BRPI0900593A2 - aparelho mecÂnico orbital redutor de movimento rotativo - Google Patents

Abstract

APARELHO MECÂNICO ORBITAL REDUTOR DE MOVIMENTO ROTATIVO. Refere-se ao aparelho mecânico redutor de movimento rotativo, constituído de um sistema orbital de engrenagens, que realiza a transmissão de potência rotativa de um motor para uma máquina a ser movimentada, com possibilidades construtivas que garantem grande redução de rotação, com elevado limite de transferência de torque. O aparelho inventado destina-se ao setor industrial metal-mecânico. O método de redução de rotação, utilizado no aparelho inventado, consiste em fazer com que um rotor de impulsão de eixos satélites (10, 10b), movido por um motor, através do eixo-motor (101, 101b), impulsione um (ou mais) eixo satélite (111) integrado por duas engrenagens satélites (31, 41), de modo que estas (31, 41) girem, de modo orbital, engrenadas sobre duas engrenagens planetárias (51, 61), uma destas (61) fixa e que funciona como apoio de alavanca, forçando que as engrenagens satélites (31, 41), unidas pelo eixo satélite (111), transfiram à engrenagem planetária de saída (51), que é móvel e está fixa no eixo de saida (102), apenas o movimento rotacional decorrente da diferença de números dentes entre a engrenagem planetária (61) e a engrenagem satélite (41) e entre a engrenagem satélite (31) e a engrenagem planetária (51).

Description

"APARELHO MECÂNICO ORBITAL REDUTOR DE MOVIMENTOROTATIVO".

A presente invenção refere-se ao aparelho mecânico redutor de movimentorotativo, constituído de um sistema orbital de engrenagens, que possibilita atransmissão de potência rotativa de um motor para uma máquina a ser movimentada,com possibilidades construtivas que garantem grande redução de rotação, comelevado limite de transmissão de torque.

O aparelho inventado destina-se ao setor industrial metal-mecânico.

O método de redução de rotação, utilizado no aparelho inventado, consiste emse fazer com que um rotor de impulsão de eixos satélites (10,10b), movido por ummotor, através do eixo-motor (101,101b), impulsione um (ou mais) eixo satélite (111)integrado por duas engrenagens satélites (31, 41), de modo que estas (31, 41) girem,de modo orbital, engrenadas sobre duas engrenagens planetárias (51, 61), umadestas (61) fixa e que funciona como apoio de alavanca, forçando que asengrenagens satélites (31, 41), unidas pelo eixo satélite (111), transfiram àengrenagem planetária de saída (51), que é móvel e está fixa no eixo de saída (102),apenas o movimento rotacional decorrente da diferença de números dentes entre aengrenagem planetária (61) e a engrenagem satélite (41) e entre a engrenagemsatélite (31) e a engrenagem planetária (51).

Para cálculo da rotação de saída, no eixo de saída (102), multiplica-se arotação de entrada, que chega ao rotor de impulsão de eixos satélites (10,10b), pelofator de redução rotativa "X", que é encontrado, calculando-se: "1 - [(A / Β) χ (CID)] =X", onde "A", "B", "C" e "D", correspondem ao número de dentes, respectivamente, daengrenagem planetária de apoio (61), da engrenagem satélite primária (41), daengrenagem satélite secundária (31) e da engrenagem planetária de saída (51).

Observe-se que resultado positivo (+) representa rotação de saída (no eixo desaída 102)) com mesmo sentido do rotor (10,10b) e resultado negativo (-) representarotação de saída em sentido contrário ao do rotor. Salienta-se que, sendo a rotaçãode saída no mesmo sentido do rotor (10,10b), há menos perda de energia.

Os sistemas mecânicos de redução de potência rotativa, constituídos deengrenagens, atualmente existentes, ao serem construídos para maiores reduções,dependem de dois ou mais estágios redutores, e este conjunto de reduções acabatendo grandes dimensões, implicando em grande peso, além de custo elevado.

O sistema de coroa e rosca sem fim, que, atualmente, é adotado emmecanismos de maiores possibilidades de redução rotativa num único estágio deengrenamento, esbarra na limitação de transferência de torque, e suas peças sofremgrande desgaste, principalmente a coroa, que normalmente é de bronze.

