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Technisches Gebiet
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Diese Erfindung betrifft Riemenantriebssysteme mit einem Antriebskeilriemen und betrifft insbesondere das Gebiet der Technologie zur Minderung der durch Riemenlauf bedingten Geräuschentwicklung.
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Stand der Technik
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Riemenantriebssysteme übertragen Leistung mittels eines Keilriemens durch Wickeln des Keilriemens um eine Keilriemenscheibe und reibschlüssiges Greifen derselben. Für ein solches Riemenantriebssystem ist ein Keilriemen mit einem Aufbau bekannt, bei dem eine große Anzahl an Blöcken an einem Paar von Zugelementen angeordnet ist. Wenn der Keilriemen einen solchen Aufbau aufweist, ergibt sich ein Problem, da die Geräusche während des Riemenlaufs relativ stark sind. Insbesondere wenn sich der Keilriemen in und weg von der Keilriemenscheibe bewegt, kommt jeder Block des Keilriemens mit der Oberfläche der Keilriemenscheibe in Berührung und erzeugt ein Stoßgeräusch. Wenn sich dagegen jeder Block von der Keilriemenscheibe löst, erzeugt er ein Haftgeräusch.
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Bekannte Strukturen zum Mindern dieses Geräuschs während des Riemenlaufs umfassen einen Aufbau, bei dem wie in
DE 101 28 627 A1 offenbart die Oberflächenrauheit der Nutoberfläche der Keilriemenscheibe auf eine vorbestimmte Rauheit Ra arithmetischen Mittels angepasst wird, sowie einen Aufbau, bei dem wie in
DE 197 43 675 A1 offenbart ein Mantelelement an der Riemenscheibennutoberfläche angeordnet ist.
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Im Einzelnen offenbart die
DE 101 28 627 A1 ein Verfahren zum Anpassen der Oberflächenrauheit der Nutoberfläche der Keilriemenscheibe auf eine vorbestimmte Rauheit Ra arithmetischen Mittels, um Energieerzeugung durch wechselseitige Beeinflussung von Keilriemen und Keilriemenscheibe, die miteinander in Berührung kommen, zu reduzieren, wodurch Geräusche während des Riemenlaufs gemindert werden.
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Die
DE 197 43 675 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem ein plattenartiges Mantelelement, das in einem im Wesentlichen lambdaförmigen Querschnitt ausgebildet ist, zum Abdecken der gesamten Nutoberfläche der Keilriemenscheibe angeordnet ist und ein zwischen dem Mantelelement und der Nutoberfläche der Keilriemenscheibe positioniertes Puffermaterial bzw. Pufferflüssigkeit die während des Kontakts des Keilriemens mit der Keilriemenscheibe erzeugte Energie absorbiert, so dass Geräusche während des Riemenlaufs gemindert werden.
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Ferner zeigt die
DE 603 02 711 T2 ein Antriebsriemensystem, bei dem der umlaufende Metallriemen Metallringe mit definierten Vorwölbungen umfassen soll, deren Rauheit die Ölanhaftung verbessern und damit die Lebensdauer erhöhen soll.
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Offenlegung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Wenn aber die Oberflächenrauheit der Nutoberfläche der Keilriemenscheibe wie in
DE 101 28 627 A1 bezüglich der Rauheit Ra arithmetischen Mittels beurteilt wird, gibt diese Beurteilung die Höhen mikroskopischer Hügel auf der Nutoberfläche wieder, gibt aber nicht präzis die Formen der Hügel wieder. Wenn die Hügel als Ganzes nicht so hoch (nicht so steil) sind, wird, selbst wenn die Nutoberfläche im Wesentlichen die gleiche erwünschte Rauheit arithmetischen Mittels aufweist, die mikroskopische Kontaktfläche zwischen dem Keilriemen und der Keilriemenscheibe groß. Dies vergrößert den Reibungswiderstand des Keilriemens bei Kontakt mit der Keilriemenscheibe und verstärkt dadurch die Größenordnung des erzeugten Geräuschs.
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Wenn das Mantelelement wie in
DE 197 43 675 A1 an der Nutoberfläche der Keilriemenscheibe angeordnet ist, kann das Mantelelement durch Reibkontakt mit dem Riemen beschädigt werden. Daher ist dieser Aufbau im Hinblick auf die Haltbarkeit der Keilriemenscheibe nicht bevorzugt.
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Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf die vorstehenden Punkte, und daher besteht ihre Aufgabe darin, ein Riemenantriebssystem mit einer Keilriemenscheibe und einem Keilriemen an die Hand zu geben, wobei das Riemenantriebssystem die Geräuscherzeugung aufgrund des Riemenlaufs wirksam mindern kann, während sie gleichzeitig die Haltbarkeit der Keilriemenscheibe sicherstellt.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Zum Erreichen der obigen Aufgabe wird nach einem erfindungsgemäßen Riemenantriebssystem die Oberflächenrauheit der Nutoberfläche der Keilriemenscheibe hinsichtlich Lastlängenrate tp beurteilt, wobei nicht nur die Höhen der Hügel, sondern auch die Breiten derselben berücksichtigt werden, und die Oberflächenrauheit der Nutoberoberfläche wird so angepasst, dass die Lastlängenrate tp und der Grad der Höhe y, der die Höhe vom niedrigsten Tal der Rauheitskurve anzeigt, einen bestimmten Vergleichsausdruck erfüllen.
