DE3140712A1

DE3140712A1 - Bewegungsuebertrager

Info

Publication number: DE3140712A1
Application number: DE19813140712
Authority: DE
Inventors: Roger Paul Freeville N.Y. Butterfield
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Emerson Electric Co
Priority date: 1980-10-23
Filing date: 1981-10-14
Publication date: 1982-05-27
Also published as: JPS57101149A; DE3140712C2; GB2086001B; CA1161279A; JPS6211223B2; US4429595A; GB2086001A

Description

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Beschreibung:

; 1 Bewegungsübertrager, die verschiedene Kombinationen von konzentrisch und exzentrisch gelagerten und drehbaren Mittel verwenden, um unterschiedliche Drehzahlen zwischen Wellen zu erzeugen, sind bekannt. Bei vielen wird ein innen verzahntes Zahnrad und ein damit kämmendes exzentrisches Zahnrad verwendet, wobei die Zähne des exzentrischen Zahnrades mit einem Teil der Zähne des innen verzahnten Zahnrades kämmen, wenn das exzentrisch gelagerte Zahnrad eine Orbitalbewegung ausführt. Bei vielen dieser Bewegungsübertrager stehen relativ wenige Zähne in Lasteingriff, was die Drehmomentkapazität des Bewegungsübertragers einschränkt. Wegen der Gleitbewegung der Zähne kommt es zu Reibverlusten und einer Wärmeentwicklung, was Abnutzung und entsprechende Verringerung der Standzeit zur Folge hat.

Bei anderen Bewegungsübertragern wird ein exzentrisch gelager-

; tes Zahnrad verwendet, das mit in zylindrischer Anordnung vorgesehenen stationären Zapfen kämmt? die Hauptachse dieser zylindrischen Anordnung ist konzentrisch zu einer Welle, die einen Exzenter für das Zahnrad trägt. Bei diesem Bewegungsübertrager kommt es zu einer Gleitbewegung zwischen den festgelegten Zapfen und den Zähnen des Zahnrades, was erhöhte Reibung, Wärmeentwicklung und eine entsprechend verringerte Standzeit zur Folge hat. Auch stehen nur wenig Elemente in Lasteingriff, was die Drehmomentkapazität entsprechend einschränkt .

Bei einer neueren Entwicklung kämmen die Zähne eines außen verzahnten exzentrischen Zahnrades mit den Zapfen einer Kette, und die Kette folgt einer Taumelbahn, während das Zahnrad eine Orbitalbewegung ausführt„ Das Zahnrad hat mindestens einen Zahn weniger, als die Kette Zapfen hat. Die Kette bleibt im allgemeinen an einer Stelle? ihre Bewegung ist durch öffnungen begrenzt, in die die Kettenzapfen ragen, wobei die öffnungen in Platten angeordnet sind, die zumindest einen Teil des Gehäuses des Bewegungsübertragers bilden. Die exzentri=

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sehe Bewegung wird am Ausgang des Bewegungsübertragers in eine Drehbewegung umgewandelt, wie dies auch bei den anderen Bewegungsübertragern der Fall ist. Ein Vorteil des zuletzt beschrfe· benen Bewegungsübertragers besteht darin, daß der Eingriffsbereich sich über einen Bogen von ungefähr 90 erstreckt.

