DE102017118317B4 - synchronous belt drive - Google Patents
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Abstract
Synchronriementrieb, umfassend einen Zahnriemen (7) und zwei oder mehr verzahnte Riemenräder (1, 2, 3, 4), deren Verzahnung mit den Zähnen des Zahnriemens (7) in Eingriff ist, wobei die Verzahnung von zumindest einem der Riemenräder (4) n Zahnlücken (8) und eine Wirklinie hat, die als Polynomzug mit folgenden Eigenschaften ausgebildet ist:- der Polynomzug ist an n Knoten PNTiaus n Polynomen Pizusammengesetzt, weicht von der Kreisform um die Drehachse M dieses Riemenrads (4) ab und ist an den Knoten PNTidifferenzierbar- die Länge L der Polynome Piist gleich, so dass für den Umfang U des Polynomzugs die Gleichung gilt: U = n • L- der Polynomzug ist an keiner Stelle konkav, so dass an jeder Stelle für dessen Krümmung die Beziehung gilt: κ ≥ 0- die Zahnlücken (8) erstrecken sich umfänglich im wesentlichen symmetrisch zu einer Symmetrieachse, die durch den jeweiligen Knoten PNTiund den Krümmungsmittelpunkt Mides Polynomzugs an diesem Knoten PNTiverläuft- der Polynomzug ist unsymmetrisch, wobei dieses Riemenrad (4) an den Knoten PNTiWirkradien Ri= [PNTiM] hat, von denen für einige oder alle Ridie Ungleichung gilt: Ri≠ r = U / (2 • π).Synchronous belt drive, comprising a toothed belt (7) and two or more toothed belt wheels (1, 2, 3, 4), the toothing of which meshes with the teeth of the toothed belt (7), the toothing of at least one of the belt wheels (4) n Has tooth gaps (8) and a line of action, which is designed as a polynomial with the following properties: - the polynomial is composed of n polynomials Pi at n nodes PNTi, deviates from the circular shape around the axis of rotation M of this pulley (4) and can be differentiated at the nodes PNTi - the length L of the polynomials Pi is the same, so that the following equation applies to the circumference U of the polynomial: U = n • L- the polynomial is not concave at any point, so that the following relationship applies to its curvature at every point: κ ≥ 0 - The tooth gaps (8) extend circumferentially essentially symmetrically to an axis of symmetry that runs through the respective node PNTiand the center of curvature Mides polynomial curve at this node PNTI- the polynomial curve is asymmetrical, where this pulley (4) has effective radii Ri= [PNTiM] at the nodes PNTi, of which the inequality applies to some or all Ri: Ri≠ r = U / (2 • π).
Description
Die Erfindung betrifft einen Synchronriementrieb und insbesondere einen Zahnriemensteuertrieb eines Verbrennungsmotors. Der Synchronriementrieb umfasst einen Zahnriemen und zwei oder mehr verzahnte Riemenräder, deren Verzahnung mit den Zähnen des Zahnriemens in Eingriff ist, wobei die Verzahnung von zumindest einem der Riemenräder n Zahnlücken und eine Wirklinie hat, die als von der Kreisform um die Drehachse dieses Riemenrads abweichender Polynomzug ausgebildet ist.The invention relates to a synchronous belt drive and in particular to a toothed belt timing drive of an internal combustion engine. The synchronous belt drive comprises a toothed belt and two or more toothed pulleys, the teeth of which mesh with the teeth of the toothed belt, the teeth of at least one of the pulleys having n tooth gaps and a line of action that deviates from the circular shape around the axis of rotation of this pulley as a polynomial curve is trained.
Synchronriementriebe mit unrunden Riemenrädern sind im Stand der Technik aus zahlreichen Veröffentlichungen bekannt. Die Unrundheit wirkt der Schwingungsanregung entgegen, die im Falle eines Zahnriemensteuertriebs durch die Nockenwellenwechselmomente in den Synchrontrieb eingebracht werden. Als einschlägiger Stand der Technik seien diesbezüglich die
Andere Ursachen für unerwünschte Schwingungen können die Anregung infolge des verzahnungsbedingten Polygoneffekts am Riemen oder die durch Reibung erzeugte Anregung im Einlauf und Auslauf der miteinander kämmenden Zähne sein. Diese Anregung ist zumindest akustisch dann besonders kritisch, wenn sie im Bereich der Resonanzfrequenz des Synchrontriebs liegt.Other causes of undesired vibrations can be the excitation due to the toothing-related polygon effect on the belt or the excitation caused by friction in the entry and exit of the meshing teeth. This excitation is particularly critical, at least acoustically, when it is in the range of the resonant frequency of the synchronous drive.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Synchronriementrieb der eingangs genannten Art mit einem akustisch und mechanisch akzeptablen Schwingungsverhalten anzugeben.The present invention is based on the object of specifying a synchronous belt drive of the type mentioned at the outset with an acoustically and mechanically acceptable vibration behavior.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll der Polynomzug des zumindest einen Riemenrads weiterhin die folgenden Eigenschaften haben:
- 1. Der von der Kreisform um die Drehachse M dieses Riemenrads abweichende Polynomzug ist an n Knoten PNTi aus n Polynomen Pi zusammengesetzt und an den Knoten PNTi differenzierbar. Aus der Differenzierbarkeit des Polynomzugs an den Knoten folgt, dass die Polynome mit jeweils derselben Steigung (1. Ableitung) knickfrei an den Knoten zusammengesetzt sind.