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Im Einzelnen ist eine erste Ausgestaltung der Erfindung auf ein Riemenantriebssystem gerichtet, welches umfasst: einen Antriebskeilriemen mit einer großen Anzahl an Blöcken, die in ineinandergreifender Beziehung zu einem Paar von Zugelementen einrückend befestigt sind; und eine mit einer Nut ausgebildete Keilriemenscheibe zum Wickeln des Keilriemens um diese, wobei das Riemenantriebssystem dafür ausgelegt ist, Kraft durch Kontakt von Seitenflächen des Keilriemens mit der Oberfläche der Nut in der Keilriemenscheibe zu übertragen.
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Weiterhin ist die Oberfläche der Nut in der Keilriemenscheibe so ausgelegt, dass der folgende Vergleichsausdruck zwischen tp und y einer Rauheitskurve, die die Oberflächenmerkmale der Oberfläche der Nut in der Keilriemenscheibe anzeigt, gilt y ≤ –0,9 × tp + 100 wobei tp die Lastlängenrate an einer vorgegebenen Stelle der Rauheitskurve in einer Höhenrichtung und y der Grad der Höhe, der in Prozent das Verhältnis der Höhe vom tiefsten Tal mit einer maximalen Tiefe zu der vorgegebenen Stelle zu einer maximalen Höhe Ry anzeigt.
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Bei dieser Auslegung werden die Oberflächenmerkmale der Nut in der Keilriemenscheibe basierend auf einem Index der Lastlängenrate tp (JIS B0601) ermittelt. Daher werden im Gegensatz zu dem Fall, da nur die Höhen der Hügel berücksichtigt werden, wenn der Index die Rauheit Ra arithmetischen Mittels ist, nicht nur die Höhen der Hügel, sondern auch deren Breiten als Oberflächenbedingungen der Riemennutoberfläche berücksichtigt. Zu beachten ist hier, dass aufgrund der allgemeinen Annahme, dass die Seitenflächen des Keilriemens in einem Riemenantriebssystem gegen die Nutoberfläche der Keilriemenscheibe gepresst werden und Hügel an der Riemenoberfläche dadurch mikroskopisch gequetscht und verformt werden, die mikroskopische Kontaktfläche zwischen dem Keilriemen und der Keilriemenscheibe, die miteinander in Kontakt kommen, wie man annimmt, den Breiten der Hügel an der Nutoberfläche entspricht.
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Weiterhin zeigt der obige Ausdruck die Beziehung zwischen dem Grad der Höhe y, die die Höhe vom tiefsten Tal der Rauheitskurve für die Nutoberfläche der Keilriemenscheibe anzeigt, und der Lastlängenrate tp an der Stelle an. Wenn die Oberflächenmerkmale die Beziehung des obigen Ausdrucks erfüllen, weisen die Hügel relativ steile Konfigurationen auf, und unabhängig von Lastbedingungen des Keilriemens wird die mikroskopische Kontaktfläche zwischen dem Keilriemen und der Keilriemenscheibe kleiner als in dem Fall, da die Oberflächenmerkmale nicht die Beziehung des obigen Ausdrucks erfüllen.
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Wenn daher die Nutoberfläche so ausgelegt ist, dass die Oberflächenrauheit der Nutoberfläche in der Keilriemenscheibe die Beziehung des obigen Ausdrucks erfüllt, wobei die Kontaktfläche zwischen dem Keilriemen und der Nutoberfläche der Keilriemenscheibe berücksichtigt wird, kann die mikroskopische Kontaktfläche zwischen dem Keilriemen und der Keilriemenscheibe, die miteinander in Kontakt kommen, kleiner als in dem Fall sein, da die Oberflächenmerkmale nicht die Beziehung des obigen Ausdrucks erfüllen. Somit kann Geräuscherzeugung während des Riemenlaufs zuverlässig gemindert werden.
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In der obigen Auslegung ist die Oberfläche der Nut in der Keilriemenscheibe bevorzugt mit Schleifkörnern mit einem Durchmesser von etwa 3 μm bis etwa 40 μm (eine zweite Ausgestaltung der Erfindung) gestrahlt. Alternativ kann die Oberfläche der Nut in der Keilriemenscheibe mit einem Werkzeug poliert sein, dessen Spitze auf einen Krümmungsradius von etwa 1,5 mm bis etwa 3,0 mm ausgebildet ist (eine dritte Ausgestaltung der Erfindung). Auf diese Weise weist die Nutoberfläche der Keilriemenscheibe eine Oberflächenrauheit auf, die die Beziehung des obigen Ausdrucks erfüllt, wodurch die Funktionen der ersten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen werden.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß dem Riemenantriebssystem der ersten Ausgestaltung der Erfindung wird die Lastlängenrate tp als Index verwendet, der die Oberflächenrauheit der Nutoberfläche der Keilriemenscheibe anzeigt, und die Nutoberfläche wird so ausgelegt, dass sie eine bestimmte Beziehung erfüllt. Daher kann die mikroskopische Kontaktfläche zwischen der Nutoberfläche der Keilriemenscheibe und den Seitenflächen des Keilriemens klein sein, wodurch Geräuscherzeugung während des Riemenlaufs wirksam gemindert wird.
