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CN114555980A - 具有变化齿节距的齿形带传动装置 - Google Patents

具有变化齿节距的齿形带传动装置 Download PDF

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CN114555980A
CN114555980A CN202080072010.XA CN202080072010A CN114555980A CN 114555980 A CN114555980 A CN 114555980A CN 202080072010 A CN202080072010 A CN 202080072010A CN 114555980 A CN114555980 A CN 114555980A
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ContiTech Antriebssysteme GmbH
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Abstract

本发明涉及一种齿形带传动装置，该齿形带传动装置具有齿形带和至少两个齿形带轮，其中，该齿形带具有设有齿形轮廓的至少一个传动侧，该齿形带在这些齿形带轮的圆周的部分区域上包裹在这些齿形带轮上，并且该齿形带的齿啮合地接合在这些齿形带轮的齿间隙中，其中，该带或带轮上的齿接部中的至少一个形成为沿着该圆周变化的一系列齿节距，其中，这些单独的齿节距被设计成相对于该带或带轮上的平均齿节距变化最高达5％，并且在该带或带轮上，变化的齿节距与该平均齿节距的绝对偏差受到该齿接部的侧隙的限制，其中，该侧隙ES由相应齿形带轮的齿间隙的宽度eS与该齿形带的齿在该齿形带的齿的齿高中间处的宽度eR之差而产生。

