ES2373718T3

ES2373718T3 - Dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales.

Info

Publication number: ES2373718T3
Application number: ES04725489T
Authority: ES
Inventors: Akihiro Hironaka
Original assignee: Gates Unitta Asia Co; Gates Corp
Current assignee: Gates Unitta Asia Co; Gates Corp
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2024-04-02
Also published as: KR101014695B1; JP4010551B2; CN101307815A; CN100441911C; CN101307815B; EP1614933B8; US7887446B2; PL1614933T3; KR20050122202A; ATE527470T1; US20070066431A1; CA2521132A1; EP1614933A1; WO2004090380A1; CN1768213A; EP1614933A4; JP2004308702A; EP1614933B1; MXPA05011305A; CA2521132C

Abstract

Un dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales para transmitir una fuerza de accionamiento mediante el engranaje entre una correa sin fin con dientes helicoidales y una polea con dientes helicoidales, dispositivo en el que cuando se indica un paso de diente como como Pt, un ángulo de hélice de diente como θ, y una anchura de la correa con dientes helicoidales como W , dicho ángulo de hélice de diente θ se establece en un nivel de - 0,2 <= 1 -W . tan / Pt <= 0,75, y caracterizado porque una holgura entre dicha correa sin fin con dientes helicoidales y dicha polea con dientes helicoidales se establece para que sea de entre un 1,6% y un 3% de dicho paso Pt, en el que la holgura se define por la distancia (D) entre el diente de la polea y el diente de la correa en una posición a lo largo de un arco (C) en el que el arco (C) es un arco que pasa a través de un punto que está distante de la línea de base (B) por la mitad de una altura de diente (H) y su centro coincide con el centro de la polea.

Description

Dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales

Campo técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales y, concretamente, a una polea con dientes helicoidales y a una correa con dientes helicoidales utilizadas en un dispositivo de transmisión de accionamiento por correa que es accionado bajo a una carga pesada o una rotación de alta velocidad.

Técnica antecedente

En la utilización de dientes rectos con un dispositivo de transmisión de accionamiento por correa, existen problemas consistentes en la generación de mucho ruido y vibración. Como una forma de solventar estos problemas, se conoce, por ejemplo, (KOKAI No. 4-330853 (remítase a las reivindicaciones y a la Fig. 3B)), un dispositivo de transmisión de accionamiento por correa que aplica unos dientes helicoidales. Sin embargo, para un dispositivo de transmisión de potencia, como por ejemplo un dispositivo de reducción que es accionado bajo a una carga pesada o una rotación de alta velocidad (por ejemplo 1500 rpm a 4500 rpm), el ruido y la vibración no se reducen siempre de manera eficaz al utilizar los dientes helicoidales. La publicación “Noise and life of Helical Timing Belt Drives” en el Journal of Mechanical Design divulga las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Divulgación de la invención

La presente invención está dirigida a la reducción del ruido y la vibración en un dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales que es accionado bajo una carga pesada o a una rotación de alta velocidad.

Un dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales de la presente invención es un dispositivo por correa con dientes helicoidales que trasmite una fuerza de accionamiento mediante el engranaje entre una correa con dientes helicoidales y una polea con dientes helicoidales en el que se designa un paso de diente como “Pt” un ángulo de hélice de diente como “e”, y una anchura de la correa con dientes helicoidales como “W”, ajustándose el ángulo de hélice de diente “e” en un nivel de -0,2 : 1 -W • tan e / Pt : 0,75 Y una holgura entre la correa de dientes helicoidales y la polea de dientes helicoidales se ajusta para que sea del 1,6% al 3% del paso de diente “Pt”.

Un dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales no reivindicado es un dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales que transmite una fuerza de accionamiento mediante el engranaje entre una correa con dientes helicoidales y una polea con dientes helicoidales, en el que al designar un paso de diente como “Pt”, un ángulo de hélice de diente como “e”” una anchura de la correa de la correa con dientes helicoidales como “W” el ángulo de hélice de diente “e” se ajusta en un nivel de 1 -W • tan e / Pt : 0, y la compresibilidad de la correa con dientes helicoidales se ajusta para que sea del 1,5% al 5%l

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 muestra de forma esquemática una disposición de una correa sin fin con dientes helicoidales instalada sobre una polea con dientes helicoidales, la cual se aprecia desde un lado trasero de la correa.