- 2. Die (gestreckte) Länge L der Polynome Pi ist gleich, so dass für den Umfang U des Polynomzugs die Gleichung gilt: U = n • L.
- 3. Der Polynomzug ist an keiner Stelle konkav, so dass an jeder Stelle für dessen Krümmung die Beziehung gilt: κ ≥ 0
- 4. Die Zahnlücken erstrecken sich umfänglich im wesentlichen symmetrisch zu einer Symmetrieachse, die durch den jeweiligen Knoten PNTi und den Krümmungsmittelpunkt Mi des Polynomzugs an diesem Knoten PNTi verläuft. Unter dem Begriff „im wesentlichen symmetrisch“ ist zu verstehen, dass die Zahnlücken lediglich im Übergang zum unrunden Kopfkreis der Verzahnung nicht notwendigerweise achsensymmetrisch sind. In Verbindung mit der konstanten Länge L der Polynome Pi ergibt sich, dass auch die Zahnteilung des unrunden Riemenrads umfänglich konstant ist.
- 5. Der Polynomzug ist unsymmetrisch, wobei das unrunde Riemenrad an den Knoten PNTi Wirkradien Ri = [PNTi M] hat, von denen für einige oder alle Ri die Ungleichung gilt: Ri ≠ r = U / (2 • π). In Worten ausgedrückt: der die Wirklinie bildende Polynomzug ist weder dreh- noch achsensymmetrisch, wobei die Größe der Wirkradien Ri, d.h. der effektiven Hebelarme des Zahneingriffs zwischen dem Zahnriemen und dem unrunden Riemenrad durch die Verbindungsstrecke zwischen dem jeweiligen Knoten PNTi und der Drehachse M des Riemenrads gegeben ist und wobei die Größe von zumindest einiger der Wirkradien Ri ungleich dem Wirkradius r einer kreisrunden Wirklinie ist, die denselben Umfang wie die Wirklinie des unrunden Riemenrads hat.
- 1. The polynomial train, which deviates from the circular form around the axis of rotation M of this pulley, is composed of n polynomials P i at n nodes PNT i and can be differentiated at the nodes PNT i . From the differentiability of the polynomial at the nodes, it follows that the polynomials with the same slope (1st derivative) are composed without kinks at the nodes.
- 2. The (extended) length L of the polynomials P i is the same, so that the following equation applies to the perimeter U of the polynomial: U = n • L.
- 3. The polynomial curve is not concave at any point, so that the following relationship applies to its curvature at every point: κ ≥ 0
- 4. The tooth gaps extend circumferentially essentially symmetrically to an axis of symmetry which runs through the respective node PNT i and the center of curvature Mi of the polynomial curve at this node PNT i . The term "essentially symmetrical" is to be understood as meaning that the tooth gaps are not necessarily axisymmetric only in the transition to the non-round tip circle of the toothing. In conjunction with the constant length L of the polynomials P i , the result is that the tooth pitch of the non-circular belt wheel is also constant all around.
- 5. The polynomial curve is asymmetrical, with the non-round pulley at the nodes PNT i effective radii R i = [PNT i M], of which the inequality applies for some or all R i : R i ≠ r = U / (2 • π ). To put it in words: the polynomial curve forming the line of action is neither rotationally nor axially symmetrical, with the size of the effective radii R i , i.e. the effective lever arms of the tooth meshing between the toothed belt and the non-round belt wheel, being determined by the connecting section between the respective node PNT i and the axis of rotation M of the belt wheel is given and the size of at least some of the effective radii R i is unequal to the effective radius r of a circular effective line which has the same circumference as the effective line of the non-circular belt wheel.
Die Radiendifferenz (Ri - r) der von r verschiedenen Wirkradien Ri kann innerhalb der sich aus den anderen Eigenschaften ergebenden Bedingungen mit beliebigem Vorzeichen und in beliebiger Größe aufeinanderfolgen.The difference in radii (R i −r) of the effective radii R i different from r can follow one another with any sign and any size within the conditions resulting from the other properties.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Dabei kann für die Wirkradien Ri ≠ r die Gleichung gelten: | Ri - r | = konstant. In Worten ausgedrückt: die Beträge der Radiendifferenzen (Ri - r) derjenigen Wirkradien Ri, die vom Wirkradius r des umfangsgleichen, kreisrunden Riemenrads verschieden sind, sind für alle diese Radiendifferenzen identisch. Dabei kann die Radiendifferenz (Ri - r) im Rahmen der Bedingungen der anderen Eigenschaften mit beliebigem Vorzeichen aufeinanderfolgen.Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent claims. The equation can apply for the effective radii R i ≠ r: | R i - r | = constant. To put it in words: the amounts of the radius differences (R i -r) of those effective radii R i that differ from the effective radius r of the circular belt wheel with the same circumference are identical for all these radius differences. The difference in radii (R i - r) can follow one another with any sign within the framework of the conditions of the other properties.