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Gemäß dem Riemenantriebssystem der zweiten und dritten Ausgestaltung der Erfindung wird die Nutoberfläche der Keilriemenscheibe unter festgelegten Bedingungen gestrahlt oder poliert. Daher kann die Konfiguration der ersten Ausgestaltung der Erfindung implementiert werden, wodurch Geräuscherzeugung während des Riemenlaufs wirksam gemindert wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Hochgeschwindigkeitsbetriebsart eines Riemenantriebssystems nach einer erfindungsgemäßen Ausführung, wobei 1A eine Draufsicht und 1B eine Vorderansicht ist.
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2 ist eine entsprechende Ansicht von 1, die eine Betriebsart des Riemenantriebssystems mittlerer Geschwindigkeit zeigt.
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3 ist eine entsprechende Ansicht von 1, die eine Betriebsart des Riemenantriebssystems niedriger Geschwindigkeit zeigt.
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4 ist eine perspektivische Ansicht eines Schwerlast-Antriebskeilriemens.
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5 ist eine Kurve, die ein Beispiel einer Rauheitskurve zeigt.
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6 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen Lastlängenrate und Höhengrad für Nutoberflächen zeigt, die unterschiedlich bearbeitet wurden.
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7 zeigt einen schematischen Aufbau eines Geräuschtestgeräts, wobei 7A eine Draufsicht und 7B eine Vorderansicht ist.
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8 ist eine Kurve, die Geräuschmessergebnisse (GESAMT-Werte) an den unterschiedlich bearbeiteten Nutoberflächen zeigt.
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9 ist eine Kurve, die Geräuschmessergebnisse (nur Frequenzkomponenten, die der Blockteilung des Keilriemens entsprechend) an den unterschiedlich bearbeiteten Nutoberflächen zeigt.
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10 zeigt einen schematischen Aufbau eines Haltbarkeitstestgeräts, wobei 10A eine bei abgenommener oberer Platte eines Gehäuses dargestellte Draufsicht ist und 10B eine bei Abnahme einer der Seitenplatten des Gehäuses dargestellte Vorderansicht zeigt.
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11 ist eine Tabelle, die Bedingungen des Haltbarkeitstests zeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsdrehwelle
- 2
- Antriebsriemenscheibe (Keilriemenscheibe)
- 3
- Abtriebsdrehwelle
- 4
- Abtriebsriemenscheibe (Keilriemenscheibe)
- 5
- Schwerlast-Antriebskeilriemen (Antriebskeilriemen)
- 6
- Riemennut (Nut)
- 7
- Block
- 8
- Zugelement
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Beste Art der Durchführung der Erfindung
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Nachstehend wird eine Ausführung der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Beschreibung der folgenden bevorzugten Ausführung ist lediglich beispielhaft und soll nicht den Schutzumfang, die Anwendungen und den Gebrauch der Erfindung beschränken.
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1 bis 3 zeigen ein Riemenantriebssystem nach einer erfindungsgemäßen Ausführung, wobei das Bezugszeichen 1 einen Antriebsdrehwelle bezeichnet und das Bezugszeichen 3 eine Abtriebsdrehwelle bezeichnet. Die beiden Drehwellen 1 und 3 sind parallel zueinander angeordnet.
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An der Antriebsdrehwelle 1 ist eine aus einer Riemenscheibe verstellbarer Geschwindigkeit gebildete Antriebsriemenscheibe 2 (Keilriemenscheibe) angeordnet. Die Antriebsriemenscheibe 2 besteht aus einer flanschförmigen feststehenden Scheibe 2a, die an der Antriebsdrehwelle 1 zur einheitlichen Drehung und daran rutschfest befestigt ist, sowie aus einer flanschförmigen beweglichen Scheibe 2b, die an der Antriebsdrehwelle 1 zur einheitlichen Drehung der feststehenden Scheibe 2a zugewandt gleitend gelagert ist. Eine Riemennut 6 (Nut) ist zwischen den beiden Scheiben 2a und 2b ausgebildet.
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An der Abtriebsdrehwelle 3 ist eine aus einer Riemenscheibe verstellbarer Geschwindigkeit mit dem gleichen Durchmesser wie die Antriebsriemenscheibe 2 ausgebildete Abtriebsriemenscheibe 4 (Keilriemenscheibe) angeordnet. Die Abtriebsriemenscheibe 4 hat den gleichen Aufbau wie die Antriebsriemenscheibe 2 und besteht aus einer flanschförmigen feststehenden Scheibe 4a, die an der Abtriebsdrehwelle 3 zur einheitlichen Drehung und daran rutschfest befestigt ist, sowie aus einer flanschförmigen beweglichen Scheibe 4b, die an der Abtriebsdrehwelle 3 zur einheitlichen Drehung gleitend so gelagert ist, dass sie der feststehenden Scheibe 4a in entgegengesetzt gerichteter Beziehung zu der zugewandten Beziehung der beweglichen Scheibe 2b der Antriebsriemenscheibe 2 mit der feststehenden Scheibe 2a zugewandt ist. Eine Riemennut 6 (Nut) ist zwischen den beiden Scheiben 4a und 4b ausgebildet.
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Ein Schwerlast-Antriebskeilriemen 5 erstreckt sich zwischen den Riemennuten 6 und 6 der Antriebsriemenscheibe 2 und der Abtriebsriemenscheibe 4. Der in 4 gezeigte Keilriemen 5 besteht aus einem Paar rechter und linker Endloszugelemente 8 und 8 sowie aus einer großen Anzahl an Blöcken 7, 7 ..., die an den Zugelementen 8 und 8 einrückend in Reihe befestigt sind.
