CN108700161A - 齿形皮带传动装置 - Google Patents

Abstract

一种齿形皮带传动装置，该齿形皮带传动装置具有齿形皮带并且具有至少两个齿形皮带轮，这些齿形皮带轮优选地是螺旋齿形，其中，该齿形皮带在这些齿形皮带轮的圆周的部分区域上绕在这些齿形皮带轮上并且该齿形皮带的齿以啮合的方式接合在这些齿形皮带轮的齿槽中，其中，与标称节距P相关并且由在齿的平均高度处的相应齿形皮带轮的齿槽宽度e_S与该齿形皮带的齿宽度e_R之间的差产生的气隙E_S或E_s(mk)是以取决于该齿形皮带的齿数z_R、以及该齿形皮带轮的齿数z、或相对小齿形皮带轮的齿数z_k或相对大齿形皮带轮的齿数z_g的方式进行配置。

Description

齿形皮带传动装置

技术领域

本发明涉及一种齿形皮带传动装置，该齿形皮带传动装置具有一个齿形皮带和至少两个(优选螺旋齿轮的)齿形皮带轮，其中，该齿形皮带具有配备有齿形轮廓的至少一个传动侧，并且这些齿形皮带轮具有齿形轮廓，该齿形轮廓与该皮带的齿形轮廓互补，其中，该齿形皮带在这些齿形皮带轮的圆周的部分区域上包裹这些齿形皮带轮并且该齿形皮带的齿啮合在这些齿形皮带轮的齿槽中。

背景技术

设计这类齿形皮带传动装置时面临的一个挑战是提供尽可能安静的且尽可能使噪声产生最小化的齿形皮带传动装置。运行噪声尤其是由于齿与齿形皮带轮相啮合的结构和几何条件以及由于其在皮带运行中产生的振动和振荡而产生。即使虽然通过将直齿轮的齿形皮带传动装置改变为螺旋齿轮的齿形皮带传动装置已经可以减少噪声，然而存在于螺旋齿轮的齿形皮带传动装置中的噪声排放仍然是显著的且不希望的。

EP 1 614 933 B1披露了一种螺旋齿轮的齿形皮带传动装置，其中将噪声和振动最小化，在于：游隙(齿隙“D”)、即(螺旋齿轮的齿形皮带与齿形皮带轮之间的)齿隙对于特定齿倾斜角度和预定义齿形皮带宽度情况下的齿距被设定成特定比率。EP 2 803 879 A1提出了类似的措施、尤其是用于减少电动助力转向组件中的齿形皮带传动装置情况下的噪声。此处同样，齿游隙被设定为取决于齿宽和齿高。

因此，作为齿形皮带的配对件的齿形皮带轮的轮廓以及齿形皮带的轮廓在螺旋齿轮的齿形皮带传动装置中的设计总是设想一定程度的游隙，即，一定程度的“齿隙”，不只是为了保证皮带相对于齿形皮带轮在圆周方向上位移的一定能力，还为了补偿皮带的生产公差和可变张力以及由可变张力在包裹的弧线处产生的不同的节距长度。在此，首要目标是配置游隙，使得实现齿形皮带进入两个齿形皮带轮中的无阻碍运行以便使由于空气和冲击而产生的噪声最小化。

然而，现有技术水平中已知的用于减少在齿形皮带传动装置情况下由于空气和冲击而产生的噪声的措施在相对大的和相对小的齿形皮带轮之间相互作用的情况下(因此，尤其是在相对大的传动比的齿形皮带传动装置中)不再适合。尤其是在具有高的正/负传动比并且例如从传动输入端到传动输出端的转速显著减少的齿形皮带传动装置中，所提及的措施本身是无效的，不只是因为在运行进入小齿形皮带轮/链轮时的啮合条件与在运行进入大齿形皮带轮时的啮合条件明显不同。

发明内容

因此，本发明所基于的目的是提供一种皮带传动装置，该皮带传动装置在不同直径/齿数的齿形皮带轮的情况下以及还在相对高传动比的情况下以尽可能小的噪声运行且在啮合时无冲击，并且即使在高转速下，皮带运行产生很少的振动和振荡。

