DE1217166B

DE1217166B - Kugelreibungsgetriebe mit schwenkbaren Kugeln

Info

Publication number: DE1217166B
Application number: DE1961K0044880
Authority: DE
Inventors: Manabu Kashihara
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1960-11-04
Filing date: 1961-10-06
Publication date: 1966-05-18
Also published as: GB919430A; CH399855A

Description

Kugelreibungsgetriebe mit schwenkbaren Kugeln Die Erfindung betrifft ein Kugelreibungsgetriebe mit schwenkbaren Kugeln, die zwischen einem Paar inneren Kegelrädern auf der treibenden und der koaxialen getriebenen Welle im Eingriff stehen und bei dem das Übersetzungsverhältnis durch den Winkel zwischen der Eigendrehachse der Kugeln und der Hauptachse des Getriebes bestimmt ist. Derartige Getriebe mit einem Betätigungshebel zum Ändern der Neigung von die Kugeln durchsetzenden Kugeldrehachsen sind bekannt. Sie weisen ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf die Änderung des Übersetzungsverhältnisses innerhalb eines großen Bereichs auf. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, konstruktionstechnische Schwierigkeiten in der Lagerung der Kugeln zu vermeiden, einen günstigen Druckkontakt zwischen den Kugeln und den im Eingriff befindlichen Teilen herzustellen und die Abstützkraft auf einen verhältnismäßig großen Bereich zu verteilen, um günstige Druckkontaktbedingungen zu schaffen, so daß das Getriebe eine verhältnismäßig große Kraft -übertragen kann.
Ein Vorteil des Getriebes nach der Erfindung besteht in einer vereinfachten Konstruktion und langen Lebensdauer mit niedrigen Fertigungskosten.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Oberfläche jeder Kugel ein Kugelkranz läuft, der in einer Aussparung eines Zahnsegments gelagert ist, und daß das Zahnsegment zur Verschwenkung der durch den Mittelpunkt der Kugel und den Mittelpunkt des. Kugelkranzes verlaufenden Achse in der Ebene der Hauptachse des Getriebes schwenkbar ist Bei in anderer Weise ausgebildeten Kugelreibungsgetrieben ist es bekannt, die Kugeln auf kleineren Kugeln, welche in Kugelkränzen auf Meridiankreisen angeordnet sind, zu lagern oder abzustützen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Getriebe nach der Erfindung, F i g. 2 ebenfalls einen Längsschnitt durch das Getriebe nach F i g. 1, wobei jedoch das Getriebe in der Stellung gezeigt ist, die einem Übersetzungsverhältnis 1 entspricht, F i g. 3 einen Querschnitt nach Linie III-III in F i g. 2, F i g. 4 die Druckkontaktverhältnisse des Getriebes nach der Erfindung, verglichen mit einen herkömmlichen F i g. Getriebe 5 einen ' Längsschnitt durch ein Getriebe nach der Erfindung, das mit Ausnahme seiner Tandemkonstruktion ähnlich wie das, in F i g. 1 gezeigte Getriebe konstruiert ist, und -- F i g. 6 einen Längsschnitt durch ein weiteres Getriebe nach der Erfindung, wobei die Umdrehung der großen Kugeln auf die getriebene Welle übertragen wird.
In F i g. 1 ist das Gethebegehäuse mit. 1, die treibende Welle mit 2 und di6 -getriebene Welle mit 3 bezeichnet. Die treibende W81le 2- ist in Lagern 5, 5' in einem auf dem Getriebegehäuse 1 vorgesehenen Ge- häuse 4 und die getriebene Welle 3 in Lagern 7, 7' in einem Gehäuseteil 6 d'rehbaf gelagert.
