DE69017106T2

DE69017106T2 - Zahnradgetriebe mit hohem Wirkungsgrad.

Info

Publication number: DE69017106T2
Application number: DE69017106T
Authority: DE
Inventors: Ian Li; Yue Zheng
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-07-11
Filing date: 1990-07-10
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2010-07-11
Also published as: ES2069692T3; AU634253B2; ATE118865T1; PT94652A; DK0408314T3; EP0408314B1; DE69017106D1; JP2834286B2; AU5891290A; HU904164D0; JPH03117748A; CN1031363C; SU1838692A3; EP0408314A2; BR9003319A; CA2020820A1; CN1048744A; CS343790A2; EP0408314A3; HUT54782A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Radpaar, das ein geringes Zähnezahldifferential bzw. eine geringe Zähnezahldifferenz hat, und insbesondere auf ein Doppel-Planeteninnenradpaar, das eine geringe Zähnezahldifferenz hat, und ebenso auf ein Getriebe, das ein solches Radpaar aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Auf dem Gebiet der Getriebe mit hohem Wirkungsgrad hat das Planetengetriebe im wesentlichen das Getriebe mit ortsfester Achse ersetzt. Die primäre Beschränkung bei der weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades von Planetengetrieben ist der beschränkte Eingriffswirkungsgrad seines Radpaares mit ortsfester Achse und der bedeutende Energieverlust in seinen Planetenlagern. Somit hat ein effektives Planetengetriebe, das eine geringe Zähnezahldifferenz und ebenfalls ein großes Übersetzungsverhältnis aufweist, einen wesentlichen Vorteil.
Das US-Patent Nr. US-A-3 451 290 (Wildhaber) offenbart einen Zahnradgetriebe-Antrieb mit hohem Wirkungsgrad, der Gehäuse oder Umhüllungen, eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle aufweist. Lager lagern eine Radbaugruppe mit zwei Zahnkränzen, die aus zwei koaxialen Zahnkränzen besteht, die auf einer exzentrischen Welle einstückig ausgebildet sind. Ein Zahnkranz befindet sich koaxial konzentrisch und radial außerhalb der Radbaugruppe mit zwei Zahnkränzen und hat eine andere Zähnezahl als das äußerste Rad der Radbaugruppe mit zwei Zahnkränzen. Der Zahnradgetriebe- Antrieb weist ferner zwei Räder mit ortsfesten Achsen auf. Diese Konstruktion verringert die Last an den Hochgeschwindigkeitslagern. Wildhaber erörtert jedoch nicht die mechanischen Parameter dieser Räder, deren Zusammenwirken sich auf den Betrieb des Zahnradgetriebe-Antriebs grundlegend auswirkt.
Die GB-A-1 198 737 (Morozumi) offenbart eine profilverschobene Evolventen-Innenrad-Baugruppe, die koaxial angeordnete äußere bzw. Außen- und innere bzw. Innenräder aufweist. Um den Wirkungsgrad des Getriebes zu verbessern, schlägt Morozumi vor, daß die Differenz der Profilverschiebungsfaktoren X&sub2; bzw. X&sub1; des Innenrads und des Außenrads die folgende Formel erfüllen soll, die im folgenden als Formel (1) bezeichnet ist:
[0,0002 (αc)² - 0,025αc + 1,52] hk + 0,8X&sub1; > X&sub2; > Khk + X&sub1;,
wobei αc der Standard-Pressungswinkel ist, hk der Profilverschiebungsfaktor bzw. Kopfhöhenfaktor und K, wenn die Differenz der Zähnezahlen der Räder 1 ist, 1 und, wenn die Zähnezahldifferenz 2 ist, eine Funktion von αc ist.
Im Stand der Technik, einschließlich Morozumi, ist ξ,α≥1 (größer oder gleich) erforderlich, um den Widerspruch zwischen dem Überdeckungsgrad und der Eingriffsstörung eines Evolventen-Innenradpaares zu lösen, das eine geringe Zähnezahldifferenz hat. Die Ursache liegt darin, daß statt der Sprungüberdeckung ξβ (ξβ =[Bsinβ]/πm), wobei B die Zahnbreite ist, β der Referenz-Schrägungswinkel, π = 3,1416 und m der Normalmodul ist (m ist ein Standardmodul, wenn das Zahnrad schrägverzahnt ist), nur die Profilüberdeckung ξα (oder ξ wie durch Morozumi gezeigt) berücksichtigt wird. Das heißt, daß ξα eine enge Beziehung zum Profilverschiebungsfaktor bzw. Kopfhöhenfaktor ha hat (oder "hk", wie es durch Morozumi gezeigt ist, ha ist gleich dem Verhältnis zwischen Kopfhöhe und Modul); ξβ hat jedoch nichts mit dem Kopfhöhenfaktor zu tun. In der Situation (wie bei Morozumi), bei der nur die Gleichung ξα≥1 berücksichtigt wird, kann ha nicht stark verringert werden; somit wird eine größere Differenz der Profilverschiebungsfaktoren X (X = X&sub2; - X&sub1;, wobei X&sub1; der Profilverschiebungsfaktor des Außenrades und X&sub2; der Profilverschiebungsfaktor des Innenrades ist, wenn das Radpaar ein Innenradpaar ist, oder X&sub1; und X&sub2; die Profilverschiebungsfaktoren der zwei Räder sind, wenn das Radpaar ein Außenradpaar ist) verwendet, um das größere ha auszugleichen. Als Ergebnis ist der Eingriffswinkel größer; somit wird die Eingriffsineffizienz und der Lagerverlust verschlechtert. Zum Beispiel definiert Morozumi ξα> 1, sogar ξα> 2. Unter einer solchen Prämisse sollte für die bei Morozumi genannte Formel (siehe vorstehend beschriebene Formel (1)) ein großes X verwendet werden, um dem Störungszustand für einen korrekten Eingriff eines Evolventen-Innenradpaares, das eine verringerte Zähnezahldifferenz hat, zu entsprechen, indem die Parameter X&sub1;, X&sub2;, hk und αc eingestellt werden; somit wird der Antriebswirkungsgrad verringert.