这个目的是通过协调的权利要求1和2的特征来实现的。从属权利要求中披露了进一步有利构型。

根据本文的权利要求1，与标称节距P相关并且由在或处于齿的平均高度处的相应齿形皮带轮的齿槽宽度e_S与该齿形皮带的齿宽度e_R之间的差产生的齿隙E_S，该齿隙取决于该齿形皮带的齿数z_R和该齿形皮带轮的齿数z，该齿隙被配置成使得：

其中，C_S是在齿形皮带传动装置情况下预定义为标准齿隙的常数，其范围为：0.06≤C_S≤0.08。当齿形皮带轮具有相对大的直径和大致相同的直径时、或者在直径和齿数方面仅略有不同时，该标准齿隙的常数基本上总是可以使用。

本文的齿形皮带和齿形皮带轮的标称节距P是在有效芯线(Cord-Wirklinie)的高度处的节距、即由包裹齿形皮带轮的齿形皮带的芯线(芯线中心(Cordmitte))的中心确定的半径。因此，标称节距线、或标称节距弧分别位于齿形皮带轮的齿的径向外侧。

根据本发明设定齿隙减小了在皮带运行中的冲击噪声和震荡，因为从皮带生产开始并且于此后在皮带轮操作中，考虑了皮带与皮带轮的齿数比以及皮带的不同曲率。在使用和基于参与传动的所有齿数的同时，每个齿形皮带轮处的齿隙都以尽可能最佳的方式进行设计。所披露的设计原理不是应用经验性的全面参数，而是反映了实际有效的技术机制。

在现有技术中，具体地说，例如在用于转向组件的螺旋齿轮的双皮带轮传动装置中，如通常使用的由皮带齿数以及小齿形皮带轮和大齿形皮带轮的齿数计算的传动比直到现在还未被充分考虑。这种皮带传动装置可以具有高传动比并且通常使从传动输入端到传动输出端的转速显著地减少至大约三分之一。

无论何时，相互作用中都要考虑小齿形皮带轮和相对大齿形皮带轮，因此当齿形皮带轮具有显著不同的直径/齿数时、即齿形皮带传动装置中的传动比相对较高的情况下，该目的是通过权利要求2中所包含的根据本发明的配置来实现。

在较小齿形皮带轮处，在此，与该标称节距P相关并且由在这些齿的平均高度处的相应较小齿形皮带轮的齿槽宽度e_Smk与该齿形皮带的齿宽度e_R之间的差产生的气隙E_S(mk)，该气隙取决于该齿形皮带的齿数z_R和该较小齿形皮带轮的齿数z_k以及较大齿形皮带轮的齿数z_g，该气隙被配置成使得：

其中，C_S是预定义的，其范围为：0.06≤C_S≤0.08，并且C_mk是在齿形皮带传动装置情况下预定义为齿隙的进一步修正常数，其范围为：1.00≤C_mk≤2.00。

当与下面更详细描述的附图一同观察时，可以最佳地识别和解释各个参数。

在公式和附图中：

C_mk是小皮带轮的修正齿隙的常数；

C_S是标准齿隙的常数；

E_Smk是小皮带轮的修正齿隙；

E_S是标准齿隙；

e_Smk是修正小齿形皮带轮的间隙宽度；

e_S是齿形皮带轮的间隙宽度；

e_R是皮带的齿宽；

P是标称节距；

u是有效线距；

z是齿形皮带轮的齿数；

z_g是大齿形皮带轮的齿数；

z_k是小齿形皮带轮的齿数；

z_R是齿形皮带的齿数。

与先前的现有技术对比，根据权利要求1，通过根据本发明的齿隙或游隙的配置来相应地考虑传动比，其中，当齿形皮带能够以无冲击的方式运行进入每个齿形皮带轮上的相应齿槽中时，保证了最佳的低噪声运行。无冲击运行进入还意味着，齿形皮带轮在齿冠圆/啮合圆上的间隙还不足够大用于接纳下一个啮合节距(与标称节距对照)，运行进入而没有任何错位，即使在已经占据的包裹弧中从皮带啮合节距到皮带轮啮合节距的多个偏差已经累加并且齿隙部分地用尽时。

