DE1126211B

DE1126211B - Toothed belt drive

Info

Publication number: DE1126211B
Application number: DEU5535A
Authority: DE
Inventors: Ashton Locke Worrall Jun
Original assignee: United States Rubber Co
Current assignee: Uniroyal Inc
Priority date: 1957-11-22
Filing date: 1958-08-12
Publication date: 1962-03-22

Description

Zahnriementrieb Die Erfindung bezieht sich auf einen Zahnriementrieb und betrifft die Ausbildung und Anordnung der Verzahnung, derart, daß eine große Kraftübertragung bei geringer Deformierung der Zahnform bei der Biegung und Belastung des Riemens möglich ist.Toothed belt drive The invention relates to a toothed belt drive and relates to the design and arrangement of the toothing, such that a large Power transmission with little deformation of the tooth shape during bending and loading of the belt is possible.

Bei bekannten Riementrieben greifen die mit geraden Flanken versehenen Zähne des Riemens in entsprechende Zahnräder mit bekannten Zahnformen, z. B. Evolventenverzahnung, ein. Dabei ergibt sich jedoch eine störende Beeinflussung der Zahnform bei der Umlenkung des Riemens um das Zahnrad unter Belastung, die durch die unterschiedliche Zahnteilung der Zahnräder gegenüber dem geraden Trum des Riemens infolge der Verformung durch die Zugkraft bedingt ist. Dabei tritt eine Erhöhung der Belastung, insbesondere in Form einer Scherkraft am Zahnfuß der Riemenzähne und einer erhöhten Reibung an den Zahnflanken auf. Dadurch wird nicht nur die Lebensdauer der Zähne vermindert, sondern auch infolge der durch die Reibung bedingten Bremswirkung der Wirkungsgrad des Zahnriementriebes herabgesetzt. Ferner treten Schwingungen mit ihren bekannten nachteiligen Wirkungen auf.In known belt drives, those provided with straight flanks engage Teeth of the belt into corresponding gears with known tooth shapes, e.g. B. involute gearing, a. However, this results in a disruptive influence on the tooth shape during the deflection of the belt around the gear wheel under load caused by the different tooth pitch of the gears compared to the straight run of the belt as a result of the deformation the tensile force is conditional. In doing so, there is an increase in the load, in particular in the form of a shear force at the tooth base of the belt teeth and increased friction the tooth flanks. This not only reduces the service life of the teeth, but also the efficiency as a result of the braking effect caused by the friction of the toothed belt drive is reduced. Furthermore, vibrations occur with their known adverse effects on.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Zahnausbildung für derartige Riementriebe zu schaffen, bei der eine so geringe Deformierung der Zähne eintritt, daß die Reibungskräfte und die damit verbundenen Nachteile vermindert werden, und daß die am Zahnfuß wirkenden Scherkräfte auf das mögliche Mindestmaß beschränkt und gleichmäßig über den ganzen Eingriffsumfang des Riemens am Zahnrad verteilt werden. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß bei einem Zahnriementrieb mit Evolventenverzahnung der Zahnräder, die in eine Trapezverzahnung am Zahnriemen eingreifen, die Teilkreise der Evolventenverzahnungen der Zahnräder außerhalb der Kopfkreise liegen und daß die neutrale Faser des Zahnriemens im Eingriffsbereich die Teilkreise der Radzähne berührt. Dabei beträgt der Eingriffswinkel vorzugsweise zwischen 14 und 32°.It is the object on which the invention is based, a tooth formation to create for such belt drives in which such a small deformation of the Teeth occurs that reduces the frictional forces and the associated disadvantages and that the shear forces acting at the tooth base are reduced to the minimum possible limited and evenly over the entire meshing circumference of the belt on the gear be distributed. According to the invention this is achieved in that in a toothed belt drive with involute toothing of the gears, which are in a trapezoidal toothing on the toothed belt intervene, the pitch circles of the involute teeth of the gears outside the Head circles and that the neutral fiber of the toothed belt is in the area of engagement touches the pitch circles of the wheel teeth. The pressure angle is preferably between 14 and 32 °.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert: Fig. 1. zeigt in Seitenansicht einen Zahnriementrieb gemäß der Erfindung, mit zwei Zahnrädern; Fig.2 zeigt schematisch in vergrößertem Maßstab die Verzahnung von Riemen und Zahnrad.The invention is illustrated below with reference to the drawings using an exemplary embodiment explained in more detail: FIG. 1 shows, in side view, a toothed belt drive according to FIG Invention, with two gears; Fig. 2 shows schematically on an enlarged scale the toothing of the belt and gear.