Die vorliegende Erfindung, die eine Weiterentwicklung eines solchen Bewegungsübertragers darstellt, ist in Anspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den UnteranSprüchen.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Träger vorgesehen, der mehrere in gleichem Abstand angeordnete Zapfen trägt; der Träger führt innerhalb eines stationären, innen verzahnten Ringrades eine Orbitalbewegung aus. Der Träger ist innerhalb einer treibenden Welle exzentrisch gelagert, so daß der Träger bei einer Drehung der treibenden Welle im wesentlichen um das innen verzahnte Zahnrad rollt. Die Zapfen rollen in und außer Eingriff mit den Zähnen des Zahnrades, im allgemeinen jeweils innerhalb eines Bogens von ungefähr 180 ; der für die Drehmomentübertragung ausgenutzte Eingriffsbereich erstreckt sich durch einen Bogen von ungefähr 90 . Der Träger führt eine Orbitalbewegung aus, und eine Kupplung wandelt die exzentrische Bewegung in eine reine Drehbewegung um, die dann auf eine getriebene Welle übertragen wird. Wenn die Anzahl der Zähne des Zahnrades größer ist als die Anzahl der Zapfen auf dem Träger, arbeitet der Bewegungsübertrager als Untersetzungsgetriebe, wobei das Untersetzungsverhältnis wie folgt ausgedrückt wird:

_N

Untersetzungsverhältnis = ,

N-M

worin bedeuten: N = Anzahl der Zapfen (bzw. Rollen) M= Anzahl der Zähne des Zahnrades.

Eine spezielle Zahnform, deren Gleichung weiter unten angegeben wird, schafft die Möglichkeit, daß jederzeit mehrere

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Zapfen und Zähne in Eingriff stehen, so daß ein Bewegungsübertrager mit einer hohen Drehmomentkapazität geschaffen wird.

Der Bewegungsübertrager kann auch als Drehzahlerhöher (übersetzungsgetriebe) arbeiten, in dem die beschriebenen Wellen in ihrer Funktion umgekehrt werden»

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert= Es zeigt;

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Bewegungsübertrager;

Fig_o 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig» 1; Fig» 3 eine Seitenansicht eines innen verzahnten Zahnrades für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Bewegungsübertrager ι

Fig. 4 und 5 Detailansichten des Trägers?

Fig» 6 eine vergrößerte Darstellung der Zahnform für das innen verzahnte Zahnrad;

Fig* 7 eine Darstellung der Beziehung zwischen Zapfen und Zahnrad, die bei der Erzeugung der Zahnform für das Zahnrad verwendet wird=

Der in Fig. 1 dargestellte Bewegungsübertrager 10 besitzt eine treibende Welle 12, die in Lagern 14 und 16 gelagert ist, sowie eine getriebene Welle 18, die in Lagern 20 und 22 gelagert ist. Die Lager 14, 20 und 22 werden von einem mehrteiligen Gehäuse 24 getragen, während das Lager 16 in eine Ausnehmung 26 der getriebenen Welle 18 angeordnet ist. Die Wellen 12, 18 sind koaxial zueinander.

Die Welle 12 ist mit einem Exzenter 28 versehen, auf dem mittels eines Lagers 30 ein Träger 32 gelagert ist, der in den Fig„ 4 und 5 im einzelnen dargestellt ist. Der Träger 32 ist auf dem Exzenter 28 frei drehbar gelagert und besteht aus einer kreisförmigen Platte 34, die mit einer Ringnut 36 versehen ist„ um zwei flanschartige Abschnitte