此外，这些条件在每个皮带轮磨合处基本上都不同，无论是从纵向刚度的节距长度还是局部普遍的皮带运行力以及齿形皮带轮直径方面来看。齿形皮带标称节距是在齿形皮带的生产中在相应模具上确定的，但位于芯线中心下方并与芯线中心间隔开有效线距的啮合节距，随着齿形皮带轮变小而减小。随之而来的是，在小齿形皮带轮的情况下，设置放大的齿隙。本文中的“芯线中心”是相应地被嵌入在齿形皮带本体内或者被硫化到皮带中的增强元件的相应的中心或中心平面，并且作为纵向牵引构件来吸收皮带的大量张力。因此，芯线中心决定了当齿形皮带与齿形皮带轮啮合时张力的有效方向。

本发明的一个有利的改进在于，这些齿形皮带轮或该较小齿形皮带轮中的一者具有d≤45mm的节圆直径。已经实践证明，在这些直径的情况下，减少噪声效果特别明显。这同样适用于另一个有利的设计实施例，该设计实施例由具有齿数在20与60之间的齿形皮带轮或较小齿形皮带轮中的一者组成。

如以上已经提到的，这种齿形皮带传动装置可以特别积极地用于机动车辆中的电动助力转向齿轮箱、尤其是配置有斜齿轮的齿轮箱。

附图说明

将基于示例性实施例对本发明进行更详细的说明。在附图中：

图1以简图的形式示出了具有高减速比的螺旋齿轮的齿形皮带传动装置；

图2示出了在按照权利要求1的根据本发明的配置中在齿形皮带与齿形皮带轮之间普遍啮合条件；

图3示出了在按照权利要求2的根据本发明的配置中在齿形皮带与小齿形皮带轮之间普遍啮合条件；

图4示出了根据本发明配置的齿游隙/齿隙的对于齿数绘制的变量简图；

图5示出了在根据本发明的皮带传动装置的配置的情况下以量化方式可实现噪声降低的简图。

具体实施方式

图1示出了具有高减速比的螺旋齿轮的齿形皮带传动装置1，该齿形皮带传动装置具有一个齿形皮带2、一个作为传动输出皮带轮的大齿形皮带轮3、以及一个作为传动输入皮带轮的小齿形皮带轮4。齿形皮带2通过其配备有齿形轮廓的传动侧而在磨合区域5处运行到小齿形皮带轮4上。小齿形皮带轮4具有齿形轮廓，该齿形轮廓与该皮带的齿形轮廓互补，其中，该齿形皮带在这些齿形皮带轮的圆周的部分区域上包裹这些齿形皮带轮，并且该齿形皮带的齿啮合在这些齿形皮带轮的齿槽中。这以类似的方式同样适用于大齿形皮带轮3。

图2以放大的图示示出了在按照权利要求1的根据本发明的配置中，在齿形皮带2与齿形皮带轮4之间优势啮合条件。此处展示了参数e_S(即齿形皮带轮的间隙宽度)、e_R(即皮带的齿形宽度)、以及芯线中心6(即被硫化到齿形皮带中的增强元件的中心平面、也被称为有效芯线)。

此芯线中心或有效芯线6将在示出了按照权利要求2在根据本发明的配置中普遍啮合条件的图3中再次找到。此处还可以看到修正小齿形皮带轮的间隙宽度e_Smk，此处展示该间隙宽度用于突出显示根据本发明的用于齿形传动装置的配置，该配置与图2的齿形皮带轮的间隙宽度e_S相比较具有相对高的传动比。在此图示中可以清楚地看到，在这种情况下，对于根据权利要求2的配置(较小齿轮、较高传动比、不同的齿数和直径)中的相对小的齿轮的齿隙E_S(mk)＝e_Smk-e_R大于在按照权利要求1的配置中的齿隙E_S＝e_S-e_R，后者基本上指向相对大的齿轮的设计。