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Jedes Zugelement 8 ist durch Einbetten eines Kords hoher Festigkeit und hohen Elastizitätsmoduls ausgebildet, beispielsweise Aramidfasern (Geflecht), in einer aus Hartkautschuk gebildeten formstabilen Kautschukschicht 13, so dass sie darin spiralförmig angeordnet sind. Die obere Fläche jedes Zugelements 8 weist kanalförmige obere Vertiefungen 9, 9, ... auf, die bei einer regelmäßigen Teilung (z. B. einer Teilung von etwa 3,0 mm) so ausgebildet sind, dass sie sich in der Breitenrichtung des Riemen erstrecken. Die untere Fläche jedes Zugelements 8 weist dagegen untere Vertiefungen 10, 10, ... auf, die den oberen Vertiefungen 9, 9, zugeordnet bei einer regelmäßigen Teilung so ausgebildet sind, dass sie sich in der Breitenrichtung des Riemens erstrecken. Weiterhin sind die obere und untere Fläche des Zugelements 8 mit Geweben 11 und 11 bedeckt, die zum Zweck des Verhinderns der Rissbildung oder zur Verstärkung der Abriebbeständigkeit integral daran anhaften.
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Der die formstabile Kautschukschicht 13 bildende Hartkautschuk besteht zum Beispiel aus zinkmethacrylat-verstärktem, hydrierten Nitrilkautschuk und wird so ausgebildet, dass er eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und Schwierigkeiten bei ständiger Verformung aufweist, indem kurze organische Fasern 12, 12, ... zum weiteren Verstärken desselben in den gesamten Kautschuk gemischt werden. Der Hartkautschuk muss bei Messen mit einem Härtetestgerät des JIS-C-Typs eine Kautschukhärte von über 75 aufweisen.
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Jeder Block 7 weist abgeschnitten geformte Passabschnitte 7a und 7a auf, die in dessen rechter und linker Seite in Riemenbreitenrichtung ausgebildet sind, damit die Zugelemente 8 und 8 von der Breitenrichtung darin entnehmbar eingesetzt werden können. Teile der rechten und linken Seitenflächen jedes Blocks 7 bilden mit Ausnahme der Passabschnitte 7a und 7a Kontaktabschnitte 7b und 7b, die mit den Riemennuten 6 und 6 der Antriebs- und Abtriebsriemenscheiben 2 und 4 in Kontakt kommen können. Der zwischen den rechten und linken Kontaktabschnitten 7b und 7b jedes Blocks 7 gebildete Riemenwinkel ist bei dem gleichen Winkel der Riemennut 6 jeder der Riemenscheiben 2 und 4 festgelegt. Weiterhin sind die Zugelemente 8 und 8 in die zugehörigen Passabschnitte 7a und 7a einzelner Blöcke 7 einpresst, wodurch die Blöcke 7, 7 ... in der Riemenlängsrichtung an den Zugelementen 8 und 8 in Reihe befestigt sind.
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Im Einzelnen weist die obere Wandfläche jedes Passabschnitts 7a in jedem Block 7 einen aus einer Rippe gebildeten oberen Höcker 7c auf, der als oberer Eingriffsteil dient, der mit der zugeordneten oberen Vertiefung 9 in der oberen Fläche des zugeordneten Zugelements 8 in Passung tritt, während die untere Wandfläche des Passabschnitts 7a einen aus einer Rippe gebildeten unteren Höcker 7d aufweist, der als unterer Eingriffsteil dient, der mit der zugeordneten unteren Vertiefung 10 in der unteren Fläche des zugeordneten Zugelements 8 in Passung tritt. Die gepaarten oberen und unteren Höcker 7c und 7d sind parallel zueinander ausgebildet. Die gepaarten oberen und unteren Höcker 7c und 7d einzelner Blöcke 7 sind mit den zugeordneten oberen und unteren Vertiefungen 9 und 10 einzelner Zugelemente 8 zusammengefügt, wodurch die Blöcke 7, 7, ... durch Presspassung an den Zugelementen 8 und 8 einrückend so befestigt sind, dass sie in Riemenlängsrichtung ausgerichtet sind. In dieser eingerückten Beziehung werden die Außenfläche jedes Zugelements 8 und der die Seitenfläche jedes Blocks 7 bildende Kontaktabschnitt 7b in Kontakt mit den Riemennuten 6 der Riemenscheiben 2 und 4 gebracht, und das Ineingrifftreten der oberen und unteren Höcker 7c und 7d einzelner Blöcke 7 mit den oberen und unteren Vertiefungen 9 und 10 jedes Zugelements 8 ermöglicht Kraftübertragung.
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Jeder Block 7 besteht aus Hartharzmaterial, beispielsweise Phenolzharz, und umfasst ein (nicht dargestelltes) Verstärkungselement, das aus einer Aluminiumlegierung geringen Gewichts hergestellt ist und darin so eingebettet ist, dass es im Wesentlichen in der Mitte des Blocks 7 liegt. Das Verstärkungselement ist in dem Hartharz mindestens an den oberen und unteren Höckern 7c und 7d (Eingriffsteile mit dem Zugelement 8) und den Kontaktabschnitten 7b und 7b an der rechten und linken Seitenfläche eingebettet und ist daher nicht von diesen Flächen des Blocks 7 freigelegt (d. h. diese Teile des Blocks 7 bestehen aus Hartharz). Das Verstärkungselement kann aber an anderen Teilen desselben von dem Block 7 freigelegt sein.
