DE2523725A1

DE2523725A1 - Zahnradlagerung und damit versehene getriebe

Info

Publication number: DE2523725A1
Application number: DE19752523725
Authority: DE
Inventors: Raymond John Hicks
Original assignee: Vickers Ltd
Current assignee: Vickers Ltd
Priority date: 1974-05-29
Filing date: 1975-05-28
Publication date: 1975-12-11
Also published as: IT1038429B; FR2273187B1; JPS512869A; GB1508999A; FR2273187A1; JPS5740390B2; CA1002787A

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERUCH Ο —8 MÖNCHEN 22

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Dr. rer. nat. W. KÖRBER ^ ^{(089) #296684}

Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE 28. Mai 1975

VICKiiRS LIMITED
Vickers House
Millbank Tower, Millbank
London j.V/. 1 , England

Patentanmelduns

Zahnradlagerung und damit versehene Getriebe

Die Erfindung betrifft Zahnradgetriebe; zwar ist die Erfindung insbesondere bei der Lagerung der Planetenritzel von Planetengetrieben anwendbar, doch könnte sie auch bei anderen Getrieben Vorteile bieten, bei denen Zahnräder auf parallelen Wellen angeordnet sind.

Der Ausdruck "Planetengetriebe" bezeichnet im folgenden Getriebe bzw. Zahnradanordnungen mit einem zentralen Sonnenritzel, mehreren damit kämmenden Planetenritzeln sowie einem die Planetenritzel umschließenden und in Eingriff mit ihnen stehenden Zahnkranz, wobei die Planetenritzel auf einem während des Betriebs drehbaren Träger drehbar gelagert sind.

Der grundsätzliche Aufbau der Zahnrad- bzw. Ritzellagerungen, auf die sich die Erfindung bezieht, geht aus der GB-Patentschrift 1 101 131 hervor, in der ein Planetengetriebe beschrieben ist, bei dem jedes Planetenritzel durch eine Buchse unterstützt wird, die gleichachsig mit einem flexiblen Bolzen bzw. einer Achse angeordnet ist, der in einen Planetenträger freitragend eingebaut ist; diese freitragenden flexiblen Lagerachsen haben die Aufgabe, während des Betriebs des Getriebes kleine Lageänderungen der Drehachsen der Planetenritzel zuzulassen, es jedoch den Planetenritzeln zu ermöglichen, eine genau parallele Lage zu den Achsen der damit zusammenarbeitenden

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Zahnräder beizubehalten, um zu ermöglichen, daß die aufzunehmende Last innerhalb des Getriebes möglichst gleichmäßig verteilt wird.

Bei der üblichen Anwendung eines Planetengetriebes, bei dem die Planetenritzel in der soeben beschriebenen Weise auf flexiblen, freitragenden Achsen gelagert sind, und bei dem beispielsweise der Planetenträger veranlaßt wird, sich zu drehen, um eine Antriebskraft dadurch zu übertragen, daß die Zähne der Planetenritzel belastet werden, tritt eine bestimmte Verlagerung jedes einzelnen Planetenritzels auf, die durch die Belastung der Zahnflanken und den Biegewiderstand der zugehörigen Lagerachse bestimmt ist. Dieser Verlagerung wird eine sekundäre kleinere positive oder negative Verlagerung überlagert, die sich nicht notwendigerweise zyklisch ändert, jedoch während des Betriebs des Getriebes variiert und auf bei der Herstellung der Getriebeteile auftretende Ungenauigkeiten zurückzuführen ist, welche sich z.B. bezüglich der Zahnteilung oder der Bearbeitung der die Lagerachsen aufnehmenden Bohrungen des Planetenträgers ergeben. Diese Verlagerungen treten in Ebenen auf, die tangential zu dem Teilkreis verlaufen, auf dem die in den Planetenträger eingebauten flexiblen Lagerachsen angeordnet sind. Da bei einer solchen Durchbiegung die Achsen der Planetenritzel ihre parallele Lage beibehalten, tritt bezüglich des Eingreifens der Zahnräder keine nachteilige Wirkung auf, die sich direkt auf eine solche Durchbiegung zurückführen läßt.

Wenn jedoch der Planetenritzelträger mit einer hohen Drehzahl umläuft, wie es z.B. bei Plugzeugtriebwerken und Gasturbinen vorkommt, oder wenn Fliehkräfte zur Wirkung kommen, die auf die wirksame Masse der freitragenden Baugruppen, die Winkelgeschwindigkeit und den Radius der Umlaufbahn der Baugruppen zurückzuführen sind, werden die Planetenritzel außerdem in radialen Richtungen verlagert. Wenn die Fliehkräfte ein erhebliches Ausmaß erreichen, können die radialen Verlagerungen der Planetenritzel dasjenige Maß überschreiten, welches noch zulässig ist, wenn ein einwandfreies Eingreifen der Ritzelzähne in die Zähne der damit zusammenarbextenden Zahnräder gewähr-

