DE4443389A1

DE4443389A1 - Toothed belt drive for high ratio linear to rotary motion conversion

Info

Publication number: DE4443389A1
Application number: DE19944443389
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Ing Nagel; Ulf Richard
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1994-12-06
Filing date: 1994-12-06
Publication date: 1996-06-13

Abstract

The drive has a double-sided toothed belt, which is looped around pulleys, and which has a different tooth pitch on its inside than it has on its outside. The inside of the belt engages with one of a pair of wheels (3,4), and the outside of the belt with the other. The wheels are rotationally coupled to one another.The products of the numbers of teeth on the coupled wheels with the pitches of the associated sides of the belt, are at least slightly different from one another. The highest transmission ratio, and the lowest speed of the resulting linear motion of the pair of wheels, is achieved when this difference is as small as possible.

Description

Die Erfindung betrifft ein hochübersetzendes zahnriemengetriebe zur Übertragung einer rotatorischen in eine translatorische oder rotatorische Bewegung.The invention relates to a high-ratio toothed belt transmission to transfer a rotary into a translatory or rotational movement.

Hochübersetzende Zahnriemengetriebe für Lineareinheiten sind bekannt. Mit dem zwischen Antriebs- und Umlenkrad bewegbaren Schlitten sind wenigstens zwei drehfest miteinander verkoppelte Abtriebsräder, an die der Zahnriemen mit Andruckrollen gedrückt wird, verbunden. Die Zähnezahldifferenzen der drehfest miteinander verkoppelten Räder führen zur Schlittenbewegung.High-ratio toothed belt drives for linear units are known. With the one that can be moved between the drive and deflection wheel Carriages are at least two non-rotatably coupled Output wheels to which the toothed belt is pressed with pressure rollers connecting. The tooth number differences of the rotationally fixed linked wheels lead to carriage movement.

Bei einer Ausführung der Fa. Mulco wird das Abtriebsrad gleichzeitig von Ober- und Untertrum gedreht. Mit dem Abtriebsrad ist ein zweites, kleineres Zahnrad verbunden. Ein Trum des Zahnriemens greift in dieses Zahnrad mit ein.In the Mulco version, the driven wheel rotated simultaneously from the upper and lower run. With the Output gear is connected to a second, smaller gear. On The belt of the toothed belt engages with this toothed wheel.

Bei einer Losung der Fa. CYBERTRON werden zwei gleich große Abtriebsräder, die gleichzeitig mit je einem Trum im Eingriff stehen, verwendet. An beiden ist je ein zweites Zahnrad befestigt. Diese haben eine Zähnezahldifferenz und sind über einen zweiten Zahnriemen drehfest miteinander verbunden.With a solution from CYBERTRON, two are the same size Output wheels, which simultaneously engage one strand stand, used. There is a second gear on each attached. These have a difference in the number of teeth and are over a second toothed belt rotatably connected.

Eine ähnliche Lösung enthält die JP-PS 61-149665. Ober- und Untertrum werden mit ihren verzahnten Außenseiten an je ein Abtriebsrad gedrückt. Beide Abtriebsräder sind untereinander mit einem Riementrieb drehfest miteinander verkoppelt. Die Räder dieses Riementriebs (die mit den Abtriebsrädern jeweils fest verbunden sind) haben einen unterschiedlichen Durchmesser. JP-PS 61-149665 contains a similar solution. Top and With their toothed outer sides, the bottom strand is one each Driven wheel pressed. Both driven wheels are with each other a belt drive rotatably coupled with each other. The wheels this belt drive (the one with the driven wheels each fixed connected) have a different diameter.

Durch die Zähnezahldifferenz entsteht eine Linearbewegung, d. h., die Abtriebsräder drehen sich nicht nur, sondern bewegen sich parallel zu Ober- und Untertrum. Die größte Übersetzung und damit die minimalste Lineargeschwindigkeit ergibt sich bei der geringst möglichen Zähnezahldifferenz.The difference in the number of teeth creates a linear movement, d. that is, the driven wheels not only turn, but move parallel to the upper and lower run. The largest translation and so that the minimum linear velocity results in the lowest possible number of teeth.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiteres hochübersetzendes Zahnriemengetriebe anzugeben.The object of the invention is another high-translation To specify toothed belt gear.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den im ersten Anspruch genannten Merkmalen gelöst.According to the invention the task with the in the first claim mentioned features solved.