Mit der vorliegenden Erfindung wurde über die bekannte Definition ξα≥1 für ein Innenradpaar hinausgegangen, das eine geringe Zähnezahldifferenz, z.B. 6 oder weniger, hat; diese sieht vor, daß ξα< 1 unter der Bedingung genutzt werden kann, daß ξβ> 1 und ξ = ξα + ξβ≥1 ist oder sogar ξ , = ξα + ξβ ≥ 0,7 ist. Da die Sprungüberdeckung ξβ nur in Beziehung auf den Referenz-Schrägungswinkel β, die Zahnbreite B und den Modul in von Bedeutung ist und da mit ha kein Zusammenhang besteht, betrifft ein Anwachsen von nicht die Verringerung von ha. Als Ergebnis kann ha stark verringert werden, bis daß ha = 0,06 bis 0,2 ist (wenn die Zähnezahldifferenz Zd = 1 ist). Daher ist das Problem der Eingriffsstörung gelöst, ohne daß die Differenz X der Profilverschiebungsfaktoren erhöht wird; eine Beziehung von X ≤ 0,1 oder selbst X = 0 kann gestattet sein. Daher sind der Eingriffswirkungsgrad und der Getriebewirkungsgrad erhöht und der Lagerverlust verringert.
Das Morozumi-Patent 737 definiert andererseits ξα> 1. Um der Forderung zu entsprechen, daß keine Eingriffsstörung auftritt, ist es entsprechend der vorstehend beschriebenen Formel (1) schwierig, den Kopfhöhenfaktor hk auf weniger als 0,6 zu verringern (wenn Zd gleich 1 oder 2 ist); es ist schwierig, die Differenz X der Profilverschiebungsfaktoren auf weniger als 0,5 zu verringern. Andererseits kann die vorliegende Erfindung ha < 0,5, X < 0,1 oder sogar X = 0 erfüllen. Da die Formel (1) von Morozumi k nicht definiert, wenn die Differenz Zd der Zähnezahl nicht 1 ist, so daß X = X&sub2; - X&sub1; > khk ist, hat diese Formel eine geringe substantielle Bedeutung, wenn Zd ungleich 1 ist. Wenn die Differenz der Zähnezahl Zd gleich 1 ist, definiert Morozumis Patent 737, daß K = 1 ist, so daß X&sub2; ≥ hk + X&sub1; oder X&sub2; - X&sub1; > hk oder X ≥ hk erhalten werden. Es ist notwendig herauszustellen, daß, wenn die Differenz Zd der Zähnezahlen gleich 1 ist, unter der Bedingung, daß die Räder Geradverzahnungs- Stirnräder (β = 0) sind, ξβ> 1 ist und keine Eingriffsstörung auftritt (was durch Morozumi definiert ist), der bevorzugte Bereich der Parameter zum Erhöhen des Wirkungsgrades X = 0,5 bis 0,55, ha = 0,55 bis 0,6, d.h. 0,5< X< hk< 0,6 (wobei hk ha ist) und X = hk - 0,05 ist. Somit kann die Formel (1) von Morozumi nicht in einem effektiven Bereich vorliegen, um X < 0,5 zu verringern, wie es durch die Eingriffsstörungsbedingung begrenzt ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile des Standes der Technik überwunden, indem der Absolutwert X der Differenz der Profilverschiebungsfaktoren auf weniger als 1 oder gleich 1, vorzugsweise Null, unter den Bedingungen wirksam verringert wird, daß die Gesamtüberdeckung relativ hoch ist und die Eingriffsstörung beseitigt ist, wodurch der Eingriffs- und der Getriebewirkungsgrad stark erhöht sind.
Um diese Aufgabe zu lösen, sieht die Erfindung ein Radpaar vor, das eine geringe Zähnezahldifferenz hat. Die bevorzugte Anordnung weist ein Evolventen-Innenradpaar auf, das ein inneres Rad bzw. Innenrad und ein äußeres Rad bzw. Außenrad aufweist und einen Referenz-Schrägungswinkel β, der β> 0 erfüllt, eine Sprungüberdeckung ξβ hat, die ξβ> 0 erfüllt, wobei das Radpaar einen Profilverschiebungsfaktor bzw. Kopfhöhenfaktor ha, eine Profilüberdeckung ξα und eine Gesamtüberdeckung ξ hat, die ha < 0,55, ξα < 1 und ξ =ξα + ξβ ≥ 0,7 genügen, und die Beziehung zwischen der Differenz der Zähnezahl Zd des Innenrads und des Außenrads, der Absolutwert der Differenz x der Profilverschiebungsfaktoren des Innenrads und des Außenrads (X = X&sub2; - X&sub1;) und der Kopfhöhenfaktor ha der folgenden Tabelle genügen:
wobei vorzugsweise die Gesamtüberdeckung ξ des Radpaares ξ = ξα +ξβ ≥ 1 erfüllt.
Es wird ferner bevorzugt, daß die Differenz X der Profilverschiebungsfaktoren, des Profilverschiebungsfaktors X&sub2; des Innenrads und X&sub1; des Außenrads die folgende Beziehung erfüllen: X = 0, X&sub2; ≥ 0 und X&sub1; ≥ 0. Außerdem liegt der Referenz-Schrägungswinkel β vorzugsweise im Bereich von ungefähr 1º bis ungefähr 14º, wenn das Radpaar schrägverzahnt ist, und von ungefähr 25º bis ungefähr 60º, wenn das Radpaar ein Doppelschrägverzahnungs-Stirnradpaar ist.
Es ist ebenfalls wunschenswert, daß der Profilwinkel a (oder der Pressungswinkel in einem Referenzkreis) die folgende Beziehung erfüllt:
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Radpaar vorgesehen, daß eine geringe Zähnezahldifferenz hat, wobei das Radpaar ein Evolventen-Innenradpaar ist und ein inneres Rad bzw. Innenrad und ein äußeres Rad bzw. Außenrad aufweist, so daß das Radpaar einen Referenz-Schrägungswinkel β, der β = 0, erfüllt, eine Sprungüberdeckung ξ β, die ξβ = 0 erfüllt, eine Gesamtüberdeckung ξ , die ξ = ξα + ξβ ≥ 0,7 erfüllt, eine Zähnezahldifferenz Zd zwischen dem Innenrad und dem Außenrad, die Zd = 4 bis 6 genügt, und einen Absolutwert X der Differenz der Profilverschiebungsfaktoren hat, der X < 0,05 erfüllt, und wobei ein Kopfhöhenfaktor ha ha = 0,35 bis 0,6 erfüllt. Es ist außerdem vorzuziehen, daß der Absolutwert X der Differenz der Profilverschiebungfaktoren gleich Null ist.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung, ist ein Radpaar vorgesehen, das eine niedrige Zähnezahldifferenz hat, wobei das Radpaar ein Evolventen-Außenradpaar ist, und ein inneres Rad und ein äußeres Rad aufweist, so daß das Radpaar einen Referenz-Schrägungswinkel β, der β > 0 erfüllt, eine Sprungüberdeckung ξβ, die ξβ > 0 erfüllt, eine Profilüberdeckung ξα, die ξα < 1 erfüllt, eine Gesamtüberdeckung ξ , die ξ = ξα + ξβ > 1 erfüllt, einen Kopfhöhenfaktor ha, der ha = 0,1 bis 0,5 erfüllt, und einen Absolutwert X der Differenz der Profilverschiebungsfaktoren hat, der X < 0,1 erfüllt.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Zahnradgetriebe-Antrieb vorgesehen, bei dem ein Evolventen- Innenradpaar verwendet wird, das eine geringe Zähnezahldifferenz hat, wobei der Getriebeantrieb ein linkes Gehäuse oder einen linke Umhüllungsabschnitt und ein rechtes Gehäuse oder einen rechten Umhüllungsabschnitt, ein einstückiges oder zusammengebautes Rad mit zwei Zahnkränzen hat, das sich aus zwei koaxialen Außenzahnrad-Zahnkränzen zusammensetzt, wobei sich der eine radial außerhalb des anderen befindet und wobei das Rad mit zwei Zahnkränzen über Lager am außermittigen Abschnitt einer exzentrischen Welle gelagert ist. Die zwei Zahnkränze des Rads mit zwei Zahnkränzen stehen mit einem Innenzahnrad mit ortsfester Achse, das im linken Gehäuse befestigt ist, und einem drehbaren Innenzahnrad mit ortsfester Achse in Eingriff, das über Niedriggeschwindigkeitslager am rechten Gehäuse angebracht ist. Die exzentrische Welle wird durch Hochgeschwindigkeitslager am linken Gehäuse gestützt und wirkt durch diese ebenfalls mit einer Abtriebswelle zusammen; somit sind zwei Radpaare ausgebildet, wobei zumindest eines der Radpaare die folgenden Parameter hat: Kopfhöhenfaktor ha < 0,55, Profilüberdeckunng ξα < 1, Gesamtüberdeckung ξ =ξα + ξβ ≥ 0,7, und die Beziehungen zwischen der Zähnezahldifferenz Zd, der Differenz X der Profilverschiebungsfaktoren des Innenrads und des Außenrads und der Kopfhöhenfaktor ha der folgenden Tabelle genügen:
Vorzugsweise sind die zwei Radpaare Schrägverzahnungsräder, wobei die zwei Außenzahnrad-Zahnkränze den gleichen Sinn und die zwei Innenzahnrad-Zahnkränze den gleichen Sinn haben. Es wird ferner bevorzugt, daß die zwei Zahnkränze jedes Radpaares Zahnbreiten haben, die sich zumindest teilweise axial überdecken. In dieser Verbindung ist es am stärksten zu bevorzugen, daß die Mittelpunkte der Zahnbreiten der zwei Zahnkränze jedes Paares sich axial überdecken.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Bei einem herkömmlichen Planetengetriebe mit einer kleinen Zähnezahldifferenz weisen die an die Planetenlager angelegten Lasten die Umfangskraft am Teilkreis des in Eingriff stehenden Radpaares (Tangentialkomponente der Eingriffskraft) auf. Beim Doppelinnenrad-Planetengetriebe, bei dem das Rad mit zwei Zahnkränzen der Erfindung Verwendung findet, sind die Umfangskräfte, die jeweils an den inneren und den äußeren Zahnkranz des Rads mit zwei Zahnkränzen angelegt werden, entgegengesetzt zueinander; nur ihre Differenz und die Radialkomponente der Eingriffskraft wirken zusammen an den Planetenlagern, was die Last an den Planetenlagern stark verringert. Somit kann die Lebensdauer um das Vier- bis Zwölffache erhöht werden; der Energieverlust in den Lagern verringert sich um zwei Drittel und die Lastkapazität des Getriebes erhöht sich.