La Fig. 2 es una vista esquemática de tamaño ampliado que muestra la relación entre las trazas de los dientes de la polea con dientes helicoidales y las trazas de los dientes de la correa con dientes helicoidales engranada con aquella, después de que el funcionamiento del dispositivo de transmisión de accionamiento por correa se ha iniciado

o después de que se ha producido el empuje.

La Fig. 3 es un dibujo que ilustra la definición de una holgura entre un diente de correa y un diente de polea, y se muestran los perfiles de los dientes de la correa y de la polea.

La Fig. 4 es una parte de un desarrollo esquemático de una correa con dientes helicoidales, el cual se aplica a la primera forma de realización.

La Fig. 5 es una parte de un desarrollo esquemático de una correa con dientes helicoidales el cual se aplica a la segunda forma de realización.

La Fig. 6 muestra una forma de un perfil de diente comprimible aplicado en la segunda forma de realización.

La Fig. 7 es un gráfico que muestra el resultado de las pruebas de ruido para los ejemplos comparativos 1, 2 y para el ejemplo inventivo 1 cuando los ángulos de hélice de diente son de 2º.

La Fig. 8 es un gráfico que muestra el resultado de las pruebas para los ejemplos comparativos 3, 4 y para el ejemplo inventivo 2 cuando los ángulos de hélice de diente son de 5º.

La Fig. 9 es un gráfico que muestra el resultado de las pruebas de ruido para el ejemplo comparativo 5 y para los ejemplos inventivos 3 y 4, cuando los ángulos de hélice de diente son de 8º.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

A continuación se analizarán, con referencia a los dibujos, las formas de realización del dispositivo de transmisión de accionamiento por correa de la presente invención, que utilizan dientes helicoidales.

Con referencia a la Fig. 1 y a la Fig. 2, se analizará el comportamiento de la correa y la generación de ruido y vibración en el dispositivo de transmisión de accionamiento por correa que utiliza la correa con dientes helicoidales.

La Fig. 1 muestra de forma esquemática una disposición de una correa sin fin con dientes helicoidales instalada sobre una polea con dientes helicoidales, la cual se observa desde un lado trasero de la correa. Tal y como se muestra en la figura, la correa 10 con dientes helicoidales es arrastrada alrededor de un par de poleas 20 y 30 de dientes helicoidales, las cuales pueden rotar alrededor de unos ejes geométricos respectivos “L1” y “L2”. Por ejemplo, la polea con dientes helicoidales 30 es una polea de accionamiento y la potencia rotacional de la polea 30 dientes helicoidales es transmitida a la polea mandada 20 por medio de la correa 10 con dientes helicoidales. En la Fig. 1, la polea 10 con dientes helicoidales indicada mediante una línea de trazo continuo indica una disposición de la correa con dientes helicoidales inmediatamente después de la instalación de la correa. Por otro lado, una línea de trazo discontinuo, indicada mediante un número de referencia 10’ representa una posición de la correa 10 con dientes helicoidales después de que el dispositivo de transmisión de accionamiento por correa es accionado.

Inmediatamente después de que la correa 10 con dientes helicoidales es instalada sobre las poleas 20 y 30 con dientes helicoidales (antes de que el dispositivo de transmisión de accionamiento por correa sea accionado), las trazas de los dientes de la correa 10 con dientes helicoidales coinciden con las trazas de los dientes de las poleas 20 y 30 con dientes helicoidales, de manera que la dirección longitudinal de la correa 10 con dientes helicoidales se dispone sustancialmente en perpendicular a los ejes geométricos rotacionales “L1” y “L2” de las poleas 20 y 30 con dientes helicoidales. Sin embargo, cuando la polea 30 con dientes helicoidales o la polea de accionamiento es accionada y la carga se apoya sobre la correa 10 con dientes helicoidales, la correa 10 con dientes helicoidales salta a lo largo de las trazas de los dientes de las poleas, y de esta forma se produce un empuje. Es decir, cuando el dispositivo de transmisión de accionamiento por correa es accionado, la correa 10 con dientes helicoidales salta sobre la polea 20 con dientes helicoidales en la dirección “A” a lo largo del eje geométrico rotacional “L1”, y salta sobre la polea 30 con dientes helicoidales en la dirección “B”, la cual es opuesta a la dirección “A”, a lo largo del eje geométrico rotacional “L2”, tal y como se muestra en la Fig. 1. De esta forma, la correa 10 con dientes helicoidales, representada por la línea de trazo continuo es desplazada hasta la posición 10’ la cual se representa mediante la línea de trazo discontinuo. Este tipo de empuje es prominente cuando el dispositivo de transmisión de accionamiento por correa es accionado bajo una carga pesada o una rotación de alta velocidad.

