu beseitigen. Nach folgend soll eine Anordnung beschrieben werden bei der die Änderungen in der Winkelgeschwindigkcii entweder des Zahnrades 10 oder des Zahnrades Π eliminiert werden. In diesem Fall ist es lediglich not wendig, jeweils zwei der drei Zahnräder 9, 10 und 11 außerhalb ihrer eigenen Rotationsmittelpunktc zi verschieben.

Als Beispiel soll die Eliminierung der Winkel geschwindigkeitsändeningen des getriebenen Zahn rades 10 mit dem größeren Gegengewicht 13 betrach tet werden. Wie bereits beschrieben, werden di Gleichungen (1) und (2) in die Gleichungen (3) sub stituiert, und es gelten die Bedingungen F₀ = r- ^vi = % ^vi = L'i und I ₍.)_C, = I ,„_SI = 0. Hicrau ergibt sich nicht sofort die endgültige Lösung. Wem jedoch einer der Parameter /■„, 1, und >₂ Null gemach wird. z. B. ,₀ = 0. dann ergibt sich die folgende grund sätzliche Lösung auf gleiche Weise wie dies bereit beschrieben wurde. Das Ergebnis ist auch in de F i g. 5 dargestellt:

• cos Λ, = r ■ sin ,

• sin λ, = r ■ cos

■ cos Λ, = — r

sin Λ, = r ·

ι'\

sin',/,

sin,;,

• cos,

sin ,

Bei einem Zahnketicngetriebc. bei welchem die Zahnräder IO und 11 die Abstände und Phasenwinkel für die Exzentrizitäten auf der Grundlage

aufweisen, die sich aus den Gleichungen (5) ergeben. ist die Antriebskette 12 nicht übermäßig gespannt oder locker. Darüber hinaus sind die Hauptwinkeländerungen des eisten getriebenen Zahnrades 10 eliminiert.

Die Fig. 6 zeigt die Stellung des Zahnkettengetriebes, in welcher sich dieses gegenüber der in der F i g. 5 dargestellten Ausführungsform um 90 weilerbewegt hat oder in welcher sich die Zahnräder in einer Lage befinden, in der die Kurbelwelle in ihrer unteren Totlage steht.

Die Erfindung ist nicht nur für Kolbenbrennkraftmaschinen anwendbar, sondern auch für andere Geräte mit Kolben und Kurbelwellen, wie z. B. für Kolbenkompressoren.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

15 Patentansprüche:

1. Zahnkettengetriebe, insbesondere für Kolbenmaschinen, mit dem die periodisch schwankende Winkelgeschwindigkeit eines, insbesondere mit einer Kurbelwelle verbundenen, treibenden Zahnrades durch Verwendung von wenigstens zwei getriebenen Zahnrädern — über eine endlose Kette — in eine gleichbleibende Winkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle des Kettengetriebes umwandelbar ist, wobei bei wenigstens zwei Zahnrädern des Getriebes die Radmittelpunkte exzentrisch gegenüber den Rotationsmittelpunkten verlagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die getriebenen Zahnräder (10,11) den gleichen Teilkreisdurchmesser besitzen wie das treibende Zahnrad (9) und wie dieses rund ausgebildet sind, wobei bei den exzentrisch gelagerten Getriebe-,zahnrädern (9, 10, II) die Exzentrizitäten (>) der Teilkreismitten (P) gegenüber den Rotationsmittelpunkten (O) sowie die Phasenwinkel (Λ) der Exzenitrizitäten so festgelegt sind, daß die Endgeschwindigkeiten (r) der Kette (12) bei dem einen Zahnrad gleich den Kettenanfangsgeschwindigkeiten (F) beim benachbarten Zahnrad sind.

2. Zahnkettengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn bei wenigstens zwei von insgesamt drei Zahnrädern im Zahnkettengetriebe der Radmittelpunkt gegenüber dem Rotationsmittelpunkt versetzt ist, die Exzentritätsparameter so festgelegt sind, daß das Verhältnis g₀ G gebildet aus dem Rotationsradius (g₀) des treibenden Zahnrades (9) um seinen Rotationsmittelpunkt (O₀) und dem Rotationsradius (G) wenigstens eines getriebenen Zahnrades um seinen Rotationsmittelpunkt größer als 1 ist, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle kleiner uls die mittlere Kurbelwellengeschwindigkeit ist, und daß das Verhältnis g₀ G kleiner als 1 ist, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle größer als die mittlere Kurbelwellengcschwindigkeit ist.

3. Zahnkettengetriebe nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn bei allen Zahnrädern eines insgesamt drei Zahnräder umfassenden Zahnkettengetriebes die Radmittelpunkte gegenüber den Rotationsmittelpunkten versetzt sind, die Exzentritätsparameter so festgelegt sind, daß das Verhältnis g₀ G gebildet aus dem Rotationsradius (g₀) des treibenden Zahnrades (9) um seinen Rotationsmittelpunkt (O₀) und den Rotationsradien (G) der getriebenen Zahnräder um ihre Rotationsmittelpunktc den entsprechenden Bedingungen gemäß Anspruch 2 genügt.

4. Zahnkettengetriebe nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Radmittelpunkt des treibenden Zahnrades (9) konzentrisch tu dessen Rotationsachse angeordnet ist und lediglich die beiden getriebenen Zahnräder eines insgesamt drei Zahnräder umfassenden Kettengetriebes exzentrisch gelagert sind, die Exzentritätsparameter so festgelegt sind, daß das Verhältnis g_o'G gebildet aus dem Rotalionsradius (g„) des treibenden Zahnrades (9) um seinen Rotationsmittclpunkl und den Rotationsradius (G) des ersten <>5 getriebenen Rades um seinen Rolationsmitlelpunkt den entsprechenden Bedingungen gemäß Anspruch 2 genügt.

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