也被称为齿游隙或国际上被称为“齿隙”的相应齿隙由平均齿高度的半径8来确定，在此，与齿形皮带轮和齿形皮带的标称节距P相关。

图3中还展示了有效线距u，该线距作为参数将在与权利要求2的主题相关联的公式中再次找到。有效线距u描述了(本文中较小的)齿形皮带轮4的齿冠圆半径7与包裹弧中的芯线中心6的半径之间的差。

因此，总体上，对于尽可能无噪声的运行，每个齿形皮带轮的齿隙基本上通过两个部分相反的作用进行对齐，由此也考虑了齿形皮带的生产状态。这发生是因为一种“标准规则”，该规则考虑了在滚筒上由所述皮带的制造过程导致的皮带齿数和该皮带的形状以及相应皮带轮的齿数，如权利要求1所披露的。如以上已经展示的，根据本发明的这种配置特别适用于(当齿形皮带轮具有相对大直径和大致相同的直径时，或者在直径和齿数方面仅略有不同时)低噪声皮带传动装置的设计。在噪声方面的决定性因素是在齿形皮带轮的齿冠圆处无阻碍的啮合，从而使得齿冠圆处的啮合节距确实重要。

假定齿形皮带生产中的生产差异累加在齿形皮带的节距中，则会导致齿轮中的齿数越少，齿隙越小的效果。这与进一步的效果形成对比，包裹皮带轮处的皮带曲率改变了齿冠圆处真正决定性的啮合节距，因此使得气隙应当更大，齿轮中的齿更少。

相应地，提供了按照权利要求2的根据本发明的配置，由此对于两个皮带轮中的较小皮带轮存在考虑小齿形皮带轮与大齿形皮带轮之间的曲率差的附加修正。因此，通过模具滚筒而被硫化/凝固并因此被预定义的曲率已经存在于齿形皮带的生产中，而在运行中以及在齿形皮带轮上的包裹中产生了与预定义的曲率不同的两个另外的曲率。

在按照权利要求2的实施例中，这三种不同的曲率的影响是由小齿形皮带轮和大齿形皮带轮的齿数、以及通过基于来自权力要求1的保留项的皮带的生产而影响的皮带的齿数来表示，该项适用于标准齿隙以及两个皮带轮。令人惊奇的是，通过权利要求1和2中所披露的本发明的配置，即使以标准方式生产的齿形皮带也能获得齿形皮带传动装置的特别低的噪声设计。

图4示出了相应变量简图中的上述相反的作用。本文的齿游隙/齿隙是相对于齿数绘制的。实线表示在根据权利要求1齿隙的配置和设计的情况下，在由常数C_S预定义的界限内产生的变量范围。点划线表示在根据权利要求2的相应配置的情况下，由常数C_S和C_mk产生的变量范围。

根据权利要求1或权利要求2的各个设计之间的差异也可以通过图4非常突出显示。设计点或变量对10相应地示出了按照权利要求1的相对大直径/较多齿数的齿形皮带轮情况下的齿隙的配置，其中，此处，啮合时噪声产生已经被成功地减少。

然而，如果要设计根据按照权利要求1的配置的较小直径/较少齿数的齿形皮带轮，则会产生设计点/变量对11(较小齿隙)。然而，在这个群集的情况下，在较小齿轮啮合时产生的噪声不能被减少。这只有在执行了根据如权利要求2所披露的配置的设计之后才变得可能。通过这种设计，实现了根据变量对/设计点12(较大齿隙)的气隙。因此实现了噪声的显著减少。

图5也是以纯量化的方式示出了在根据按照图1的皮带传动装置的配置的情况下可实现的噪声减少。为了研究，提供了已经在正常条件下进行现有噪声测试的各种齿形皮带，因此使用现有技术的普通齿形皮带轮进行测试。这些先前的测试使经测试的齿形皮带在噪声排放方面以不同的质量等级进行分组，确切地是“第一质量”等级、“第二质量”等级和“废品”等级。