Um die Last an den Planetenlagern zu verringern, kann für das Innenradpaar mit Evolventen-Zahnprofil und geringer Zähnezahldifferenz ein relativ kleiner Profilwinkel α verwendet werden. Die Festigkeit des Rads ist natürlich aufgrund des Inneneingriffs, der geringen Zähnezahldifferenz, der relativ großen Zähnezahl und der großen Anzahl an gleichzeitig in Eingriff stehenden Zähnen ausreichend. Um die Grenzen bei der Verringerung des Winkels α, die durch Unterschnitt, Flankenprofil-Eingriffsstörung und Festigkeit bedingt sind, zu erweitern, kann der Kopfhöhenfaktor ha stark verringert werden (gewöhnlich auf weniger als 0,5); die positive Profilverschiebung kann durch eine Profilverschiebungs-Differenz bzw. Profilverschiebungsfaktor-Differenz von 0 erreicht werden. Natürlich können die Profilverschiebungsfaktoren sowohl des inneren als auch des äußeren Rades gleich Null sein; der Profilwinkel α kann auf weniger als 20º (bis 6º) verringert sein; 6 bis 14º sind ein besonders wichtiger Bereich. Mit einem Anwachsen des Winkels α verringert sich die Radialkomponente der Eingriffskraft, die auf die Planetenlager wirkt; der Überdeckungsgrad erhöht sich und die Eingriffswirkungsgrad verbessert sich. Beim Doppelinnenrad-Planetengetriebe mit einem Rad mit zwei Zahnkränzen ist die Radialkomponente der Eingriffskraft die Hauptkraft, die auf die Planetenlager wirkt. Daher ist der kleine Profilwinkel von besonderer Bedeutung.
Um den Eingriffswirkungsgrad des Zahnradgetriebes, insbesondere des Planetengetriebes mit kleiner Zähnezahldifferenz, zum Beispiel des Getriebes mit einem Rad mit zwei Zahnkränzen, weiter zu erhöhen, und die Eingriffsstörung des Radpaares mit geringer Zähnezahldifferenz, das sich aus dem Rad mit zwei Zahnkränzen und seinen Gegenstücken zusammensetzt, zu verhindern, weist das Zahnradgetriebe mit hohem Wirkungsgrad entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, Lager und besonders kurz gezahnte Evolventenzahnräder auf.
Wenn die besonders kurz gezahnten Räder Schrägverzahnungsräder sind, ist ihre Gesamtüberdeckung ξ = Profilüberdeckung ξα + Sprungüberdeckung ξβ. Wenn abgesichert ist, daß die Differenz X zwischen der Profilverschiebung bzw. dem Profilverschiebungsfaktor X&sub2; des inneren Rades und der Profilverschiebung bzw. dem Profilverschiebungsfaktor X&sub1; des äußeren Rades des Innenradpaares Null ist oder ihr Absolutwert nicht größer als 0,1 ist, kann der Eingriffswirkungsgrad gewöhnlich erhöht werden, indem ξα verringert wird. Nachdem ξα verringert ist, wird ξβ des Schrägverzahnungsrads erhöht, um ξ ≥1 (normalerweise gleich 1) zu gestalten. Unter einigen ungebräuchlichen Bedingungen, bei denen der Einfluß der Mehrzahnberührung des innen in Eingriff stehenden Radpaares bzw. Innenradpaares mit geringer Zähnezahldifferenz berücksichtigt werden sollte, ist es angemessen, ξ ≥0,7 zu gestalten; eine solche Lösung kann ebenfalls verwendet werden, um den Eingriffswirkungsgrad des außen in Eingriff stehenden Evolventen-Radpaares bzw. Evolventen-Außenradpaares zu erhöhen. Im Fall des Außenradpaares kann ha auf weniger als 0,5 bis 0,1 verringert werden und gleichzeitig ξβ erhöht werden (z.B. durch das Erhöhen von β und der Zahnbreiten und die Verringerung der Module, usw.), um ξ ≥1 zu gestalten. Eine detaillierte Analyse des Innenradpaares wird wie folgt vorgenommen: Die Prozeduren zur Berechnung von ξα und ξβ sind bekannt. ξα kann auf die gleiche Weise wie der Kopfhöhenfaktor ha verringert werden, um die mögliche Profileingriffsstörung zu vermeiden, wenn die Zähnezahldifferenz zwischen dem inneren und dem äußeren Rad sehr gering ist. Die optimalen Parameter sollen im folgenden Bereich ausgewählt werden: X ≤ 0,1, vorzugsweise X = X&sub2;-X&sub1; = 0, X&sub1;≥0 X&sub2;≥0, der Teilkreis-Schrägungswinkel β = 1º 14º (Schrägverzahnungsrad) und β = 25º 60º (Doppelschrägverzahnungs-Stirnrad), während bei der Zähnezahldifferenz zd = 1 ha = 0,06 0,2 ist, während bei Zd = 2 ha = 0,2 0,35, ha < 0,2 ebenfalls gestattet sind, während bei Zd= 3 oder 4ha gewöhnlich nicht größer als 0,5 ist; der Profilwinkel kann wie vorstehend genannt verringert werden; zwischen 14º und 25º ist bevorzugt, wenn die Zähnezahldifferenz 1 ist. Nachdem ha verringert ist, ist die Herstellungsgenauigkeit entsprechend zu erhöhen.
Unabhängig davon, ob das Rad mit zwei Zahnkränzen verwendet wird oder nicht, müssen, wenn Schrägverzahnungsräder beim Doppelinnenrad-Planetengetriebe verwendet werden, die Schrägverzahnungen der zwei Innenradpaare gleiche Ausrichtung haben, entweder beide nach links oder beide nach rechts, um die auf die Planetenlager wirkenden Axialkräfte auszugleichen. Wenn Geradverzahnungsräder verwendet werden, ist die optimale Zähnezahldifferenz 4, 5 oder 6, ha ist 0,35 0,6, der Profilverschiebungsfaktor muß X ≤ 0,05 genügen, vorzugsweise X = 0.
Die vorliegende Erfindung sieht ebenfalls ein Zahnradgetriebe mit hohem Wirkungsgrad vor, das eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, Lager, das Rad mit zwei Zahnkränzen und zumindest ein Paar von besonders kurz gezahnten Rädern aufweist, dadurch gekennzeichnet wie oben, was den Wirkungsgrad des Zahnradgetriebes stark verbessert.
