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DE19960542A1 - Hauptwellen-Getriebemechanismus für Kraftfahrzeug-Gangschaltungen und Kegelrollenlager zur Anwendung darin - Google Patents

Hauptwellen-Getriebemechanismus für Kraftfahrzeug-Gangschaltungen und Kegelrollenlager zur Anwendung darin

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DE19960542A1
DE19960542A1 DE19960542A DE19960542A DE19960542A1 DE 19960542 A1 DE19960542 A1 DE 19960542A1 DE 19960542 A DE19960542 A DE 19960542A DE 19960542 A DE19960542 A DE 19960542A DE 19960542 A1 DE19960542 A1 DE 19960542A1
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DE
Germany
Prior art keywords
main shaft
shaft gear
tapered roller
tapered
tapered rollers
Prior art date
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Granted
Application number
DE19960542A
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English (en)
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Inventor
Takashi Tsujimoto
Mamoru Mizutani
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Publication date
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Publication of DE19960542B4 publication Critical patent/DE19960542B4/de
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Abstract

Es ist eine Aufgabe, die beabsichtigte Reibkorrosion verhindernde Wirkung ohne Beeinflussung durch das Ausmaß der Rotationsänderung (Drehzahländerung) oder der Schwingung auszuüben. DOLLAR A Eine Anordnung mit einem Hauptwellenzahnrad 1 weist folgendes auf: eine Laufbahnfläche 1c auf der Innenumfangsfläche, einen Lagerinnenring 2 mit einer Laufbahnfläche 2a auf dem Außenumfang, Kegelrollen 3, die zwischen der Laufbahnfläche 1c des Hauptwellenzahnrads 1 und der Laufbahnfläche 2a des Lagerinnenrings 2 angeordnet sind und in vorgegebenen Abständen in Umfangsrichtung von einem Käfig 4 gehalten werden, eine Unwuchteinrichtung, die in der Anordnung aus Kegelrollen 3 und Käfig 4 eine Gewichtsunwucht in Umfangsrichtung erzeugt, bei der die Rauhigkeit der Rückseite des Konus 2b des Lagerinnenrings 2 0,01-0,04 mumRa und die Rauhigkeit der großen Stirnflächen 3b der Kegelrollen 3 0,01-0,05 mumRa beträgt und der Radius der großen Stirnflächen 3b so bearbeitet ist, daß sein maximaler Wert einschließlich der Bearbeitungsgenauigkeit im wesentlichen gleich ist dem Referenzradius. Des weiteren sind die Abwälzkontaktflächen 3a der Kegelrollen 3 voll ballig bearbeitet, und die Oberflächen der Kegelrollen 3 sind mit Beschichtungsfilmen des MoS¶2¶-Typs ausgeführt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hauptwellen-Getriebemechanismus für eine Gangschaltung von Kraftfahrzeugen (Personenkraftfahrzeug, Lastkraftwagen, Omni­ bus oder dgl.) sowie ein darin verwendetes Kegelrollenlager.
Eine Kraftfahrzeug-Gangschaltung hat beispielsweise die Aufgabe, das Drehzahlver­ hältnis zu ändern, um den stark variierenden Fahrbedingungen zu entsprechend, wo­ durch das Motordrehmoment geändert wird, um ein ruhiges, angenehmes Fahren zu ermöglichen. Im allgemeinen muß die Gangschaltung Anforderungen erfüllen wie angemessenes Drehzahlverhältnis, hinreichende Festigkeit, Dauerhaftigkeit, Zuverläs­ sigkeit, hohen Wirkungsgrad der Kraftübertragung, Laufruhe sowie geringe Baugröße und geringes Gewicht.
Ein Beispiel dieser Gangschaltung ist eine in Fig. 12 dargestellte Gangschaltung des Synchrongetriebetyps. Bei dieser Gangschaltung sind eine Hauptwelle 11 und eine Hilfswelle 12, die zueinander parallel und im Abstand angeordnet sind, drehbar in einem Getriebegehäuse (nicht dargestellt) gelagert, wobei die Hauptwelle 11 betrieb­ lich mit einer Abtriebswelle (den Antriebsrädern zugeordnet), die Hilfswelle 12 be­ trieblich mit einer Antriebswelle (dem Motor zugeordnet) verbunden ist.
Die Hilfswelle 12 ist integral mit einem Hilfswellenzahnrad 13 ausgeführt, während die Hauptwelle 11 ein Hauptwellenzahnrad 16 aufweist (das außerdem als Lagerau­ ßenring dient), das über einen Lagerinnenring 14 und Nadelrollen 15 drehbar auf die­ ser gelagert ist und ständig mit dem Hilfswellenzahnrad 13 kämmt. Eine Seite des Hauptwellenzahnrads 16 ist mit Keilverzahnung 17 und einem Konus 18 ausgeformt, und eine Nabe 19 ist nahe an der Stirnfläche des Konus 18 angeordnet und mit der Hauptwelle 11 integral in Eingriff stehend verbunden. Zwischen der Nabe 19 und dem Konus 18 ist ein Synchronisiermechanismus 20 angeordnet, und der Außenumfang der Nabe 19 ist mit einer Buchse 21 versehen, die axial verschieblich über ein Keil­ profil mit dieser verbunden ist.