Wie in den Zeichnungen gezeigt wird, umfaßt der Zahnriementrieb einen biegsamen Riemen 10 mit den Zähnen 11, welche in die Rillen 12 zwischen den Zähnen 13 der Zahnräder 14 und 15, auf welchen der Riemen läuft, eingreifen. Eines oder beide Zahnräder 14, 15 können für die Verankerung des Riemens mit einem Führungsflansch 16 versehen werden, wie es z. B. auf dem Rad 15 gezeigt ist.As shown in the drawings, the toothed belt drive comprises a flexible belt 10 with the teeth 11 which mesh with the grooves 12 between the teeth 13 of the gears 14 and 15 on which the belt runs. One or both gears 14, 15 can be provided with a guide flange 16 for the anchoring of the belt, as is e.g. B. is shown on the wheel 15.

Wie in Fig. 2 gezeigt, hat der Riemen 10 ein lasttragendes Zugseil 17, welches aus einer Anzahl von Windungen eines biegsamen, fortlaufenden Stranges gemacht werden kann, der einen niedrigen Dehnungsgrad hat. Die nachgiebigen Kautschukzähne 11 sind mit dem Zugseil 17 verbunden und können mit einer verschleißfesten Hülle 19 bedeckt sein. Wo eine Hülle verwendet wird; kann sie aus kautschukimprägniertem Nylon oder anderem Stoff sein. Eine obere Kautschukschicht 20 wird auf der oberen Oberfläche der flachen Strangwindungen, die das lasttragende Zugseil 17 bilden, angebracht.As shown in Fig. 2, the belt 10 has a load bearing pull cord 17 which can be made from a number of turns of a flexible, continuous cord which has a low degree of elongation. The flexible rubber teeth 11 are connected to the pull rope 17 and can be covered with a wear-resistant cover 19. Where a sheath is used; it can be made of rubber-impregnated nylon or other material. A top layer of rubber 20 is applied to the top surface of the flat turns of cord that make up the load bearing hoist rope 17 .

Der Teilkreis für die Riemenzähne 11 liegt in der neutralen Faser des Riemens 10, welche in der Mittellinie des lasttragenden Zugseils 17 gelegen ist. Diese Mittellinie wird hier als die neutrale Achse oder Zahnteilbahn 21 des Riemens bezeichnet.The pitch circle for the belt teeth 11 lies in the neutral fiber of the belt 10, which is located in the center line of the load-bearing traction rope 17. This center line is referred to herein as the neutral axis or tooth part 21 of the belt.

Damit die Riemenzähne mit den Radzähnen ohne störende Beeinflussung ineinandergreifen können, muß die Zahnteilbahn 21 des Riemens 10 sich mit dem Teilkreis 22 der Räder dort, wo der Riemen die Räder umgibt, decken, und jede gewählte Teilung der Zähne muß die Länge der Umfänge der Zahnteilbahn des Riemens und des Teilkreises der Räder geradzahlig teilen.So that the belt teeth can mesh with the wheel teeth without disturbing interference, the partial tooth path 21 of the belt 10 must coincide with the pitch circle 22 of the wheels where the belt surrounds the wheels, and each selected pitch of the teeth must correspond to the length of the circumference of the partial tooth path divide the belt and the pitch circle of the wheels evenly.

Es wurde gefunden, daß selbst wenn die obigen Bedingungen eingehalten werden, Störungen zwischen den Zähnen des Riemens und den Radzähnen eintreten, wenn nicht die Flächen der Radzähne richtig geformt sind, um zu gestatten, daß die Riemenzähne 11 frei in die Rillen 12 zwischen den Radzähnen 13 eintreten können, obwohl die Rillen 12 von derselben Form und größer als die Riemenzähne 11 sein können.It was found that even when the above conditions were met disturbances occur between the teeth of the belt and the wheel teeth when the faces of the wheel teeth are not properly shaped to allow the belt teeth 11 freely enter the grooves 12 between the wheel teeth 13 can, although the grooves 12 may be of the same shape and larger than the belt teeth 11.

Gemäß der Erfindung wird die störende Beeinflussung der Riemen- und Radzähne ausgeschaltet, indem die Stirnflächen der Riemenzähne eben gemacht werden und die Radzähne mit Evolventenflächen versehen werden, die aus einem Grundkreis für ein Rad abgebildet werden, dessen Tangenten den Teilkreis schneiden und einen Winkel mit einer Tangente des Teilkreises am Schnittpunkt bilden, der jedem gewählten Druckwinkel der Riemenzähne gleich ist.According to the invention, the disruptive influence of the belt and Wheel teeth switched off by making the face of the belt teeth flat and the wheel teeth are provided with involute surfaces, which consist of a base circle for a wheel whose tangents intersect the pitch circle and a Make angles with a tangent of the pitch circle at the intersection of each chosen The pressure angle of the belt teeth is the same.