Outro sistema redutor conhecido é o planetário, que funciona em três níveis deengrenagens (eixo pinhão, planetárias e coroa da carcaça). Entretanto, mecanismosque adotam este sistema de redução rotativa não alcançam o mesmo nível deredução do aparelho inventado e, para tanto, dependem da conexão, em série, dedois ou três mecanismos redutores, criando vários estágios de engrenamentos.

O maior ponto de deficiência dos sistemas redutores movimentos rotativo,citados acima, é o fato destes mecanismos redutores de movimento, quandosubmetidos à transmissão de torques elevados, geram altos índices dedissipação/perda de energia mecânica.

No sistema inventado, objeto deste pedido de patente, apesar da grandepossibilidade de redução de movimento rotacional, mesmo com torques elevados, aperda de potência é mínima, algo em torno de 4%, porque, embora existam doisestágios de engrenamentos — o da engrenagem planetária de apoio (61) engrenadacom a engrenagem satélite primária (41) e o da engrenagem satélite secundária (31)engrenada com a engrenagem planetária de saída (51) —, apenas um estágiotransmite efetivamente a força rotativa do motor, que é o estágio da engrenagemsatélite secundária (31) com a engrenagem planetária de saída (51). Isto se deve aofato de que a força rotativa é transferida do motor ao eixo-motor (101, 101b),passando pelo rotor (10,10b) e daí diretamente ao eixo satélite (111), ao qual estáfixa a engrenagem satélite secundária (31), que, por sua vez, faz a transferência demovimento rotativo para a engrenagem planetária de saída (51), fixa ao eixo de saída(102).

Note-se que, não há perda de energia no engrenamento da engrenagemplanetária de apoio (61) com a engrenagem satélite primária (41), pois aquelaengrenagem (61) não faz transferência de força rotativa a esta (41), mas servesomente de ponto de apoio de alavanca (tipo inter-resistente).

O objetivo do aparelho inventado é produzir grande redução de movimentorotativo, com transmissão de torques elevados, através de mecanismo de pequenasdimensões métricas, de custo de produção menor (em relação aos sistemas jáexistentes), com mínima perda de energia.

> constituição para grandes reduções de movimento rotativo com apenas umaparelho;

> mínima perda de energia e torque;

> mecanismo com eixos de entrada e de saída "em linha";

> baixo nível de desgaste de peças;

> baixo custo de manutenção.

Para esclarecimento da invenção, apresentamos o modelo principal, mostradonas figuras 1 a 4, cujas peças do seu mecanismo têm as denominações eidentificações seguintes:

Como vantagens do aparelho inventado, podemos citar:

> aplicação em máquinas que funcionam a baixas rotações e elevado torque;

> mecanismo compacto, de pequenas dimensões métricas;

> menor custo de fabricação;

>eixo-motor (101)

> eixo de saída (102)

> eixos satélites (111)

> rotor de impulsão de eixos satélites (10)

> engrenagens satélites primárias (41)

> engrenagens satélites secundárias (31)

> engrenagem planetária de apoio (61)

> engrenagem planetária de saída (51)

> mancais de rolamentos (201,202)

> caixa (300)> chavetas de travamento (6)

> rolamentos (7)

É apresentada também uma variação construtiva para o aparelho inventado,nas figuras 5 a 8, onde as peças, diferenciadas do modelo principal, recebem asseguintes identificações:

> eixo-motor (101b)

> eixo-suporte (103)

> rotor de impulsão de eixos satélites (10b)

> engrenagem coroa (81)

> engrenagem de entrada (71)

> mancais de rolamentos (201b, 203)

> caixa (300b)

A figura 1 representa o aparelho inventado, com vista de sua parte superior.

A figura 2 representa o aparelho, em corte horizontal ao nível do plano de seueixo rotativo central.

A figura 3 representa o invento, com vista de sua parte superior, sem a caixa(300) que o acondiciona, facilitando a visualização dos mancais de rolamentos (201,201b, 202,203).

A figura 4 representa o rotor de impulsão de eixos satélites (10), sob vistalateral, o qual é centrado e fixado sobre o eixo-motor (101) e que é dotado demancais de rolamentos (7) para instalação dos eixos satélites (111).

Na figura 2, é mostrado o rotor de impulsão de eixos satélites (10), em cortehorizontal ao nível do plano central da estrutura do mecanismo.

Os mancais de rolamento, existentes no rotor (10,10b), são usinados de modoque os eixos satélites (111) sejam instalados com alinhamento paralelo à linha centralde rotação do aparelho. Este alinhamento não precisa ser paralelo, necessariamente,podendo haver certa inclinação, mas sempre de forma que os eixos satélites (111)fiquem posicionados de modo simétrico.

