HU220307B - Peremes fogaskerék fogazott szíjhajtáshoz - Google Patents

Description

A találmány fogaskerékre vonatkozik fogazott szíjhajtáshoz, amelynek legalább egy pereme van. A fogaskerék fogai közül legalább egy csökkentett magassággal van kialakítva, míg a többi fog magassága teljes. Ilyen fogaskerekeket sorozatban alkalmaznak személygépkocsik dugattyús belső égésű moteljainak vezértengelyes meghajtásánál.

Ennél a megoldásnál arra törekedtek, hogy a fogak minden belépésekor és minden kilépésekor keletkező rezgési energia - amely a fogas szíjhajtás rezgőképes ágába megy át - egyenletességét úgy zavarják meg, hogy a kisugárzott hangspektrum kevésbé tonális legyen, vagyis a hangenergia kevésbé koncentrálódjon olyan frekvenciákra, amelyeknek egy alapfrekvenciához viszonyított aránya egész szám. Ha tehát a kisugárzott hangenergiát már nem lehet csökkenteni, akkor legalább hosszabb idő után is kevésbé kellemetlen magasságú hangot lehessen hallani.

Ez az ismert megoldás azon a megfigyelésen alapszik, hogy a hasznos teher nélkül járó fogazott szíjhajtás is kelt zajokat. Felismerték, hogy a - lánchajtásokkal összefüggésben a szakirodalomban már részletesen tárgyalt - Poligon-effektus az előfeszített szíjhajtásban periodikus rezgéseket idéz elő, és ez a hatás okozza a zajokat.

A fogfej magasságának néhány fognál végrehajtott csökkentése - ami egészen egyes fogak teljes megszüntetéséig terjedhet - néhány előfeszítési impulzust csökkent vagy esetleg teljesen megszüntet, aminek hatására a frekvenciaspektrum említett és célként kitűzött egyenetlenné válása következik be. Ezt a megoldást elsősorban olyan fogaskerekeknél lehet alkalmazni, amelyeknél nincs szükség a maximális literteljesítményre. Eddig a forgattyústengely (mint hajtókerék) és a vezértengely (mint a legnagyobb mértékben terhelt hajtott kerék) közötti vízszivattyú kerekének meghajtására használták, kivéve azt az esetet, amelyben ékszíjjal, például a generátor és a szervokormány szivattyújával együtt hajtják.

Az ilyen szíjhajtások futási zaját nem tartják kellemesnek, sőt egyes kísérleti személyek egyenesen kellemetlennek érezték azt. A frekvenciaspektrumok tanúsága szerint ennek az az oka, hogy a kisugárzott hangenergia szórása nem túl nagy, és az egész hallható frekvenciatartományban integrálva van, és még db(A) szerint súlyozva is, magasabb, mint akkor, ha a fogak a fogaskeréken teljesen egyenletesen követik egymást.

Az EP 0 318 592 számú európai szabadalmi bejelentésből ismert egy másik módszer, amellyel a kibocsátott hangenergiát szélesebb frekvenciasávra lehet elosztani. Itt nem a rezgésgerjesztéssel foglalkoznak (ez teljesen egyenletesen periodikus marad), hanem a szíjágak rezgő- és rezonanciaképességével; a fogaskerék pereme melletti szíjszélet erősebben előfeszítik, mint a szíj másik szélét, ahol nincs perem. Ezt azáltal érik el, hogy a fogak fogárokalapja és/vagy fogfeje a tengellyel nem párhuzamos, hanem sugárirányban csökkenő, vagyis kúpos kialakítású.

A rezonanciafrekvencia ily módon ingadozik tengelyirányban a szíjágakban, úgyhogy az egész szíjban, valamennyi egymással kapcsolatban álló tengelyirányú rész együttműködésében, a frekvenciagörbében kevésbé határozottan kifejezett maximumok várhatók. Az összes fog fogárokalapjának kúpos kialakítása már ismert a bejelentők DE 39 18 247 számú német közzétételi iratából (lásd ebben különösen az 5. ábrát). Az ilyen fogaskeréken végzett vizsgálatok ugyan igazolták az ott kívánt öntisztító hatást, de az akusztikai viselkedés csak nagyon csekély mértékben javult.