Description

具有变化齿节距的齿形带传动装置
技术领域
本发明涉及一种齿形带传动装置，该齿形带传动装置具有齿形带和至少两个齿形带轮，其中，齿形带具有设有齿形轮廓的至少一个传动侧，齿形带在这些齿形带轮的圆周的部分区域上包裹在这些齿形带轮上并且齿形带的齿啮合地接合在这些齿形带轮的齿间隙中。
背景技术
设计这类齿形带传动装置时面临的挑战之一是提供尽可能安静地运行的齿形带传动装置以及尽可能减少噪声的产生。运行噪声尤其是由于齿在齿形带轮中的接合的构造和几何条件以及由于所产生的绞线的振动和振荡而产生。虽然通过将直齿轮的齿形带传动装置改变为螺旋齿轮的齿形带传动装置已经可以降低噪声，但存在于螺旋齿轮的齿形带传动装置中的噪声排放仍然是显著的且不期望的。
根据现有技术，齿形带是在硫化模具上制造的，这些硫化模具的齿节距在其圆周上尽可能精确和均匀，并且这些硫化模具于是也会将此齿节距转移到要硫化的带坯。由于这种恒定的规则节距，在操作期间，当带与同样规则制造的齿形带轮啮合时，会发生显著的噪声发展，这主要是由齿啮合频率的振动引发的，该振动的声功率水平是可听见的和可测量的。这种振动的能量作为空气传播噪声直接辐射，或者作为结构传播噪声传递并且间接辐射到其他地方。
为了实现低水平的齿啮合频率，在现有技术中已知的是，例如，形成不同地设计的节距组，并且以使得均匀的齿啮合频率无法建立或产生破坏性干扰的方式将这些“节距组”布置在带的长度或圆周上。在这种所谓的“低噪声齿接部”的情况下，单独的组在节距上的不同可以高达20％。当然，呈组形式的齿形带轮的节距也必须相应地进行调整。这也造成了这种类型的齿接部的主要缺点。这是由于以下事实：必须对带传动装置进行绝对精确且适配的安装，使得齿形带轮上的节距组和齿形带上的节距组彼此完全对应，这当然会使安装更加困难且非常容易出错。在带和齿形带轮上必须始终存在多个彼此匹配的齿组，并且带必须相应地装配。以下事实会引起的另外的缺点：如果带打滑，例如在过载的情况下，如果不同的节距组必须彼此接合，那么带会立即被破坏。
另一方面，现有技术中也有通过改变侧隙来减少噪声发展的提议。在此方面，EP 1614 933 B1披露了一种螺旋齿轮的带传动装置，其中，噪声将要降低且振动将要减少，因为螺旋齿轮的带与齿形带轮之间的游隙(即，侧隙(“D”))被设定成在特定齿节距角和预定义宽度的齿形带情况下与齿节距成特定比率。EP 2 803 879 A1提出了类似的措施、尤其是用于降低电动转向组件中的齿形带传动装置情况下的噪声。此处同样，间隙(侧隙)根据齿宽和齿高进行调整。
因此，在螺旋齿轮的齿形带传动装置中，作为齿形带的配对件的齿形带轮的轮廓以及齿形带的轮廓的设计总是会设想到一定程度的游隙(即，一定程度的“侧隙”)，尤其是以便保证带沿圆周方向相对于齿形带轮具有一定的移位能力，并且因此以便补偿带的生产公差、补偿可变的张力、以及补偿在所包裹的弧中由可变的张力产生的不同的节距长度。在此，首要目标是配置游隙，使得实现齿形带进入两个齿形带轮中的无阻碍运行，以便使空气传播噪声和结构传播噪声的产生最小化。
然而，现有技术中已知的用于减少在齿形带传动装置的情况下的空气传播噪声和结构传播噪声的措施在相对大的齿形带轮与相对小的齿形带轮之间相互作用的情况下(因此，尤其是在相对大的传动比的齿形带传动装置中)不再适用。尤其是在具有升速比/降速比并且例如从输入端到输出端降低速度的齿形带传动装置的情况下，所提到的措施已不足够，因为运行到小齿形带轮/小齿轮中时的啮合状况与运行到大齿形带轮时的啮合状况显著不同。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种带传动装置，该带传动装置在接合时尽可能安静地运行且冲击力尽可能小，即使在高速度下也很少产生绞线的振动和振荡，不需要任何节距组，并且无论运行方向和圆周位置如何，都可以容易地进行组装和安装。
此目的是通过主权利要求的特征来实现的。从属权利要求中披露了另外的有利实施例。
带或带轮上的齿接部中的至少一个被设计成具有一系列变化齿节距，其中，
-该带或带轮沿着圆周方向的齿节距被设计成相对于在通过芯线中心确定的有效芯线的高度处的相应平均齿节距(比如标称节距)、在带齿顶圆的高度处的啮合节距、以及在平均齿高处的节距而言变化最高达5％，并且
-在该带或带轮上，这些变化齿节距与该平均齿节距的绝对偏差受到绝对侧隙的限制，其中，该侧隙被定义为该带轮的齿间隙的宽度与接合带齿在齿高中心处的宽度之差。
齿形带和齿形带轮的标称节距P是在有效芯线的高度处的节距，即由包裹在齿形带轮上的齿形带的芯线的中心(芯线中心)限定的半径或弧。因此，标称节距线或标称节距弧径向地在齿形带轮的齿的外部，即在齿形带轮的齿的齿顶圆的外部。
根据本发明的齿节距的变化通过以下大幅降低了结构传播噪声和减少了绞线振动并且因此降低了声功率水平：当带运行到齿形带轮中时，在谱上预先计算出一系列与标称节距具有不同偏差的齿啮合的脉冲叠加，并且选择在带或齿形带轮(其中齿啮合阶次的水平最小化)上生产的(最佳)顺序，约束条件是二阶次的水平不超过齿啮合阶次。