A figura 5 representa o aparelho inventado, com vista de sua parte superior,numa variação construtiva em que o rotor de impulsão de eixos satélites (10b) émovido rotativamente por um eixo pinhão (eixo-motor (101b)).

A figura 6 representa a variante do aparelho, em corte horizontal ao nível doplano do eixo rotativo central.

A figura 7 representa o invento, na mesma variação construtiva, com vista desua parte superior, sem a caixa (300b) que o acondiciona.

A figura 8 representa o rotor de impulsão de eixos satélites (10b),correspondente ao modelo variante apresentado, sob vista lateral, o qual, além dascaracterísticas do rotor (10), do modelo principal, é dotado de uma engrenagem coroa(81) em sua borda externa.

As figuras 2 e 6 mostram os eixos satélites (111), os quais são instalados emrolamentos (7) mancalizados no rotor de impulsão (10 ou 10b). Salienta-se que cadaeixo satélite (111) tem sobre ele fixadas uma engrenagem satélite primária (41) e umaengrenagem satélite secundária (31).

Nas figuras 3 e 7, sob vista superior, aparecem a engrenagem planetária deapoio (61), a qual possui 49 dentes inclinados (com ângulo de 8o) e que, por ser fixa(imóvel), é (pode ser) usinada juntamente com o mancai (201 ou 201b), como umapeça única, para fixação à caixa (300 ou 300b).

As figuras 3 e 7 mostram, sob vista superior, a engrenagem planetária de saída(51), a qual tem 50 dentes retos e é fixada sobre o eixo de saída (102).

Nas figuras 1 e 5, sob vista superior, aparecem as engrenagens satélitesprimárias (41), com 50 dentes inclinados (com ângulo de 8o), sendo que cada umadelas é fixada sobre um dos eixos satélites (111), ficando engrenadas à engrenagemplanetária de apoio (61).

Também, nas figuras 1 e 5, sob vista superior, aparecem as engrenagenssatélites secundárias (31), com 50 dentes retos, sendo que cada uma delas é fixadasobre um dos eixos satélites (111), ficando engrenadas à engrenagem planetária desaída (51).

Para que as engrenagens planetárias (51, 61) acasalem-se perfeitamente comas engrenagens satélites (31, 41), dependendo do número de dentes adotados paraas engrenagens de cada aparelho, é necessário fresá-las com ferramentas de passesdiferentes ou também mudar a inclinação dos seus dentes.

No sistema inventado, o rotor de impulsão de eixos satélites (10,10b) pode serconstituído de apenas um mancai de rolamento (7), para a instalação de apenas umeixo satélite (111) com suas respectivas engrenagem satélite primária (41) eengrenagem satélite secundária (31). Entretanto, o rotor de impulsão (10,10b) podeser constituído de mais mancais de rolamento (7), para a instalação de dois ou maiseixos satélites (111) e suas respectivas engrenagens satélites (31, 41), modoconstrutivo que servirá para dividir a carga de torque exercida sobre os dentes detodas as engrenagens do aparelho, possibilitando que os dentes destas (31, 41, 51,61) sejam reduzidos de tamanho, o que resultará na redução das dimensões métricasdo aparelho.

Nos modelos apresentados, o rotor de impulsão de eixos satélites (10, 10b)possui forma circular, configuração que facilita o seu balanceamento, que éindispensável pela alta rotação a que é submetido.

Este rotor (10, 10b) pode ser construído de formas variadas, podendomancalizar cada eixo satélite (111) pelo seu centro longitudinal (modo em que aengrenagem satélite primária (41) é instalada numa de suas extremidades e aengrenagem satélite secundária (31) é instalada na outra extremidade) ou, também,ser mancalizado pelas extremidades (constituição em que a engrenagem satéliteprimária (41) e a engrenagem satélite secundária (31) ficam instaladas no centrolongitudinal do eixo (111), uma ao lado outra).

Sob as numerações (300) e (300b) identifica-se, nas figuras anexas, a caixaque acondiciona o aparelho inventado, a qual deve ser vedada, para impedir ovazamento do óleo lubrificante das engrenagens e rolamentos.

Note-se que, para facilitar o esclarecimento do invento, os desenhosapresentados mostram a caixa (300,300b) aberta.

As chavetas (6) servem para travar rotor e engrenagens a seus respectivoseixos.