La Fig. 2 es una vista de tamaño ampliado esquemática que muestra las relaciones entre las trazas de los dientes de la polea 30 con dientes helicoidales y las razas de los dientes de la correa 10 con dientes engranados con aquella, después de que se ha iniciado el funcionamiento del dispositivo de transmisión de accionamiento por correa

o después de que el empuje se ha producido.

Tal y como se muestra en la figura, una traza de diente 11 de la correa 10 con dientes helicoidales está inclinada contra una traza de diente 31 de la polea 30 con dientes helicoidales con respecto a la cantidad de ángulos en los que la correa se ha inclinado por el salto, de forma que la traza de diente 11 se desliza fuera de la traza de diente

31. Cuando se induce un huelgo entre la traza de diente de la correa 10 con dientes helicoidales y la traza de dientes de la polea 30 con dientes helicoidales se genera un contacto insuficiente entre la polea y la correa. Por ejemplo, un resalto (una parte que conecta un flanco de trabajo y un cilindro de la punta del diente) de la polea contacta con un flanco coincidente de la polea, o elemento similar. Dicha conexión insuficiente genera ruido y vibración. Nótese que, como puede apreciarse en la Fig. 1, los mismos fenómenos se inducen sobre la polea 20 con dientes helicoidales.

Con el fin de solventar dichos problemas, en una forma de realización, se aumenta de forma selectiva el tamaño de una holgura entre la correa y la polea, para impedir el contacto insuficiente entre los dientes de la polea y los dientes de la correa y reducir el ruido y la vibración. Con referencia a la Fig. 3 se analizará la definición de la holgura en la presente forma de realización.

En la Fig. 3, se muestran unos perfile de diente (una mitad) de la correa y de la polea. Una curva de trazo continuo “P1” describe el perfil de diente de la polea y una curva de trazo descontinuo “P2” describe el perfil de diente de la correa. Una línea recta “B”, una línea de rayas y puntos, en la línea de base sobre una zona de recepción de fondo de la correa, de forma que una altura “H” del diente se define por la altura desde la línea de base B hasta la punta del diente de la correa. Así mismo, una “C” en arco, la cual se indica, así mismo, mediante una línea de rayas y puntos, es un arco que pasa a través de un punto distante respecto de la línea de base “B” en la mitad de la distancia de la altura H del diente (1 / 2 H), y su centro coincide con el centro de la polea. Es decir, el diámetro de la “C” en arco es equivalente al valor donde las alturas “H” del diente son sustraídos del diámetro exterior de la polea. La holgura entre la correa y la polea se define por la distancia “D” entre el diente de la polea y el diente de la correa en una posición a lo largo de la “C” en arco (la distancia entre la intersección de la curva “C1” y la “C” en arco y la intersección de la curva “P2” y la “C” en arco).

A continuación, con referencia a la Fig. 4, se analizará un ángulo del diente helicoidal aplicado a la correa sin fin de la primera forma de realización. La Fig. 4 es una parte de un desarrollo esquemático de la correa 10 con dientes helicoidales, la cual se aplica a la primera forma de realización. Las trazas de los dientes de la correa 10 con dientes helicoidales se representan mediante líneas de trazo continuo inclinadas las cuales se sitúan en la dirección lateral de la correa. Aquí, el paso de los dientes de la correa se indican mediante “Pt” y la anchura se indica mediante “W”. Así mismo, al indicar un ángulo (ángulo de hélice de diente) entre la línea en la dirección lateral de la correa (o la línea perpendicular a la dirección longitudinal de la correa) y la traza de diente como “e”, un espacio “d” entre el extremo del engranaje del primer diente y el inicio del engranaje del segundo diente vecino se representa mediante d = Pt -W • tan e, utilizando el paso “Pt”, la anchura “W” de la correa, y el ángulo de hélice de diente e. En la primera forma de realización, el ángulo de hélice de diente “e” se establece para que satisfaga -0,2 : d / Pt = 1 -W • tan e / Pt : 0,75.

En un dispositivo de transmisión convencional de correa con dientes helicoidales, la holgura “C” se establece en aproximadamente el 1,5% con respecto al paso de diente “Pt”, la holgura “D” del dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales de la primera forma de realización, se establece en un margen de entre un 1,6% y un 3% (D / Pt x 100) del paso de diente “Pt”.