In dem in dieser Figur dargestellten Zustand dreht sich das Hauptwellenzahnrad 16 unter dem Einfluß der Rotation des Hilfswellenzahnrades 13 bezüglich der Hauptwelle 11 leer. Wird andererseits die Buchse 21 aus dem in der Figur dargestell­ ten Zustand axial nach rechts verschoben, kommt sie mit der Keilverzahnung 21 des Hauptwellenzahnrades 16 über den Synchronisiermechanismus 20 in Eingriff, wo­ durch die Verbindung zwischen dem Hauptwellenzahnrad 16 und der Hauptwelle 11 hergestellt wird. Dadurch wird die Rotation der Hilfswelle 12 vom Hauptwellenzahn­ rad 16 in einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis verringert und auf die Hauptwelle 11 übertragen. Während dieser Drehzahländerung rotiert das Hauptwellenzahnrad 16 synchron mit der Hauptwelle 11 und dem Lagerinnenring 14.
Bei dieser Verbindung veranlaßt die synchrone Rotation des Hauptwellenzahnrades 16 und des Lagerinnenrings 14 während der Drehzahländerung die Nadelrollen 15, eine angehaltene Stellung auf den Laufbahnflächen der beiden Elemente 14 und 16 einzunehmen. Andererseits könnte die wiederholte Einwirkung externer Schwingun­ gen oder dgl. ein wiederholtes geringfügiges Rutschen zwischen den Nadelrollen 15 und den Laufbahnflächen verursachen, so daß das als Reibkorrosion oder "Fressen" bezeichnete Phänomen, bei dem die Kontaktfläche aufgrund des relativen wiederhol­ ten leichten Rutschens Verschleiß unterliegt, ein Problem werden kann.
Bei einer Anordnung wird mit der Absicht, die Reibkorrosion zu verhindern, der Par­ ker-(Phosphatier)-Prozeß auf die Laufbahnflächen des Hauptwellenzahnrades 15 und des Lagerinnenrings 14 sowie auf die Kontaktflächen der Nadelrollen 15 angewendet, um den Verschleißwiderstand zwischen den Nadelrollen 15 und den Laufbahnflächen zu verringern. Aufgrund des Verschleißes der Beschichtungen nach dem Parker- Prozeß kann jedoch kein langfristiger die Reibkorrosion verhindernder Effekt erwartet werden.
Ich habe bereits früher als Mittel zur langfristigen Vermeidung von Reibkorrosion auf Laufbahnflächen des Hauptwellenzahnrades und des Lagerinnenrings sowie der Ab­ wälzkontaktfläche des Wälzelements eine Unwuchteinrichtung in Form einer un­ regelmäßigen Anordnung von Wälzelementen über den Umfang, die Gewichtsun­ wucht in Umfangsrichtung eines die Wälzelemente haltenden Käfigs oder Gewichts­ ungleichheiten von Wälzelementen vorgeschlagen (japanische Kokai- Patentveröffentlichung Heisei 9-292008). Je nach der Stärke der Rotationsänderung (Drehzahländerung) oder Schwingung könnte es jedoch schwierig sein, eine zufrie­ denstellende die Reibkorrosion verhindernde Wirkung zu erzielen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die beabsichtigte Reibkorrosion verhindernde Wirkung ohne Beeinflussung durch das Ausmaß der Rotationsänderung (Drehzahlän­ derung) oder der Schwingung auszuüben.
Ein Hauptwellen-Getriebemechanismus für Kraftfahrzeug-Gangschaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung weist folgendes auf: eine Hilfswelle, die betrieblich mit einer einem Kraftfahrzeugmotor zugehörigen Antriebswelle verbunden ist, wobei ein Hilfswellenzahnrad auf einer Hilfswelle angeordnet ist, eine Hauptwelle, die betrieb­ lich mit einer den Antriebsrädern zugeordneten Abtriebswelle verbunden ist, ein Hauptwellenzahnrad mit einem in seiner Außenumfangsfläche integral ausgeformten Zahnabschnitt, der ständig mit dem Hilfswellenzahnrad kämmt und das an seiner In­ nenumfangsfläche eine Laufbahnfläche hat, ein Kegelrollenlager, das zwischen der Hauptwelle und dem Hauptwellenzahnrad angeordnet ist, eine Unwuchteinrichtung, die in der Anordnung aus Kegelrollen und Käfig des Kegelrollenlagers eine Gewichts­ unwucht in Umfangsrichtung erzeugt, ein mit dem Hauptwellenzahnrad verbundenes Kupplungszahnrad und einen Synchronisiermechanismus, der die Übertragung des Motordrehmoments zwischen dem Hauptwellenzahnrad und der Hauptwelle über das Kupplungszahnrad mittels einer Wähleinrichtung bewirkt oder unterbricht, bei dem die Rauhigkeit mindestens entweder der Rückseite des Konus des Lagerinnenrings oder die Rauhigkeit der großen Stirnflächen der Kegelrollen des Kegelrollenlagers nicht größer ist als 0,05 µmRa.