In der Herstellung des Zahnriementriebes wird zuerst die Ausführung des Riemens 10 bestimmt, und dann werden die Räder für das Zusammenarbeiten mit dem entworfenen Riemen konstruiert. Für den Entwurf des Riemens 10 wird die Zahnteilung P der Riemenzähne 11 auf der Zahnteilbahn 21 des Riemens abgetragen, und sie ist durch den Abstand zwischen den Mittelpunkten 23 der Riemenzähne gegeben. Die Maße der Zähne 11 werden symmetrisch vom Mittelpunkt 23 abgetragen, so däß der gewählte Eingriffswinkel A (welcher zwischen 14 und 32° sein kann) zwischen die Stirnflächen 24 der Zähne und einer Senkrechten 25 eingeschlossen ist, die von der Zahnteilbahn 21 gefällt wird und durch den Schnittpunkt der Fläche 24 mit der Kopflinie 26 der Riemenzähne hindurchgeht.In the manufacture of the toothed belt drive, the execution is the first of the belt 10 is determined, and then the wheels are designed to work with the designed belt. For the design of the belt 10, the tooth pitch P of the belt teeth 11 worn on the partial tooth web 21 of the belt, and it is given by the distance between the centers 23 of the belt teeth. The dimensions of the teeth 11 are removed symmetrically from the center 23, so that the selected Pressure angle A (which can be between 14 and 32 °) between the end faces 24 of the teeth and a perpendicular 25 is included, which is from the partial tooth path 21 is precipitated and through the intersection of the surface 24 with the head line 26 of the Belt teeth goes through.

Wenn das gemacht ist, wird zuerst die Kopflinie 26 festgelegt durch Ziehen der Parallelen zu der Zahnteilbahn 21 in einem Abstand von der Zahnteilbahn, der gleich der gewählten Kopfhöhe 27 des Riemenzahnes 11 ist. Eine Hälfte der Breite 28 des Zahnes 11 wird dann längs der Kopflinie 26 an jeder Seite der Mittelpunktslinie 23 abgetragen, um die Ecken 29 des Riemenzahnes herzustellen - der Abstand zwischen diesen Ecken ist die Breite der Riemenzähne -, bevor sie mit einem geeigneten Radius, wie in den voll ausgezogenen Linien gezeigt ist, abgerundet werden. Die Flächen 24 der Riemenzähne und die senkrechten Linien 25 schneiden die Kopflinie 26 an den Ecken 29. Die winkelförmige Außenlinie des Riemenzahnes 11 wird durch die Linien 26, 24 und 21 abgegrenzt.When this is done, the head line 26 is first established by Drawing the parallels to the partial tooth path 21 at a distance from the partial tooth path, which is equal to the selected head height 27 of the belt tooth 11. Half the width 28 of tooth 11 is then along head line 26 on either side of the center line 23 removed to make the corners 29 of the belt tooth - the distance between these corners is the width of the belt teeth - before they have a suitable radius, as shown in the full lines. The surfaces 24 of the belt teeth and the vertical lines 25 intersect the head line 26 on the Corners 29. The angular outline of the belt tooth 11 is indicated by the lines 26, 24 and 21 delimited.

Das Rad 14 wird nun für das Zusammenarbeiten mit dem Riemen 10 durch Zeichnen des Teilkreises 22 des Rades konstruiert, so daß die Zahnteilbahn 21 des Riemens tangential zu dem Teilkreis 22 ist. Die Zahnteilung der Radzähne 13 muß die gleiche sein wie die Zahnteilung P der Riemenzähne, und eine derartige Zahnteilung wird auf dem Teilkreis 22 zwischen den Zahnteilungsmittelpunkten 30 der Rillen 12 zwischen den Zähnen 13 abgetragen. Die Kopfhöhe 27 der Riemenzähne ist gleich der Zahnfußhöhe der Radzähne, wobei die letztere längs des Radius 32 des Rades nach innen von dem Zahnteilungspunkt 30 einer Radrille 12 abgetragen wird, um einen Punkt 33 auf dem Fußkreis 34 des Rades 14 zu bilden. Es soll _bemerkt werden, daß- unter diesen Bedingungen die Riemenzähne als Zahnkopf und die zusammenwirkenden Radzähne als Zahnfuß ausgebildet sind. Eine Tangente 35 durch den Fußkreis 34 ist durch den Punkt 33 gezogen.The wheel 14 is now ready to cooperate with the belt 10 Draw the pitch circle 22 of the wheel constructed so that the partial tooth path 21 of the Belt is tangential to the pitch circle 22. The pitch of the wheel teeth 13 must be the same as the pitch P of the belt teeth, and such a pitch is on the pitch circle 22 between the tooth pitch centers 30 of the grooves 12 removed between the teeth 13. The head height 27 of the belt teeth is equal to that Tooth root height of the wheel teeth, the latter along the radius 32 of the wheel according to inside of the tooth division point 30 of a wheel groove 12 is removed to one point 33 to form on the foot circle 34 of the wheel 14. It should be noted that under these conditions the belt teeth as the tooth tip and the interacting wheel teeth are designed as a tooth root. A tangent 35 through the root circle 34 is through the Point 33 drawn.