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Das Riemenantriebssystem ist so ausgelegt, dass es die Durchmesser der um die Riemenscheiben 2 und 4 gewickelten Riemenabschnitte durch individuelles Bewegen der beweglichen Scheiben 2b und 4b der Riemenscheiben 2 und 4 hin oder weg von den feststehenden Scheiben 2a und 4a ändert. Im Einzelnen wird bei Eintreten in eine in 1 gezeigte Hochgeschwindigkeitsbetriebsart die bewegliche Scheibe 2b der Antriebsriemenscheibe 2 hin zu der feststehenden Riemenscheibe 2a bewegt, während die bewegliche Scheibe 4b der Abtriebsriemenscheibe 4 weg von der feststehenden Scheibe 4a bewegt wird. Dadurch wird der Durchmesser des um die Antriebsriemenscheibe 2 gewickelten Riemenabschnitts größer als der des um die Abtriebsriemenscheibe 4 gewickelten Riemenabschnitts, wodurch das Riemenantriebssystem in eine Hochgeschwindigkeitsbetriebsart fällt, in der die Drehung der Antriebsdrehwelle 1 auf die Abtriebsdrehwelle 3 mit erhöhter Geschwindigkeit übertragen wird. Bei Eintritt in eine in 3 gezeigte Niedriggeschwindigkeitsbetriebsart wird die bewegliche Scheibe 2b der Antriebsriemenscheibe 2 weg von der feststehenden Scheibe 2a bewegt, während die bewegliche Scheibe 4b der Abtriebsriemenscheibe 4 hin zur feststehenden Scheibe 4a bewegt wird. Dadurch wird der Durchmesser des um die Antriebsriemenscheibe 2 gewickelten Riemenabschnitts kleiner als der des um die Abtriebsriemenscheibe 4 gewickelten Riemenabschnitts, wodurch das Riemenantriebssystem in eine Niedriggeschwindigkeitsbetriebsart fällt, in der die Drehung der Antriebsdrehwelle 1 auf die Abtriebsdrehwelle 3 mit verringerter Geschwindigkeit übertragen wird. In der in 2 gezeigten Betriebsart mittlerer Geschwindigkeit befindet sich das Riemenantriebssystem in einem Zwischenzustand zwischen der Hochgeschwindigkeitsbetriebsart und der Niedriggeschwindigkeitsbetriebsart, wobei die um die Antriebs- und Abtriebsriemenscheiben 2 und 4 gewickelten Riemenabschnitte im Wesentlichen den gleichen Durchmesser haben.
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Weiterhin weist das Riemenantriebssystem nach dieser Ausführung das folgende Merkmal als eines der erfindungsgemäßen Merkmale auf. Die Nutoberfläche der Riemennut 6 jeder der Riemenscheiben 2 und 4 verstellbarer Geschwindigkeit, die mit den Seitenflächen des Riemens 5 in Kontakt treten kann, hat eine gleichmäßige Oberflächenrauheit. Die Nutoberfläche ist so ausgelegt, dass die Beziehung des nachstehend erwähnten Ausdrucks (1) zwischen tp und y der Rauheitskurve (JIS B0601), die in 5 als Beispiel gezeigt wird, gilt, wobei tp die Lastlängenrate (%) ist, die den Prozentsatz an Hügeln an einer bestimmten Stelle der Rauheitskurve in einer Höhenrichtung anzeigt, und y der Grad der Höhe ist, der in Prozent das Verhältnis der Höhe von einer tiefsten Tallinie v (die durch das tiefste Tal mit einer maximalen Tiefe tretende Linie, die parallel zu der nachstehend erwähnten mittleren Linie m ist) zur bestimmten Stelle zu einer maximalen Höhe Ry anzeigt. Zu beachten ist, dass in dieser Ausführung die bestimmte Stelle eine willkürliche Stelle der Rauheitskurve in Richtung der Höhe bezeichnet. y ≤ –0,9 × tp + 100 (1)
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Hier wird der Höhengrad y durch a/Ry × 100 (%) ausgedrückt und die Lastlängenrate tp (JIS B0601) wird im Einzelnen wie folgt erhalten. Zunächst werden wie in 5 gezeigt Daten der Bezugslänge L aus der Rauheitskurve gewonnen. Dann wird der gewonnene Teil der Rauheitskurve bei vorgegebenen Schnitthöhen c (willkürliche Stellen in der Höhenrichtung, die Höhengraden y unter Bezug auf die Höhe von der niedrigsten Tallinie v gesehen entsprechen), die parallel zu der höchsten Spitzenlinie p (der durch die höchsten Spitze mit einer maximalen Höhe tretenden Linie, die parallel zur Mittellinie m ist) sind, geschnitten. Dann wird wie in der folgenden Gleichung (2) gezeigt das Verhältnis der Summe der geschnittenen Längen (Lastlänge ηp), das für jede Schnitthöhe c erhalten wird, zur Bezugslänge L in Prozent ausgedrückt, woraus die Lastlängenrate tp in der Schnitthöhe c erhalten wird. tp = ηp/L × 100 (2)
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In dieser Gleichung (2) wird ηp durch (b1 + b2+ ... + bn) ausgedrückt, wobei b1, b2, ... bn allesamt eine geschnittene Länge anzeigen.