Az eddigi problémák miatt a feltalálók terjedelmes zajelemzéseket és próbameghallgatásokat végeztek, és ezek alapján megállapították, hogy az ismert és fentebb taglalt módszernek az a gyengéje, hogy teljesen új zajokat épített be.

A szíjág belépésénél és kilépésénél, amikor a hajtószíj a peremes fogaskerékre ráfút, illetve arról lefut, súrlódási zajok keletkeznek. A zajok oka valószínűleg az, hogy nagyobbak a csúszási utak és nagyobb a szíjhát szabadsága a csökkentett magasságú, sőt kihagyott fogak alkalmazásával. Ennek az átlagon felülien gondos munkából nyert ismeremek az alapján a feltalálók megoldásként azt javasolták, hogy a fogaknak a perem határán teljes fogmagassága legyen, vagyis csak a fogaskeréknek tengelyirányban a peremtől távolabbi részén legyen a fogaknak csökkentett magassága.

Találmányunk célja olyan peremes fogaskerék megalkotása fogazott szíjhajtáshoz, amelynek legalább egy csökkentett magasságú foga van, és amelynek alkalmazásával a szíjhajtás zaját kellemesnek érzik. Emellett a fogazott szíjnak az egyszerűbb logisztika érdekében egyenletes osztásúnak kell lennie. A találmányunknak az a lényege, hogy a csökkentett fogmagasságú fogaknak a perem mellett teljes fogmagassága van, és csak a fogaskerék szélességének többi részén van csökkentett fogmagasság. Azaz az egyes fogak önmagában ismert fogmagasság-csökkentése nem kell a fogaskerék teljes szélességére kiterjedjen, vagyis a fogaskerék egy vagy két pereme mellett a fogmagasság nincs csökkentve.

A találmány szerinti peremes fogaskerék pereme mellett a fogak teljes fogmagassága következtében a szíjszár felül a fogaskerék fejére. Ily módon a szíjhát és a szíj homlokoldala a peremre való felfutás, illetve az arról való lefutás tekintetében úgy van vezetve, mint a hagyományos szíjhajtásnál az egyforma magasságú fogakat tartalmazó fogaskeréken, amelynél nem voltak zavaró súrlódási zajok. A találmány szerinti fogazott szíjhajtásoknál hosszabb élettartam várható, mint az olyan fogaskereket tartalmazó fogazott szíjhajtásoknál, amelyek a teljes tengelyirányú kiterjedésben csökkentett magasságú fogakat tartalmaznak, mivel ott, ahol súrlódási zajok keletkeznek, a tapasztalat szerint kopás is fellép. A találmány szerinti kialakítás ezt a kopást legalábbis csökkenti.

Az optimális élettartam elérése végett a csökkentett fogmagasságú fogakon az átmenetnek a teljes fogmagasság és a csökkentett fogmagasság között tengelyirányban folyamatosnak kell lennie. Ezzel ugyanis elkerüljük a feszültségkoncentrációt a fogfejmagasság csökkentésének környékén (azaz kiküszöbölhetjük az éles sarokkezdő töréshatást).

HU 220 307 B

A kellő nyomatékátviteli képesség fenntartása érdekében a fogaskeréken legalább minden harmadik fognak teljes magasságúnak kell lennie. Előnyös módon különösen kis fogaskerekeknél és kis átfogási szögek esetén, amikor tíznél kevesebb fog van a szíjjal egyidejűleg kapcsolatban, két csökkentett magasságú fog sohasem követheti egymást, tehát legalább minden második fogat teljes magasságúnak kell hagyni.

Azokban az esetekben, amelyekben egymás után lehet két csökkentett magasságú fogat alkalmazni, azaz a nagyobb fogaskerekek esetében, a fogmagasság csökkentésének a mértéke a fogak között eltérő lehet, hogy így az egyenetlenség mértéke nagyobb legyen. Természetesen ez megdrágítja az alapminta - amely után a negatív mintát kovácsolják vagy öntik - előállítását. Ezenkívül ebben az esetben nehezebb a fogaskerék kopását egyszerű szemrevételezéssel ellenőrizni.