Das Getriebe erhält seine Übersetzung dadurch, daß die Produkte aus den zähnezahlen der drehfest miteinander verkoppelten Räder und den Teilungen der zugehörigen Innen- bzw. Außenseite des Zahnriemens sich wenigstens geringfügig voneinander unterscheiden. Je geringer der Produktunterschied ist, umso höher ist die Übersetzung. Dieser Produktunterschied kann vorzugsweise dadurch realisiert werden, daß die Durchmesser der drehfest miteinander verkoppelten Räder und die der Koppelzahnräder jeweils paarweise gleich groß sind und die Zähnezahl der Außenverzahnung des Zahnriemens sich von der der Innenverzahnung um wenigstens einen Zahn unterscheidet. Im Gegensatz zu den hochübersetzenden Getrieben mit kleinem Zähnezahlunterschied der Räder, wie z. B. beim Harmonic-Drive, wird die Übersetzung nicht nur durch den Zähnezahlunterschied bestimmt, sondern auch ganz wesentlich dadurch, auf welcher Riemenlänge dieser Zähnezahlunterschied realisiert wird. Je größer der Zahnriemen ist, umso kleiner ist bei gleicher Zähnezahldifferenz der Teilungsunterschied. Letztlich sind sehr feine Abstufungen und damit hohe Übersetzungen realisierbar, und zwar auch dann, wenn die Zahnmodule festigkeitsbedingt groß sind.The gearbox gets its translation from the fact that the products from the number of teeth of the non-rotatably coupled wheels and the divisions of the associated inside or outside of the Timing belt at least slightly apart differentiate. The smaller the product difference, the more the translation is higher. This product difference can preferably be realized in that the diameter of the non-rotatably coupled wheels and those of Coupling gears are the same size in pairs and the Number of teeth on the external toothing of the toothed belt is different from that of the Internal toothing differs by at least one tooth. in the Contrary to the high-translation gears with small Difference in the number of teeth of the wheels, such as. B. with the harmonic drive, the translation is not only due to the difference in the number of teeth determined, but also essentially by which Belt length of this difference in number of teeth is realized. Each the larger the toothed belt, the smaller the same Difference in the number of teeth. Ultimately, are very fine gradations and high translations possible, and even if the tooth modules are large due to their strength are.

Die drehfeste Kopplung der beiden Abtriebsräder (3 und 4) kann auch kraftschlüssig, beispielsweise durch zwei Reibräder oder einen gekreuzten Riementrieb erfolgen. Es muß nur gewährleistet sein, daß der Drehsinn der beiden Räder entgegengesetzt ist.The rotationally fixed coupling of the two driven wheels ( 3 and 4 ) can also be non-positively, for example by means of two friction wheels or a crossed belt drive. It only has to be ensured that the direction of rotation of the two wheels is opposite.

Das Getriebe ist sowohl für Linearantriebe als auch für die Übertragung einer rotatorischen in eine rotatorische Bewegung einsetzbar. Im zweiten Fall sind Ausführungen realisierbar, bei denen die Übersetzung des Getriebes bei Beibehaltung einer hohen Gesamtübersetzung feinstufig einstellbar ist.The gearbox is for linear drives as well as for Transfer of a rotary into a rotary movement applicable. In the second case, implementations are possible at which the gear ratio while maintaining a high Overall ratio is finely adjustable.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen näher dargestellt. In den Zeichnungen zeigenThe invention is described below using several exemplary embodiments shown in more detail. Show in the drawings

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ausführung des Getriebes für eine Linearantriebseinheit, Fig. 1 shows an embodiment of the transmission according to the invention for a linear drive unit,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausführung des Getriebes für eine Rotationseinheit mit Mitteln zur Änderung der Übersetzung. Fig. 2 shows an embodiment of the transmission according to the invention for a rotary unit with means for changing the translation.

Die Erfindung wird zunächst an einem Getriebe für einen Linearantrieb gezeigt.The invention is initially based on a gearbox for a Linear actuator shown.