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Damit die Oberflächenrauheit der Nutoberfläche der Riemennut 6 in jeder der Riemenscheiben 2 und 4 verstellbarer Geschwindigkeit die Beziehung des obigen Ausdrucks (1) erfüllt, werden danach die Oberflächen der Riemenscheiben 2 und 4 verstellbarer Geschwindigkeit mit einer Schneidewerkzeugmaschine, beispielsweise einer MC- oder Fräsmaschine, geschliffen, und die Nutoberflächen der Riemennute 6 werden mikrogestrahlt (gestrahlt) oder poliert.
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Das Mikrostrahlen wird durch Auftreffen feiner Schleifkörner von #400 bis #3000 (mit einem Durchmesser von 3 bis 40 μm) auf die Nutoberflächen der Riemenscheiben 2 und 4 verstellbarer Geschwindigkeit bei hoher Geschwindigkeit mittels Pressluft ausgeführt, wodurch die Oberflächenschicht jeder Nutoberfläche abgetragen und die Nutoberfläche auf eine Solloberflächenrauheit bearbeitet werden kann. Das Polieren wird durch Stoßen eines Werkzeugs mit einer in einem Krümmungsradius von 1,5 bis 3,0 mm ausgebildeten Spitze gegen die Nutoberfläche jeder Riemenscheibe und Ausüben von Druck auf die Nutoberfläche, um sie abzubauen und dadurch flach zu machen, ausgeführt, wodurch die Nutoberfläche auf eine Solloberflächenrauheit ohne Abtragen der Oberflächenschicht bearbeitet wird. Im Hinblick auf Bearbeitbarkeit und Produktivität ist eine an den Nutoberflächen anzuwendende bevorzugte Oberflächenbearbeitung Mikrostrahlen.
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6 zeigt Oberflächenbedingungen der Riemennut 6, wobei die Nutoberfläche wie vorstehend beschrieben mikrogestrahlt oder poliert ist. In 6 werden die Lastlängenrate tp und der Höhengrad y als Abszissen bzw. Ordinaten aufgetragen und die Lastlängenrate tp wird gegen Höhengrade y aufgetragen, die willkürliche Stellen in Höhenrichtung (wie vorstehend beschrieben entsprechend einzelnen Schnitthöhen c, in dieser Ausführung 13 Stellen) anzeigen. Wenn die Nutoberfläche der Riemennut 6 eine große Anzahl steiler Hügel aufweist, wird die Lastlängenrate tp bei großen Höhengraden y relativ klein. Wenn dagegen die Hügel an der Nutoberfläche der Riemennut 6 nicht steil sind, aber insgesamt hoch, wird die Lastlängenrate tp bei großen Höhengraden y relativ groß.
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Wie aus 6 ersichtlich ist, sind, wenn die Nutoberfläche der Riemennut 6 mikrogestrahlt oder poliert ist, die Formen der Hügel an den Oberflächenmerkmalen so ausgebildet, dass sie die Beziehung des oben erwähnten Ausdrucks (1) (entsprechend dem schraffierten Bereich in 6) erfüllen. Wenn aber die Nutoberfläche einer herkömmlichen Oberflächenbearbeitung unterzogen wird (geschliffen mit einer MC- oder einer Fräsmaschine und dann Plattieren unterzogen wird, beispielsweise stromlosem Vernickeln zwecks Antirost und Antikorrosion), können die Formen der Hügel an den Oberflächenmerkmalen nicht die Beziehung des oben beschriebenen Ausdrucks (1) erfüllen.
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Wenn somit die Formen feiner Hügel auf der Oberfläche der Riemennut 6 so angepasst werden, dass sie den obigen Ausdruck (1) erfüllen, kann auch die mikroskopische Kontaktfläche zwischen dem Keilriemen 5 und den Riemennuten 6 und 6 der Riemenscheiben 2 und 4 gesteuert werden. Im Einzelnen werden bei Kontakt des Keilriemens 5 mit den Nutoberflächen der Riemennute 6 und 6 der Riemenscheiben 2 und 4 die Spitzen der feinen Hügel und deren benachbarte Teile an den Nutoberflächen der Riemennute 6 und 6 mikroskopisch gequetscht und entsprechend der Last von dem Keilriemen 5 leicht verformt. Wenn die Formen der Hügel (insbesondere deren Breiten) gesteuert werden, kann die mikroskopische Kontaktfläche zwischen dem Keilriemen 5 und der Riemennut 6 gesteuert werden.
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Wenn sich im Einzelnen die auf den Keilriemen 5 wirkende Last zum Beispiel zu einer großen Last ändert, werden die feinen Hügel auf den Nutoberflächen der Riemennute 6 und 6 der Riemenscheiben 2 und 4 stark gequetscht und verformt. Daher kommt der Keilriemen 5, wie in 6 ersichtlich, mit den Riemenscheiben 2 und 4 bei geringen Höhen y (angezeigt in dem nicht ausgefüllten Abwärtspfeil in 6) in Kontakt. Wenn aber die Formen der Hügel wie vorstehend beschrieben gesteuert werden, kann die mikroskopische Kontaktfläche zwischen dem Keilriemen 5 und den Riemenscheiben 2 und 4 kleiner als in dem Fall sein, da die Nutoberflächen durch das herkömmliche Oberflächenbearbeitungsverfahren bearbeitet werden, wodurch der Reibwiderstand zwischen dem Keilriemen 5 und den Riemenscheiben 2 und 4 reduziert wird.
