DE1126692B

DE1126692B - Toothed belt drive

Info

Publication number: DE1126692B
Application number: DEU6150A
Authority: DE
Inventors: Ashton Locke Worrall Jun
Original assignee: United States Rubber Co
Current assignee: Uniroyal Inc
Priority date: 1958-05-09
Filing date: 1959-04-27
Publication date: 1962-03-29

Description

Zahnriementrieb Die Erfindung bezieht sich auf einen Zahnriementrieb, bei dem die Zähne der Zahnräder ebene Flanken und die Zähne am Riemen konvexe Evolventenflanken haben, und betrifft die Ausbildung der Zahnform an Riemen und Rädern.Toothed belt drive The invention relates to a toothed belt drive, in which the teeth of the gears have flat flanks and the teeth on the belt have convex involute flanks and relates to the formation of the tooth shape on belts and wheels.

Zur schlupffreien Übertragung von Kräften sind Zahnriementriebe bekannt, bei denen ein an seiner Innenseite mit Zähnen versehener Riemen über entsprechende Zahnräder abläuft. Dabei ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten durch die bei der Kraftübertragung eintretende Verformung des Riemens, wodurch die Form der Riemenzähne verändert wird und in Verbindung mit dem relativ großen Reibungskoeffizienten zwischen dem Riemen und dem Zahnwerkstoff ein erheblicher Kraftaufwand für die Bewegung der Flanken gegeneinander erforderlich ist, und ein großer Abrieb und unter Umständen sehr störende Eigenschwingungen im ganzen Aggregat auftreten.Toothed belt drives are known for the slip-free transmission of forces, in which a belt provided with teeth on its inside has a corresponding Gears expires. This results in considerable difficulties due to the Power transmission occurring deformation of the belt, creating the shape of the belt teeth is changed and in connection with the relatively large coefficient of friction between the belt and the tooth material a considerable effort to move the Flanks against each other is required, and a great deal of wear and tear under certain circumstances very disturbing natural vibrations occur in the whole unit.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, durch entsprechende Ausgestaltung der Form einen glatten Eingriff der Zähne des Riemens und der Zahnräder zu erreichen und dadurch den Verschleiß an den Berührungsflächen zu vermindern und Vibrationen und damit eine Geräuschbildung zu vermeiden.It is the object of the invention, through appropriate Design of the shape a smooth engagement of the teeth of the belt and the gears to achieve and thereby reduce wear on the contact surfaces and To avoid vibrations and thus the generation of noise.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß man die Evolvente aus einem Basiskreis mit einem Radius gleich dem Produkt des Kosinus des Eingriffswinkels und des kleinsten Teilkreisradius der Zahnräder erhält, wobei der Mittelpunkt des Basiskreises außerhalb des Teilkreises an einem verlängerten Radius, der senkrecht zur Teillinie des Riemens am Teilpunkt des Riemens und des kleinsten Zahnrades ist, liegt, wobei ferner an dem Basiskreis Tangenten durch den Teilpunkt in einem Winkel zur Teillinie gleich dem Eingriffswinkel liegen und die Evolvente jeder Flanke der Riemenverzahnung am Teilpunkt durch den Schnittpunkt der Eingriffslinie dieser Flanke mit der Tangente läuft.According to the invention this is achieved by the involute from a base circle with a radius equal to the product of the cosine of the pressure angle and the smallest pitch radius of the gears, where the center of the Base circle outside the pitch circle on an extended radius that is perpendicular is to the partial line of the belt at the partial point of the belt and the smallest gear, lies, furthermore on the base circle tangents through the partial point at an angle to the partial line are equal to the pressure angle and the involute of each flank of the Belt toothing at the partial point through the intersection of the line of action of this flank runs with the tangent.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird die Deformierung der Form des Riemenzahnes beim Umlauf um ein Zahnrad so ausgeglichen, daß eine einwandfreie Abwicklung der Flanken erfolgt und dadurch auch bei der unvermeidbaren Deformation der Riemenzähne die bei bekannten Riementrieben auftretendenNachteile imwesentlichen vermieden werden.This inventive training the deformation of the The shape of the belt tooth when revolving around a gear is so balanced that it is flawless Development of the flanks takes place and thus also with the unavoidable deformation the belt teeth essentially have the disadvantages that occur in known belt drives be avoided.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Verzahnung so ausgebildet, daß das Produkt des Teilkreisdurchmessers und des Kosinus des Eingriffswinkels des kleinsten Zahnrades größer ist als der Durchmesser des Fußkreises des kleinsten Zahnrades.The toothing according to the invention is preferably designed so that the product of the pitch circle diameter and the cosine of the pressure angle of the smallest Gear is larger than the diameter of the root circle of the smallest gear.