然后在噪声排放方面再次测试这些皮带，但这次是在根据本发明配置的相应较小齿形皮带轮的皮带传动装置中、尤其是其齿隙已经根据权利要求2进行修正。

图5中的图表示出了由此实现的在噪声排放方面的改善。这使冲击噪声减少了最多达5.2dB。

正常标准下的这种噪声的明显降低对应于“第一质量”与“废品”之间的噪声行为中的距离。相应地，就皮带的噪声行为而言，先前归类为废品的皮带可以通过根据本发明的齿形皮带传动装置/齿形皮带轮的配置再次重新归类到使所述皮带在噪声排放方面可以仍然用作合格品的范围。这清楚地表明，即使在标准齿形皮带的情况下，根据本发明的齿形皮带传动装置或其齿形皮带轮的配置以及齿形皮带轮的齿隙，也能显著改善齿形皮带传动装置的噪声排放。

附图标记说明

(说明书的一部分)

1 齿形皮带传动装置

2 齿形皮带

3 齿形皮带轮(输出传动皮带轮)

4 齿形皮带轮(输入传动皮带轮)

5 磨合区域

6 芯线中心的半径

7 链轮(小齿形皮带轮)的齿冠圆半径

8 平均齿高半径

9 链轮(小齿形皮带轮)的齿根圆半径

10 用于齿隙的变量对/设计点

11 用于齿隙的变量对/设计点

12 用于齿隙的变量对/设计点

Claims (6)

1.一种齿形皮带传动装置(1)，该齿形皮带传动装置具有一个齿形皮带(2)和至少两个优选螺旋齿轮的齿形皮带轮(3，4)，其中，该齿形皮带(2)具有配备有齿形轮廓的至少一个传动侧，并且这些齿形皮带轮(3，4)具有齿形轮廓，该齿形轮廓与该皮带的齿形轮廓互补，其中，该齿形皮带在这些齿形皮带轮的圆周的部分区域上包裹这些齿形皮带轮并且该齿形皮带(2)的齿啮合在这些齿形皮带轮(3，4)的齿槽中，其特征在于，与标称节距P相关的并且由在这些齿的平均高度处的相应齿形皮带轮的齿槽宽度e_S与该齿形皮带的齿宽度e_R之间的差产生的气隙E_S，该气隙取决于该齿形皮带的齿数z_R和该齿形皮带轮的齿数z，该气隙被配置成使得：

其中，C_S是在齿形皮带传动装置中预定义为标准齿隙的常数，其范围为：

0.06≤C_S≤0.08。

2.根据权利要求1的前序部分所述的齿形皮带传动装置、尤其是具有至少两个不同直径的齿形皮带轮，其特征在于，在较小的齿形皮带轮处，与该标称节距P相关的并且由在这些齿的平均高度处的相应较小齿形皮带轮的齿槽宽度e_Smk与该齿形皮带的齿宽度e_R之间的差产生的气隙E_S(mk)，该气隙取决于该齿形皮带的齿数z_R和该较小齿形皮带轮的齿数z_k以及较大齿形皮带轮的齿数z_g，该气隙被配置成使得：

其中，CS是预定义的，其范围为：

0.06≤C_S≤0.08

并且C_mk是在齿形皮带传动装置情况下预定义为用于该气隙的修正常数，其范围是：

1.00≤C_mk≤2.00。

3.如权利要求1或2所述的齿形皮带传动装置，其中，这些齿形皮带轮或该较小齿形皮带轮中的一者具有d≤45mm的节圆直径。

4.如权利要求1至3之一所述的齿形皮带传动装置，其中，这些齿形皮带轮或该较小齿形皮带轮中的一者具有在20与60之间的齿数。

5.一种用于齿形皮带传动装置中、尤其是用于电动转向机构的齿形皮带传动装置中的齿形皮带轮，所述齿形皮带轮的齿隙是如权利要求1至4之一所述的进行配置。

6.一种用于机动车辆的电动转向机构，该电动转向机构具有如权利要求1至4之一所述的齿形皮带传动装置。