Weitere Einzelheiten, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele und der bevorzugten Verfahren zur Umsetzung der Erfindung deutlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ein besseres Verständnis des Zahnradgetriebes mit hohem Wirkungsgrad dieser Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen möglich, in denen:
Fig. 1 eine Schnittansicht des Rades mit zwei Zahnkränzen entsprechend der Erfindung ist und
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des Doppelinnenrad-Getriebes mit hohem Wirkungsgrad mit einem Rad mit zwei Zahnkränzen entsprechend der Erfindung ist.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Als ein neuer Typ von Radstruktur, der im Zahnradgetriebe mit hohem Wirkungsgrad entsprechend der Erfindung verwendet wird, setzt sich ein Rad (5) mit zwei Zahnkränzen (Fig. 1) aus zwei Zahnkränzen (1, 2) und einer Stirnplatte (3) zusammen, die koaxial zusammengebaut sind. Das Rad (5) mit zwei Zahnkränzen hat eine ringförmige Doppelschichtstruktur, die sich aus einem Zahnkranz (1) zusammensetzt, der außerhalb eines Zahnkranzes (2) koaxial angeordnet ist. Beide Zahnkränze (1, 2), die unterschiedliche Zähnezahlen haben, sind an der gleichen Seite einer Stirnplatte (3) koaxial befestigt. Die gemeinsame Achse von diesen ist die Achse des Rads (5) mit zwei Zahnkränzen. Ein Bolzen (4) verbindet diese. Andere Verbindungsverfahren können ebenfalls verwendet werden. Einer der Zahnkränze kann mit der Stirnplatte einstückig ausgebildet sein, um die Herstellung zu vereinfachen; wenn es bei der Zahnrad-Herstellungs-Technologie möglich ist, können beide Zahnkränze mit der Stirnplatte einstückig ausgebildet werden. Andere Verfahren zum Verbinden der zwei Zahnkränze entsprechend der Erfindung können verwendet werden, wenn die Eigenschaften des Rads mit zwei Zahnkränzen entsprechend der Erfindung erlangt werden können. Die Vertikalprojektionen der Mittellinien der Zahnbreiten der zwei koaxialen Zahnkränze des Rads mit zwei Zahnkränzen auf die Achse des Rads mit zwei Zahnkränzen müssen miteinander in einem Punkt zusammenfallen, d.h., daß der Abstand der Projektionen der Mittellinien der Zahnbreiten der zwei koaxialen Zahnkränze in Axialrichtung des Rads mit zwei Zahnkränzen Null sein muß. Wenn im Herstellungsprozeß in der Praxis der Abstand nicht Null ist, darf dieser nicht größer als 3/4 der minimalen Zahnbreite des gleichen Rads mit zwei Zahnkränzen, vorzugsweise nicht größer als 1/10 sein. Zumindest die Zahnbreiten der zwei Zahnkränze des Rads mit zwei Zahnkränzen fallen in Radialrichtung teilweise zusammen; ihre Projektionen auf die gemeinsame Achse fallen miteinander zusammen. Die Zahnkränze des Rads mit zwei Zahnkränzen müssen beide Außenräder oder Innenräder sein. Zur Verringerung des Volumens sind Außenräder vorteilhaft.
Das Rad mit zwei Zahnkränzen ist hauptsächlich auf das Doppelinnenrad-Getriebe beim Planetengetriebe anwendbar, d.h. auf das Planetengetriebe, das sich aus zwei Innenradpaaren zusammensetzt. Eine Grundstruktur des Doppelinnenrad-Getriebes, das mit dem Rad mit zwei Zahnkränzen versehen ist, ist in Fig. 2 gezeigt. Das Rad 5 mit zwei Zahnkränzen (das in der Fig. als ein einstückiges Rad gezeigt ist) ist über Planetenlager 8a und 8b in außermittiger Lage der exzentrischen Welle 7 angebracht, die mit der Antriebswelle (16) einstückig ausgebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind beide Zahnkränze des Rads mit zwei Zahnkränzen Außenzahnräder. Der äußere von diesen steht mit einem Innenzahnrad 11b mit ortsfester Achse, das im linken Gehäuse 11a befestigt ist, in Eingriff, während das innere mit einem sich drehenden Innenzahnrad 6b mit ortfester Achse in Eingriff steht, das mit einer Niedriggeschwindigkeitswelle, d.h. einer Abtriebswelle 6a, einstückig ausgebildet oder zusammengebaut ist. Die Welle 6a verbleibt über Niedriggeschwindigkeitslager 10a und 10b am rechten Gehäuse 12. Die exzentrische Welle 7 verbleibt über Hochgeschwindigkeitslager 9a und 9b am linken Gehäuse 11a und an der Abtriebswelle 6a. 14 und 15 sind Öldichtungen. 