Durch diese vorzugsweise Weiterbildungsform wird die Deformation auch beim Eingriff des Riemens in Zahnräder mit sehr kleinen Durchmessern weitgehend unschädlich gemacht.The deformation is also due to this preferably further development largely when the belt engages in gears with very small diameters rendered harmless.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert: Fig. 1 zeigt in Seitenansicht einen Zahnriementrieb gemäß der Erfindung, und Fig. 2 zeigt in Seitenansicht einen Riemenzahn im Eingriff mit den entsprechenden Flanken der ergänzenden Radzähne, wobei die für die Konstruktion der erfindungsgemäßen Zahnform erforderlichen Kennlinien dargestellt sind.The invention is illustrated below with reference to the drawing using an exemplary embodiment explained in more detail: Fig. 1 shows a side view of a toothed belt drive according to the invention, and Fig. 2 shows a side view of a belt tooth in engagement with the corresponding ones Flanks of the complementary gear teeth, which for the construction of the invention Tooth shape required characteristics are shown.

InFig.l isteinZahnriementriebgemäß derErfindung dargestellt, der einen Riemen 10 aufweist, durch den Bewegungskräfte zwischen den Zahnrädern 11 und 12 übertragen werden. Der Riemen 10 ist mit Zähnen 13 versehen, die in die Zähne 14 und 15 der Zahnräder eingreifen. Ein Herrunterrutschen des Riemens 10 von den Zahnrädern wird durch besondere Vorrichtungen verhindert. Im Ausführungsbeispiel sind zu diesem Zweck Flansche 16 an Ritzel 11 angeordnet.In Fig. 1, a toothed belt drive according to the invention is shown, which has a belt 10, by means of which motive forces between the toothed wheels 11 and 12 are transmitted. The belt 10 is provided with teeth 13 which mesh with the teeth 14 and 15 of the gears. A slipping down of the belt 10 from the gear wheels is prevented by special devices. In the exemplary embodiment, flanges 16 are arranged on pinion 11 for this purpose.

Mit Ausnahme der Zahnform kann der Riemen in einer beliebigen bekannten Weise ausgebildet sein. Im Ausführungsbeispiel besteht der Riemen 10 aus einem die Last aufnehmenden Zugteil 17, dessen Mittellinie die neutrale Zone oder Teillinie 18 des Riemens ist. Die Innen- oder Zahnseite des Riemens ist einschließlich der daran angeordneten Zähne mit einer Gewebeschicht 19 abgedeckt. Diese Gewebeeinlage ist jedoch nicht wesentlich. Die Außenfläche der Schicht 19 auf dem Riemen bildet die Fußlinie 20 der Riemenzähne 13, die mit dem Kopfkreis 21 des Zahnrades zusammenfällt, wenn der Riemen um die Zahnräder umläuft.Except for the tooth shape, the belt can be formed in any known manner. In the exemplary embodiment, the belt 10 consists of a load-absorbing pulling part 17, the center line of which is the neutral zone or partial line 18 of the belt. The inner or tooth side of the belt, including the teeth arranged thereon, is covered with a fabric layer 19. However, this fabric insert is not essential. The outer surface of the layer 19 on the belt forms the root line 20 of the belt teeth 13 which coincides with the tip circle 21 of the gearwheel as the belt revolves around the gearwheels.

Riemen und Zahnräder des Antriebes haben die an Hand des Ritzels 11 im folgenden beschriebenen charakteristischen Merkmale.The belts and gears of the drive are based on the pinion 11 characteristic features described below.

Die Teilung 22 der Riemenzähne, gemessen in der Teillinie 18, ist gleich der Teilung der Radzähne 14 und 15, gemessen in deren Teilkreis. Der Teilkreis 23 des Ritzels 11 ist in Fig. 2 dargestellt. Der Eingriffswinkel 49 zwischen der Berührungsnormalen 47 und der Teillinie 18 aller Riemenzähne ist der gleiche wie der halbe Winkel zwischen den Zahnflanken 27 einer Zahnlücke jedes Zahnrades; die mit der ebenen Flanke 27 der Radzähne 14 gleichlaufenden Linien 26 sind Tangenten an den die gewölbte Flanke 29 der Riemenzähne 13 bildenden Evolventenkurven. Der Abstand 30 zwischen der Teillinie des Riemens und seiner Fußlinie 20 ist gleich dem Abstand 31 zwischen dem Teilkreis 23 und dem Kopfkreis 21. Diese Abstände 30 und 31 werden Teilungsdifferential genannt und sollen so klein wie möglich sein.The pitch 22 of the belt teeth, measured in the partial line 18, is equal to the pitch of the wheel teeth 14 and 15, measured in their pitch circle. The partial circle 23 of the pinion 11 is shown in FIG. The pressure angle 49 between the Contact normal 47 and the partial line 18 of all belt teeth is the same as half the angle between the tooth flanks 27 of a tooth gap of each gearwheel; the lines 26 running concurrently with the flat flank 27 of the wheel teeth 14 are tangents on the involute curves forming the arched flank 29 of the belt teeth 13. Of the Distance 30 between the partial line of the belt and its foot line 20 is the same the distance 31 between the pitch circle 23 and the tip circle 21. These distances 30 and 31 are called pitch differentials and should be as small as possible.