In einem Schlitten 8 sind zwei gleiche Abtriebsräder 3 und 4 gelagert und mit zwei ebenfalls gleichen Zahnrädern 5 und 6 drehfest miteinander verkoppelt. Ein doppeltverzahnter Zahnriemen 9 umschlingt die Abtriebsräder 3 und 4 und zwei Umlenkräder 1 und 2. Die Zahl der Zähne auf der Außenseite des Zahnriemens 9 unterscheidet sich von der auf seiner Innenseite um wenigstens einen Zahn. Mittels Andruckrollen 7 wird der Zahnriemen 9 mit seiner Innenseite an das Abtriebsrad 3 und mit seiner Außenseite an das Abtriebsrad 4 gedrückt. Das Umlenkrad 1 wird angetrieben.Two identical output gears 3 and 4 are mounted in a carriage 8 and are coupled to one another in a rotationally fixed manner by two identical gears 5 and 6 . A double toothed toothed belt 9 wraps around the driven wheels 3 and 4 and two deflection wheels 1 and 2 . The number of teeth on the outside of the toothed belt 9 differs from that on the inside by at least one tooth. By means of pressure rollers 7 , the toothed belt 9 is pressed with its inside against the driven wheel 3 and with its outside against the driven wheel 4 . The deflection wheel 1 is driven.

Zur Erläuterung der Funktion wird zunächst angenommen, daß die zwei Abtriebsräder 3 und 4 nicht mit den Zahnrädern 5 und 6 drehfest miteinander verkoppelt wären, sondern sich frei im Schlitten drehen könnten. Dann würden sie sich bei umlaufende Zahnriemen 9 infolge der unterschiedlichen Teilungen von dessen Außen- und Innenverzahnung unterschiedlich schnell drehen. Da sie aber drehfest miteinander verkoppelt sind, bewegt sich der Schlitten 8 je nach Antriebsrichtung auf das Antriebsrad 1 zu oder von diesem weg. Die Geschwindigkeit entspricht dem geringen theoretischen Drehzahlunterschied, den nicht verkoppelte Räder 3 und 4 hätten, multipliziert mit deren Radius.To explain the function, it is initially assumed that the two driven wheels 3 and 4 would not be non-rotatably coupled to the gear wheels 5 and 6 , but could rotate freely in the carriage. Then they would rotate at rotating toothed belts 9 due to the different divisions of its external and internal toothing at different speeds. However, since they are non-rotatably coupled to one another, the carriage 8 moves towards or away from the drive wheel 1, depending on the drive direction. The speed corresponds to the small theoretical speed difference that would not be coupled wheels 3 and 4 , multiplied by their radius.

Aus der in Fig. 1 gezeigten Variante könnte mit geringen Änderungen ein erfindungsgemäßes Getriebe für die Übertragung einer rotatorischen in eine rotatorische Bewegung gebildet werden. Anstelle des Schlittens 8 müßte ein Steg vorgesehen werden, in dem auch die Räder 1 und 2 gelagert sind. Eines der Abtriebsräder, z. B. das Rad 4 müßte als Antriebsrad ausgebildet werden. Der Steg würde sich dann um dessen Achse drehen.From the variant shown in FIG. 1, a transmission according to the invention for the transmission of a rotary into a rotary movement could be formed with minor changes. Instead of the carriage 8 , a web would have to be provided, in which the wheels 1 and 2 are also mounted. One of the driven wheels, e.g. B. the wheel 4 would have to be designed as a drive wheel. The bridge would then turn around its axis.

In Fig. 2 wird eine modifizierte Ausführung einer solchen Variante gezeigt. Die Räder sind nicht in einem Steg, sondern in Schwingen 14 gelagert. Dadurch wird der Abstand zwischen den Rädern 3 und 4 veränderbar. Ein größerer Abstand dieser Räder bedeutet bei sonst gleichen Bedingungen, daß sich die Abtriebsdrehzahl verringert.A modified embodiment of such a variant is shown in FIG . The wheels are not mounted in a web, but in rockers 14 . As a result, the distance between the wheels 3 and 4 can be changed. A larger distance between these wheels means that the output speed is reduced under otherwise identical conditions.

Antriebsrad ist Rad 4. Seine Achse 10 ist in einem Gestellpunkt gelagert. Die Schwingen 14 bilden ein rhomboidförmiges Gelenkviereck. Zwischen den Zahnrädern 5 und 6, die in der ersten Variante die beiden Räder 3 und 4 direkt drehfest miteinander verkoppelten, ist mittels Schwingen 12 und einer Koppel 13 ein Zahnradpaar 11 gekoppelt. Sie folgen damit selbständig den Abstandsänderungen.Drive wheel is wheel 4 . Its axis 10 is mounted in a frame point. The wings 14 form a rhomboid-shaped quadrilateral joint. Between the gears 5 and 6 , which in the first variant coupled the two wheels 3 and 4 directly to one another in a rotationally fixed manner, a pair of gears 11 is coupled by means of rockers 12 and a coupling 13 . You will then independently follow the changes in distance.