Ilyen esetben az egyenetlenség fokozására előnyös egy másik módszert alkalmazni, amely szerint két közvetlenül egymást követő, csökkentett fogmagasságú fognak különböző a szélessége a csökkentett fogmagasságú tartományban. A két egymást követő fog fogmagasságának csökkentése ebben az esetben előnyös módon azonos. Ekkor csak két különböző fogmagasság van, éspedig a szabványosított teljes fogmagasság és egy csökkentett fogmagasság, ami szélső esetben 0 lehet.

A csökkentett fogmagasság-változatokra vonatkozó korlátozás alacsonyan tartja a gyártási költségeket. Ez a korlátozás emellett jó hatást gyakorol a hangenergiának a ffekvenciagörbén belüli eloszlására.

Egymást nem közvetlenül követő, csökkentett fogmagasságú fogaknál is ajánlatos, hogy a különböző csökkentett fogmagasságú fogaknak különböző legyen az a szélessége, amelyben a fogmagasság csökkentve van. Ez is arra szolgál, hogy a hangenergiát szélesebb frekvenciasávokra szólja.

A csökkentett fogmagasságú tartományok szélessége, amelyekben legalább egy fognak csökkentett fogmagassága van, vagyis a fogmagasság a teljes fogmagasságnál kisebb, előnyös módon a teljes fogszélesség 25% és 95%-a között van.

A fogaskerék legnagyobb fejkörátmérője a fogaskerék pereme mellett van.

A „fogfejmagasság csökkentése” fogalmat nem technológiai értelemben használjuk. Bár a találmány szerinti fogaskerék előállítható úgy, hogy egy szabványos fogaskerékből kiindulva - amelyben minden fog fogfejmagassága azonos, továbbá minden fogárokalap és minden fogfej a tengellyel párhuzamos kialakítású egyes fogfejek magasságát, előnyös módon az alapmintán, lemarással lecsökkentjük. Ki lehet indulni azonban olyan fogaskerékből is, amelynél minden fog fogfejmagassága kisebb, továbbá minden fogárokalap és minden fogfej a tengellyel párhuzamos kialakítású, és az egyes fogfejek magasságát, előnyös módon az alapmintán, ráhegesztéssel vagy hasonló módon megnöveljük. A gyártás befejezésekor ebben az utóbbi esetben is a fogaskerék legnagyobb fejkörátmérőjének a fogaskerék pereme mellett, illetve - ha mindkét oldalon van perem - a két perem mellett kell lennie.

Találmányunkat annak egy példaképpeni kiviteli alakja kapcsán ismertetjük részletesebben. A példaképpeni fogaskerék fogazott szíjon át vízszivattyú hajtására szolgál. A fogaskeréknek huszonhárom foga van. A szokásos fogszám ilyen alkalmazás esetén tizennyolc és huszonnégy között van. A példaképpeni fogaskeréknek csak az egyik oldalán van pereme.

Először megadunk egy fogmagasságsorrendet, ahol „v” a fogaskerék egész szélességében teljes fogmagasságot jelöl, „b” a fogaskerék szélességének 90%-ára kiterjedő fogmagasság-csökkentést jelöl, ahol is egy keskeny, a fogaskerék szélességének 10%át kitevő részen, a peremmel határosán teljes fogmagasság van. Az „a” a fogaskerék szélességének 70%ára kiterjedő fogmagasság-csökkentést jelöl, ahol is egy keskeny, a fogaskerék szélességének 20%-át kitevő részen a peremmel határosán teljes fogmagasság van, és a szemben lévő oldalon van egy keskeny, a fogaskerék szélességének 10%- át kitevő teljes fogmagasságú rész:

v, v, a, b, v, b, v, v, v, a, v, v, b, v, v, v, v, a, v, b, v, v, a.

