DE4111661A1

DE4111661A1 - Planetary gear with central cylindrical spur wheel - has external teeth and has cylindrical hollow wheel with inner teeth, and flexible ring

Info

Publication number: DE4111661A1
Application number: DE19914111661
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl Ing Griesser
Original assignee: Renk GmbH
Current assignee: Werner Riester & Co KG Armaturen- und Maschin GmbH
Priority date: 1991-04-10
Filing date: 1991-04-10
Publication date: 1992-10-15

Abstract

The planetary gear has a central cylindrical spur wheel (12) with external cogging (26), and a cylindrical hollow wheel (10) with inner cogging (24). The hollow wheel does not extend the whole width of a flexible ring (4) which has an outer (24) and inner gear rim radially deformed by a rotary cam (2). The hollow wheel extends only over the spur wheel or cam. The cam forms two eccentric cams displaced by 180 degrees. The periphery of the double cam (4) consists of four circle-arcs running tangentially into each other. ADVANTAGE - The planetary gear is made more durable, efficient and load-bearing.

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a planetary gear Preamble of claim 1.

Ein Planetengetriebe dieser Art ist aus der EP 03 16 713 A2 bekannt.A planetary gear of this type is known from EP 03 16 713 A2 known.

Durch die Erfindung soll die Belastbarkeit, Lebensdauer und Wirkungsgrad verbessert werden, bei einfacher Konstruktion.Through the invention, the resilience, life and Efficiency can be improved with a simple construction.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch Anspruch 1 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.This object is achieved according to the invention by claim 1 solved. Further features of the invention are in the Subclaims included.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen als Beispiele beschrieben. Darin zeigenThe invention is described below with reference to the Drawings based on preferred embodiments as Examples described. Show in it

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Planetengetriebe nach der Erfindung, Fig. 1 is an axial section through a planetary gear according to the invention,

Fig. 2 einen Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Planetengetriebes nach der Erfindung, Fig. 2 is an axial section of another embodiment of a planetary gear according to the invention,

Fig. 3 einen Axialschnitt einer nochmals weiteren Ausführungsform eines Planetengetriebes nach der Erfindung, Fig. 3 is an axial section of yet another embodiment of a planetary gear according to the invention,

Fig. 4 schematisch ein Viertel des Umfanges der Zahnkränze, wobei die Eingriffszone der Zahnkränze von "Hohlrad und Flexrad außen" oben gezeigt ist und die Eingriffszone der Zahnkränze von "Stirnrad und Flexrad innen" links gezeigt ist, Fig. 4 schematically shows a quarter of the circumference of the ring gears with the engagement zone of the toothed rings of "ring gear and Flexrad outside" is shown above, and the engagement zone of the toothed rings is shown by "spur gear and Flexrad inside" left,

Fig. 5 einen schematischen Axialschnitt des Planetengetriebes von Fig. 1 mit den darin herrschenden Kräften, Fig. 5 is a schematic axial sectional view of the planetary gear of Fig. 1 with the prevailing therein forces,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der am Umfang der Verzahnungen herrschenden Kräfte, Fig. 6 is a schematic representation of the prevailing at the periphery of the teeth forces,

Fig. 7 schematisch den Doppelexzenter der Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 4 mit seinen Mittelpunkten M1 bis M4, seinen Radien R1 bis R4, seinen Nocken-Kreisbögen K1 und K3 sowie seinen letztere verbindenden Verbindungs-Kreis bögen K2 und K4, Fig. 7 shows schematically the double eccentric of the embodiments according to FIGS. 1 to 4 with its centers M 1 to M 4 , its radii R 1 to R 4 , its cam arcs K 1 and K 3 and its connecting connecting circle arcs K 2 and K 4 ,