Auf der treibenden- Welle 2 ist -ein Bund 9 angeordnet, und auf ihr Ende ist mittels eines Federkeils 11 ein Kegelrad 10 aufgekeilt. Der Bund 9 auf der treibenden Welle 2 liegt der Seitenfläche des inneren Laufrings des Lagers 5' gegenüber, und zwischen dem Bund 9 und dem Kegelrad 10 ist eine Feder 12 zum Erzeugen von Eingriffsdrücken zwischen den Kegelrädern 10 und mehreren großen Kugeln 13 angeordnet. Die Abtriebsseite ist ähnlich gebaut und weist einen Bund 14, ein Kegelrad 15, einen Federkeil 16 und eine Feder 17 auf, um Eingriffsdrücke zwischen dem Kegelrad 15 und den Kugeln 13 herzustellen.
Jeder Kugel liegt an einem Meridiankreis auf ihrer Oberfläche ein Kugelkranz 18 an und dreht sich während der Kraftübertragung um eine Achse X-X, die durch den Kugehnittelpunkt 0 und den Mittelpunkt 0' des Kugelkranzes hindurchgeht. Jeder Kugelkranz 18 wird auf einer Laufbahn gehalten, die auf dem konkaven Teil 21 eines in eine Zahnstange 19 eingreifenden Zahnsegments 20 angeordnet ist.' Jede Zahnstange 19 für jedes Zahnsegment 20 greift in eine an dem gemeinsamen Ring 24 vorgesehene Axialnut ein, an der sie auch befestigt ist. Alle Zahnsegmente 20 werden gleichzeitig bewegt, um dieselbe Phasenlage einzunehmen, -und zwar durch einenBedienungsgriff 22, der an dem Ring 24 befestigt ist und einen in dem Getriebegehäuse 1 vorgesehenen Schlitz 23 durchsetzt.
In dem vorstehend erläuterten Getriebe erfolgt die Kraftübertragung durch die treibende Welle 2, das Kegelrad 10, die Kugeln 13, das Kegelrad 15 und die getriebene Welle 3. Die Erzeugung der Eingriffsdrücke zwischen den Kugeln 13 und dem Kugelkranz 18 erfolgt durch das - Zusammenwirken der Reaktionskraft zwischen dem Kegelrad 10 und den Kugeln 13 und einer Reaktionskraft zwischen dem KegeIrd 15 und den Kugeln 13.
Während der Kraftübertragung dreht sich jede Kugel um die Achse X-X. Wenn der Wirkungsradius des Kegelrads 10 gleich dem Wirkungsradius des Kegelrads 15 ist, dann ergibt sich eine Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den Kegelrädem 10, 15 proportional zu RI-R,. R, und R, sind die Entfernungen von der Achse X-Xzum Druckpunkt des Kegelrads 10 bzw. 15.
In dem in F i g. 1 gezeigten Zustand wird die Drehgeschwindigkeit der treibenden Welle 2 zu der getriebenen Welle 3 verringert, bei dem in F i g. 2 dargestellten Zustand dreht sich die getriebene Welle 3 mit der gleichen Geschwindigkeit wie die treibende Welle 2. Das Getriebe steigeft die Geschivindigkeit der getriebenen Welle 3 durch Verstellen des Griffes 22 aus seiner in F i g. 2 veranschaulichten Stellung nach rechts und verringert die Geschwindigkeit der getriebenen Welle 3 durch Verstellen des Griffes 22 aus seiner in F i g. 2 gezeigten Stellung nach links.
Ein Vorteil des oben beschriebenen, stufenlos regelbaren Getriebes besteht darin, daß die Kugeln 13 keine Welle haben, sowie -in einer ziemlich einfachen Ausbildung des Lagermechanismus. Ein anderer Vorteil des Getriebes besteht darin, daß die Druckkontaktverhältnisse zwischen den Kugeln 13 und den Kegelrädern 10, 15 günstig sind. Wenn zwei Kegelmäntel C, und C, entsprechend F i g. 4 a und 4 b angenommen werden, die Stellen von Hertzschen Pressungsbereichen enthalten, dann ergibt sich folgendes übersetzungsverhältnis s: Hierbei ist - r, der auf dem Kegelmantel C, gegebene Wirkungsradius, r, ma#, der Höchstwert von rl, r,mi. der Mindestwert von rl, r2 der auf dem Kegelmantel C2 gegebene Wirkungsradius, r2mam der Höchstwert von r2, r2 i. der Mindestwert von r..