Ezt a kiviteli alakot 2:1 méretarányú négy ábra segítségével ismertetjük, amelyek közül az

1. ábra egy, a találmány szerinti fogaskerék kiterített hosszmetszete egy „a” csökkentett fogmagasságú foggal, a

2. ábra egy, a találmány szerinti fogaskerék kiterített hosszmetszete egy „b” csökkentett fogmagasságú foggal, a

3. ábra az 1. ábra szerinti fogaskerék keresztmetszete balról nézve, a

4. ábra az 1. ábra szerinti fogaskerék keresztmetszete jobbról nézve.

Az 1. ábrán látható a találmány szerinti, 2 peremmel ellátott 1 fogaskerék kiterített hosszmetszete. A metszősík egy „a” csökkentett fogmagasságú 3a fogon megy keresztül. A tengelyirányban belső részén csökkentett fogmagasságú 3a fog mögött nézetben látható egy teljes magasságú 4 fog. A magasságok közvetlen összehasonlíthatósága végett nem magát a fogaskereket ábrázoltuk, hanem annak kiterítését. Ebben az ábrázolásban a fogaskerék osztókörének tényleges görbületét nem vettük figyelembe, és az osztókor tengelyvonalát egyenesként fogtuk fel, amely a rajz síkjára merőleges. A 4 fognak teljes tengelyirányú B szélességében H fogmagassága van, ami a lábkörtől a fejkörig mérendő. A metszett 3a fognak ezzel szemben csak a két szélen van meg a teljes H fogmagassága, és ezek között csökkentett h fogmagassága van.

Ha a fogmagasságot balról jobbra követjük, akkor ennek értéke H fogmagasság - egy kis peremletöréstől eltekintve - a fogaskerék B szélességének 0%-ától 20%-áig, a fogaskerék B szélességének 20%-ától 30%áig értéke lineárisan h fogmagasságra csökken, a fogaskerék B szélességének 30%-tól 80%-áig a h fogmagasság nem változik, a fogaskerék B szélességének 80%tól 90%-áig az érték lineárisan ismét a teljes H fogmagasságra növekszik, és ott végül - egy kis peremletöréstől eltekintve - változatlanul H fogmagasság marad. A

HU 220 307 B

3a fognak tehát b_a szélességben van a teljes H fogmagasságnál kisebb fogmagassága.

A 2. ábrán látható a találmány szerinti fogaskerék egy másik kiterített hosszmetszete. A metszősík itt egy „b” csökkentett fogmagasságú 3b fogon megy át. A szakaszonként csökkentett fogmagasságú 3b fog mögött látható egy teljes fogmagasságú 4 fog, amint azt az 1. ábra kapcsán már leírtuk. A metszetben látható 3b fognak csak a 2 peremmel határos részen van teljes H fogmagassága. Ettől jobbra csökkentett h fogmagassága van.

Ha a fogmagasságot balról jobbra követjük, akkor ennek értéke H fogmagasság - egy kis peremletöréstől eltekintve - a fogaskerék B szélességének 0%-ától 10%-áig, a fogaskerék B szélességének 10%-tól 20%áig lineárisan h fogmagasságra csökken, és a jobb szélig h fogmagasság marad. A 3b fognak tehát bj, szélességben van a teljes H fogmagasságnál kisebb fogmagassága.

A 3. és 4. ábrán ugyanez az 1 fogaskerék keresztmetszetben, mégpedig a 3. ábrán balról, a 4. ábrán jobbról nézve látható.

A 3. ábrán tizenöt teljes H fogmagasságú 4 fog, négy, a metszési síkban csökkentett h fogmagasságú 3a fog, amelynek a jobb szélén, ahol a fogaskeréknek nincs pereme teljes H fogmagassága van, valamint további négy, a metszési síkban csökkentett h fogmagasságú 3b fog látható. A 3b fogak fogmagassága a fogaskerék perem nélküli szélén nem növekszik vissza a teljes H fogmagasságra. Attól függetlenül, hogy a csökkentett h fogmagasság szélső esetben nulla is lehet, vagyis a szóban forgó fogat teljesen ki lehet hagyni, itt csak a fogmagasságnak a teljes H fogmagasság körülbelül 80%-ára való előnyös csökkentését ábrázoltuk. Ez már létrehozza a szíj kielégítő rezonanciaelhangolását, és ugyanakkor a kapcsolódásban lévő szíj húzó merevségének ingadozása kisebb, mint a fog teljes kihagyásakor. A fogmagasság 20%-os csökkentése a csökkentés tengelyirányú részein már megakadályozza a szíjszár felülését a fogaskerék csökkentett magasságú fogfejeire.