Zwischen zwei benachbarten Schwingen 14 (in der Zeichnung sind es die beiden unteren) ist eine Schloßschraube 16 angebracht. Mit ihr wird der Winkel zwischen diesen beiden Schwingen und damit der Abstand zwischen den Rädern 3 und 4 verstellt.A lock screw 16 is attached between two adjacent rockers 14 (in the drawing it is the two lower ones). With it the angle between these two wings and thus the distance between the wheels 3 and 4 is adjusted.

Desweiteren ist mit einer der Schwingen 14 eine Andrückrolle 18 verbunden. Dadurch wird bei einer Abstandsänderung der Räder 3 und 4 ein etwa gleichbleibender Andruck der Rollen 7 gegen den Zahnriemen 9 gesichert.Furthermore, a pressure roller 18 is connected to one of the rockers 14 . As a result, an approximately constant pressure of the rollers 7 is secured against the toothed belt 9 when the distance between the wheels 3 and 4 changes .

Bei Antrieb des Zahnriemens 9 drehen sich die miteinander verbunden Schwingen 14 um die Achse 10. Diese Drehbewegung kann in einfacher Weise abgenommen werden. Zum Beispiel könnte ein (nicht dargestelltes) um die Achse 10 drehende Abtriebsrad mit einer der beiden an dieser Achse angekoppelten Schwingen 14 verbunden werden.When the toothed belt 9 is driven, the interconnected rockers 14 rotate about the axis 10 . This rotary movement can be removed in a simple manner. For example, a driven wheel (not shown) rotating about the axis 10 could be connected to one of the two rockers 14 coupled to this axis.

Claims

1. toothed belt transmission with at least one drive, driven and deflection wheel, which are wrapped by a toothed belt and of which at least two of the wheels are non-rotatably coupled, characterized in that the toothed belt ( 9 ) is toothed both inside and outside, the division of the internal toothing of the toothed belt differs from that of its external toothing, the inside of the toothed belt ( 9 ) with one of the two rotatably coupled wheels ( 3 and 4 ) and the outside with the other of these two wheels ( 3 and 4 ) in There is engagement and the products from the number of teeth of the wheels ( 3 or 4 ) coupled in a rotationally fixed manner and the divisions of the associated inside or outside of the toothed belt ( 9 ) differ at least slightly from one another.

2. Timing belt transmission according to claim 1, characterized in that the two non-rotatably coupled wheels ( 3 and 4 ) with two identical gears ( 5 and 6 ) are non-rotatably coupled and the number of teeth of the external toothing of the toothed belt ( 9 ) is different from that of the internal toothing by at least one tooth.

3. toothed belt transmission according to claims 1 or 2, characterized in that the two rotatably coupled wheels ( 3 and 4 ) are rotatably mounted on a carriage ( 9 ) and one of the deflection wheels ( 1 or 2 ) is designed as a drive wheel.

4. Toothed belt transmission according to claim 2, characterized in that the two rotatably coupled wheels ( 3 and 4 ) together with the two guide wheels ( 1 and 2 ) are rotatably mounted on a web, the web rotatably about the axis of one of the two with each other coupled wheels ( 3 or 4 ) is rotatable and the wheel rotating about this axis ( 3 or 4 ) is designed as a drive wheel.

5. Toothed belt transmission according to claim 1, characterized in that the two coupling gears ( 5 and 6 ) via at least one further pair of gears ( 11 ) are rotatably coupled together.

6. Timing belt transmission according to claims 4 and 5, characterized in that the distance between the gears ( 5 , 6 and 11 ) rotatably coupled wheels ( 3 and 4 ) is adjustable.

7. Timing belt transmission according to claim 6, characterized in that the wheels ( 3 and 4 ) and the deflection wheels ( 1 and 2 ) are mounted in the articulation points of four rhomboid-shaped and articulated wings ( 14 ), the angle of two adjacent wings ( 14 ) can be adjusted with a means ( 16 ) arranged between them, and the gears ( 5 , 6 and 11 ) are articulated to one another via two further rockers ( 12 ) and a coupling ( 13 ).