DE10124305A1

DE10124305A1 - Werkstückantrieb einer Zahnflankenwälzschleifmaschine

Info

Publication number: DE10124305A1
Application number: DE10124305A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Thyssen
Original assignee: Reishauer AG
Current assignee: Reishauer AG
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2001-05-17
Publication date: 2002-11-21
Also published as: US20020182990A1; ITMI20020932A0; ITMI20020932A1; US6979253B2; JP2003039239A

Abstract

Der Getriebestrang des Werkstückantriebs einer Maschine zum kontinuierlichen Schleifen von Getrieberädern, bei dem mittels nicht ganzzahliger Übersetzung zwischen Werkstückspindel (3) und Antriebsmotor (4) sowie eine hohe Zähnezahl des Stirnrads (6) auf der Werkstückspindel (3), hohe ganzzahlige Profil- und Sprungüberdeckung des Getriebestrangs und einen Dämpfungsring (7) auf der Werkstückspindel (3) tonale Störungen des ins Getriebe eingebauten Werkstücks vermieden werden.

Description

Die Erfindung betrifft die konstruktive Auslegung des Werkstück antriebs von Maschinen zum kontinuierlichen Wälzschleifen von Zahnrädern. Aufgrund ihrer im Zuge der technischen Entwicklung ständig gestiegenen Produktionsleistung und Fertigungsgenauig keit sowie den wachsenden Leistungs- und Qualitätsanforderungen insbesondere bei Fahrzeuggetrieben werden solche Maschinen zu nehmend in der industriellen Getriebefertigung zum Schleifen der Flanken vorverzahnter gehärteter Zahnräder eingesetzt. Die wich tigsten hiermit angestrebten Ziele sind eine hohe Belastbarkeit der Zahnflanken im Interesse einer kompakten gewichts- und raum sparenden Getriebebauweise und eine optimale Laufruhe, d. h. eine minimale Geräuschabstrahlung des Getriebes. Beides erfordert eine hochgenaue Einhaltung der gewünschten Flankenform.

Beim kontinuierlichen Wälzschleifen befinden sich die Schleif schnecke und die Verzahnung des zu schleifenden Zahnrads mitein ander in wälzendem Eingriff, wobei das Werkstück im Drehzahlver hältnis von Schleifschneckengangzahl zu Werkstückzähnezahl streng synchron zur kontinuierlichen Drehbewegung der Schleif schnecke gedreht wird. Jede Abweichung von dieser Synchronität führt zu Formabweichungen der Werkstückflanken und beeinträch tigt somit die Werkstückqualität.

Eine der schwer kontrollierbaren Quellen von Synchronitätsabwei chungen der Drehbewegungen von Schleifschnecke und Werkstück ist die Laufungleichförmigkeit des Werkstücks während des Schlei fens, verursacht durch den Zahneingriff des Antriebsritzels in das von ihm angetriebene Stirnrad auf der Werkstückspindel und die Drehmomentpulsation des Werkstückantriebsmotors. Die Folge hiervon ist im Fall der Zahneingriffstörung eine periodische Drehwinkelabweichung der Werkstückverzahnung mit der Ordnung der Stirnradzähnezahl und im Fall der Motorpulsation eine periodi sche Drehwinkelabweichung der Werkstückverzahnung mit der Ord nung der Motorpulsation, multipliziert mit dem Verhältnis der Stirnrad- zur Ritzelzähnezahl.

Geräuschuntersuchungen an montierten Getrieben haben gezeigt, dass im Falle einer ganzzahligen Übersetzung zwischen Motor und Werkstückspindel beide Störordnungen im Geräuschpegel des Ge triebes sowohl auf dem Prüfstand als auch im eingebauten Zustand im Fahrzeug als Ton deutlich hörbar sind, wobei die Frequenzen der beiden Töne der Ordnung des Stirnradzahneingriffs der Werk stückspindel bzw. der Pulsation des Spindelantriebsmotors exakt entsprechen. Dieser Effekt ist auch bei geringstmöglicher Motor pulsation und kaum mehr messbaren Drehwinkelfehlern des Stirn rads auf der Werkstückspindel noch vorhanden und erfordert zu seiner Beseitigung eine kostspielige Nachbearbeitung der Werk stückverzahnung durch Läppen oder Honen in einer zusätzlichen Bearbeitungsoperation, wodurch sich der Fertigungsaufwand erheb lich erhöht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Werkstück spindelantrieb einer Maschine zum kontinuierlichen Wälzschleifen von Zahnrädern vorzuschlagen, bei dem die Störfaktoren Motorpul sation und/oder Zahneingriff des Stirnrads der Werkstückspindel auch ohne Nachbearbeitung des Werkstücks im Fahrzeug als tonale Störung nicht mehr wahrnehmbar sind. Die Aufgabe wird mit den erfindungsgemässen Merkmalen der Patentansprüche gelöst. Nach folgend wird die Erfindung am Beispiel eines von einem Gleich strommotor angetriebenen einstufigen Werkstückspindelantriebs anhand von Fig. 1 näher beschrieben. Diese zeigt den Getriebe zug 1 in schematischer Darstellung.

Die um ihre Achse 2 drehbar gelagerte Werkstückspindel 3 wird vom Spindelantriebsmotor 4 mittels des Antriebsritzels 5 und des Stirnrads 6 auf der Werkstückspindel 3 synchron zur Drehung der Schleifschnecke angetrieben.