Fig. 8 ein Kurvendiagramm, aus welchem ersichtlich ist, daß sich die Kopfkreise der miteinander in Eingriff befindlichen Verzahnungen (Hohlrad und Flexrad außen; Flexrad innen und Stirnrad) unter dem Winkel S_max schneiden, unter dem der größte Flankenabstand a_max auftritt, Fig. 8 is a graph is made of which can be seen that the head circles of the gears engaged with each other (ring gear and Flexrad outside; Flexrad inside and spur gear) intersect at an angle S _max, at which the largest edge separation a _maximum occurs,

Fig. 9 gerade Zahnflanken der Verzahnungen, und Fig. 9 straight tooth flanks of the teeth, and

Fig. 10 gemäß der Erfindung bevorzugte gerundete Zahnflanken der Verzahnungen. Fig. 10 according to the invention, preferred rounded tooth flanks of the gear teeth.

1. General

Bei der Erfindung handelt es sich um ein zwangsläufiges Koppelgetriebe. Es ist in Fig. 1 bis 3 schematisch im Schnitt dargestellt.The invention is an inevitable coupling gear. It is shown schematically in section in FIGS. 1 to 3.

Ein Doppelexzenter 2, dessen genaue Form nachfolgend noch beschrieben wird, verformt einen außen und innen verzahnten, radial flexiblen (biegsamen) Ring (Flexrad genannt) 4 zu einem Oval. Das Flexrad 4 ist durch ebenfalls dem Doppelexzenter 2 entsprechend verformte Wälzlager 6, 8 gegenüber dem Doppelexzenter 2 drehbar. Durch das ovale Flexrad 4 entstehen entsprechend Fig. 4 am Umfang vier Eingriffszonen 14, 16, 18, 20, je zwei mit Hohlrad 10 und Stirnrad 12. Die Hohlradeingriffszonen 14, 16 liegen sich gegenüber. Die Stirnradeingriffszonen 18, 20 liegen sich ebenfalls gegenüber, sind aber zu den Hohlradeingriffszonen um 90° versetzt (Fig. 4).A double eccentric 2 , the exact shape of which will be described below, deforms an externally and internally toothed, radially flexible (flexible) ring (called a flex wheel) 4 into an oval. The flex wheel 4 can be rotated relative to the double eccentric 2 by means of roller bearings 6 , 8 which are also deformed correspondingly to the double eccentric 2 . Through the oval Flexrad 4 Fig arise accordingly. 4 on the periphery of four engagement regions 14, 16, 18, 20, two each with ring gear 10 and spur gear 12th The ring gear engagement zones 14 , 16 lie opposite one another. The spur gear engagement zones 18 , 20 are also opposite one another, but are offset by 90 ° to the hollow gear engagement zones ( FIG. 4).

2. Function

Die Getriebeuntersetzung ergibt sich aus den bestehenden Zähnezahldifferenzen der Verzahnungen. Dabei hat die Flexradaußenverzahnung 22 zwei oder vier Zähne weniger als die Verzahnung 24 des Hohlrades 10. Ebenfalls hat die äußere Verzahnung 26 des Stirnrades 12 zwei oder vier Zähne weniger wie die Flexradinnenverzahnung 28. Die beiden äußeren 22, 24 bzw. die beiden inneren 26, 28 Verzahnungen stellen die beiden zu einem Koppelgetriebe miteinander verbundenen Überlagerungsgetriebe dar. The gear reduction results from the existing number of teeth differences in the gears. The flex wheel external toothing 22 has two or four teeth less than the toothing 24 of the ring gear 10 . Likewise, the external toothing 26 of the spur gear 12 has two or four teeth less than the flex gear internal toothing 28 . The two outer gears 22 , 24 and the two inner gears 26 , 28 represent the two superimposed gears which are connected to one another to form a coupling gear.

