ES2262975T3 - Tren de engranajes. - Google Patents
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Abstract
Un tren de engranajes (10) que comprende una carcasa (11), dos árboles (12, 13) dispuestos paralelos uno a otro y soportando cada uno el engranaje (14, 15) dentado cortado de forma helicoidal y dos pares de cojinetes (17, 17¿, 18, 18¿) apoyados mediante o respecto a la carcasa (11) en una disposición en la que cada par de cojinetes (17, 17¿, 18, 18¿) apoya de forma giratoria un árbol (12, 13) siendo los engranajes (14, 15) dentados de los dos árboles (12, 13), giratorios uno respecto al otro en conexión mutua, en el que dos cojinetes (17, 18) de los dos árboles (12, 13) que están tendidos a un lado común de los engranajes (14, 15) helicoidales interconectados están apoyados mediante una sección (21) de la pared sustancialmente común de la carcasa (11) del tren de engranajes, estando uno de dichos dos cojinetes (18) dispuesto para transmitir a dicha sección de la pared de la carcasa fuerzas axiales (32) que actúan en una dirección desde los engranajes (14, 15) al cojinete, por lo que los cojinetes (18, 18¿) de un árbol (12) están dispuestos del modo de una configuración de cojinete de tipo X caracterizado porque el otro cojinete (17) está dispuesto para transmitir a dicha sección (21) de la pared fuerzas axiales (31) que actúan en una dirección desde dicho otro cojinete (17) hasta los engranajes (14, 15) y los cojinetes (17, 17¿) del otro árbol (13) están dispuestos en una configuración de tipo en O.
Description
Tren de engranajes.
La presente invención se refiere a un tren de
engranajes y en particular, aunque no exclusivamente, a un tren de
engranajes que comprende al menos un par de árboles paralelos y un
par de engranajes helicoidales que corresponden al preámbulo de las
reivindicaciones 1 y 3. Un tipo tal de tren de engranajes es muy
común, como se demuestra, por ejemplo, mediante el documento n° US
5.588.328.
Aunque los engranajes helicoidales proporcionan
una transmisión más suave y silenciosa de par motor entre dos
árboles giratorios, de forma inherente tienden a generar fuerzas
axiales que actúan en la dirección del eje alrededor del cual gira
un engranaje.
Las fuerzas generadas axialmente creadas cuando
los engranajes helicoidales transmiten par motor actúan sobre la
carcasa del tren de engranajes a través de los cojinetes de apoyo.
La deformación resultante de la carcasa del tren de engranajes
tiene un efecto negativo sobre el juego axial o carga previa de los
cojinetes de apoyo. Particularmente, en el caso de cojinetes del
tipo de rodillos cónicos que puede tener un importante efecto
negativo sobre el rendimiento del cojinete y su duración, y también
un efecto negativo potencial sobre la suavidad y rendimiento
general de los engranajes helicoidales.
Es bien conocido que las fuerzas axiales pueden
evitarse proporcionando un par de engranajes helicoidales sobre un
árbol común con un engranaje del par que comprende dientes que se
extienden helicoidalmente en una dirección opuesta a los dientes
del otro engranaje del par. Esto, sin embargo, a menudo no es una
solución satisfactoria debido a los costes adicionales y la
restricción en otros aspectos del diseño del tren de
engranajes.
Otra técnica que se puede emplear para minimizar
el efecto de las fuerzas axiales sobre el juego de cojinetes y la
carga previa es reforzar selectivamente la pared de la carcasa de
manera que sea más capaz de resistir la deformación significativa.
Esto, sin embargo, requiere el uso de material adicional,
incrementando así el peso y coste, así como las dimensiones
totales.
Del documento n° US 4.297.906 más cercano de la
técnica anterior se conoce un tren de engranajes con tres árboles
en el que se transmite la energía desde un árbol de entrada a
través de un árbol auxiliar paralelo a dicho árbol de entrada, a un
árbol principal que está situado de forma coaxial con el árbol de
entrada.