Com a numeração (7) são representados os rolamentos.

No modelo apresentado nas figuras de números 1 a 4, se acoplado ao eixo-motor (101) um motor de 1500 RPM, o eixo de saída (102) terá movimento rotativo de +30 RPM, numa redução nominal de 50 vezes.

As figuras de números 5 a 8, mostram uma variação construtiva do aparelhoinventado, onde o rotor de impulsão dos eixos satélites (10b) é instalado sobrerolamentos (7), que, por sua vez, são posicionados sobre o eixo-suporte (103), eixoeste que pode ser usinado juntamente com a engrenagem planetária de apoio (61) eo mancai de rolamento (201b), numa única peça. Neste caso, o rotor de impulsão(10b) é provido de uma engrenagem coroa (81), que possui 150 dentes. Também, oeixo-motor (101b) é construído como um eixo-pinhão com a engrenagem de entrada(71), que possui 50 dentes, e fica engrenada à engrenagem coroa (81) do rotor (10b).Tal variante construtiva cria um novo estágio redutor de 3 vezes.

Nesta variante, mostrada nas figuras 5 a 8, quando o ao eixo-motor (101b) giraa 1500 RPM, o eixo de saída (102) terá movimento rotativo de +10 RPM, numaredução nominal de 150 vezes.

Alternativamente, ao invés do rotor de impulsão de eixos satélites (10b) serinstalado sobre rolamentos (7) centrados sobre o eixo-suporte (103), pode o rotor(10b) ser fixado em rolamentos (7) instalados sobre um prolongamento do próprioeixo de saída (102).

Outra possibilidade, relativa à variação construtiva mostrada nas figuras 5 a 8,é fixar-se o rotor de impulsão de eixos satélites (10b), bilateralmente, de modo quefique instalado sobre rolamentos (7) posicionados, por um lado, no eixo de saída(102) e, por outro lado, no mancai (201b).

Nos modelos apresentados, as engrenagens planetárias (51, 61) e as satélites(31, 41) apresentam pouca diferença de tamanho. Contudo, nada obsta que asengrenagens satélites tenham tamanhos bem mais reduzidos que as planetárias (51,61); por exemplo, a engrenagem planetária de apoio (61) tenha 49 dentes, aengrenagem planetária de saída (51) 50 dentes, já a engrenagem satélite primária(41) e a engrenagem satélite secundária (31) tenham 20 dentes cada uma. Nesteexemplo, a redução nominal não muda e continua sendo de 50 vezes.

O fato das engrenagens satélites (31, 41) serem menores favorece a reduçãodas medidas do aparelho, tornando-o mais compacto, além possibilitar o aumento detamanho das engrenagens planetárias (51, 61), que amplia as possibilidadesconstrutivas de redução rotativa. Entretanto, é de se notar que, quanto menores asengrenagens satélites (31,41), maiores serão as rotações de trabalho dos rolamentos(7) nos quais se encontram acomodados os eixos satélites (111), devendo-seobservar os limites rotacionais destes (7), portanto.

Aqui registramos ser possível dotar o rotor de impulsão de eixos satélites (10)com mancais deslizantes, com bronzinas Iubrificadas a óleo, para instalação doseixos satélites (111), cuja lubrificação pode ser feita por meio de uma bombahidráulica que injeta óleo por um canal que percorre o eixo motor (101), o rotor deimpulsão (10), até chegar às bronzinas.

Outra possibilidade construtiva é fazer a engrenagem planetária de apoio (61) ea engrenagem satélite secundária (31) com 49 dentes, já a engrenagem planetária desaída (51) e engrenagem satélite primária (41) com 50 dentes, cuja reduçãorotacional daí resultante será de aproximadamente de 25 vezes.

Nos modelos propostos, todas as peças são de aço.

Note-se que o modelo, apresentado nos figuras 1 a 4, cria a possibilidade decolocação de dois aparelhos em linha, ampliando consideravelmente aspossibilidades de redução e de utilização prática.

Claims (10)

1. "APARELHO MECÂNICO ORBITAL REDUTOR DE MOVIMENTOROTATIVO", caracterizado por ter um rotor de impulsão de eixos satélites (10),fixado, centralmente, sobre o eixo-motor (101), rotor este (10) que é dotado demancais de rolamentos (7), alinhados ao redor de sua linha de eixo central, nos quaissão instalados eixos satélites (111), em cada qual (111) é fixada uma engrenagemsatélite primária (41) e uma engrenagem satélite secundária (31), de modo que aengrenagem satélite primária (41) fique engrenada à engrenagem planetária de apoio(61) e a engrenagem satélite secundária (31) fique engrenada à engrenagemplanetária de saída (51).