Der maximale Übersetzungsbetrag im Hertzschen Pressungsbereich wird mit einem Wert proportional zu dem obenerwähnten angegeben.
Soviel bekannt ist, nehmen die herkömmlichen stufenlos regelbaren Getriebe dieser Art eine Form an, wie sie in F i g. 4b und 4b' gezeigt ist, und es ergibt sich folgendes Übersetzungsverhältnis s: In diesem Fall treibt ein Punkt mit einer Höchstgeschwindigkeit einen Punkt mit einer Mindestgeschwindigkeit und umgekehrt. Das Übersetzungsverhältnis nimmt dann im Vergleich zu dem Wert bei einem Getriebe nach der Erfindung, bei dem ein Punkt mit einer Höchstgeschwindigkeit einen Punkt mit einer Höchstgeschwindigkeit treibt und umgekehrt, einen sehr hohen Wert an. Das bedeutet, daß das Getriebe nach der Erfindung durch Steigern der Berührungsdrücke in kleiner Größe hergestellt werden kann oder daß es durch Verbessern der Berührungsdruckverhältnisse sehr haltbar gebaut werden kann. Weiterhin verschiebt sich, da die Kugeln 13 in dem erfindungsgemäßen Getriebe nicht auf irgendeiner Welle gelagert sind, die Kreisbahn der Berührungsdruckpunkte allmählich, und ein kleiner Kreis auf der Kugel, auf den bisher kein Berührungsdruck ausgeübt wurde, wird nunmehr in den Berührungsdruck einbezogen. Demzufolge werden die großen Kugeln nicht an einem bestimmten Teil abgenutzt.
Das Kegelrad 10 oder das Kegelrad 15 in dem in F i g. 1 gezeigten Getriebe kann durch ein Scheibenrad oder eine Kugel ersetzt werden. Weiter kann in das Getriebe zwischen dem Kugelkranz 18 und der Kugel 13 ein Laufglied mit Mittelöffnung eingesetzt werden.
Das in F i g. 5 gezeigte, stufenlos regelbare Getriebe kann als eines betrachtet werden, in dem zwei Getriebeeinheiten gemäß F i g, 1 in Reihe geschaltet und in einem gemeinsamen Getriebegehäuse eingebaut sind. Bei diesem Getriebe werden zwei Getriebesätze durch einen gemeinsamen Griff betätigt. Die Übertragung der Kraft auf die getriebene Welle 39 erfolgt in diesem Getriebe durch ein Kegelrad 32 auf der Antriebswelle 31, die Kugeln 33, das Kegelrad 34, eine axiale Anpreßvorrichtung mit im Eingriff stehenden Kugeln und Nocken 35 zum Erzeugen der Eingriffsdrücke, ein Kegelrad 36, die Kugeln 37 und ein Kegelrad 38. Die Merkmale dieses Getriebes sind die gleichen wie die bei dem in F i g. 1 gezeigten Getriebe.
Wenn von der Voraussetzung ausgegangen wird, daß jede Einheit mit einem Übersetzungsbereich von 1/3 bis 3 gebaut ist, dann besitzt dieses Getriebe einen großen, von 1/,i bis 9 reichenden Übersetzungsbereich.