La disposición de los árboles y los engranajes
helicoidales transportados mediante los árboles es tal que las
fuerzas axiales generadas por los engranajes helicoidales son
dirigidas la una hacia la otra y pueden ser absorbidas por un
cojinete que está colocado de forma central entre el árbol de
entrada dispuesto de forma coaxial y el árbol principal.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un tren de engranajes que sea más capaz de resistir el
efecto de las fuerzas axiales que surjan en un par de árboles
paralelos.
Una forma de realización de la presente
invención está definida mediante las características de la
reivindicación 1.
Los otros dos cojinetes, que están tendidos de
forma típica al otro lado de los engranajes helicoidales
interconectados, pueden estar dispuestos de forma similar de manera
que una segunda sección de la pared de la carcasa, opuesta a la
sección de la pared anteriormente mencionada, puede accionarse de
forma simultánea mediante fuerzas axiales opuestas ejercidas por los
dos árboles. Los cojinetes son cada uno preferiblemente de un tipo,
o están dispuestos de manera que para cada uno de los dos árboles,
las fuerzas axiales que actúan en una dirección se transmiten a una
sección de la pared de la carcasa mediante solamente uno de los dos
cojinetes de ese árbol. Si cualquier fuerza axial de ese árbol
actúa en una dirección opuesta (por ejemplo, si los árboles están
provistos de engranajes helicoidales de un ángulo de hélice
inversa) esas fuerzas pueden ser transmitidas a una sección de la
pared solamente mediante el otro de los dos cojinetes de ese
árbol.
Cada uno de dichos cojinetes puede ser de un
tipo conocido per se, por ejemplo, puede comprender
cojinetes de bolas, cojinetes de rodillos cilíndricos o
esféricos.
Un tipo particularmente adecuado de cojinete es
un cojinete de rodillos cónicos, y los cojinetes de uno de los dos
árboles pueden estar dispuestos en una configuración en O y los del
otro árbol en una configuración en X.
Otra forma de realización de la presente
invención se define mediante las características de la
reivindicación 3.
Nos referimos a una disposición de un par de
cojinetes de rodillos cónicos separados axialmente, en la que los
rodillos de cojinete de un cojinete aumentan en diámetro en una
dirección alejada del otro cojinete del par, como una configuración
de cojinete en O. Nos referimos a una disposición de un par de
cojinetes separados axialmente, en la que los rodillos de cojinete
de un cojinete disminuyen en diámetro en una dirección alejada del
otro cojinete del par, como configuración de cojinete en X.
La invención prevé que cada árbol puede tener su
engranaje helicoidal situado axialmente entre los cojinetes de ese
árbol y que los cojinetes de un par están situados respectivamente
en secciones mutuamente opuestas de la pared de la carcasa
sustancialmente.
Las formas de realización de la presente
invención se describirán a continuación, solo a modo de ejemplo,
con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos en los que:
La figura 1 es una vista en sección de parte de
un tren de engranajes de acuerdo con la presente invención;
La figura 2 es una vista en sección de parte de
otro tren de engranajes de acuerdo con la presente invención, y
La figura 3 es una vista en sección de un
engranaje multi-etapa de acuerdo con la presente
invención.
Un tren de engranajes 10 (véase figura 1)
comprende una carcasa 11 con secciones 20, 21 mutuamente opuestas
de la pared lateral y dos árboles 12, 13 mutuamente paralelos. El
árbol 12 tiene asegurado al mismo un engranaje 14 dentado cortado
helicoidalmente y el árbol 13 está provisto de un engranaje 15 de
piñón cortado helicoidalmente. La línea de acción de los dientes de
engranaje de interconexión se muestra mediante la línea 16 del
dibujo adjunto.
El árbol 12 está apoyado de forma giratoria
respecto a la carcasa 11 mediante un par de cojinetes 18, 18' de
rodillos cónicos separados axialmente, estando los cojinetes de ese
par ubicados respectivamente en las secciones 20, 21 opuestas de la
pared lateral de la carcasa 11. Los cojinetes 18, 18' están
dispuestos en una configuración en X en la que el diámetro de cada
rodillo de cojinete disminuye en la dirección alejada del otro
cojinete del par.