Es decir, en el dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales de la primera forma de realización, se impide un contacto insuficiente entre los dientes de la polea y la correa, incluso cuando se induce un empuje sobre la correa cuando se aplica una carga pesada sobre la correa durante el funcionamiento, mediante el establecimiento de manera amplia de una holgura “D” (holgura amplia”), como por ejemplo en un 1,6% a un 3% del paso de diente “Pt”. Así mismo, esto es especialmente eficaz para los ángulos de hélice de diente “e” que satisfacen -0,2 s d / Pt s 0,75. Es decir, a lo largo de una escala amplia de ángulos de hélice de diente “e” (incluso para un ángulo pequeño que no sea muy eficaz para un perfil de diente comprimible), el ruido y la vibración pueden ser reducidos. De acuerdo con lo descrito con anterioridad, según la primera forma de realización, el ruido y la vibración son reducidos de manera eficaz respecto del dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales, el cual es accionado bajo una carga pesada o a una rotación de alta velocidad.

A continuación, con referencia a la Fig. 5 y a la Fig. 6, se analizará un dispositivo de transmisión de accionamiento por correa de una segunda forma de realización de la presente invención. La Fig. 5 es parte de un desarrollo esquemático de la correa 10 con dientes helicoidales, la cual se aplica a la segunda forma de realización. Las trazas de los dientes de la correa 10 con dientes helicoidales se representan mediante líneas de trazo continuo inclinadas, las cuales se sitúan en la dirección lateral de la correa. Así mismo, la Fig. 6 muestra una forma de un perfil de diente comprimible aplicado en la segunda forma de realización.

En la correa de transición de accionamiento por correa de la segunda forma de realización, el ángulo de hélice de diente “e” se establece en un margen de d / Pt = 1 -W • tan e / Pt : 0. Es decir, tal y como se muestra en la Fig. 5, un valor de “d” es “0” o negativo, para que el engranaje del segundo diente vecino comience antes del final del engranaje del primer diente ( o simultáneamente con el final del engranaje).

En la Fig. 6, una curva “P3” indicada mediante una línea de trazo continuo representa el perfil de diente de las poleas 20 y 30 con dientes helicoidales de la segunda forma de realización, y una curva “P4” indicada mediante una línea de trazo descontinuo representa el perfil de diente de la correa 10 con dientes helicoidales de la segunda forma de realización. Así mismo, una línea de rayas y puntos “B” representa la línea de base de la correa cuando la correa está instalada. Una profundidad de surco “Dp” una profundidad de la línea de base “B” hasta el cilindro del pie del diente de la polea es menor que la altura “H” del diente de la correa por la distancia “h”. Por consiguiente, cuando la correa 10 con dientes helicoidales es arrastrada alrededor de las poleas 20 y 30 con dientes helicoidales, y se aplica la tensión, los dientes de la correa son presionados contra el cilindro del pie del diente de la polea y comprimidos. Por medio de lo cual, la colocación precisa de cada uno de los dientes de la correa sobre los surcos de la polea resulta mejorada, de forma que se reduce un error cumulativo entre los dientes de la correa y los dientes de la polea, y se impide un contacto insuficiente entre los dientes de la correa y los dientes de la polea. Nótese que, en la segunda forma de realización, la comprimibilidad (h / H x 100) de la correa con dientes helicoidales se establece dentro de los márgenes del 1,5% al 5%.

De acuerdo con lo descrito con anterioridad, de acuerdo con una segunda forma de realización, se reducen de manera eficaz el ruido y la vibración mediante el dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales cuando el ángulo de hélice de diente “e” se sitúa end / Pt = 1 -W•tan e / Pt s 0, y cuando el dispositivo es accionado bajo.Una carga pesada o una rotación mediante la prevención del contacto insuficiente entre los dientes de la correa y los dientes de la polea. Nótese que el dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales de la segunda forma de realización es particularmente eficaz alrededor de una frecuencia resonante del vano.

(Ejemplos)

A continuación, se analizará el efecto de la primera forma de realización y de la segunda forma de realización con referencia a los dibujos inventivos y a los ejemplos comparativos.