F i g. 6 zeigt ein weiteres, stufenlos regelbares Getriebe nach der Erfindung, welches ein feststehendes Kegelrad 40, ein drehbares Kegelrad 41 und einen drehbaren Ring 42 aufweist. Ein Drehen des feststehenden Kegekads 40 wird durch einen Stiftbolzen 43 verhindert. Das drehbare Kegelrad 41 ist mittels eines Federkeils 45 auf die treibende Welle 44 aufgekeilt. Das Kegelrad 40 und das Kegelrad 41 greifen mehrere Kugeln 46 an, und um geeignete Eingriffsdrücke zu erzeugen, sind zwischen der unteren Begrenzungsfläche der Ausnehmung 48 des Kegelrads 41 und einer auf das Ende der treibenden Welle 44 aufgeschraubten Mutter 49 Federn 47 eingefügt.
Kugelkränze 50 und Zahnsegmente 51 sind ähnlich dem in F i g. 1 gezeigten Getriebe vorgesehen, jedoch ist der Ring 42, der die Zahnstange 53 hält, nicht feststehend ausgebildet, sondern steht axial bewegbar übdr eine Federnut 55 mit der getriebenen Welle 54 im Eingriff. Auf seiner zylindrischen Umfangsfläche ist der Ring 42 mit einer Nut 56 versehen, und ein vorstehender, auf einer Steuerstange mit Schraubengewmde angeordneter Teil 57 einer Vorschubinutter 58 greift in diese Nut 56 ein. Die Änderung der Geschwindigkeit erfolgt durch Drehen eines an der Steuerstange 59 angebrachten Griffes 60. Bei dem vorstehend beschriebenen Getriebe erfolgt die Kraftübertragung auf die getriebene Welle 54 über die treibende Welle 44, den Keil 45, das Kegelrad 41, die Kugeln 46, den Kugelkranz 50, das Zahnsegment 51, die Zahnstangen 53 und den drehbaren Ring 42. Der Mechanismus der Kraftübertragung arbeitet nach Art eines Umlaufrädergetriebes, und die Umdrehung der Kugeln 46 um die Achslinie der getriebenen Welle 54 wird auf diese getriebene Welle 54 übertragen. Die getriebene Welle 54 des Getriebes kann die treibende Welle sein und dann kann die treibende Welle 44 die getriebene Welle sein.
Der äußerste Wert für die Drehgeschwindigkeit der getriebenen Welle 54 ist aus folgender Tabelle ersichtlich.

Praktisch nimmt die Drehgeschwindigkeit der getriebenen Welle nicht endlos zu, auch wenn die Achse X-X durch den Punkt P hindurchgeht. Es ist ratsam, bei diesem Getriebe Mittel zum Begrenzen des Hubs des Ringes 42 vorzusehen, um eine Stellung zu vermeiden, bei der ein übermäßig hoher Druck erzeugt wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Kugelreibungsgetriebe mit schwenkbaren Kugeln, die zwischen einem Paar inneren Kegelrädern auf der treibenden und der koaxialen getriebenen Welle im Eingriff stehen und bei dem das Übersetzungsverhältnis durch den Winkel zwischen der Eigendrehachse der Kugeln und der Hauptachse des Getriebes bestimmt ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche jeder Kugel (13) ein Kugelkranz (18) läuft, der in einer Aussparung eines Zahnsegments (20) gelagert ist, und daß das Zahnsegment zur Verschwenkung der durch den Mittelpunkt (0) der Kugel und den Mittelpunkt (0') des Kugelkranzes verlaufenden Achse (X-X) in der Ebene der Hauptachse des Getriebes schwenkbar ist.
2. Reibungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Zahnsegmente (20) durch einen den einzelnen Zahnsegmenten zugeordnete Zahnstangen (19) tragenden, in Richtung der Hauptachse des Getriebes verschiebbaren Ring (24) gemeinsam verschwenkbar sind. 3. Reibungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelräder (10, 15) durch den Druck von Federn (9, 14) gegen die Oberfläche der Kugeln (13) gepreßt werden.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 866 748; schweizerische Patentschrift Nr. 130 510; französische Patentschriften Nr. 530 635, 1116 854; britische Patentschrift Nr. 447 737.