Des weiteren weist ein Kegelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung folgendes auf: einen Lageraußenring mit einer Laufbahnfläche auf seiner Innenumfangsfläche, einen Lagerinnenring mit einer Laufbahnfläche auf seiner Außenumfangsfläche, Ke­ gelrollen, die zwischen den Laufbahnflächen des Lageraußenrings und des Lagerin­ nenrings angeordnet sind und in vorgegebenen Abständen in Umfangsrichtung durch einen Käfig gehalten werden, und eine Unwuchteinrichtung zum Erzeugen einer Ge­ wichtsunwucht in der Anordnung aus Kegelrollen und Käfig in Umfangsrichtung, bei dem die Rauhigkeit mindestens entweder der Rückseite des Konus des Lagerinnen­ rings oder die Rauhigkeit der großen Stirnflächen der Kegelrollen nicht größer ist als 0,05 µmRa.
Des weiteren wird im Hauptwellen-Getriebemechanismus für Kraftfahrzeug- Gangschaltungen und im Kegelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung vor­ zugsweise der Radius der großen Stirnflächen so bearbeitet, daß sein maximaler Wert einschl. der Bearbeitungsgenauigkeit im wesentlichen gleich ist dem Referenzradius und daß die Rauhigkeit der Rückseite des Konus des Lagerinnenrings 0,01 bis 0,04 µmRa und die Rauhigkeit der großen Stirnfläche der Kegelrollen 0,01 bis 0,05 µmRa beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es mit einer Anordnung mit einer Unwuchtein­ richtung in Form der ungleichmäßig in Umfangsrichtung angeordneten Kegelrollen, der Gewichtsunwucht in Umfangsrichtung eines Käfigs, der Kegelrollen hält, oder der Unwucht durch ungleichmäßige Gewichte der Wälzkörper, mit der Einstellung der Rauhigkeit der Rückseite des Konus des Lagerinnenrings und der Rauhigkeit der gro­ ßen Stirnflächen der Kegelrollen im zuvor genannten zulässigen Bereich möglich, den Gleitreibungswiderstand zwischen der Laufbahnfläche des Hauptwellenzahnrades oder Lageraußenrings oder der Laufbahnfläche des Lagerinnenrings und den Abwälz­ kontaktflächen der Kegelrollen zu verringern.
Des weiteren ist es durch Einstellung des Radius der großen Stirnflächen in der Wei­ se, daß sein maximaler Wert einschließlich der Bearbeitungsgenauigkeit im wesentli­ chen gleich ist dem Referenzradius, möglich, den Gleitreibungswiderstand durch Ver­ größern des Radius der großen Stirnflächen der Kegelrollen und durch Verringern des Kontaktflächendrucks zu verringern. Werden außerdem die Oberflächen der Kegel­ rollen mit Filmen des MoS2-Typs beschichtet, ist es einfacher, den Gleitreibungs­ widerstand zu verringern.
Die volle Balligbearbeitung der Abwälzkontaktfläche der Kegelrollen resultiert in axialen und radialen Lasten, die gleichzeitig während der synchronen Rotation das Hauptwellenzahnrades oder den Lageraußenring und des Lagerinnenrings wirksam sind, und die Schräglage der Rollen, die durch Fehlfluchtung aufgrund der Tatsache, daß die Kegelrollen in einem Raum zwischen den Laufbahnflächen des Hauptwellen­ zahnrades oder den Lageraußenrings und des Lagerinnenrings angeordnet sind, ver­ ursacht wird, kann verstärkt werden. Vorzugsweise beträgt außerdem der Krüm­ mungsradius der vollen Balligkeit nicht mehr als 10,000 mm.
Aufgrund der Verringerung des Gleitreibungswiderstands und der durch Fehlfluch­ tung verursachten Schräglage wie oben beschrieben wird eine zufriedenstellende die Reibkorrosion verhindernde Wirkung über eine lange Zeit dadurch erreicht, daß die Kegelrollen eine relative Drehbewegung selbst dann ausführen, wenn das Hauptwel­ lenzahnrad oder der Lageraußenring und der Lagerinnenring synchron rotieren, wenn die Gangschaltung in die neutrale oder in andere Stellungen gebracht wird.
Da die Reibkorrosion über eine lange Zeit verhindert wird, wird außerdem die Dauer­ haftigkeitslebensdauer des Lagers verbessert und die Verringerung der Größe des La­ gers möglich. Deshalb kann die Größe der Hauptwelle und der Umfangsteile verrin­ gert werden, wodurch Größe und Gewicht der Gangschaltung bei Beibehaltung der Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit weiter verringert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Hauptwellen-Getriebemechanismus für Kraft­ fahrzeug-Gangschaltungen gemäß der Erfindung;
Fig. 2(a) ist eine Schnittansicht eines Kegelrollenlagers gemäß der Erfindung und (b) ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung aus Käfig und Kegelrollen zeigt;
Fig. 3 ist eine Skizze, die die Lage einer Gewichtsunwucht und die Richtung der relativen Rotation der Anordnung zeigt;
Fig. 4 ist eine Vorder- oder Hinteransicht eines Abschnitts des Käfigs;
Fig. 5 ist eine Vorder- oder Hinteransicht eines Abschnitts des Käfigs;
Fig. 6 ist eine Vorder- oder Hinteransicht eines Abschnitts des Käfigs;
Fig. 7(a) ist eine fragmentarische Draufsicht, die ein weiteres Beispiel eines Käfigs zeigt, und (b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie b-b in (a);
Fig. 8(a) ist eine fragmentarische Draufsicht, die ein weiteres Beispiel eines Käfigs zeigt, und (b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie b-b in (a);
Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Beispiel einer Kegelrolle zeigt;
Fig. 10 ist eine teilweise Schnittansicht, die ein weiteres Beispiel einer Kegelrolle zeigt;
Fig. 11 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Beispiel eines Kegelrollenlagers zeigt; und
Fig. 12 ist eine Hauptschnittansicht, die eine herkömmliche Gangschaltung des Syn­ chrongetriebetyps zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt einen Hauptwellen-Getriebemechanismus für Kraftfahrzeug- Gangschaltungen des Synchrongetriebetyps und ein darin verwendetes Kegelrollenla­ ger A. In diesem Hauptwellen-Getriebemechanismus sind eine Hauptwelle 5 und eine Hilfswelle (nicht dargestellt) parallel zueinander und in einem vorgegebenen Abstand angeordnet und drehbar in einem Getriebegehäuse (nicht dargestellt) gelagert. Die Hauptwelle 5 ist betrieblich mit einer den Antriebsrädern zugeordneten Abtriebswelle (nicht dargestellt) verbunden, während die Hilfswelle mit einer dem Motor zugeord­ neten Antriebswelle (nicht dargestellt) verbunden ist.