Para todos los ejemplos inventivos 1 a 5 y para los ejemplos comparativos 1 a 4, fueron aplicadas unas correas con dientes helicoidales con un paso de diente de 3 mm y una anchura de correa de 25 mm. Así mismo, los ángulos de hélice de diente de los ejemplos comparativos 1, 2 y del ejemplo inventivo 1, fueron de 2º, y los ángulos de hélice de diente de los ejemplos comparativos 3 y 4, y del ejemplo comparativo 2, fueron de 5º. Así mismo, los ángulos de hélice de diente del ejemplo comparativo 5 y de los ejemplos comparativos 3 y 4 fueron de 8º. Para todos los ejemplos comparativos 1, 3 y 5, se aplicó un perfil de diente convencional, y la holgura fue de un 0,5% del paso de diente, y la comprimibilidad fue del 0%. Sin embargo, la holgura de los ejemplos inventivos 1, 2 y 3 fue del 2,4% del paso de diente, y la comprimibilidad fue del 0%. Así mismo, para los ejemplos comparativos 2, 4, y para el ejemplo inventivo 4, la holgura fue del 0,8% del paso de diente y la comprimibilidad fue del 4,7%.

Es decir, los ejemplos inventivos 1, 2, 3 correspondientes a la primera forma de realización, presentan una holgura amplia, y en el ejemplo inventivo 4, correspondiente a la segunda forma de realización, presenta un perfil de diente comprimible. Nótese que, los ejemplos inventivos 2 y 4, correspondientes a los ejemplos en los que se utilizó un perfil de diente comprimible presentan el ángulo de hélice de diente de la primera forma de realización.

En la Fig. 7 se muestra el resultado de las pruebas de ruido para los ejemplos comparativos 1 y 2 y para el ejemplo inventivo 1 cuando los ángulos de hélice de diente fueron de 2º. Como se desprende de la Fig. 7, cuando los ángulos de hélice de diente fueron de 2º, el ejemplo inventivo 1, al que se aplicó la holgura amplia, generó un ruido de menos de 64 dB y mostró un efecto de la reducción de ruido considerablemente alto en comparación con el ejemplo comparativo 1 con el perfil de diente convencional,y el ejemplo comparativo 2 con el perfil de diente comprimible, el cual generó un ruido por encima de los 75 dB.

En la Fig. 8, se muestra el resultado de las pruebas de ruido para los ejemplos comparativos 3, 4 y para el ejemplo inventivo 2, cuando los ángulos de hélice de diente fueron de 5º. Incluso cuando los ángulos de hélice de diente fueron de 5º , el ejemplo inventivo 2 al cual se aplicó la holgura amplia generó un ruido de aproximadamente 63 dB y mostró un efecto de reducción de ruido considerablemente alto en comparación con el ejemplo comparativo 3 con el perfil de diente convencional y con el ejemplo comparativo 3 con el perfil de diente comprimible, lo que generó un ruido por encima de los 68 dB.

En la Fig. 9, se muestra el resultado de las pruebas de ruido para el ejemplo comparativo 5 y para los ejemplos inventivos 3 y 4, cuando los ángulos de hélice de diente fueron de 5º. Aunque el ejemplo comparativo 5, que presenta un perfil de diente convencional, generó un ruido por encima de los 72 dB, para los ejemplos inventivos 3 y 4, el ruido fue de aproximadamente 67 dB, de forma que se obtuvo un efecto de reducción de ruido considerable en comparación con el ejemplo comparativo 5.

Nótese que, la holgura amplia y el perfil de diente comprimible pueden, así mismo, ser combinados (por ejemplo, la holgura de un 2,3% y la comprimibilidad de un 1,5%).

Aplicabilidad industrial

De acuerdo con lo descrito con anterioridad, según la presente invención, pueden ser reducidos el ruido y la vibración, en un dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales que es accionado bajo una carga pesada o a una rotación de alta velocidad.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Un dispositivo de transmisión por correa con dientes helicoidales para transmitir una fuerza de accionamiento mediante el engranaje entre una correa sin fin con dientes helicoidales y una polea con dientes helicoidales, dispositivo en el que

5 cuando se indica un paso de diente como como Pt, un ángulo de hélice de diente como e, y una anchura de la correa con dientes helicoidales como W , dicho ángulo de hélice de diente e se establece en un nivel de -0,2 : 1-W . tan / Pt: 0,75, Y caracterizado porque una holgura entre dicha correa sin fin con dientes helicoidales y dicha polea con dientes helicoidales se establece para que sea de entre un 1,6% y un 3% de dicho paso Pt,

en el que la holgura se define por la distancia (D) entre el diente de la polea y el diente de la correa en una posición

10 a lo largo de un arco (C) en el que el arco (C) es un arco que pasa a través de un punto que está distante de la línea de base (B) por la mitad de una altura de diente (H) y su centro coincide con el centro de la polea.