13 ist ein Befestigungsbolzen. Das Ausgleichgewicht und andere Teile, die gewöhnlich verwendet werden, an dieser Stelle jedoch ohne besondere Bedeutung sind, sind in Fig. 2 nicht gezeigt. Das kinematische Prinzip dieses Mechanismus ist das gleiche wie das des Doppelinnenrad-Planetengetriebes. Wenn sich die exzentrische Welle 7 mit hoher Geschwindigkeit dreht, treibt diese das Rad 5 mit zwei Zahnkränzen an, das mit den Innenzahnrädern (11b und 6b) mit ortsfester Achse in Eingriff steht, um eine Planetenbewegung auszuführen. Das Innenzahnrad 6b mit ortsfester Achse treibt die Abtriebswelle 6a an, damit diese sich langsam dreht. Es ist festzuhalten, daß die Position des Rads 5 mit zwei Zahnkränzen, die in Fig. 2 gezeigt ist, die Position ist, in der sich dieses im höchsten Punkt bewegt. Der Abstand zwischen der Innenfläche des äußeren Zahnkranzes des Rads mit zwei Zahnkränzen und der Außenfläche des Rads 6b mit ortsfester Achse, das mit dem inneren Zahnkranz des Rads mit zwei Zahnkränzen in Eingriff steht, muß im Fall, daß sich der außermittige Mittelpunkt der exzentrischen Welle 7 in der höchsten Position befindet, d.h. der in Fig. 2 gezeigte Abstand b, größer als das Doppelte des Versatzes a betragen. Das Innenrad 11b mit ortsfester Achse kann getrennt ausgebildet werden und dann mit dem linken Gehäuse 11a verbunden werden. Das Verfahren zur Berechnung des Übersetzungsverhältnisses und des Wirkungsgrades des Doppelinnenrad-Planetengetriebes ist bekannt.
Der Entwurf und die Berechnung des Innenradpaares mit geringer Zähnezahldifferenz wurden in vielen Abhandlungen vorgestellt. Für eine Wiederholung besteht keine Notwendigkeit. Es muß herausgestellt werden, daß eine Winkelverschiebung mit einem relativ großen X-Wert im Stand der Technik immer verwendet wurde, um den Hauptbedingungen der Profileingriffsstörung und des Profilüberdeckungsgrades gerecht zu werden, während eine geringe Zähnezahldifferenz, insbesondere eine Differenz von 1 bis 2 Zähnen erreicht wird. Es ist schwierig, den Eingriffswirkungsgrad des Innenradpaares mit geringer Zähnezahldifferenz zu verbessern. Mit dem Verfahren zum Optimieren der Parameter in der Erfindung können der Inneneingriff mit einer Zähnezahldifferenz von 1 bis 2 Zähnen und die Winkel-Nichtverschiebung umgesetzt werden, während alle beschränkenden Bedingungen erfüllt werden, um einen hohen Eingriffswirkungsgrad zu erreichen. Zum Beispiel wird angenommen, daß der Profilwinkel α = 14,5º, β = 6º, die Zähnezahl des Außenrads Z&sub1; = 87, die Zähnezahl des Innenrads Z&sub2; = 89, X&sub1; = X2 = 0, ha = 0,1, die Zahnbreite b = 80mm und der Modul m = 3,5 sind; mit dem bekannten Berechnungsverfahren erhalten wir: &epsi;α = 0,26, &epsi;β = 0,76, &epsi;γ = 1,02. Der Wert des Profilüberdeckung-Eingriffsstörung-Anzeigeparameters ist Gs = 0,0172. Bei Verwendung beim Doppelinnenrad-Planetenuntersetzungsgetriebe mit einem Untersetzungsverhältnis von i = 1000 machen seine Verluste nur 9% von dem nach dem Verfahren der Winkelverschiebung aus. Der Eingriffswirkungsgrad des in Eingriff stehenden Radpaares beträgt ungefähr 0,9916.
Wenn vor dem Doppelinnenrad-Planetengetriebe mit einem Rad mit zwei Zahnkränzen eine vorgeschaltete Untersetzungsstufe vorgesehen ist, um ein kombiniertes Getriebe vorzusehen, können weitere Vorteile erreicht werden, die bei getrenntem Betrieb unmöglich sind. Ihr Eingriffs- und Lagerverlust und ihr hydraulischer Verlust verringern sich, der Festigkeitszustand verbessert sich, so daß die Lastkapazität ansteigt, sich die Temperatur erhöht, die Vibrationen und die Geräusche verringern und das Volumen verkleinert werden kann. Da das Planetengetriebe mit einer geringen Zähnezahldifferenz den Vorteil eines großen Drehmoments am Abtriebsende, das auf seine Hochgeschwindigkeitsteile (d.h. die Lager usw.) wirkt, hat und da das Doppelinnenrad-Planetengetriebe mit einem Rad mit zwei Zahnkränzen gewöhnlich einfach exzentrisch ist, ist sein Dynamikausgleich nicht einfach zu erhalten. Sein Ölpegel ist relativ hoch, was einen größeren hydraulischen Verlust verursacht. In diesem Fall ist zum Erhöhen des Wirkungsgrades und der Verbesserung der Übertragungs-Qualität die Verringerung der Antriebsgeschwindigkeit ziemlich vorteilhaft. Das hohe Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes mit geringer Zähnezahldifferenz kann den Widerspruch zwischen Übersetzungsverhältnis der Vorstufe und Volumen, Festigkeit und Wirkungsgrad stark vermindern. Die optimale Kombination des Getriebes ist folgende: Die Vorstufe setzt sich aus einem Planetengetriebe mit mittlerem Sonnenrad zusammen, das eine abgewandelte Form von denen mit einer befestigten Planeten-Zahnstange (planetary rack) und einem Abtriebs-Innenrad ist. Die Haupt-Untersetzungsstufe ist ein Doppelinnenrad-Planetengetriebe mit einem Rad mit zwei Zahnkränzen. Gute Ergebnisse können bei anderen Planetengetrieben mit geringer Zähnezahldifferenz erhalten werden, wenn diese mit einem vorgeschalteten Untersetzungsstufe ausgerüstet sind, insbesondere der vorgeschalteten Untersetzungsstufe, die sich aus einem Planetengetriebe mit einem mittleren Sonnenrad zusammensetzt.