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leistet sein soll. Hierin "besteht insbesondere deshalb ein Nachteil der Planetenritzellagerungen mit freitragenden, elastischen Lagerachsen, als die Fliehkraft und damit auch die Durchbiegung der Lagerachsen eine quadratische Funktion der Drehzahl bzw. der Umlaufgeschwindigkeit ist, während das Drehmoment, durch das die tangentiale Verlagerung der Planetenritzel bestimmt wird, zur Drehzahl umgekehrt proportional ist. Nimmt man an, daß eine bestimmte Leistung übertragen werden soll, führt somit eine Erhöhung der Drehzahl des Planetenträgers zu einer Verringerung des aufzunehmenden Drehmoments und damit auch zu einer Verringerung der Durchbiegung in tangentialer Richtung, die im umgekehrten Verhältnis zum Übersetzungsverhältnis steht, während die auf die Fliehkräfte zurückzuführende radiale Verlagerung entsprechend dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses zunimmt. Außerdem bewirkt eine radiale Verlagerung jedes Planetenritzels gegenüber seiner normalen Lage, daß der Teilkreis des betreffenden Ritzels nicht mehr auf den Teilkreisen des Sonnenrades und des Zahnkranzes abrollt, so daß sich ein fehlerhafter Zahneingriff ergibt, der sich nur durch eine Korrektur der Zahnflankenprofile oder durch entsprechende Änderungen bezüglich der Zahnlücken wieder beseitigen läßt.

Durch die Erfindung ist nunmehr eine flexible, freitragende Zahnrad- bzw. Ritzelunterstützung geschaffen worden, die einen flexiblen Lagerzapfen bzw. eine Achse aufweist, welche mit einem Ende in einen während des Betriebs umlaufenden Träger eingebaut ist und mit seinem anderen Ende ein Ritzel so unterstützt, daß die Achse des Ritzels dann, wenn sich die Lagerachse unter der Betriebsbelastung durchbiegt, eine Lage beibehält, in der sie zu der Lage parallel ist, in der sie sich im nicht durchgebogenen Zustand befindet; hierbei ist die Lagerachse zwischen ihrem in den Planetenträger eingebauten Abschnitt und ihrem das Ritzel tragenden Abschnitt so geformt, daß sie einer Durchbiegung in radial zu ihrer Umlaufbahn verlaufenden Ebenen einen größeren Widerstand entgegensetzt als in zu dieser Umlaufbahn tangentialen Ebenen.

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Ferner ist durch die Erfindung ein Zahnradgetriebe geschaffen worden, zu dem Zahnräder bzw. Ritzel gehören, die von Lagerungen getragen werden, von denen jede in der soeben beschriebenen Weise ausgebildet ist.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Pig. 1 einen axialen Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Planetengetriebes;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 in einer Fig. 1 ähnelnden Darstellung eine zweite Ausführungsform eines Planetengetriebes; und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3.

Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung ist gemäß Fig. 1, bei der es sich um einen Längsschnitt handelt, der gemäß Fig. 2 in einer radialen Ebene 11 verläuft, sowie gemäß Fig. 2 ein Planetenträger 1 vorhanden, der zum Unterstützen der zugehörigen Planetenritzel mit mehreren elastischen, freitragenden Achsen 2 versehen ist, die mit einem Ende fest in den Planetenträger eingebaut sind. Mit dem freien Ende jeder Lagerachse 2 ist eine rohrförmige Buchse 3 fest verbunden, die gleichachsig mit der zugehörigen Lagerachse so angeordnet ist, daß zwischen der Lagerachse und der Buchse ein Ringraum 4 vorhanden ist, in dem sich die Lagerachse quer zu ihrer Mittellinie elastisch durchbiegen kann, ohne in Berührung mit der Umfangsfläche der Lagerachse zu kommen.

Die Buchse 3 trägt ein Planetenritzel 5, das in Eingriff mit einem Zahnkranz 6 und einem Sonnenritzel 7 steht. Die Endabschnitte der massiv ausgebildeten elastischen Lagerachse 2, welche in Eingriff mit dem Planetenträger 1 bzw. der Buchse 3 stehen, haben über ihre ganze Eingriffslänge gegenüber dem Planetenträger bzw. der Buchse einen gleichmäßigen kreisrunden Querschnitt und sind in den Planetenträger bzw. die Buchse