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Auf diese Weise wird als Mittel zum Reduzieren von Energie bei Kontakt zwischen dem Schwerlastantriebskeilriemen 5 und den Riemenscheiben 2 und 4 die Oberflächenrauheit an der Nutoberfläche jedes der Keilriemen 6 und 6 der Riemenscheiben 2 und 4 so eingestellt, dass sie die Beziehung des obigen Ausdrucks (1) erfüllt. Daher kann die mikroskopische Kontaktfläche zwischen jedem Block 7 des Keilriemens 5 und den Nutoberflächen der Riemennute 6 und 6 der Riemenscheiben 2 und 4 klein gehalten werden, um den Reibwiderstand zwischen diesen zu mindern. Dadurch kann Energieerzeugung während der gegenseitigen Beeinflussung des Riemens 5 und der Riemenscheiben 2 und 4, was eine Geräuschursache während des Riemenlaufs ist, gemindert werden, und das Geräusch während des Riemenlaufs kann dadurch gemindert werden.
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In dieser Ausführung wird eine willkürliche Höhenposition der Rauheitskurve für die Riemennutoberflächen der Riemenscheiben 2 und 4 als vorgegebene Position angenommen, und die Formen der feinen Hügel werden so angepasst, dass sie die Beziehung des obigen Ausdrucks (1) bei allen Höhenpositionen erfüllen. Es reicht aber aus, wenn die Formen der feinen Hügel an der Riemennutoberfläche die Beziehung des obigen Ausdrucks (1) an der Höhenposition erfüllen, wenn die feinen Hügel durch die auf den Riemen 5 wirkende Last gequetscht und verformt werden und die mikroskopische Kontaktfläche dadurch relativ klein wird. Daher können die Formen der feinen Hügel angepasst werden, um die Beziehung des obigen Ausdrucks (1) innerhalb eines festgelegten Bereichs zu erfüllen, der dem Bereich von Veränderungen der auf den Riemen 5 wirkenden Last entspricht. In diesem Fall bedeutet die vorgegebene Position eine willkürliche Position innerhalb des festgelegten Bereichs.
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Auch wenn in dieser Ausführung ein Riemenantriebssystem mit Riemenscheiben verstellbarer Geschwindigkeit, die jeweils aus feststehenden und beweglichen Scheiben bestehen, als erfindungsgemäßes Riemenantriebssystem verwendet wird, versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auf ein Riemenantriebssystem mit einer Riemenscheibe anwendbar ist, die aus einem Paarfeststehender Scheiben besteht und aus einer Riemenscheibe konstanter Geschwindigkeit geformt ist, bei der der Durchmesser des um die Riemenscheibe gewickelten Riemenabschnitts fest ist.
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- Vergleichsprüfung –
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Als Nächstes wurde ein Überprüfungstest ausgeführt, um die Wirkungen bei so mikrogestrahlter oder polierter Riemenscheibennutoberfläche, dass die Oberflächenrauheit der Nutoberfläche die Beziehung des obigen Ausdrucks (1) erfüllt, zu überprüfen. 7 zeigt schematisch ein Geräuschtestgerät, das in diesem Beispiel verwendet wurde. Das in 7 gezeigte Geräuschtestgerät umfasst eine Antriebsriemenscheibe 16 von 151,0 mm Wirkdurchmesser (Durchmesser des darum gewickelten Riemenabschnitts), das an einer Antriebsdrehwelle 16a getragen wird, und eine Abtriebsriemenscheibe 15 von 61,5 mm Wirkdurchmesser, die an einer Abtriebsdrehwelle 15a getragen wird. Beide Riemenscheiben 15 und 16 werden mit einem festgelegten Mittenabstand dazwischen platziert. Ein vorstehend beschriebener Schwerlastantriebskeilriemen 17 (siehe 4) wird zwischen beiden Riemenscheiben 15 und 16 gewickelt. Beide Riemenscheiben 15 und 16 wurden mit einem festgelegten Gewicht SW1 (980N, 1960N, 2940N sowie 3920N), das an der Abtriebsriemenscheibe 15 in 7 in Pfeilrichtung angelegt wurde, gedreht.
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Als Keilriemen 17 wurde ein Riemen mit einer Riemenlänge von 612 mm, einem Riemenwinkel von 26°, einer Riementeilungsbreite von 25 mm, einer Blockteilung von 3 mm und einer Blockdicke von 2,95 mm verwendet.
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Weiterhin ist, wie in 7B gezeigt, ein Mikrofon 18 als Geräuschmessmittel an einer Position 80 mm nach links (an der Seite der Abtriebsdrehwelle 15a) weg von der Achse der Antriebsdrehwelle 16a und 125 mm aufwärts und 57 mm nach hinten (in 7A aufwärts) von der die Achsen der Antriebsdrehwelle 16a und der Abtriebsdrehwelle 15a verbindenden Linie angeordnet.