Claims

1. Evolventen-Innenradpaar, das ein inneres Rad und ein äußeres Rad aufweist und einen Teilkreis-Schrägungswinkel β, der β > 0 erfüllt, und eine Sprungüberdeckung &epsi;β hat, die &epsi;β > 0 erfüllt, wobei das Radpaar einen Profilverschiebungsfaktor ha*, eine Profilüberdeckung &epsi;α und eine Gesamtüberdeckung &epsi;γ hat, die ha* < 0,55, &epsi;α < 1 und &epsi;γ = &epsi;α + &epsi;β ≥ 0,7 erfüllen, und die Beziehung zwischen der Differenz der Zähnezahl Zd zwischen dem inneren Rad und dem äußeren Rad, der Differenz der Profilverschiebungen X zwischen dem inneren Rad und dem äußeren Rad (X = X&sub2;-X&sub1;) und dem Profilverschiebungsfaktor ha* die folgende Tabelle erfüllt:

2. Radpaar nach Anspruch 1, wobei die Gesamtüberdeckung &epsi;γ &epsi;γ = &epsi;α + &epsi;β ≥ 1 erfüllt.

3. Radpaar nach Anspruch 2, wobei die Differenz der Profilverschiebungen x, die Profilverschiebung des inneren Rads X&sub2; und des äußeren Rads X&sub1; die folgende Beziehung erfüllen:

X = 0, X&sub2; ≥ 0 und X&sub1; ≥ 0.