Bei einer Umdrehung des Doppelexzenters 2 werden alle äußeren Flexradzähne 22 in die Zahnlücken der inneren Verzahnung 24 des Hohlrades 10 gedrückt. Die Zähnezahldifferenz verursacht eine Relativbewegung zueinander. Ebenso werden alle inneren Flexradzähne 28 in die Zahnlücken der Verzahnung 26 des Stirnrades 12 gedrückt. Die Zähnezahldifferenz verursacht nun ebenso eine Relativbewegung des Stirnrades 12. Die Summe der beiden Relativbewegungen erfährt das jeweilige Abtriebsrad (Hohlrad 10 oder Stirnrad 12).With one revolution of the double eccentric 2 , all outer flex wheel teeth 22 are pressed into the tooth gaps of the inner toothing 24 of the ring gear 10 . The difference in the number of teeth causes a relative movement to one another. Likewise, all inner flex wheel teeth 28 are pressed into the tooth gaps of the toothing 26 of the spur gear 12 . The difference in the number of teeth now also causes a relative movement of the spur gear 12 . The sum of the two relative movements is experienced by the respective driven gear (ring gear 10 or spur gear 12 ).

Für die Funktion des Getriebes sind die beiden äußeren 22, 24 (Hohlrad 10, Flexrad 4 außen 22) und die beiden inneren 26, 28 (Stirnrad 12, Flexrad 4, innen 28) Verzahnungen voneinander unabhängig (so z. B. in Zähnezahl, Zähnezahldifferenz und Modul).For the function of the gearbox, the two outer 22 , 24 (ring gear 10 , flex wheel 4 outside 22 ) and the two inner 26 , 28 (spur gear 12 , flex wheel 4 , inside 28 ) toothings are independent of each other (e.g. in number of teeth, Difference in number of teeth and module).

Die Flexradaußenverzahnung 22 hat 0,2 oder 4 Zähne weniger als das Hohlrad 10 und Stirnrad 12 hat 0,2 oder 4 Zähne weniger als die Flexradinnenverzahnung 28. Es sind alle Kombinationen aus diesen Zähnezahldifferenzen möglich, außer daß alle Verzahnungen gleiche Zähnezahl haben.The outer flex gear 22 has 0.2 or 4 teeth less than the ring gear 10 and spur gear 12 has 0.2 or 4 teeth less than the internal flex gear 28 . All combinations of these tooth number differences are possible, except that all toothings have the same number of teeth.

3. Power transmission

Die Kraft- bzw. Momentenübertragung von Stirnrad 12 zum Hohlrad 10 erfolgt in Umfangsrichtung durch das Flexrad 4, das die um 90° versetzten Eingriffszonen 14, 16, 18, 20 verbindet.The transmission of force or torque from the spur gear 12 to the ring gear 10 takes place in the circumferential direction by means of the flex wheel 4 , which connects the engagement zones 14 , 16 , 18 , 20 offset by 90 °.

Die Form und Lage des Flexrades 4 unter Belastung ergibt sich aus der Nockenform des Doppelexzenters 2 und den auftretenden Kräften (Fig. 5 und 6). Die Radialkräfte (F_rH, F_r, F_rS) aus den Verzahnungen wirken der durch die Nocke 2 vorgegebenen Form entgegen. Durch die um 90° versetzten Eingriffszonen 14, 16, 18, 20 und den Umfangskräften F_U erfährt das Flexrad 4 in den Zwischenbereichen zwischen den Eingriffszonen 14, 16, 18, 20 eine Dehnung bzw. Stauchung. Dadurch, daß Stirnrad 12 und Doppelexzenter 2 axial nebeneinander angeordnet sind, tritt zusammen mit den vorher genannten Kräften und Verformungen (Biegung) auch noch eine Verwindung des Flexrades 4 auf.The shape and position of the flex wheel 4 under load results from the cam shape of the double eccentric 2 and the forces that occur ( FIGS. 5 and 6). The radial forces (F _rH , F _r , F _rS ) from the toothings counteract the shape specified by the cam 2 . Due to the engagement zones 14 , 16 , 18 , 20 offset by 90 ° and the circumferential forces F _U , the flex wheel 4 experiences an expansion or compression in the intermediate areas between the engagement zones 14 , 16 , 18 , 20 . Because the spur gear 12 and the double eccentric 2 are arranged axially next to one another, a twisting of the flex wheel 4 also occurs together with the aforementioned forces and deformations (bending).