Die Hilfswelle ist mit einem integralen (oder getrennten) Hilfswellenzahnrad 6 verse­ hen, während ein Hauptwellenzahnrad 1 über das Kegelrollenlager A drehbar auf der Hauptwelle 5 gelagert ist. Ein Verzahnungsabschnitt 5a, der ständig mit dem Hilfs­ wellenzahnrad 6 kämmt, ist integral auf dem mittleren Abschnitt der Außenumfangs­ fläche des Hauptwellenzahnrads 1 ausgeformt, und Kupplungszahnräder 7 stehen mit den gegenüberliegenden Enden in Eingriffsverbindung. Die Kupplungszahnräder 7 haben eine integral ausgeformte Keilverzahnung am Außenumfang und einen Konus 7b an einer Seite, und ein Synchronisiermechanismus 8 ist in der Nähe des Kupp­ lungszahnrads 7 angeordnet.
Der Synchronisiermechanismus 8 weist folgendes auf: eine Buchse 81, die durch die Wirkung einer Wähleinrichtung (nicht dargestellt) axial (waagrecht bei Betrachtung der Figur) beweglich ist, einen Synchronisierkeil 82, der axial beweglich in den In­ nenumfang der Buchse 81 eingepaßt ist, eine Nabe 83, die mit dem Außenumfang der Hauptwelle 5 in Eingriffsverbindung steht, einen Synchronisierring 84, der gleitbar auf dem Außenumfang des Konus 7b der Kupplungszahnrads 7 angeordnet ist, einen Druckzapfen 85 und eine Feder 86, die den Synchronisierkeil 82 elastisch gegen den Innenumfang der Buchse 81 preßt.
In dem in der Figur dargestellten Zustand werden die Buchse 81 und der Synchroni­ sierkeil 82 durch den Druckzapfen 85 in der neutralen Stellung gehalten. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich das Hauptwellenzahnrad 1 unter dem Einfluß der Rotation des Hilfswellenzahnrades 6 bezüglich der Hauptwelle 5 leer. Wird andererseits die Buch­ se 81 aus dem in der Figur dargestellten Zustand durch die Wirkung einer Wählein­ richtung axial beispielsweise nach links verschoben, wird der von der Buchse 81 be­ einflußte Synchronisierkeil 82 axial nach links verschoben, wodurch der Synchronisi­ erring 85 gegen die geneigte Oberfläche des Konus 7b des Kupplungszahnrads 7 ge­ preßt wird. Dadurch wird die Drehzahl des Kupplungszahnrads 7 verringert und um­ gekehrt die Drehzahl des Synchronisiermechanismus 8 erhöht.
Ungefähr zu dem Zeitpunkt, in dem die Drehzahlen synchronisiert werden, wird die Buchse 81 weiter axial nach links verschoben, wodurch sie mit der Keilverzahnung 7a des Kupplungszahnrads 7 kämmt, so daß das Hauptwellenzahnrad 1 und die Hauptwelle 5 durch den Synchronisiermechanismus 8 miteinander verbunden werden. Dadurch wird die Rotation des Hilfswellenzahnrads 6 durch das Hauptwellenzahnrad 1 in einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis verringert und auf die Hauptwelle 1 übertragen. Zu diesem Zeitpunkt rotiert das Hauptwellenzahnrad 1 synchron mit der Hauptwelle 5 und dem Lagerinnenring 2 des Kegelrollenlagers A.
Fig. 2 zeigt ein Kegelrollenlager A, das in einem Hauptwellen-Getriebemechanismus für Kraftfahrzeug-Gangschaltungen des Synchrongetriebetyps verwendet wird. Dieses Kegelrollenlager A weist ein Hauptwellenzahnrad 1 auf, das auch als Lageraußenring dient, ein Paar Lagerinnenringe 2 mit Laufbahnflächen 2a auf der Außenumfangsflä­ che, die auf dem Außenumfang der Hauptwelle 5 sitzen, zwei Reihen Kegelrollen 3, die zwischen den beiden Reihen Laufbahnflächen 1c des Hauptwellenzahnrads 1 und den Lautbahnflächen 2a des Paares Lagerinnenringe 2 angeordnet sind, und ein Paar Käfige 4, die die entsprechenden Reihen Kegelrollen 3 halten.