4. Radpaar nach Anspruch 2, wobei das Radbauteil ein Schrägverzahnungsradpaar ist und der Teilkreis-Schrägungswinkel β gleich 1º bis 14º ist.

5. Radpaar nach Anspruch 2, wobei das Radpaar ein Doppelschrägverzahnungs-Stirnradpaar ist und der Teilkreis-Schrägungswinkel β gleich 25º bis 60º ist.

6. Radpaar nach Anspruch 2, wobei das Radpaar einen Profilwinkel α hat, der die folgende Beziehung erfüllt:

7. Evolventen-Innenradpaar, das ein inneres Rad und ein äußeres Rad aufweist, wobei das Radpaar einen Teilkreis- Schrägungswinkel β, der β=0 erfüllt, eine Sprungüberdeckung &epsi;β, die &epsi;β=0 erfüllt, eine Differenz der Profilverschiebungen X zwischen dem inneren Rad und dem äußeren Rad, die X < 0,05 erfüllt, und einen Profilverschiebungsfaktor ha* hat, der ha* = 0i35 bis 0,6 erfüllt.

8. Radpaar nach Anspruch 7, wobei die Differenz der Profilverschiebungen X gleich Null ist.

9. Evolventen-Außenradpaar, das ein inneres Rad und ein äußeres Rad aufweist und einen Teilkreis-Schrägungswinkel β, der β > 0 erfüllt, und eine Sprungüberdeckung &epsi;β hat, die &epsi;β > 0 erfüllt, wobei das Radpaar einen Profilverschiebungsfaktor ha*, eine Profilüberdeckung &epsi;α und eine Gesamtüberdeckung &epsi;γ und eine Differenz der Profilverschiebungen X zwischen den zwei Rädern des Radpaares hat, die &epsi;α < 1 und &epsi;γ = &epsi;α + &epsi;β > 1, ha* = 0,1 bis 0,5 und X ≤ 0,1 erfüllen.

10. Zahnradgetriebe mit hohem Wirkungsgrad unter Verwendung des Evolventen-Radpaars nach Anspruch 1, das ein linkes Gehäuse (11a) und ein rechtes Gehäuse (12) und ein einstückiges Rad (5) mit zwei Zahnkränzen aufweist, das sich aus zwei koaxialen, radial angeordneten Außenzahnrad-Zahnkränzen (1, 2) zusammensetzt, wobei sich einer (1) der Zahnkränze außerhalb des anderen Zahnkranzes (2) befindet, das Rad (5) mit zwei Zahnkränzen über Lager (8a, 8b) an der außermittigen Lage der exzentrischen Welle (7) angebracht ist, wobei die zwei Zahnkränze (1, 2) des Rads (5) mit zwei Zahnkränzen mit einem Innenzahnrad (11b) mit ortsfester Achse, das im linken Gehäuse (11a) befestigt ist, bzw. einem drehbaren Innenzahnrad (6b) mit ortsfester Achse, das über Niedriggeschwindigkeits- Lager (10a, 10b) im rechten Gehäuse (12) angebracht ist, in Eingriff stehen und sich die exzentrische Welle (7) über Lager (9a, 9b) am linken Gehäuse (11a) bzw. an der Abtriebswelle (6a) stützt, womit zwei Radpaare (1, 11b und 2, 6b) ausgebildet sind, wobei zumindest ein Radpaar der Radpaare (1, 11b und 2, 6b) einen Profilverschiebungsfaktor ha*, eine Profilüberdeckung &epsi;α und eine Gesamtüberdeckung &epsi;γ hat, die ha* < 0,55, &epsi;α < 1 und &epsi;γ = &epsi;α + &epsi;β ≥ 0,7 erfüllen, und die Beziehung zwischen der Differenz der Zähnezahl Zd zwischen dem inneren Rad und dem äußeren Rad, der Differenz der Profilverschiebungen X zwischen dem inneren Rad und dem äußeren Rad (x = x&sub2;-x&sub1;) und dem Profilverschiebungsfaktor ha* die folgende Tabelle erfüllt:

11. Zahnradgetriebe nach Anspruch 10, wobei die zwei Radpaare (1, 11b und 2, 6b) Schrägzahnräder sind und die zwei Zahnkränze (1, 2) sowie die zwei Innenzahnräder (11b, 6b) gleichen Sinn haben.

12. Zahnradgetriebe nach Anspruch 10, wobei die zwei Zahnkränze (1, 2) Zahnbreiten haben, die einander axial überdecken.

13. Zahnradgetriebe nach Anspruch 12, wobei die Mittelpunkte der Zahnbreiten der zwei Zahnkränze (1, 2) zusammenfallen.