El árbol 13 está apoyado de forma similarmente
giratoria respecto a la carcasa por medio de un par de cojinetes
17, 17' de rodillos cónicos separados axialmente excepto porque los
cojinetes de este par están montados de un modo inverso, en una
configuración en O.
Al funcionar el tren de engranajes anteriormente
descrito, cuando se transmite el par motor entre los engranajes 14,
15, da como resultado una fuerza axial 31 sobre el árbol 13 y una
fuerza axial 32 sobre el árbol 12. Las fuerzas de reacción para
contrarrestar las fuerzas axiales 31, 32 se transmiten a una
sección común de la pared, sección 21, de conformidad con la
orientación de los cojinetes de rodillos cónicos. Así, en
comparación con una disposición de engranaje convencional, en la
que los árboles mutuamente paralelos están apoyados mediante pares
de cojinetes dispuestos cada uno en la misma configuración en O o
en X, lo que da como resultado que las fuerzas de reacción son
transportadas por secciones opuestas de la pared y la consiguiente
deformación de las secciones de la pared respecto a una y otra,
mediante la presente invención las fuerzas de reacción actúan en una
sección común de la pared y, así, no da como resultado un efecto
negativo en el juego de cojinetes o la carga previa.
La fig. 2 muestra dos árboles 40, 41 que
transporta cada uno un engranaje 42, 43 cortado helicoidalmente,
estando los dos árboles 40, 41 montados de forma giratoria respecto
a una carcasa 44 con los dos engranajes 42, 43 en la interconexión
mutua para transmitir par motor entre ellos.
Cada árbol está apoyado de forma giratoria
respecto a la sección de la pared de la carcasa 44 del tren de
engranajes mediante un par de cojinetes de rodillos cilíndricos
localizados respectivamente en los lados opuestos de los engranajes
42, 43, es decir, en los lados opuestos de una teórica línea 45
media como se muestra en la figura 2. Cada uno de los cuatro
cojinetes cilíndricos es del tipo que puede transmitir fuerzas
axiales en una dirección además de las fuerzas radiales.
Los cojinetes 50, 51 del árbol 40 están
dispuestos de un modo equivalente a una configuración de tipo en X
tal que las fuerzas axiales en una dirección desde la línea 45
media hasta el cojinete 50 oponen resistencia mediante ese
cojinete, mientras que las fuerzas axiales que actúan en la
dirección opuesta, hacia el cojinete 51, y que surgen cuando la
dirección de giro del tren de engranajes 42 es inversa, actúan
sobre dicho cojinete 51. Por contraste, para el árbol 41 los dos
cojinetes 52, 53 están dispuestos de un modo equivalente a una
configuración de tipo en O. Así, para el cojinete 52, las fuerzas
axiales se transmiten desde el anillo interno al externo del
cojinete en el caso de fuerzas axiales que actúan en una dirección
desde el cojinete 52 hasta dicha línea 45 media. El cojinete 53
transmite a la carcasa 44 de forma similar fuerzas que actúan en
una dirección desde el cojinete 53 hasta dicha línea 45 media. En
consecuencia, esa sección de la pared de la carcasa común a la
región de los cojinetes 50, 52 experimenta fuerzas sustancialmente
iguales y opuestas desde los árboles 40, 41 y, de forma similar, si
se hace uso de engranajes 42, 43 de un ángulo de hélice inverso, la
sección de la pared de la carcasa común a los cojinetes 51, 53
asimismo experimenta fuerzas axiales sustancialmente iguales y
opuestas desde los árboles 40, 41.