Bei der Bekämpfung tonaler Störungen aufgrund der Pulsation des Antriebsmotors macht die Erfindung sich die Erkenntnis zu Nutze, dass durch Störquellen der Maschine verursachte periodische Drehwinkelabweichungen der Werkstückspindel beim Schleifen des Getrieberads nur dann zu einem akustisch wahrnehmbaren Verzah nungsfehler des Werkstücks führen, wenn deren Frequenz ein ganz zahliges Vielfaches der Drehfrequenz der Werkstückspindel dar stellt. Dies wird erfindungsgemäss vermieden, indem das Überset zungsverhältnis zwischen dem Antriebsritzel 5 und dem Stirnrad 6 so gewählt wird, dass zwischen den von der Motorpulsation an der Werkstückspindel erzeugten Drehschwingungen zu keiner Zeit des Schleifdurchgangs Phasengleichheit besteht. Diese Forderung ist erfüllt, wenn das Drehzahlverhältnis i zwischen Ritzel 5 und Stirnrad 6 um den Betrag

grösser oder kleiner ist als das nächstliegende ganzzahlige von der Konstruktion der Maschine her erwünschte Übersetzungsver hältnis. Darin sind
s_min der unterer Grenzvorschub der Schleifschnecke parallel zur Werkstückspindelachse (2) während des Schlichtschleifens in mm/U des Werkstücks,
B die maximale Breite der zu schleifenden Werkstücke in mm
P die Anzahl Störmomentperioden des Antriebsmotors 4 pro Mo torumdrehung.

Durch diese Massnahme wird die Motorpulsation als tonale Störung im Getriebe bzw. Fahrzeug vollkommen unwirksam gemacht

Bei der Zahneingriffpulsation des Stirnrads 6 auf der Werkstück spindel 3 ist dies nur erreichbar bei schnell laufenden Getrie berädern, indem die Zähnezahl des Stirnrads 6 so hoch gewählt wird, dass die sich aus der Störordnung des Stirnrads und ge räuschkritischen Werkstückdrehzahlen im Getriebe ergebenden Störfrequenzen die menschliche Hörschwelle von ca. 16 kHz über steigt. Da nach einschlägigen Untersuchungen die kritischen Störfälle gerade bei Getrieberaddrehzahlen von über 3500 U/min auftreten, ist mit einer Zähnezahl des Stirnrads 6 von bei spielsweise mehr als 250 Zähnen für die gravierenden Fälle ein wirksames Mittel zur Vermeidung eines Störtons im Fahrzeug gege ben.

Zur Minimierung des durch den Zahneingriff des Stirnrads 6 ver ursachten Getriebestörtones auch bei niedrigen Laufdrehzahlen des Getrieberads unterhalb von 3500 U/min bei denen infolge der geringeren Erregerfrequenz auch die Drehschwingungsbeschleuni gungen und damit die Drehmomentamplituden niedriger liegen, ha ben sich in Versuchen neben einer sorgfältigen hochgenauen Schleifbearbeitung des Stirnrads 6 eine ganzzahlige Profil- und Sprungüberdeckung von 2 sowie in extremen Fällen ein Reibungs dämpfer auf der Werkstückspindel als wirksame Massnahmen erwie sen. Es handelt sich hierbei um einen auf dem Stirnrad 6 auflie genden und von ihr zentrisch geführten um die Achse 2 drehbaren Metallring 7, der auf seiner Auflagefläche mit einem Gleitbelag 8 versehenen ist. Die Dämpfungswirkung resultiert aus der rei bungsbehafteten Energie absorbierenden Relativdrehung zwischen Stirnrad 6 und Dämpfungsring 7 beim Auftreten von Drehschwingun gen am Stirnrad 6, denen der Dämpfungsring aufgrund seiner Massenträgheit nicht folgen kann. Der Gleitbelag 8 sorgt dafür, dass der Koeffizient der Gleitreibung zwischen Stirnrad 6 und Dämpfungsring 7 stets über dem der Haftreibung liegt.

Claims

1. Werkstückspindelantrieb einer Maschine zum kontinuierlichen Wälzschleifen von Getrieberädern mit einem mit einer Werk stückspindel (3) starr verbundenen Stirnrad (6), das von ei nem Ritzel (5) angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis (i) zwischen Ritzel (5) und Stirnrad (6) um annähernd den Betrag
von einer ganzzahligen Übersetzung nach oben oder unten ab weicht, wobei
s_min der untere Grenzvorschub der Schleifschnecke parallel zur Werkstückspindelachse (2) während des Schlicht schleifens in mm/U des Werkstücks,
B die maximale Breite der zu schleifenden Werkstücke in mm und
P die Anzahl Störmomentperioden des Antriebsmotors (4) pro Motorumdrehung sind.

2. Werkstückspindelantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnrad (6) eine Schrägverzahnung mit mindestens 250 Zähnen aufweist.

3. Werkstückspindelantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass das Stirnrad eine annähernd ganzzahlige Profil- und Sprungüberdeckung von mindestens dem Faktor 2 aufweist.

4. Werkstückspindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotationskörper mit einer Stirnfläche starr mit der Werkstückspindel (3) verbunden ist, und dass eine drehbar auf der Werkstückspindel (3) ko axial gelagerte Schwungmasse (7) mit einem Gleitbelag (8) auf der Stirnfläche aufliegt.

5. Werkstückspindelantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass der Gleitbelag (8) durch das Eigengewicht der Schwungmasse (7) und/oder durch Federkraft gegen die Stirn fläche vorbelastet ist, und dass vorzugsweise der Gleitrei bungskoeffizient des Gleitbelages (8) geringer ist als der Haftreibungskoeffizient.