Das Hauptwellenzahnrad 1 hat integral auf seiner Außenumfangsfläche einen Zahnab­ schnitt 1a, der ständig mit dem Hilfswellenzahnrad 6 kämmt, und Zahnabschnitte 1b, mit denen die Kupplungszahnräder 7 in Eingriffsverbindung stehen, sowie außerdem zwei Reihen Laufbahnflächen 1c auf der Innenumfangsfläche. Des weiteren werden die Zahnabschnitte 1b hergestellt, wenn die Kupplungszahnräder 7 in der in Fig. 1 dargestellten Weise verbunden werden. Die Verbindung des Hauptwellenzahnrads 1 und der Kupplungszahnräder 7 ist jedoch nicht auf die in Fig. 1 dargestellte Weise beschränkt.
In der neutralen Stellung oder beim Gangwechsel unter Verwendung eines anderen Hauptwellenzahnrads dreht das Hauptwellenzahnrad 1 bezüglich der Lagerinnenringe 2 (und der Hauptwelle 5) leer, während des Gangwechsels jedoch unter Verwendung dieses Hauptwellenzahnrads 1 rotiert das Hauptwellenzahnrad 1 synchron mit den Innenringen 2 (und der Hauptwelle 5). Außerdem wird wie in Fig. 1 gezeigt das Paar Lagerinnenringe 2 auf dem Außenumfang der Hauptwelle 5 durch ein Paar Abstands­ stücke 9 angeordnet, und ihre axiale Positionierung erfolgt zwischen der Stirnfläche der Nabe 83 und einem Endglied 10.
Wie aus Fig. 2(b) ersichtlich ist, haben die Taschen 4a des Käfigs 4 eine unregelmä­ ßige Teilung, so daß die in den Taschen 4a aufgenommenen Kegelrollen 3 in Um­ fangsrichtung unregelmäßig angeordnet sind. Aus diesem Grund weicht der Schwer­ punkt G der aus den Käfigen 4 und den Kegelrollen 3 bestehenden Anordnung um den Betrag des Radius r vom Wellenmittelpunkt O ab, so daß in der Anordnung eine Ge­ wichtsunwucht in Umfangsrichtung erzeugt wird.
In Fig. 2(b) hat der Teilungswinkel θn (n: 1-7) der Kegelrollen 3 mindestens zwei Werte. Wr sei das Gewicht einer Kegelrolle 3, Wcn (n: 1-7) das Gewicht der Rippe 4b des Käfigs 4, und Rr sowie Rc die Lage des Schwerpunkts zum Wellenmittelpunkt O; somit ergibt sich die Größe der Unwucht m aus der Unwuchtgleichung m = (X2 + Y2)1/2/r, wobei:
X = Wr.Rr.Σ(cos αn) + Rc.Σ(Wcn.cos βn);
Y = Wr.Rr.Σ(sin αn) + Rc.Σ(Wnc.sin βn);
αn = Σθn; βn = Σθ (n - 1) + θn/2.
Wird das Hauptwellenzahnrad 1 mit der Rotation des Hilfswellenzahnrads 6 beauf­ schlagt und rotiert synchron mit den Lagerinnenringen 2 (und der Hauptwelle 5), wird die potentielle Energie der Schwerkraft bezüglich der Gewichtsunwucht m in kineti­ sche Energie gewandelt, wodurch eine Kraft (= mXr) erzeugt wird, die die Anordnung relativ zum Hauptwellenzahnrad 1 und den Lagerinnenringen 2 z. B. entgegen dem Uhrzeigersinn in die in Fig. 3(a) dargestellte Lage und im Uhrzeigersinn in die in Fig. 3(b) dargestellte Lage dreht. Aus diesem Grund ändert sich die Berührungsstelle zwi­ schen den Kegelrollen 3 und den Laufbahnflächen 2a der Lagerinnenringe 2, wodurch Reibkorrosion verhindert wird.
Die Unwuchtgröße m kann in geeigneter Weise entsprechend den Betriebsbedingun­ gen eingestellt werden; bei diesem Typ Gangschaltung beträgt sie vorzugsweise ca. 1 bis 20 g bei einem Radius von 50 mm vom Wellenmittelpunkt O. Das heißt, eine Momentengröße (m X r) von ca. 50 bis 1000 g.mm ist zum Vermeiden der Reibkorro­ sion wirksam.
Unter dem Gesichtspunkt der Zusammenbauoperation des Käfigs 4 mit den mit unre­ gelmäßiger Teilung angeordneten Taschen 4a wird vorzugsweise unter einer Winkel­ lage vorgegangen, in der eine Referenz deutlich sichtbar ist (bei diesem Typ Kegelrol­ lenlager werden die Kegelrollen durch Quetschen des Käfigs gehalten; da jedoch die Quetschform so geformt ist, daß sie der Teilung der Kegelrollen entspricht, ist eine Phasenanpassung zwischen dem Käfig und der Quetschform erforderlich). Fig. 4 bis 6 zeigen Ausführungen mit einer Markierung für die Winkelreferenzlage des Käfigs 4.
