182526. lajstromszámú szabadalom • Változó áttételű kúpfogaskerekes hajtás, valamint változó áttételű differenciálmű
182526 4 A találmány tárgya a változó áttételű kúpfogaskerekes hajtás nagykerékkel és kiskerékkel, ahol a nagykerék kúpos fogainak és a kiskerék kúpos fogainak egymással érintkező fogalkotói vannak. Tárgya még a találmánynak a változó áttételű kúpfogaskerekes hajtást alkalmazó differenciálmű is, amelynek háza, első és második, kúpfogazású és a házba forgathatóan szerelt rózsakereke, legalább egy, kúpfogazású és a házban forgathatóan szerelt kiskereke van, ahol a kiskerék kúpos fogai az első és második rózsakerék kúpos fogaival a fogak érintkező fogalkotói mentén kapcsolódnak. Ilyen változó áttételű hajtást, differenciálművet elsősorban a járművekben alkalmaznak. A változó áttétel ugyanis egyúttal azt is jelenti, hogy a hajtás forgatónyomatéka is változik. A változó áttételű hajtásokat azért nevezik így, mert a hajtás fogaskerekeinek érintkezőfogai úgy vannak kialakítva, hogy amikor a kerekek forgása közben kapcsolódnak egymással, az áttétel és ezzel a forgatónyomaték is periodikusan változik. Az ilyen hajtásokat előszeretettel alkalmazzák teherautók és traktorok differenciál mechanizmusaiban, mert itt különös szükség van arra, hogy ne szűnjön meg a vonóerő akkor sem, ha az egyik hajtott kerék csúszik. Az ilyen változó áttételű hajtást alkalmazza a differenciálműben az álló, nem csúszó kerékhez vezetett teljesítmény periodikusan meg fog ugrani, amíg a másik kerék csúszik. Ez az időnként megnövekvő teljesítmény lehetővé teszi, hogy a teherautó vagy traktor kihúzza magát a sárból vagy a hóból, amiben megrekedt. Természetesen homlokfogaskerekeket és kúpfogaskerekeket is egyaránt elláthatunk olyan fogazással, amely változó áttételt tesz lehetővé, de minthogy a differenciálművekben a kúpfogaskerekek alkalmazása terjedt el a legszélesebb körben, a változó áttételt lehetővé tevő fogazást leggyakrabban kúpfogaskerekeken alkalmazzák. Az ilyen hajtás hatásmechanizmusát az ilyen célra legkorábban ismertté vált megoldás vizsgálatával érthetjük meg a legkönnyebben. Itt a fogprofilnak két jól megkülönböztethető része van. A fogmagasság nagyobbik részén a fogprofilnak nagy görbületi sugara van, amihez sokkal kisebb görbületi sugarú rész csatlakozik. Ehhez a kisebb görbületi sugarú rész a fogprofilnak, azaz a fogmagasságnak csak igen kicsi, a fogfej közelében levő részére terjed ki. Az ilyen típusú fogaskerekek egymáshoz történő kapcsolódása során a kapcsolódó fognak először a kicsi, kisgörbületi sugarú része lép érintkezésbe. Tovább fordulva a nagygörbületi sugarú rész következik. Láthatjuk tehát, hogy az ilyen típusú fogaskerekek kapcsolódása során folyamatosan változik a kapcsolódás sugara, ami a két fogaskerék közötti áttétel változásához vezet. Az áttétel változása természetesen magával hozza a forgatónyomaték változását is. Az ilyen kezdetleges kialakítású változó áttételű fogaskerék kapcsolódásoknak azonban jelentős hátrányai voltak. A fogprofil kicsi, kisgörbületi sugarú része végigcsúszik az egész kapcsolódó fogprofilon, itt lép tehát föl a csúszóérintkezés maximuma. Ez fokozott kopáshoz vezet, aminek eredményeképpen a fogaskerék kapcsolat fokozatosan elveszti változó áttételű jellegét. Ehhez járul még az a 3 nem elhanyagolható hátrány, hogy a kisgörbületi sugarú részt körülbelül csak kétszer olyan hosszú idő alatt lehet elkészíteni, mint a fogaskerék összes többi részét. A fognak vagy csak az egyik oldalát lehetett egy szene megmunkálni vagy a fog mindkét oldalának egyszerre történő megmunkálásához két külön fogmaró mozgáshoz van szükség. A szokásos nyerskerekek sem állnak rendelkezésre, ügy kell elkészíteni őket továbbá, hogy elméletileg a teljes fog mentén érintkezzenek, aminek következtében nem alkalmasak a szereléskor keletkező tűrések és a változó terhelések kiegyenlítésére, elviselésére, amelyek pedig a differenciálható művekben gyakran fellépnek. Ha az ilyen fogaskerék kapcsolatokat nem egészen pontosan szerelték, akkor az egész terhelés a fogak egyik vagy másik végére koncentrálódik, aminek következtében ezek még gyorsabban kopnak el. Ezeket a hiányosságokat a 2 436 276 számú amerikai szabadalmi leírásban ismertetett változó áttételű hajtás úgy igyekszik kiküszöbölni, hogy az egymáshoz kapcsolódó fogaskerekek fogainak profilját két jól megkülönböztethető részből készíti: nagygörbületi sugarú és kisgörbületi sugarú részből. A kisgörbületi sugarú rész azonban a fogaskerék osztóvonalának közelében van elhelyezve. A fogprofilon e fölött és ez alatt levő rész görbületi sugara sokkal nagyobb. Nagyon hasonló megoldást ismertet hasonló céllal a 2 009 915 számú amerikai szabadalmi leírás. Itt olyan fogprofilokat alakítanak ki, hogy az érintkezés, vonala a főosztókör átmérő mentén legyen. Kúpfogazású kerekek esetében az érintkezési vonal a főpótkúp osztósugara mentén van. Az ilyen és hasonló változó áttételű hajtásokkal kapcsolatban összefoglalóan megállapítható, hogy kúpkerekeinek geometriája olyan, hogy a kiskerekek és a rózsakerekek osztókúpjainak, homlokkúpjainak és lábkúpjainak csúcsai is egy pontba esnek, méghozzá a differenciálmű középpontjába. Amikor ez megvalósul, akkor az elméleti érintkezési vonal a fogak teljes hosszára kiterjed. Ennek azonban az egyenlőtlen terhelés, a nagy kopás, melegedés és zaj mellett megvan az a hátránya is, hogy nehezen gyártható. Ezeket a hiányosságokat igyekszik kiküszöbölni a 3 703 108 számú amerikai szabadalmi leírás. Itt a kúpfogazású fogaskerekek fogait hagyományos módon alakítják ki, méghozzá úgy, hogy az elméleti osztókúp csúcsa és a létrehozott osztókúp csúcsa egybeesik a rózsakerék és a kiskerék tengelyének metszéspontjával. Ehhez olyan fogprofilra van szükség, amely a fog teljes hossza mentén egyenletes görbületi sugárral rendelkezik. Az eme megoldás szerinti fogak érintkezési görbéje egy fogprofil esetében a fog fejétől az egyik oldalon a fog lábáig halad a másik oldalon. A 3 703 108 számú amerikai szabadalmi leírás szerinti változó áttételű hajtásban az érintkezési sugár változása mind a kiskerék, mind pedig a rózsakerék esetében forgásuk síkjában történik. A kiskeréknek és rózsakeréknek is kettős homlokkúpja van, tehát az egyik homlokkúp csúcsa nem esik egybe a másik homlokkúp csúcsával. Ennek következtében a fogakon ébredő érintkezési feszültség is változik némelyes mértékben. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