Die Außenlinie des Riemenzahnes 11 wird nun in die Radrille 12 gezogen, so, wie der Zahn in Erscheinung treten würde, wenn er ganz zwischen zwei Radzähne 31 eingegriffen hätte; dann wird der Zahnradius die Mittellinie des Riemenzahnes, und die Tangente 34 wird die Kopflinie dieses Zahnes. Eine Hälfte der Breite 28 des Riemenzahnes 11 wird längs der Tangente 35 von dem Punkt 33 abgetragen,- um die Ecke 29 des Zahnes 11 festzulegen. Eine Linie 36 wird dann durch den Punkt 29 mit einem Winkel A zu einer auf der Tangente 34 senkrechten Linie 37 gezogen, um die Fläche 24 des Riemenzahnes darzustellen. Eine Linie 38 wird durch den Zahnteilungspunkt 30 in der Mitte der Radrille 12 gezogen, so daß der Druckwinkel A zwischen der Linie 38 und einer Tangente 39 des Teilkreises 22 im Zahnteilungspunkt 30 eingeschlossen ist. Die Linie 38 wird senkrecht zu der Linie 36 und tangential zu dem Grundkreis 40 sein, welcher konzentrisch zu dem Teilkreis 22 ist.The outer line of the belt tooth 11 is now drawn into the wheel groove 12, just as the tooth would appear if it were completely between two wheel teeth 31 would have intervened; then the tooth radius becomes the center line of the belt tooth, and the tangent 34 becomes the head line of this tooth. Half the width 28 of the belt tooth 11 is removed along the tangent 35 from the point 33 - to to define the corner 29 of the tooth 11. A line 36 is then through point 29 drawn at an angle A to a line 37 perpendicular to the tangent 34 to to represent the surface 24 of the belt tooth. A line 38 goes through the tooth division point 30 drawn in the middle of the wheel groove 12 so that the pressure angle A between the line 38 and a tangent 39 of the pitch circle 22 included in the tooth division point 30 is. Line 38 becomes perpendicular to line 36 and tangent to the base circle 40, which is concentric to the pitch circle 22.

Der Grundkreis 40 kann auch durch Berechnung seines Durchmessers bestimmt werden, welcher gleich dem Durchmesser des Teilkreises multipliziert mit dem Kosinus des Druckwinkels A ist. Nach Bestimmung seines Durchmessers kann der Grundkreis konzentrisch zu dem Teilkreis 22 gezogen werden. In diesem Fall wird eine Tangente, die so zu dem Grundkreis gezogen wird und durch den Zahnteilungspunkt 30 hindurchgeht, sich mit der Linie 38 decken.The base circle 40 can also be determined by calculating its diameter which is equal to the diameter of the pitch circle multiplied by the cosine of the pressure angle A. After determining its diameter, the base circle be drawn concentrically to the pitch circle 22. In this case a tangent becomes which is drawn to the base circle and passes through the tooth division point 30, coincide with line 38.

Die Linie 38 schneidet die Linie 36, die Stirnfläche eines Riemenzahnes, an dem Punkt 41, der ein Punkt auf der Evolventenfläche des Radzahnes 13 ist. Die Einhüllende der Evolventenfläche 42 des Radzahnes wird durch Ermittlung des Weges des Punktes 41 gebildet unter der Bedingung, daß der Punkt auf einem biegsamen Teil liegt, wie z. B. einem Band, das an dem Grundkreis 40 an dem Berührungspunkt der Linie 38 mit dem Grundkreis befestigt ist und das Band gegen den Uhrzeigersinn unter Spannung rund um den Grundkreis 40 gewunden wird, bis der Weg 43 des Punktes 41 den Fußkreis 34 schneidet.Line 38 intersects line 36, the face of a belt tooth, at the point 41, which is a point on the involute surface of the gear tooth 13. the Envelope of the involute surface 42 of the wheel tooth is determined by determining the path of the point 41 is formed on the condition that the point is on a flexible part lies, such as B. a band that is attached to the base circle 40 at the point of contact of the Line 38 is attached to the base circle and the tape counterclockwise underneath Tension around the base circle 40 is wound until the path 43 of the point 41 the root circle 34 intersects.