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38 und 40 zu bilden. Die flanschartigen Abschnitte 38 und 40 sind mit zueinander ausgerichteten, in gleichen Abständen angeordneten öffnungen 42 und 44 versehen, wobei jedes Paar zueinander ausgerichteter öffnungen einen Zapfen 46 aufnimmt und abstützt . Die Zapfen 46 können in öffnungen frei drehbar sein, oder sie können jeweils mit einer frei drehbaren Rolle 48 versehen sein. Mehrere radial gerichtete Ansätze 50 erstrecken sich vom Träger 32 (in Fig. 5 nicht zu sehen) und greifen an Ansätzen 52 an, die mit einem Ringkörper 54 verbunden sind. Der Ringkörper 54 ist in der gleichen Weise durch Ansätze mit der Welle 18 gekuppelt. Die Ansätze 50 und 52 gleiten bei einer Drehbewegung relativ zueinander; sie wandeln hierbei die exzentrische Bewegung des Trägers in eine Drehbewegung der getriebenen Welle um. Die gerade beschriebene Kupplungseinrxchtuncr ist im wesentlichen eine sogenannte Oldham-Kupplung zum Umwandeln einer Orbitalbewegung in eine Drehbewegung (d.h. den Abtrieb des Bewegungsübertragers) . Andere Kupplungen können verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse 24 aus zwei Teilen 56 und 58, und es stützt ein innen verzahntes Zahnrad 60 zwischen den Teilen ab. Der Teilkreis des Zahnrades 60, das in den Fig. 2 und 3 genauer dargestellt ist, ist konzentrisch zu den Achsen der Wellen 12 und 18. Das Zahnrad 60 besitzt mindestens einen Zahn 62 mehr, als Zapfen 46 vom Träger 32 getragen werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, stehen die Zapfen 46 (bzw. die Rollen 48) des exzentrisch gelagerten Trägers mit den Zähnen des Zahnrades 60 im wesentlichen über einen Bogen von ungefähr 180 in Eingriff, und der zur Drehmomentübertragung dienende Eingriffsbereich erstreckt sich mindestens über einen Bogen von ungefähr 90°.

Eine Drehbewegung der treibenden Welle 12 in einer Richtung hat eine Drehbewegung des Exzenters 30 zur Folge und bewirkt eine Orbitalbewegung des Trägers 32 in der entgegengesetzten

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- r-

Richtung. Die letztere Bewegung wird dadurch hervorgerufen, daß die Zapfen 46 und ihre Rollen 48 (falls solche vorgesehen sind) in und außer Eingriff mit Zähnen des stationären innen verzahnten Zahnrades 6 0 rollen. Allgemein gesprochen, werden die Zähne des Zahnrades von den Zapfen in einem Bogen von ungefähr 180° erfaßt; das Drehmoment wird jedoch durch die miteinander kämmenden Zapfen und Zähne über einen Bogen von ungefähr 90° übertragen.

Die Orbitalbewegung wird in die Drehbewegung der getriebenen Welle 18 durch die Kupplung umgewandelt, die aus den Ansätzen 50 und 52 sowie dem Ringkörper 54 besteht. Bei der beschriebenen Betriebsweise und bei einem Unterschied in der Anzahl der Zapfen und Zähne arbeitet der Bewegungsübertrager als Untersetzungsgetriebe; wenn die Funktionen der Wellen umgekehrt werden, d.h. wenn die Welle 18 angetrieben wird, arbeitet der Bewegungsübertrager als übersetzungsgetriebe.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das innen verzahnte Zahnrad aus zwei Teilen hergestellt sein, wodurch der Zusammenbau des Bewegungsübertragers erleichtert wird. Das Gehäuse kann als Sumpf für Schmieröl verwendet werden? jeder Zapfen taucht bei jeder Umdrehung in den Sumpf, wodurch eine ausreichende Schmierung des Bewegungsübertragers in allen Betriebszuständen sichergestellt wird.

Eine hohe Drehmomentkapazität kann bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Bewegungsübertrager durch die Wahl der Zapfen« größe und der Baumaterialien erreicht werden; das heißt größere Zapfen und Material größerer Festigkeit sorgen für eine größere Drehmomentkapazität.

Ein wichtiges Merkmal besteht in der Form der Zähne 62 des innen verzahnten Zahnrades 60. Die Zahnform wird dadurch erzeugt, daß von einer Gruppe von Punkten gleiche Radien gezogen werden. Diese Punkte stellen den Mittelpunkt eines Zapfens in unterschiedlichen Stellungen dar, die er innerhalb der Zahnform einnimmt„ Fig. 6 zei.gt die Zahnform in

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größerem Maßstab als Fig. 3 und veranschaulicht außerdem die Kurve des Zapfenmittelpunktes, wie erwähnt:

Wenn X, Y-Koordinaten verwendet werden (vergl. Fig. 7), wer den die Koordinaten der Zapfenmittelpunkte für die typische Zahnform aus den folgenden Formeln abgeleitet:

X = E cos C + F cos ( Γ- - 11 χ C)

^k B ^J

Y = E sin C-F sin ([- - l] χ C)

^UB ^J

Hierin bedeuten:

A = Anzahl der Zähne des Zahnrades
B= Anzahl der Zapfen und/oder Rollen E = Exzentrizität der treibenden Welle F = Teilkreisradius des Trägers
C = Winkel des Zapfens relativ zur Exzentrizität.