A 4. ábrán az 1. ábra szerinti fogaskerék keresztmetszete jobbról nézve látható. A legnagyobb koncentrikus körként a peremes fogaskerék a 2 pereme látható. Úgy, mint a 3. ábrán, itt is tizenöt teljes H fogmagasságú 4 fog látható, csak a másik irányból vett metszet miatt természetesen fordított forgásirányban elosztva. Az összesen nyolc csökkentett h fogmagasságú 3 fog között nincs különbség, és ezért nem is különböztetünk meg 3a és 3b fogakat. Ezen az ábrán valamennyi 3 fognak metszetben csökkentett h fogmagassága, és a 2 peremmel határos részen teljes H fogmagassága van. Annak révén, hogy az 1 fogaskerék mind a huszonhárom fogának a 2 peremmel határos részen teljes H fogmagassága van, a nem ábrázolt hajtószíj bal homlokoldala különösen pontosan vezetve fut rá a 2 peremre, és ott akár a találmány szerinti fogaskeréken, akár a változatlan hajtószíjon alig okoz súrlódási zajokat és kopást. A kibocsátott zaj frekvenciaszórását a szíj ág tengely irányban középső részén fellépő különböző rezonanciafrekvenciák útján mindazonáltal mégis eléljük, és ezek a különbségek még változnak is a találmány szerinti kerék fázishelyzetén át.

A fenti példától eltérően a mindkét oldalon peremmel ellátott fogaskerék fogazásában mindkét perem mellett minden fognak teljes fogmagassággal kell rendelkeznie, tehát csak a tengelyirányban belső - és nem feltétlenül középső vagy egyenes nyomvonalon kiteqedő - részen kell néhány fog fogmagasságát csökkenteni.

Azon tengelyirányú rész, illetőleg részek szélessége, ahol a találmány értelmében - a mindegyik peremtől bizonyos távolságban lévő fogmagasság-csökkentés ellenére - minden fognak teljes fogmagassága van, a fogaskerék B szélességének 2%-a vagy ennél több, előnyös módon 6%... 12%-a kell hogy legyen.

Claims (5)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Peremes fogaskerék fogazott szíj hajtáshoz, amelynek legalább egy pereme van, és a fogaskerék fogai közül legalább egy csökkentett fogmagassággal van kialakítva, míg a többi fog fogmagassága teljes, azzal jellemezve, hogy a csökkentett fogmagasságú (h) fogaknak (3) a perem (2) mellett teljes fogmagassága (H) van, és csak a fogaskerék szélességének (B) többi részén van csökkentett fogmagassága (h).
2. 2. Az 1. igénypont szerinti peremes fogaskerék, azzal jellemezve, hogy a csökkentett fogmagasságú (h) fogakon (3) az átmenet a teljes fogmagasság (H) és a csökkentett fogmagasság (h) között tengelyirányban folyamatos.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti peremes fogaskerék, azzal jellemezve, hogy két közvetlenül egymást követő, csökkentett fogmagasságú (h) fognak (3a, 3b) különböző a szélessége (b_a, illetőleg b_b) a csökkentett fogmagasságú tartományban.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti peremes fogaskerék, azzal jellemezve, hogy a csökkentett fogmagasságú tartományok szélessége (b_a, bb), amelyekben legalább egy fognak (3) csökkentett fogmagassága van (h), vagyis a fogmagasság a teljes fogmagasságnál (H) kisebb, a teljes fogszélesség (B) 25%-a és 95%-a között van.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti peremes fogaskerék, azzal jellemezve, hogy a fogaskerék (1) legnagyobb fejkörátmérője a fogaskerék pereme (2) mellett van kialakítva.