4. Special design features Embodiment according to FIG. 1

Das Stirnrad 12 und der Doppelexzenter 2 sind axial hintereinander angeordnet. Das Flexrad 4 erstreckt sich über die Breite von Stirnrad 12 und Doppelexzenter 2. Das Hohlrad 10 erstreckt sich nur über die Breite des Doppelexzenters 2. Die Lager 6 und 8 befinden sich radial zwischen Doppelexzenter 2 und Hohlrad 10. Das Hohlrad 10 und das Stirnrad 12 haben eine kreiszylindrische Querschnittsform. Der Doppelexzenter 2 und die Lager 6 und 8 haben eine im wesentlichen ovale Form und bilden zwei um 180° zueinander entgegengesetzte Hocken. Der Innenzahnkranz 28 erstreckt sich axial nur über die Breite des Stirnrades 12.The spur gear 12 and the double eccentric 2 are arranged axially one behind the other. The flex wheel 4 extends across the width of the spur gear 12 and double eccentric 2 . The ring gear 10 extends only over the width of the double eccentric 2 . The bearings 6 and 8 are located radially between the double eccentric 2 and the ring gear 10 . The ring gear 10 and the spur gear 12 have a circular cylindrical cross-sectional shape. The double eccentric 2 and the bearings 6 and 8 have an essentially oval shape and form two squares which are opposite one another by 180 °. The internal ring gear 28 extends axially only over the width of the spur gear 12 .

Embodiment according to FIG. 2

Wie Fig. 1, jedoch erstreckt sich das Hohlrad 10 nur über die Breite des Stirnrades 12.Like FIG. 1, but the ring gear 10 extends only over the width of the spur gear 12 .

Embodiment according to FIG. 3

Wie Fig. 1, jedoch erstreckt sich der Innenzahnkranz 28 des Flexrades 4 axial über das Stirnrad 12 und auch über die Lager 6 und 8. As shown in FIG. 1, however, the internal ring gear 28 extends axially of the flex wheel 4 via the spur gear 12 and also via the bearings 6 and 8.

Um Eingriffsstörungen mit der Flexradaußenverzahnung 22 zu vermeiden bzw. zu verringern, darf sich das Hohlrad 10 nicht über die ganze Breite des Flexrades 4, sondern sich nur über den Bereich des Stirnrades 12 oder des Doppelexzenters 2 erstrecken (Fig. 1, Fig. 2).In order to avoid or reduce interference with the flex gear external toothing 22 , the ring gear 10 must not extend over the entire width of the flex gear 4 , but only over the area of the spur gear 12 or the double eccentric 2 ( FIG. 1, FIG. 2). .

Das Flexrad 4 wird durch die Kraftübertragung wechselweise auf Zug oder Druck und etwas auf Torsion beansprucht. Die Antriebsnocke bzw. der Doppelexzenter 2 belastet es auf Biegung. Biege- und Zug/Druckspannungen sind in bezug auf die Ringdicke entgegengesetzt. D.h. es gibt eine optimale Flexraddicke für die jeweilige Konstruktion.The flex wheel 4 is alternately subjected to tension or compression and somewhat torsion due to the power transmission. The drive cam or the double eccentric 2 loads it on bending. Bending and tensile / compressive stresses are opposite in relation to the ring thickness. That means there is an optimal flex wheel thickness for the respective construction.