允许的侧隙原则上作为上限来限制根据本发明的齿节距的变化，侧隙被定义为沿着在带的一半齿高处的接合弧、在带齿与两个相邻齿形带轮齿之间的自由空间。根据本发明的齿形带传动装置的设计意味着可以实现通常单调的、强主导的齿啮合频率的声功率水平的大幅降低。
本发明的有利发展是，该带或带轮上的变化齿节距是周期性地或根据预定模式形成的。在这种设计的情况下，接近了现有技术中已知的低噪声齿接部的基本理念，但不必接受现有的由节距组的形成而产生的缺点。周期性的齿节距或根据预定模式变化的齿节距会使得进一步抑制噪声产生或对尽管如此仍发生的振动产生破坏性干扰。
本发明的另外的有利实施例是，该带或带轮上的变化齿节距是沿相对于该平均节距的正向方向或负向方向形成的，即产生相对于该平均节距增大和/或减小的节距。两种类型的变化都可以显著地降低声功率水平。
本发明的另外的有利实施例是，该齿形带或该齿形带轮被设计成具有变化齿节距，并且相应的另一零件被设计成具有规则齿节距。这扩展了减少噪声产生的可能性，并且可以通过以下事实进一步增加：在另外的有利实施例的背景下，该齿形带和该齿形带轮被设计成具有变化齿节距。取决于应用，带传动装置可以因此根据所需的噪声降低进行精确适配。当这种齿形带传动装置用于机动车辆中的电动转向机构、尤其是被设计成具有螺旋形齿接部时，这一点尤其重要。
本发明的另外的有利实施例在于，一系列变化齿节距以使得产生齿啮合阶次的最低可能水平的方式进行选择。
本发明的另外的有利实施例在于，与该齿啮合阶次相邻的阶次的水平不会超过此最低可能水平。
附图说明
将基于示例性实施例更详细地说明本发明。在附图中：
图1示出了根据本发明的带传动装置的基本表示，
图2以放大视图示出了在齿形带上具有节距变化的情况下齿形带与齿形带轮之间的啮合状况，
图3以放大视图示出了在带的一半齿高处、两个相邻齿形带轮齿与带齿之间的侧隙(即游隙)或间隙差，
图4示出了齿啮合阶次(ZEO)的声功率水平与二阶次的声功率水平的谱比较图，其中与规则节距相比，通过一系列变化节距，齿啮合阶次的水平有所降低，
图5示出了齿啮合阶次(ZEO)的声功率水平与二阶次的声功率水平的谱比较图，其中与规则节距相比，通过改进的另一系列变化的节距，齿啮合阶次的水平有所降低并且将二阶次水平限制到齿啮合阶次的水平。
附图标记清单
1 齿形带传动装置
2 齿形带
3 齿形带轮(从动带轮)
4 齿形带轮(主动带轮)
5 磨合区域
6 芯线中心
eS 齿间隙的宽度
eR 啮合带齿在齿高中间处的宽度
P 标称节距
P2 齿形带2的变化节距
P4 齿形带轮4的规则节距
具体实施方式
图1示出了螺旋齿轮的齿形带传动装置1，该齿形带传动装置具有齿形带2、作为从动带轮的大齿形带轮3、以及作为主动带轮的小齿形带轮4。齿形带2通过其设有齿形轮廓的传动侧而在磨合区域5处运行到小齿形带轮4上。小齿形带轮4具有齿形轮廓，该齿形轮廓与带的齿形轮廓互补，其中，齿形带在这些齿形带轮的圆周的部分区域上包裹在这些齿形带轮上，并且齿形带的齿啮合地接合在这些齿形带轮的齿间隙中。这同样相应地适用于大齿形带轮3。
图2以放大视图示出了如权利要求1所述的根据本发明的实施例中的齿形带2(实线)与齿形带轮4(细线)之间的啮合状况，其中齿形带轮4配置有规则节距P4，而齿形带2配置有变化节距P2。示出了齿形带轮4上的规则节距角(该规则节距角对应于芯线中心6上的标称节距P)以及齿形带2上的两个节距角(相比之下，这两个节距角是不同的)。为了更加清楚，此附图中未示出芯线中心上的标称节距P。在每个径向水平上，无论是在芯线中心处、在齿形带轮的齿顶圆处、还是在齿高的中间处，齿形带轮4和齿形带2的相应啮合节距(或弧长)都因此彼此不同。
图3示出了绝对侧隙(也称为游隙)。这是带轮4的齿间隙的宽度eS与啮合带齿在齿高中间处的宽度eR之差。
如果对齿形传动装置的噪声进行阶次分析，则通过“阶次”考虑噪声的能量含量，在齿形带传动装置的情况下，通过由使用快速傅里叶变换(FFT)计算的频谱形成的阶次考虑噪声的能量含量。可以用FFT来映射阶次谱，根据该阶次谱，可以用某些并行的计算/滤波确定每个阶次的水平或幅值。这与啮合接合频率、齿啮合阶次、以及二阶次数量有关。这给出了图4和图5中所示出的图，这些图以谱阶次示出了具有齿形带轮和齿形带的带传动装置的声功率水平的幅值。
图4示出了以谱阶次示出来自现有技术的在齿形带轮和齿形带上具有规则节距的带传动装置的声功率水平的幅值与根据本发明的带传动装置的声功率水平的幅值的比较的图。此处，虽然多个二阶次的水平超过了齿啮合阶次(ZEO)的水平，但是齿啮合阶次(ZEO)的水平通过根据本发明的齿形带上的一系列变化节距而减小到某个分数。
图5示出了又以谱阶次示出来自现有技术的在齿形带轮和齿形带上具有规则节距的带传动装置的声功率水平的幅值与根据本发明的带传动装置的声功率水平的幅值的比较的图。此处，虽然齿啮合阶次(ZEO)的水平通过根据本发明的齿形带上的另一系列变化节距而减小，但是所有二阶次的水平都没有超过齿啮合阶次(ZEO)的水平。