Wenn diese vorerwähnten Charakteristiken ausgewählt oder bestimmt sind, wird zuerst die Form des kleinsten Zahnrades, auf dem der Riemen arbeiten soll, festgelegt, und darauf erfolgt die Konstruktion der Riemenzähne, die auf diesem Zahnrad eingreifen sollen, gemäß der folgenden Beschreibung. Ein auf diese Weise konstruierter Riemen wird ebenso mit größeren Zahnrädern zusammenarbeiten, vorausgesetzt, daß diese gleiche Teilung, gleichen Eingriffswinkel, gleiches Teilkreisdifferential und gleichen Flankenabstand haben.When these aforementioned characteristics are selected or determined First, the shape of the smallest gear on which the belt will work will be should, set, and then the construction of the belt teeth, which on this takes place Gear to engage, according to the following description. One this way engineered belt will also work with larger gears, provided that this same pitch, same pressure angle, same pitch circle differential and have the same edge spacing.

Ausgehend von der Annahme, daß das Zahnrad 11 das kleinste Zahnrad ist, auf dem der Riemen arbeiten soll, erfolgt seine Konstruktion entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Abschnitt des Zahnrades 11, der Abschnitte zweier Zähne 14 und die dazwischenliegende Lücke 32 einschließt. Dieser Abschnitt wird wie folgt entworfen. Der Teilkreis 23 des Zahnrades 11 wird um einen Mittelpunkt 33 mit einem Radius 34 gezeichnet, der so groß ist, daß der Teilkreis die gewünschte Anzahl von in gleichem Abstand anliegenden Lücken 32 aufweist. Darauf wird der Kopfkreis mit einem Radius 35, der gleich dem Radius 34 des Teilkreises abzüglich dem Teilungsdifferential 31 ist, um den Mittelpunkt , geschlagen. DerFußkreis 36 wird mit einemRadius 37, gleich demRadius 35 des Kopfkreises 21 abzüglich der wirksamen Höhe 38 der Radzähne 14 geschlagen. An den Fußkreis 36 wird in seinem Schnittpunkt 40 mit dem Strahl 25 vom Mittelpunkt des Zahnrades aus, ; der durch die Mitte der Zahnlücke 32 verläuft, eine Tangente 39 gelegt. An jeder Seite des Schnittpunktes 40 wird, um die Fußpunkte 42 und 43 der Zahnlücke zu bestimmen, die halbe Zahngrundbreite 41 der Lücke 32 nach beiden Seiten auf der Linie 39 aufgetragen. ; Dann wird durch die Punkte 42 und 43 im Eingriffswinkel 24 zum Strahl 25 die Eingriffslinie 26 gezeichnet. Der Abschnitt der Linie 26 zwischen Fußkreis 36 und Kopfkreis 21 bildet die ebenen Flanken 27 der Radzähne 14. Die Ober- und Unterkante der Flanken 27 werden bei 44 und 45 im erforderlichen Radius ausgerundet. Zur Vervollständigung des Umfanges des Zahnrades wird die Lücke 32 auf im gleichen Teilungsabstand 22 der Zähne, gemessen in der Teilungslinie 18, liegende Punkte übertragen. Nachdem das Zahnrad 11 konstruiert ist, wird der Umriß der Riemenzähne 13 wie folgt ermittelt. Nach Verlängern des Strahls 25 des Zahnrades 11 rechtwinkelig zur Teillinie 18 des Riemens, bis zum Teilpunkt 46, werden die Eingriffslinien 47 und 48 durch den Teilpunkt46 in einem dem Eingriffswinke124 gleichen Winkel 49 zur Teillinie 18 des Riemens 10 gezeichnet. Der Basiskreis 50 wird um einen auf dem Strahl 25 außerhalb des Teilkreises 23 des Zahnrades 11 liegenden Mittelpunkt mit einem Radius gleich dem Produkt aus dem Radius 34 des Teilkreises und dem Kosinus des Eingriffswinkels 24 so geschlagen, daß die Linien 47 und 48 Tangenten an dem Basiskreis 50 sind. Die Evolventenkurven 28 erhält man aus dem Basiskreis 50, und sie liegen an den Eingriffslinien 26 im Schnittpunkt 51 der Linien 26 mit den Linien 47 und 48 an der Stelle an, wo die Linien 26 die Linien 47 und 48 rechtwinkelig schneiden. DieArbeitsflanken 29der Riemenzähne 13 sind der Abschnitt der Evolventenkurven 28, der sich zwischen der Fußlinie 20 des Riemens 10 und dem Fußkreis 36 des Zahnrades erstreckt, ausgenommen die Ausrundungen 52 und 53 im erforderlichenRadius an denFuß-undKopfkanten derZähne.ln derobigenBeschreibungistkeinSpielzwischenRiemen-und Radzähnen vorgesehen. Falls ein solches Spiel erforderlich ist, kann es entsprechend den praktischen Erfahrungen bei der Konstruktion berücksichtigt werden.Based on the assumption that the gear 11 is the smallest gear on which the belt is to work, its construction is carried out in accordance with the section of the gear 11 shown in FIG. This section is designed as follows. The pitch circle 23 of the gear wheel 11 is drawn around a center point 33 with a radius 34 which is so large that the pitch circle has the desired number of gaps 32 which are equally spaced. Then the tip circle with a radius 35, which is equal to the radius 34 of the pitch circle minus the pitch differential 31, is struck around the center point. The root circle 36 is struck with a radius 37, equal to the radius 35 of the tip circle 21 minus the effective height 38 of the wheel teeth 14. At the root circle 36 is at its intersection 40 with the beam 25 from the center of the gear,; which runs through the center of the tooth gap 32, a tangent 39 is placed. On each side of the intersection point 40, in order to determine the base points 42 and 43 of the tooth gap, half the tooth base width 41 of the gap 32 is plotted on both sides on the line 39. ; Then the line of action 26 is drawn through the points 42 and 43 at the pressure angle 24 to the beam 25. The section of the line 26 between the root circle 36 and the tip circle 21 forms the flat flanks 27 of the wheel teeth 14. The upper and lower edges of the flanks 27 are rounded off at 44 and 45 in the required radius. To complete the circumference of the gear, the gap 32 is transferred to points at the same pitch 22 of the teeth, measured in the pitch line 18. After the gear 11 is designed, the outline of the belt teeth 13 is determined as follows. After extending the beam 25 of the gear 11 at right angles to the partial line 18 of the belt, up to the partial point 46, the lines of action 47 and 48 are drawn through the partial point 46 at an angle 49 to the partial line 18 of the belt 10 equal to the pressure angle 124. The base circle 50 is drawn around a center point lying on the ray 25 outside the pitch circle 23 of the gear wheel 11 with a radius equal to the product of the radius 34 of the pitch circle and the cosine of the pressure angle 24 so that the lines 47 and 48 are tangents to the base circle 50 are. The involute curves 28 are obtained from the base circle 50, and they lie on the lines of action 26 at the point of intersection 51 of the lines 26 with the lines 47 and 48 at the point where the lines 26 intersect the lines 47 and 48 at right angles. The working flanks 29 of the belt teeth 13 are the portion of the involute curves 28 that extends between the root line 20 of the belt 10 and the root circle 36 of the gear, except for the fillets 52 and 53 of the required radius on the root and top edges of the teeth. In the above description, there is no clearance between the belt teeth. If such play is required, it can be taken into account in the design according to practical experience.