Die Evolventenfläche 44 für die andere Seite des Zahnes 13 wird auf die gleiche Art bestimmt wie die Fläche 42, mit der Ausnahme, daß nach der Bestimmung des Punktes 45, entsprechend dem Punkt 41, die Evolventenfläche 42 durch Aufnahme des Weges des Punktes 45 auf einem biegsamen Teil 46, das tangential zu dem Grundkreis 40 ist, bestimmt wird, wenn dieses im Uhrzeigersinn rund um den Kreis gewunden wird. Die gegenüberliegenden Flächen von allen Radzähnen können auf die gleiche Art bestimmt werden.The involute surface 44 for the other side of the tooth 13 is on the same way as the area 42 except that after the determination of point 45, corresponding to point 41, the involute surface 42 by recording the path of point 45 on a flexible part 46 that is tangent to the base circle 40 is determined when this is wound clockwise around the circle. The opposite faces of all of the gear teeth can be determined in the same way will.

Wie gezeigt und hier beschrieben, ist kein Kopfspiel in den Radzahnrillen 12 für die Riemenzähne 11 vorgesehen, aber es sollte ein geeignetes Kopfspiel zum Ausgleichen für Herstellungsungenauigkeiten vorhanden sein.As shown and described here, there is no head play in the wheel tooth grooves 12 provided for the belt teeth 11, but there should be a suitable head clearance for the Compensate for manufacturing inaccuracies.

Nach dem Entwurf des Riemens und des Radantriebes, wie hier beschrieben, kann der Fachmann den Riemen und das Rad durch wohlbekannte übliche Formpreßverfahren und durch Radfräsmaschinen herstellen.After the design of the belt and the wheel drive, as described here, those skilled in the art can process the belt and wheel by well known conventional compression molding techniques and manufacture by wheel milling machines.

Dieser Zahnriementrieb arbeitet bestens dort, wo der Durchmesser des Teilkreises des Rades ein gewisses Minimum übersteigt, welches erreicht wird, wenn der Teilkreisdurchmesser von irgendeinem Rad bis zu einem Punkt abnimmt, wo das Produkt des Teilkreisdurchmessers multipliziert mit dem Kosinus des Druckwinkels A größer als der Durchmesser des Fußkreises des Rades ist. Wenn der Teilkreisdurchmesser unter dieses Minimum fällt, wird der Radzahn, um die störende Beeinflussung zu vermeiden, unterschnitten, was sich in einer Verminderung in der Festigkeit der Radzähne und in der Lebensdauer der Riemenzähne auswirkt.This toothed belt drive works perfectly where the diameter of the Part circle of the wheel exceeds a certain minimum, which is reached when the pitch circle diameter of any wheel decreases to a point where the Product of the pitch circle diameter multiplied by the cosine of the pressure angle A is larger than the diameter of the root circle of the wheel. If the pitch circle diameter falls below this minimum, the wheel tooth, in order to avoid the disturbing influence, undercut, resulting in a decrease in the strength of the gear teeth and affects the life of the belt teeth.

Die vorzugsweise Form dieser Erfindung ist hier beschrieben worden; es können aber Änderungen gemacht werden, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen, und es ist beabsichtigt, alle derartigen Änderungen, die innerhalb des Bereiches der Ansprüche vorkommen, zu schützen.The preferred form of this invention has been described herein; however, changes can be made without departing from the idea of the invention to deviate and it is intended that all such changes come within the scope of claims occur to protect.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Toothed belt drive with involute gears of the gears which engage in a trapezoidal gearing on the toothed belt, characterized in that the pitch circles (22) of the involute gears (42) of the gears are outside the tip circles (13) and that the neutral fiber (21) of the Toothed belt touches the pitch circles of the wheel teeth in the area of engagement.

2. Gear drive according to claim 1, characterized in that the pressure angle is 14 to 32 °. Documents considered: French Patent Specifications No. 1131174, 1 1.42 156; "Hut, Des Ingenieurs Taschenbuch", I1. Volume, 27th edition, Berlin, 1949, p. 217; Brochure from Wilhelm Hermann Müller and Co. KG Hanover, "Synchroflex-Mulco toothed belt transmission" Z 0456 P 1 SB