Fig. 4 zeigt Ausführungen mit einem an der Referenzstelle ausgeformten Vorsprung 4c am Außenumfang der Seite des Käfigs 4 mit dem größeren oder kleineren Durch­ messer (in (a) der Figur) und mit einem an der Referenzstelle ausgeformten Vor­ sprung 4c am Innenumfang (in (b) der Figur); Fig. 5 zeigt Ausführungen mit einer an der Referenzstelle ausgeformten Kerbe 4d am Außenumfang der Seite des Käfigs 4 mit dem größeren oder kleineren Durchmesser (in (a) der Figur) und mit einer an der Referenzstelle ausgeformten Kerbe 4d am Innenumfang (in (b) der Figur); und Fig. 6 zeigt eine Ausführung mit einer Kerbe 4e (oder einem Vorsprung), die an der Refe­ renzstelle in der Stirnfläche an der größeren oder kleineren Seite des Käfigs 4 ausge­ formt ist.
Fig. 7 und 8 zeigen Ausführungen mit einer Gewichtsunwucht in Umfangsrichtung, die im Käfig ausgeformt ist. Die Gewichtsunwucht im Käfig resultiert in einem Schwerpunkt der aus Käfig und Kegelrollen bestehenden Anordnung, der gegenüber dem Wellenmittelpunkt abweicht, wodurch eine Gewichtsunwucht der Anordnung in Umfangsrichtung erzeugt wird.
Fig. 7 zeigt eine Ausführung mit einer oder einer Mehrzahl Kerben 41a auf der Seite mit größerem Durchmesser des Käfigs 41, und Fig. 8 zeigt eine Ausführung mit ei­ nem oder einer Mehrzahl Vorsprüngen 42a auf der Seite mit größerem Durchmesser des Käfigs 42. Der Vorsprung 4c und die Kerben 4d und 4e in Fig. 4 bis 6 sind als Markierungen vorgesehen und bewirken keine nennenswerte Gewichtsunwucht, wäh­ rend die Kerbe 41a und der Vorsprung 42a zur Erzeugung einer Gewichtsunwucht vorgesehen sind.
Die Kerbe 41a und Vorsprung 42a können jedoch auch als Markierungen genutzt werden. Außerdem können die Kerbe 41a und der Vorsprung 42a nur auf der Seite mit kleinem Durchmesser oder sowohl auf der Seite mit kleinem als auch auf der mit großem Durchmesser des Käfigs 41 (42) vorgesehen werden.
Fig. 9 und 10 zeigen Ausführungen, bei denen die Gewichte der Kegelrollen in jeder Reihe ungleich gemacht sind. Da die Gewichte der Kegelrollen ungleich sind, weicht der Schwerpunkt der aus Käfig und Kegelrollen bestehenden Anordnung gegenüber dem Wellenmittelpunkt ab, wodurch in der Anordnung eine Unwucht in Umfangs­ richtung erzeugt wird.
Fig. 9 zeigt beispielhaft eine Ausführung, in der mindestens eine Kegelrolle 31 hohl ist, und Fig. 10 zeigt beispielhaft eine Ausführung, bei der die große Stirnfläche 32b mindestens einer Kegelrolle 32 mit einer Vertiefung (die in der kleinen Stirnfläche oder sowohl in der kleinen als auch in der großen Stirnfläche ausgeformt sein kann) ausgeführt ist.
Bei einem in Fig. 11 dargestellten Kegelrollenlager B sind die axialen Abmessungen L1 und L2 sowie die Innendurchmesser D1 und D2 der beiden Lagerabschnitte ver­ schieden (L1 < L2, D1 < D2). Bei dieser Ausführung sind die Probleme der Ausle­ gung des Getriebegehäuses und der verschiedenen aufzubringenden axialen Lasten (im allgemeinen wirken axiale Lasten nur auf eine Seite) berücksichtigt.
L1 ist die axiale Breitenabmessung des Innenrings 2' auf der linken Seite der Figur (Motorseite), und L2 ist die axiale Breitenabmessung des Innenrings 2" auf der rech­ ten Seite der Figur (Seite der Antriebsräder). Die axialen Breitenabmessungen der Laufbahnflächen 2a' und 2a", die axialen Abmessungen der rechten und linken Kegel­ rollen 3' und 3" und die axialen Abmessungen der rechten und linken Laufbahnflä­ chen 1c' und 1c" des Hauptwellenzahnrads 1' sind jeweils entsprechend dem Ver­ hältnis von L1 zu L2 voneinander verschieden. Des weiteren können abhängig von der Auslegung und wie die axiale Last aufgebracht wird (L1 < L2, D1 < D2), (L1 < L2, D1 < D2) und (L1 < L2, D1 < D2) gewählt werden. Die übrige Anordnung ist identisch mit der des oben beschriebenen Kegelrollenlagers A.
Bei der vorliegenden Erfindung, die eine Anordnung mit einer Unwuchteinrichtung in Form in Umfangsrichtung unregelmäßig angeordneter Kegelrollen, einer Gewichts­ unwucht in Umfangsrichtung eines Kegelrollen haltenden Käfigs, oder ungleicher Ge­ wichte der Kegelrollen bereitstellt, wird die Rauhigkeit der Rückseite des Konus 2b, 2b', 2b" des Lagerinnenrings 2, 2', 2" (siehe Fig. 1, 2 und 11) auf ca. 0,01 bis 0,04 µmRa (z. B. 0,04 µmRa) durch Feinstbearbeitung eingestellt (bisher wurde sie durch Schleifen auf ca. 0,1-0,3 µmRa eingestellt).