Für den Fall, dass die Zähnezahl n des unrunden Riemenrads gerade ist, können alle Radien Ri von r verschieden sein und für die Wirkradien Ri und Ri+1 aller unmittelbar benachbarter Knoten PNTi und PNTi+1 die Beziehung gelten: (Ri - r) / (Ri+1 - r) < 0. In Worten ausgedrückt: die Radiendifferenz (Ri - r) alterniert, so dass sie für einen der Knoten PNTi positiv oder negativ ist und für den dazu unmittelbar benachbarten Knoten PNTi+1 umgekehrt negativ oder positiv ist. Dabei kann die Radiendifferenz (Ri - r) innerhalb der Bedingungen der anderen Eigenschaften mit beliebiger einschließlich konstanter Größe aufeinanderfolgen.In the event that the number of teeth n of the non-circular belt wheel is even, all radii R i can be different from r and the following applies to the effective radii R i and R i+1 of all immediately adjacent nodes PNT i and PNT i+1 : ( R i - r) / (R i+1 - r) < 0. Expressed in words: the radius difference (R i - r) alternates so that it is positive or negative for one of the nodes PNT i and for the one immediately adjacent to it node PNT i+1 is reversely negative or positive. The radius difference (R i - r) within the conditions of the other Consecutive properties of any size including constant.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein erfindungsgemäßer Synchronriementrieb mit zwei Ausführungsbeispielen unrunder Riemenräder schematisch dargestellt ist. Es zeigen:
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1 den Synchronriementrieb, der als Zahnriemensteuertrieb eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist, -
2 eine Darstellung der Wirklinie des unrunden Riemenrads gemäß1 , -
3 eine weitere Darstellung der Wirklinie gemäß2 , -
4 die Geometrie einer Zahnlücke des unrunden Riemenrads gemäß den vorstehenden1 bis3 , -
5 die Radiendifferenzen des unrunden Riemenrads gemäß den vorstehenden Figuren als Balkendiagramm, -
6 die Radiendifferenzen des zweiten Ausführungsbeispiels eines unrunden Riemenrads als Balkendiagramm.
-
1 the synchronous belt drive, which is designed as a toothed belt control drive of an internal combustion engine, -
2 a representation of the line of action of the non-circular pulley according to1 , -
3 another representation of the line of action according to2 , -
4 the geometry of a tooth space of the non-circular pulley according to the above1 until3 , -
5 the differences in radii of the non-round pulley according to the above figures as a bar chart, -
6 the radius differences of the second embodiment of a non-circular pulley as a bar chart.
Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass das Riementrum zwischen dem Riemenrad 4 der Wasserpumpe und der Spannrolle 5 in unerwünscht hohem Maße zu Schwingungen angeregt wird, wenn es mit kreisrunder Wirklinie konventionell geformt ist. Wie nachfolgend anhand der
Die
Der Polynomzug ist weder achsen- noch drehsymmetrisch. Folglich existiert weder eine Achse, die den Polynomzug in zwei spiegelsymmetrische Hälften trennt, noch kann der Polynomzug durch Drehung um bestimmte Winkel auf sich selbst abgebildet werden.The polynomial is neither axisymmetric nor rotationally symmetric. Consequently, there is neither an axis that separates the polynomial into two mirror-symmetrical halves, nor can the polynomial be mapped onto itself by rotating through certain angles.
Der jeweils an den Knoten PNTi wirksame Hebelarm der Wirklinie ist der Wirkradius Ri, der durch die Verbindungsstrecke zwischen jedem Knoten PNTi und der Drehachse M, d.h. [PNTi M] gegeben ist. In den Figuren ist lediglich der Wirkradius R1 für den Knoten PNT1 eingezeichnet.The lever arm of the line of action that is effective at the node PNT i is the effective radius R i , which is given by the connecting path between each node PNT i and the axis of rotation M, ie [PNT i M]. Only the effective radius R 1 for the node PNT 1 is shown in the figures.
Die in
In einer nicht dargestellten Alternativausführung können die Radiendifferenzen (Ri - r) konstante Beträge | Ri - r | haben und lediglich im Vorzeichen von (Ri - r) schwanken.In an alternative embodiment that is not shown, the radius differences (R i -r) can have constant amounts | R i - r | and only vary in the sign of (R i - r).
In
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