Die Erfindung ist an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gezeigt und beschrieben. Es ist selbstverständlich, daß Änderungen, sofern sie nicht von dem Erfindungsgedanken abweichen, möglich sind.The invention is shown in a preferred embodiment and described. It goes without saying that changes, unless they are made by differ from the inventive concept, are possible.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Toothed belt drive in which the teeth of the gears flat flanks and the teeth on the belt have convex involute flanks, characterized by that you get the involute from a base circle (50) with a radius equal to the product of the cosine of the pressure angle (24) and the smallest pitch circle radius (34) of the Gears are given with the center of the base circle outside the pitch circle (23) at an extended radius (25) which is perpendicular to the partial line (18) of the belt (10) is at subpoint (46) of the belt and the smallest gear, where furthermore on the base circle tangents (47, 48) through the partial point at an angle (49) lie to the partial line equal to the pressure angle and the involute (28) each Flank (29) of the belt toothing at the subpoint through the intersection of the line of action (26) this flank runs with the tangent.

2. Toothed belt drive according to claim 1, characterized in that the product of the pitch circle diameter (34) and the cosine of the pressure angle (24) of the smallest gear (11) is greater than the diameter (37) of the root circle (36) of the smallest gear. Documents considered: French Patent No. 1069 964; U.S. Patent No. 2507,852 ; "Hut, The Engineer's Paperback," IL. Volume, 27th edition, Berlin, 1949, pp. 217 to 219; "Die Müllerei", No. 29 of July 18, 1953, p. 439.