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jeweils mit Preßsitz eingebaut. Die Länge dieser Endabschnitte der Lagerachse ist im Vergleich zum Durchmesser der Lagerachse so gewählt, daß genügend große Einspannkräfte für den elastischen Abschnitt der Lagerachse vorhanden sind, der sich zwischen der die Eingriffstiefe gegenüber dem Planetenträger bezeichnenden Linie 8 und der die Eingriffstiefe gegenüber der Buchse bezeichnenden Linie 9 erstreckt. Zwischen den Linien 8 und 9 hat die Lagerachse 2 keinen vollständigen kreisrunden Querschnitt, d.h. sie ist gemäß Pig. 2 mit voneinander abgewandten Anflächungen 10 versehen, die parallel zu der radialen Ebene 11 verlaufen. Daher besitzt der Querschnitt der Lagerachse, bezogen auf eine in der tangentialen Ebene 13 liegende neutrale Achse, ein zweites Fläehenmoment, das größer ist als das zweite Flächenmoment, bezogen auf eine in der radialen Ebene 11 liegende neutrale Achse. Infolgedessen setzt die Lagerachse einer Durchbiegung in der radialen Ebene 11 einen größeren Widerstand entgegen als einer Durchbiegung in der tangentialen Ebene 13.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 ist jede der Lagerachsen 21, die den Lagerachsen 2 nach Fig. 1 und 2 entsprechen, aus Gründen der Gewichtsersparnis längs ihrer Mittellinie mit einer Bohrung 22 von gleichmäßigem Durchmesser versehen, die sich über die ganze Länge der Lagerachse erstreckt. Die Enden jeder Lagerachse, die in Eingriff mit dem Planetenträger 23 bzw. der Buchse 24 stehen, sind mit diesen Teilen durch Schweißstellen 25 verbunden, welche mit Hilfe eines Elektronenstrahlschweißverfahrens hergestellt worden sind, so daß man im Vergleich zu Preßpassungen mit einer geringeren Eingriff slänge auskommt, was zu einer weiteren Gewichtseinsparung führt. Zwischen der die Eingriffstiefe der Lagerachse gegenüber dem Planetenträger bezeichnenden Linie 26 und der die Eingriffstiefe der Lagerachse gegenüber der Buchse bezeichnenden Linie 27 ist jede Lagerachse gemäß Fig. 4 mit Anflächungen 28 versehen, die den Anflächungen 10 der Lagerachse 2 nach Fig. 1 und 2 entsprechen. Daher setzt die Lagerachse 21 ebenso wie jede Lagerachse 2 einer Durchbiegung in.der radialen Ebene 29 einen größeren Widerstand entgegen als in der tangentialen Ebene 30.

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Bei Planetengetrieben, bei denen mit Anflächungen versehene Lagerachsen der beschriebenen Art vorhanden sind, die einer Durchbiegung in einer radialen Ebene einen größeren Widerstand entgegensetzen, lassen sich im Vergleich zu'ähnlichen Planetengetrieben mit Lagerachsen von kreisrundem Querschnitt, welche einer Durchbiegung einen Widerstand entgegensetzen, der nur dem Durchbiegungswiderstand der abgeflachten Lagerachsen in der tangentialen Richtung entspricht, höhere Drehzahlen erreichen, denn die radialen Verlagerungen der Planetenritzel, die auf Fliehkräfte zurückzuführen sind und zu einem fehlerhaften Eingriff der Zahnräder Anlaß geben, werden unterdrückt, so daß es möglich ist, mit kleineren Abmessungen auszukommen und das Baugewicht herabzusetzen, was zu einer Verringerung der Herstellungskosten führt. Jedoch wird eine tangentiale Verlagerung der Planetenritzel nicht verhindert, und die Fähigkeit der Planetenritzellagerungen mit den freitragenden flexiblen Lagerachsen, die Belastung auf alle Teile des Getriebes zu verteilen, wird in keiner Weise beeinträchtigt.

Ansprüche:

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Claims

ANSPRÜCHE

1.', Flexible, freitragende Zahnradlagerung mit einer flexiblen Lagerachse bzw. einem flexiblen Lagerzapfen, der mit einem Ende in einen während des Betrieb umlaufenden Träger eingebaut ist und mit seinem anderen Ende ein Zahnrad so unterstützt, daß die Achse des Zahnrades dann, wenn sich der Lagerzapfen bei seiner Belastung während des Betriebs durchbiegt, eine Lage beibehält, in der sie parallel zu der Linie verläuft, längs welcher sich die Achse des Lagerzapfens erstreckt, wenn der Lagerzapfen nicht durchgebogen ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Lagerzapfen (2; 21) zwischen seinem in Eingriff mit dem Träger (1; 23) stehenden Abschnitt und seinem das Zahnrad (5) tragenden Abschnitt so geformt ist, daß er einer Durchbiegung in einer radial zur Umlaufbahn des Lagerzapfens verlaufenden Ebene (11; 29) einen größeren Widerstand entgegensetzt als in einer tangential zu der Umlaufbahn verlaufenden Ebene (13; 30).

2. Zahnradlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Lagerzapfen (2; 21) zwischen seinem in den Träger (1; 23) eingebauten Abschnitt und seinem das Zahnrad (5) tragenden Abschnitt eine im wesentlichen kreisrunde Querschnittsform hat, jedoch mit voneinander abgewandten ebenen Anflächungen (10; 28) versehen ist, die sich im wesentlichen parallel zu einer radial zur Umlaufbahn des Lagerzapfens verlaufenden Ebene (11 j 29) erstrecken.

3. Zahnradlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Lagerzapfen (21) hohl ist.

4. Zahnradgetriebe mit durch Zahnradlagerungen unterstützten Zahnrädern, dadurch gekennzeichnet , daß jede Zahnradlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist.

entanwalt:

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