Die Zahnform wird in der Weise hergestellt, daß eine Linie gezogen wird, die an allen Stellen den gleichen Abstand von der erzeugten Kurve des Zapfenmittelpunktes (wie in Fig.6 gezeigt) hat. Die minimalen und maximalen Werte des Winkels C sind festgelegt, so daß ein ausreichender Zwischenraum zwischen den Zähnen und den Zapfen bzw. Rollen auf dem Außereingriffsabschnitt des Bewegungsübertragers vorhanden ist.

Leerseite

Claims

^j Patentansprüche

: π.jBewegungsübertrager, gekennzeichnet durch eine treiben-' de Welle (12), eine dazu koaxiale getriebene Welle (18), , einen Exzenter C28), der mit einer der Wellen verbunden ist, einen im wesentlichen kreisförmigen Träger (32), der um den Exzenter derart drehbar gelagert ist, daß sein Umfang bei einer Drehbewegung des Exzenters eine Orbitalbewegung ausführt, ein stationäres, innen verzahntes Zahnrad (60) mit mehreren Zähnen (62) , deren Teilkreis zu den Achsen der Wellen (12, 18) konzentrisch ist, mehrere vom Träger in gleichen Abständen getragene Eingriffselemente (46 bzw= 48), von denen zumindest ein I Teil um die Lagerachse frei drehbar ist und die nacheinan- : der jeweils mit den Zähnen (62) des Zahnrades (60) käm-I men, wobei die Anzahl der Zähne größer ist als die An-' zahl der Eingriffselemente, und wobei ferner der zur I Drehmomentübertragung dienende Eingriffsbereich zwischen • den Eingriffselementen und den Zähnen des Zahnrades sich j ständig über einen Bogen von ungefähr 90° des Zahnrades ] erstreckt, und eine Kupplung (50, 52, 54) zwischen dem j Träger und der getriebenen Welle zur Umwandlung der Orbii talbewegung des Trägers in eine Drehbewegung der getriel benen Welle=

2= Bextfegungsübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffselemente aus fest angeordneten Zapfen (46) bestehen, die jeweils eine Rolle (48) lagern»

3„ Bewegungsübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-■ kennzeichnet, daß die Anzahl der Zähne (62) des Zahnrades : (60) um mindestens 1 größer ist als die Anzahl der Eingrif f selemente (46 bzvr. 48) „

4 ο Bet^egungsübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffselemente aus Zapfen (46) bestehen, die im Träger drehbar gelagert sind»

5. Bewegungsübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Zähne (62) des Zahnrades (60) dadurch festgelegt ist, daß gleiche Radien von einer Gruppe von Punkten aufgetragen werden, die den Mittelpunkt eines Eingriffselementes in innerhalb eines Zahnes eingenommenen unterschiedlichen Stellungen darstellen, wobei die X, Y-Koordinaten der Mittelpunkte der Eingriffselemente durch folgende Gleichungen erzeugt werden:
10

X = E cos C .+ F cos (Γ — - lj x C)

B ^J

Y = E sin C-F sin (/" - - 1 7 χ C) ,

*· B ^J

worin bedeuten:

A = Anzahl der Zähne des Zahnrades B = Anzahl der Eingriffselemente (Zapfen und/oder Rollen) E = Exzentrizität der treibenden Welle ■ F= Teilkreisradius des Trägers

C = Winkel des Eingriffselementes (Zapfen) relativ zur Exzentrizität, wobei die aufgetragenen Punkte verbunden werden.