Des weiteren wird die Rauhigkeit der großen Stirnfläche 3b, 31b, 32b, 3b', 3b" der Kegelrolle 3 (siehe Fig. 1 und 2), 31, 32 (siehe Fig. 9 und 10), 3', 3" (siehe Fig. 11) auf ca. 0,01-0,05 µmRa (z. B. 0,04 µmRa) durch Feinstbearbeitung eingestellt (bisher wurde sie durch Schleifen auf ca. 0,06-0,2 µmRa eingestellt).
Somit ist es durch Einstellen der Rauhigkeit der Rückseite des Konus 2b, 2b', 2b" des Lagerinnenrings 2, 2', 2" und der Rauhigkeit der großen Stirnfläche 3b, 31b, 32b, 3b', 3b" der Kegelrolle 3, 21, 32, 2', 3" innerhalb des zulässigen Bereichs möglich, den Gleitreibungswiderstand zwischen der Laufbahnfläche 1c, 1c', 1c" des Hauptwellen­ zahnrads 1, 1', 1" (das auch als Lageraußenring dient) sowie der Laufbahnfläche 2a, 2a', 2a" des Lagerinnenrings 2, 2', 2" und der Abwälzkontaktfläche 3a, 31a, 32a, 3a', 3a" der Kegelrolle 3, 31, 32, 3', 3" zu verringern. Des weiteren wird der Radius der großen Stirnfläche 3b, 31b, 32b, 3b', 3b" so bearbeitet, daß sein maximaler Wert ein­ schließlich der Bearbeitungsgenauigkeit im wesentlichen gleich ist dem Referenzwert (z. B. maximaler Wert des Radius/Referenzradius = 99,8%). Durch Bearbeiten des Radius der großen Stirnfläche 3b, 31b, 32b, 3b', 3b" in der Weise, daß sein maximaler Wert einschließlich der Bearbeitungsgenauigkeit im wesentlichen gleich ist dem Refe­ renzradius, ist es möglich, den Radius der großen Stirnfläche 3b, 31b, 32b, 3b', 3b" so zu vergrößern, daß der Kontaktflächendruck verringert wird, wodurch der Gleitrei­ bungswiderstand verringert wird.
Wird des weiteren ein Beschichtungsfilm des MoS2-Typs auf der Oberfläche der Ke­ gelrolle 3, 31, 32, 3', 3" aufgebracht, kann die Verringerung des Gleitreibungswider­ stands einfacher verwirklicht werden. Außerdem wurde festgestellt, daß es günstig ist, Solbest als Beschichtungsfilm des MoS2-Typs zu verwenden.
Des weiteren resultiert die volle Balligbearbeitung der Abwälzkontaktfläche 3a, 31a, 32a, 3a', 3a" der Kegelrolle 3, 31, 32, 3', 3" in axialen und radialen Lasten, die wäh­ rend der synchronen Rotation das Hauptwellenzahnrades 1, 1', 1" und des Lagerinnen­ rings 2, 2', 2" gleichzeitig wirksam sind, und die Schräglage der Rollen, die durch Fehlfluchtung aufgrund der Tatsache, daß die Kegelrollen 3, 31, 32, 3', 3" in einem Raum zwischen den Laufbahnflächen 1c, 1c', 1c" des Hauptwellenzahnrades 1, 1', 1" und der Laufbahnflächen 2a, 2a', 2a" des Lagerinnenrings 2, 2', 2" angeordnet sind, verursacht wird, kann verstärkt werden. Außerdem beträgt der Krümmungsradius der Balligkeit nicht mehr als 10,000 mm (z. B. 6,800 mm).
Ein Kontrollteil (Käfig nur mit unregelmäßiger Teilung) und ein Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung (Käfig mit unregelmäßiger Teilung plus genannter Rauhigkeit der Rückseite des Konus des Lagerinnenrings und Rauhigkeit der großen Stirnflächen der Kegelrollen, dem Radius der großen Stirnflächen, der vollen Balligkeit und der Beschichtungsbehandlung, die auf die Abwälzkontaktflächen der Kegelrollen ange­ wendet wurde) wurden Vergleichstests (Motorprüfstandsversuchen mit motorischem Antrieb) unterzogen.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle dargestellt. Des weiteren wurde nach 8 Betriebsstunden unter diesen Bedingen mit einer radialen Last Fr = 2050 kp, einer axialen Last Fa = 2310 kp, U/min = 1400 (innen und außen, synchronisiert), ei­ nem Axialspiel = 80 µm die Verschleißtiefe der Laufbahnfläche des Hauptwellen­ zahnrads oder Lageraußenring gemessen und das äußere Erscheinungsbild geprüft.
Wie die obige Tabelle deutlich zeigt, war beim erfindungsgemäßen Bauteil im Ver­ gleich zum Kontrollteil, das die bestimmten Rauhigkeitswerte für die Rückseite des Konus des Lagerinnenrings oder für die große Stirnfläche der Kegelrollen nicht auf­ wies und das nicht voll balligbearbeitet wurde und dessen Abwälzkontaktflächen der Kegelrollen nicht mit einer Beschichtung versehen wurden, der Verschleiß aufgrund der Reibkorrosion deutlich verringert.