2. "APARELHO MECÂNICO ORBITAL REDUTOR DE MOVIMENTOROTATIVO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo eixo-motor (101) eo eixo de saída (102) estarem instalados em mancais de rolamentos (201,202), fixosà caixa (300), posicionados em uma única linha central de rotação.

3. "APARELHO MECÂNICO ORBITAL REDUTOR DE MOVIMENTOROTATIVO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada eixo satélite(111) — que pode ser um único eixo satélite (111) ou, preferencialmente, dois oumais — ter nele (111) instaladas uma engrenagem satélite primária (41) e umaengrenagem satélite secundária (31), ficando alinhado ao rotor de impulsão (10), demodo que a engrenagem satélite primária (41) fique engrenada à engrenagemplanetária de apoio (61) e a engrenagem satélite secundária (31) fique engrenada àengrenagem planetária de saída (51).

4. "APARELHO MECÂNICO ORBITAL REDUTOR DE MOVIMENTOROTATIVO", de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado pela engrenagemplanetária de apoio (61) ficar engrenada às engrenagens satélites primárias (41) epela engrenagem planetária de saída (51) ficar engrenada às engrenagens satélitessecundárias (31).

5. "APARELHO MECÂNICO ORBITAL REDUTOR DE MOVIMENTOROTATIVO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela engrenagemplanetária de apoio (61) ser fixa ao mancai de rolamento (201, 201b),preferencialmente usinados numa única peça, podendo ainda esta engrenagem (61)ser fixada a outro acessório, como trava, freio ou limitador de torque.

6. "APARELHO MECÂNICO ORBITAL REDUTOR DE MOVIMENTOROTATIVO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela engrenagemplanetária de saída (51) ser fixada sobre o eixo de saída (102), podendo ser usinadoscomo um eixo pinhão.

7. "APARELHO MECÂNICO ORBITAL REDUTOR DE MOVIMENTOROTATIVO", de acordo com as reivindicações 1 e 3, por cada eixo satélite (111) sermontado, numa de suas extremidades, por uma engrenagem satélite primária (41), e,na outra extremidade, por uma engrenagem satélite secundária (31), modo em que oeixo satélite (111) é mancalizado ao seu centro de longitude, no rotor de impulsão deeixos satélites (10, 10b); ou, por cada eixo satélite (111) ser mancalizado, no rotor(10,10b), por suas extremidades, modo no qual a engrenagem satélite primária (41)e a engrenagem satélite secundária (31) ficam instaladas sobre eixo satélite (111),em posição central, juntas, uma ao lado outra.

8. "APARELHO MECÂNICO ORBITAL REDUTOR DE MOVIMENTOROTATIVO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado, no caso de variaçãoconstrutiva, pelo rotor de impulsão de eixos satélites (10b) ser fixado sobrerolamentos (7) instalados sobre o eixo-suporte (103) — eixo este (103) que pode serusinado, juntamente com a engrenagem planetária de apoio (61) e o mancai derolamento (201b), numa única peça —, sendo dotado o rotor (10b) de umaengrenagem coroa (81); bem como, pelo eixo-motor (101b) ter uma engrenagem deentrada (71) — podendo ser um eixo-pinhão —, a qual fica engrenada à engrenagemcoroa (81), sendo este eixo (101b) instalado no mancai de rolamento (203).

9. "APARELHO MECÂNICO ORBITAL REDUTOR DE MOVIMENTOROTATIVO", de acordo com as reivindicações 1 e 8, caracterizado pelo rotor deimpulsão de eixos satélites (10b), poder ser instalado em rolamentos (7) fixadossobre prolongamento do eixo de saída (102), ao invés de sobre o eixo-suporte (103).

10. "APARELHO MECÂNICO ORBITAL REDUTOR DE MOVIMENTOROTATIVO", de acordo com as reivindicações 1 e 8, caracterizado pelo rotor deimpulsão de eixos satélites (10b) ser instalado, com apoio bilateral, de modo quefique posicionado sobre rolamentos (7) fixados, por um lado, no eixo de saída (102) e,pelo outro lado, no mancai de rolamento (201b).