Der Abstand der Fußkreise von Außen- und Innenverzahnung ist so groß, daß gleiche Zähnezahlen und eine Anordnung Kopf auf Kopf bzw. Kopf auf Lücke von Außen- zu Innenverzahnung keine wesentliche Verbesserung bringt und damit vernachlässigt werden kann. Um der Biegung aus den Verzahnungsradialkräften entgegenzuwirken soll die Flexradaußenverzahnung sich zu einem gewissen Teil über Stirnrad- und Exzenterbereich erstrecken.The distance of the root circles from the external and internal toothing is so large that the same number of teeth and an arrangement Head to head or head to gap from the outside to the outside Internal toothing brings no significant improvement and so that can be neglected. To bend out of the To counteract radial tooth forces Flex gear external teeth overlap to a certain extent Extend spur gear and eccentric area.

Falls noch höhere Steifigkeit nötig ist, kann sich auch die Innenverzahnung zu einem gewissen Teil über Stirnrad- und Exzenterbereich erstrecken. Was jedoch den Sitz auf dem Lageraußenring etwas verschlechtert (Fig. 3).If even greater rigidity is required, the internal toothing can also extend to a certain extent over the spur gear and eccentric areas. However, what the seat on the bearing outer ring deteriorates somewhat ( Fig. 3).

5. Double eccentric

Die zuvor genannten Eingriffszonen des Flexrades 4 mit Hohlrad 10 und Stirnrad 12 werden mit einem Doppelexzenter 2 erreicht, der Lager 6, 8 und Flexrad 4 verformt. The aforementioned engagement zones of the flex wheel 4 with ring gear 10 and spur gear 12 are achieved with a double eccentric 2 , which deforms bearings 6 , 8 and flex wheel 4 .

Die Umgangsform des Doppelexzenters 2 besteht aus vier Kreisbögen, die tangential aneinander anschließen, wobei die jeweils gegenüberliegenden den gleichen Radius R haben. Die Mittelpunkte M liegen wie in Fig. 7 dargestellt auf den Hauptachsen des Doppelexzenters 2. Die Abstände der Mittelpunkte M auf den Hauptachsen vom Zentrum 7 sind nahezu gleich. Damit wird erreicht, daß die Krümmungsänderungen des Flexrades 4 betragsmäßig gleich sind.The colloquial shape of the double eccentric 2 consists of four arcs that connect tangentially to one another, the opposite ones each having the same radius R. As shown in FIG. 7, the center points M lie on the main axes of the double eccentric 2 . The distances of the center points M on the main axes from the center 7 are almost the same. This ensures that the changes in curvature of the flex wheel 4 are the same in amount.

6. Intervention relationships

Fig. 4 zeigt die Eingriffsverhältnisse in einem Viertel des Umfangs. Die jeweiligen Eingriffe erstrecken sich über einen großen Winkelbereich. Fig. 4 shows the engagement conditions in a quarter of the circumference. The respective interventions extend over a large angular range.

Die maßgeblichen Zahnflankenabstände a der sich im Eingriff befindlichen Zähne verhalten sich über ein Viertel des Umfangs wie in Fig. 8 dargestellt. Größe der Abstände bzw. Lage des Maximums ist abhängig von den Radien R, die vom Doppelexzenter 2 vorgegeben werden.The relevant tooth flank spacings a of the teeth in engagement are over a quarter of the circumference as shown in FIG. 8. The size of the distances or location of the maximum depends on the radii R that are specified by the double eccentric 2 .

Um beim Ineingriffgehen der Verzahnungen unter Belastungen optimale Verhältnisse zu schaffen, sollte der Schnittpunkt der Kopfkreise unter dem Winkel S_max erfolgen, an dem das Abstandsmaximum auftritt. Erreicht wird dies durch entsprechende Radius- und Mittelpunktsvorgabe für den Exzenter und durch Zahnkopfkürzungen.In order to create optimal conditions when the gears mesh under loads, the intersection of the tip circles should occur at the angle S _max at which the _maximum distance occurs. This is achieved by specifying the radius and center point for the eccentric and by shortening the tooth tips.