Claims (9)

1.一种齿形带传动装置(1)，该齿形带传动装置具有齿形带(2)和至少两个齿形带轮(3，4)，其中，该齿形带(2)具有设有齿形轮廓的至少一个传动侧，该齿形带在这些齿形带轮的圆周的部分区域上包裹在这些齿形带轮上，并且该齿形带(2)的齿啮合地接合在这些齿形带轮(3，4)的齿间隙中，其特征在于，该带或带轮上的齿接部中的至少一个形成为沿着该圆周变化的一系列齿节距，其中，
-这些单独的齿节距被设计成相对于该带或带轮上的平均齿节距变化最高达5％，并且
-在该带或带轮上，变化的齿节距与该平均齿节距的绝对偏差受到该齿接部的侧隙的限制，
其中，该侧隙由相应齿形带轮的齿间隙的宽度eS与该齿形带的齿在该齿形带的齿的齿高中间处的宽度eR之差而产生。
2.如权利要求1所述的齿形带传动装置，其中，该带或带轮上的变化齿节距是周期性地或根据预定模式形成的。
3.如权利要求1或2所述的齿形带传动装置，其中，该带或带轮上的变化齿节距是沿相对于该平均节距的正向方向和/或负向方向形成的。
4.如权利要求1至3之一所述的齿形带传动装置，其中，该齿形带或该齿形带轮被设计成具有变化齿节距，并且相应的另一零件被设计成具有规则齿节距。
5.如权利要求1至4之一所述的齿形带传动装置，其中，该齿形带和该齿形带轮被设计成具有变化齿节距。
6.如权利要求1至5之一所述的齿形带传动装置，其中，变化节距以使得产生齿啮合阶次(ZEO)的最低可能水平的方式进行布置。
7.如权利要求1至6之一所述的齿形带传动装置，其中，由于这些变化齿节距的特定布置而与该齿啮合阶次(ZEO)相邻的阶次的水平不会超过此齿啮合阶次。
8.一种用于机动车辆的电动转向机构，该电动转向机构具有如权利要求1至7之一所述的齿形带传动装置。
9.一种用于生产如权利要求1至7之一所述的齿形带传动装置的齿形带的模具，其中，该模具以使得该模具的形成带齿的齿接部由一系列变化齿节距形成的方式进行设计，该一系列变化齿节距沿在纵向或后续操作中形成的带圆周方向被设计成相对于该带在延伸经过芯线中心(6)的有效芯线的高度处的平均齿节距(标称节距)、在后续操作中在带轮齿顶圆的高度处产生的啮合节距、以及在平均齿高处的节距而言变化最高达5％，其中，这些变化齿节距的绝对偏差受到绝对侧隙的限制，其中，该侧隙被定义为该带轮的齿间隙的在后续操作中产生的宽度与接合带齿在齿高中间处的宽度之差。
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