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Weiterhin wurden drei Arten von Riemenantriebssystemen hergestellt, bei denen die Nutoberflächen der Riemenscheibennute 15 und 16 einer herkömmlichen Oberflächenbearbeitung (geschliffen mit einer MC- oder einer Fräsmaschine und Plattieren wie stromlosem Vernickeln für Antirost und Antikorrosion unterzogen), Mikrostrahlen bzw. Polieren unterzogen wurden. Dann wurde jedes der Riemenantriebssysteme mit dem Mikrofon 18 bezüglich Geräuschpegel (Einheit: dBA), der während des Betriebs bei Einstellen des festgelegten Gewichts SW1 an der Abtriebsriemenscheibe 15 unter vier Bedingungen, d. h. bei 980N, 1960N, 2940N und 3920N, und bei Ändern der Anzahl an Umdrehungen der Antriebsriemenscheibe 16 von 100 auf 3.000 U/min. erzeugt wurde, gemessen. Die Messergebnisse werden in den 8 und 9 gezeigt. Die Lastlängenraten tp der Nutoberflächen der Riemenscheiben 15 und 16, die der herkömmlichen Oberflächenbearbeitung, Mikrostrahlen und Polieren unterzogen wurden, werden in 6 gezeigt, und deren Rauheiten Ra arithmetischen Mittels lagen bei 0,296, 0,475 und 0,406 μm. Die Messung von Oberflächenmerkmalen, beispielsweise tp, wurde unter Verwendung eines Oberflächenrauheitsmessgeräts (Modell CS-411) des Kontakttyps, hergestellt von Shimadzu Corporation, durchgeführt.
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8 zeigt Geräuschpegel (GESAMT-Werte) an den Riemennutoberflächen der Antriebsriemenscheiben 16, die verschiedenen Bearbeitungen unterzogen wurden, wenn das eingestellte Gewicht SW1 an ihren Abtriebsriemenscheiben 15 geändert wurde. Die Prüfung der Ergebnisse zeigt, dass die dem Mikrostrahlen und Polieren unterzogenen Riemennutoberflächen weniger Geräusch erzeugten als die herkömmlicher Oberflächenbearbeitung unterzogenen, unabhängig von der Größenordnung der Last vom Keilriemen 17.
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9 zeigt Geräuschpegel der Frequenzkomponente, die der Blockteilung (3 mm) des Keilriemens 17 entsprechen. 9 zeigt auch, dass die dem oben erwähnten Mikrostrahlen und Polieren unterzogenen Riemennutoberflächen gegenüber den herkömmlicher Oberflächenbearbeitung unterzogenen eine verminderte Geräuscherzeugung aufwiesen. Im Allgemeinen ist während des Laufs des Keilriemens 17 erzeugtes dominantes Geräusch Geräusch, das von einen Teil des Keilriemens 17 bildenden Blöcken erzeugt wird. Bezug auf 9 zeigt, dass dieses Geräusch aufgrund von Blöcken größtenteils reduziert werden kann.
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Wie von oben ersichtlich ist, konnte Geräusch während Riemenlauf wirksam gemindert werden und die Wirksamkeit der Geräuschreduzierung konnte nachgewiesen werden, wenn die Nutoberfläche der Riemenscheibe mikrogestrahlt oder poliert wurde, d. h. wenn die Nutoberfläche einer solchen Oberflächenbearbeitung unterzogen wurde, dass ihre Oberflächenrauheit den obigen Ausdruck (1) erfüllen kann.
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- Überprüfung der Haltbarkeit –
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Weiterhin wurde ein Überprüfungstest ausgeführt, um die Haltbarkeit der Riemenantriebssysteme zu überprüfen, bei denen die Nutoberflächen ihrer Riemenscheiben wie vorstehend beschrieben verschiedenen Arten von Oberflächenbearbeitungen unterzogen wurden.
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10 zeigt schematisch das in diesem Beispiel verwendete Haltbarkeitstestgerät. Das in 10 gezeigte Haltbarkeitstestgerät umfasst eine Antriebsriemenscheibe 20 von 126,4 mm Wirkdurchmesser, das an einer Antriebsdrehwelle 20a getragen wird, und eine Abtriebsriemenscheibe 21 von 70,8 mm Wirkdurchmesser, die an der Abtriebsdrehwelle 21a getragen wird, wobei beide Riemenscheiben 20 und 21 bei einem festgelegten Mittenabstand platziert sind. Jedes Riemenantriebssystem ist mit einem wärmebeständigen Gehäuse 23 abgedeckt. Das Gehäuse 23 ist mit einer Zuführöffnung 23a, durch welche Heißluft in das Gehäuse 23 geleitet wird, und mit einer Ablassöffnung 23b, durch welche die Heißluft aus dem Gehäuse 23 heraus abgelassen wird, ausgebildet. Somit können die Riemenantriebssysteme bezüglich Haltbarkeit unter Hochtemperaturbedingungen geprüft werden.
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Ein vorstehend beschriebener Schwerlastantriebskeilriemen 22 (siehe 4) wird zwischen beiden Riemenscheiben 20 und 21 gewickelt, und beide Riemenscheiben 20 und 21 sind so ausgelegt, dass sie bei hoher Geschwindigkeit (5285 + 60 U/min) mit einem festgelegten Gewicht SW2 (1764 ± 49 N) gedreht werden, das an der Abtriebsriemenscheibe 21 in 10B in Pfeilrichtung angelegt wird. Die anderen spezifischen Testbedingungen werden in 11 gezeigt.
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Nach dem obigen Haltbarkeitstest konnte nachgewiesen werden, dass die Arbeitsbeispiele des erfindungsgemäßen Riemenantriebssystems bis zu 500 Stunden nach dem Start des Riemenlaufs keine Beschädigung des Keilriemens 22 erzeugten und daher eine zufrieden stellende Haltbarkeit aufwiesen.