Claims (14)

1. Hauptwellen-Getriebemechanismus für Kraftfahrzeug-Gangschaltungen weist folgendes auf: eine Hilfswelle, die betrieblich mit einer einem Kraft­ fahrzeugmotor zugehörigen Antriebswelle verbunden ist, ein auf einer Hilfs­ welle angeordnetes Hilfswellenzahnrad, eine Hauptwelle, die betrieblich mit einer den Antriebsrädern zugeordneten Abtriebswelle verbunden ist, ein Hauptwellenzahnrad mit einem in seiner Außenumfangsfläche integral ausge­ formten Zahnabschnitt, der ständig mit dem Hilfswellenzahnrad kämmt und das an seiner Innenumfangsfläche eine Laufbahnfläche hat, ein Kegelrollen­ lager, das zwischen der Hauptwelle und dem Hauptwellenzahnrad angeordnet ist, eine Unwuchteinrichtung, die in der Anordnung aus Kegelrollen und Käfig des Kegelrollenlagers eine Gewichtsunwucht in Umfangsrichtung erzeugt, ein mit dem Hauptwellenzahnrad verbundenes Kupplungszahnrad und einen Syn­ chronisiermechanismus, der die Übertragung des Motordrehmoments zwischen dem Hauptwellenzahnrad und der Hauptwelle über das Kupplungszahnrad mittels einer Wähleinrichtung bewirkt oder unterbricht, bei dem die Rauhigkeit mindestens entweder der Rückseite des Konus des Lagerinnenrings oder die Rauhigkeit der großen Stirnflächen der Kegelrollen des Kegelrollenlagers nicht größer ist als 0,05 µmRa.
2. Hauptwellen-Getriebemechanismus für Kraftfahrzeug-Gangschaltungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der großen Stirnflächen der Kegelrollen so bearbeitet wird, daß sein maximaler Wert einschließlich der Bearbeitungsgenauigkeit im wesentlichen gleich ist dem Referenzradius.
3. Hauptwellen-Getriebemechanismus für Kraftfahrzeug-Gangschaltungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeit der Rückseite des Konus des Lagerinnenrings des Kegelrollenlagers 0,01-0,04 µmRa und die Rauhigkeit der großen Stirnflächen der Kegelrollen 0,01-0,05 µmRa beträgt.
4. Hauptwellen-Getriebemechanismus für Kraftfahrzeug-Gangschaltungen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwälzkontaktflächen der Kegelrollen mit voller Balligkeit bearbeitet werden.
5. Hauptwellen-Getriebemechanismus für Kraftfahrzeug-Gangschaltungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der vollen Balligkeit nicht mehr als 10,000 mm beträgt.
6. Hauptwellen-Getriebemechanismus für Kraftfahrzeug-Gangschaltungen nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Ke­ gelrollen mit Beschichtungsfilmen des MoS2-Typs versehen werden.
7. Hauptwellen-Getriebemechanismus für Kraftfahrzeug-Gangschaltungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Kegelrollen mit Beschichtungsfilmen des MoS2-Typs versehen werden.
8. Kegelrollenlager, das folgendes aufweist: einen Lageraußenring mit einer Lauf­ bahnfläche auf seiner Innenumfangsfläche, einen Lagerinnenring mit einer Laufbahnfläche auf seiner Außenumfangsfläche, Kegelrollen, die zwischen der Laufbahnfläche des Lageraußenrings und der Laufbahnfläche des Lagerinnen­ rings angeordnet sind und in vorgegebenen Abständen in Umfangsrichtung durch einen Käfig gehalten werden, und eine Unwuchteinrichtung, die eine Gewichtsunwucht in der Anordnung aus Kegelrollen und Käfig in Umfangs­ richtung erzeugt, bei dem die Rauhigkeit mindestens entweder der Rückseite des Konus des Lagerinnenrings oder die Rauhigkeit der großen Stirnflächen der Kegelrollen nicht größer ist als 0,05 µmRa.
9. Kegelrollenlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der großen Stirnflächen der Kegelrollen so bearbeitet wird, daß sein maximaler Wert einschließlich der Bearbeitungsgenauigkeit im wesentlichen gleich ist dem Referenzradius.
10. Kegelrollenlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhig­ keit der Rückseite des Konus des Lagerinnenrings 0,01-0,04 µmRa und die Rauhigkeit der großen Stirnflächen der Kegelrollen 0,01-0,05 µmRa beträgt.
11. Kegelrollenlager nach Anspruch 8, 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Abwälzkontaktflächen der Kegelrollen mit der vollen Balligkeit bearbeitet werden.
12. Kegelrollenlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Krüm­ mungsradius der vollen Balligkeit nicht mehr als 10,000 mm beträgt.
13. Kegelrollenlager nach Anspruch 8, 9, 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Kegelrollen mit Beschichtungsfilmen des MoS2-Typs ver­ sehen werden.
14. Kegelrollenlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflä­ chen der Kegelrollen mit Beschichtungsfilmen des MoS2-Typs versehen wer­ den.
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