7. Interlocking

Da die Zahnflanken aneinander gleiten und über den Eingriffsbereich unterschiedliche Neigungswinkel zueinander haben, werden gekrümmte Zahnflanken verwendet (Fig. 10). Since the tooth flanks slide against one another and have different angles of inclination to one another over the engagement area, curved tooth flanks are used ( FIG. 10).

Somit wird vermieden, daß die scharfen Kopfkanten tragen und bei der Gleitbewegung der Schmierfilm zerstört wird.This prevents the sharp edges of the head from wearing and the lubricating film is destroyed during the sliding movement.

Die Flankenform kann dabei eine Evolvente, Evolvente mit Kopfkantenrücknahme, oder eine stärker gekrümmte Sonderflanke sein.The flank shape can be an involute, involute with Tip edge relief, or a more curved Be a special flank.

Gemäß der Erfindung sollen vorzugsweise keine geraden (ebene) Zahnflanken nach Fig. 10 verwendet werden, weil die Zähne der Verzahnungen 22, 24, 26, 28 radial ineinander geschoben werden und dann bei geraden Zahnflanken Zahnkopf-Stöße und Schabwirkungen entstehen würden. Durch die Form des Exzenters 2 und der Zähne nach Fig. 9 wird gemäß der Erfindung sichergestellt, daß die Zahnkopfkanten beim Ineinandergreifen der Zähne einen Umfangsabstand voneinander haben, so daß keine Zahneingriffsstörungen, z. B. Zahnkopfstöße, entstehen.According to the invention, preferably no straight (flat) tooth flanks according to FIG. 10 should be used, because the teeth of the toothings 22 , 24 , 26 , 28 are pushed radially into one another and then tooth head bumps and scraping effects would occur with straight tooth flanks. The shape of the eccentric 2 and the teeth according to FIG. 9 ensures, according to the invention, that the tooth tip edges have a circumferential distance from one another when the teeth mesh, so that no tooth interference disorders, e.g. B. tooth butt joints arise.

Claims

1. Planetary gear with a central cylindrical spur gear ( 12 ) with external teeth ( 26 ), a cylindrical ring gear ( 10 ) with internal teeth ( 24 ), an eccentric ( 2 ), and with a flexible ring (flex wheel 4 ) with an outer ring gear ( 24 ) and an inner ring gear ( 29 ), which is deformed radially by the rotating eccentric ( 2 ), characterized in that the ring gear ( 10 ) does not extend over the entire width of the flex wheel ( 4 ), but, depending on the design, only extends over the spur gear ( 12 ) or the eccentric ( 2 ) extends.

2. Planetary gear according to claim 1, characterized in that the eccentric ( 2 ) forms two eccentric cams offset by 180 ° to each other and the circumferential shape of this double eccentric ( 4 ) consists of four circular arcs which merge tangentially into one another, and that the respectively opposite circular segments are the same Have radius ( Fig. 7).

3. Planetary gear according to claim 2, characterized in that the center points (M) of the circular segments lie on the two main axes of the eccentric ( 2 ) and all have the same distance from the center (Z) ( Fig. 7).

4. Planetary gear according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tip circles of the toothing located engaged with each other cut (ring gear 10 / Flexrad 4 outside or Flexrad 12 4 in / gear) at the angle S _max, at which the greatest edge spacing a _max occurs ( Fig. 8).

5. Planetary gear according to claim 4, characterized in that the tip circle intersection at the angle S _{max is} achieved by appropriate radius and center point selection of the eccentric arcs and additionally by tooth reductions.

6. Planetary gear according to one of claims 1 to 5, characterized in that the changes in curvature of the flex wheel ( 4 ), predetermined by the eccentric ( 2 ), are equal in amount around the entire circumference.

7. Planetary gear according to one of claims 1 to 6, characterized in that the tooth flanks are curved and the head edges are additionally rounded if necessary ( Fig. 9).