La presente invención se puede aplicar también a
un tren de engranajes muiti-etapas. La figura 3
muestra un tren de engranajes 60 de tres etapas que comprende una
carcasa 61 en la que cuatro árboles 62, 63, 64, 65 están apoyados
de forma giratoria por medio de cojinetes de rodillos. El árbol 62
está apoyado de forma giratoria mediante un par de cojinetes 66, 66'
de rodillos cónicos dispuestos en una configuración en X o, de
forma alternativa, mediante un par de cojinetes cilíndricos 66'',
66''' dispuestos también en una configuración en X (como se muestra
en la sección 62' alternativa del árbol) y que puede transmitir
fuerzas axiales en una dirección además de las fuerzas radiales. El
árbol 63 está apoyado de forma giratoria mediante un par de
cojinetes 67, 67' de rodillos cónicos en una configuración en O. Los
dos árboles 64, 65 están cada uno apoyado de forma similar mediante
pares de cojinetes 68, 69, 68', 69' de rodillos cónicos dispuestos
en una configuración en O.
Las fuerzas axiales principales que surgen en
los respectivos árboles son experimentadas por el árbol 62 de baja
velocidad. Estas fuerzas axiales, cuando se ejercen sobre una de
las secciones 70, 71 de la pared de la carcasa a cualquier lado del
tren de engranajes dependiendo de la orientación del ángulo de
hélice de los dientes del engranaje, se contrarrestan por lo tanto
mediante fuerzas axiales en el árbol 63 próximo. Así, las fuerzas
axiales eficaces del árbol que actúan sobre la carcasa se reducen
sustancialmente cuando se comparan con una configuración en la que
todos los árboles están montados, por ejemplo, mediante cojinetes
de rodillos cónicos en una configuración en O.
Mientras que la invención se ha descrito
respecto a cada árbol estando apoyado únicamente mediante un par de
cojinetes, se debe entender que cada árbol puede estar apoyado por
pares adicionales de cojinetes, siendo todos los cojinetes del
árbol de la misma configuración en O o en X. Adicionalmente, se
puede proporcionar apoyo adicional de cojinete mediante, por
ejemplo, cojinetes de rodillos o esféricos que pueden estar en
combinación con cojinetes de rodillos cónicos.
Claims (7)
1. Un tren de engranajes (10) que comprende una
carcasa (11), dos árboles (12, 13) dispuestos paralelos uno a otro
y soportando cada uno el engranaje (14, 15) dentado cortado de
forma helicoidal y dos pares de cojinetes (17, 17', 18, 18')
apoyados mediante o respecto a la carcasa (11) en una disposición
en la que cada par de cojinetes (17, 17', 18, 18') apoya de forma
giratoria un árbol (12, 13) siendo los engranajes (14, 15) dentados
de los dos árboles (12, 13), giratorios uno respecto al otro en
conexión mutua, en el que dos cojinetes (17, 18) de los dos árboles
(12, 13) que están tendidos a un lado común de los engranajes (14,
15) helicoidales interconectados están apoyados mediante una
sección (21) de la pared sustancialmente común de la carcasa (11)
del tren de engranajes, estando uno de dichos dos cojinetes (18)
dispuesto para transmitir a dicha sección de la pared de la carcasa
fuerzas axiales (32) que actúan en una dirección desde los
engranajes (14, 15) al cojinete, por lo que los cojinetes (18, 18')
de un árbol (12) están dispuestos del modo de una configuración de
cojinete de tipo X caracterizado porque el otro cojinete
(17) está dispuesto para transmitir a dicha sección (21) de la
pared fuerzas axiales (31) que actúan en una dirección desde dicho
otro cojinete (17) hasta los engranajes (14, 15) y los cojinetes
(17, 17') del otro árbol (13) están dispuestos en una configuración
de tipo en O.
2. Un tren de engranajes según la
reivindicación 1, en el que dichos dos cojinetes (17, 18) de los
dos árboles (12, 13), que están tendidos a un lado común de los
engranajes (14, 15) helicoidales interconectados, son cojinetes de
rodillos cónicos.
3. Un tren de engranajes (10) que comprende una
carcasa (11), dos árboles (12, 13) dispuestos paralelos el uno al
otro y soportando cada uno el engranaje (14, 15) dentado cortado
helicoidalmente y dos pares de cojinetes cónicos (17, 17', 18, 18')
apoyados mediante o respecto a la carcasa (11) en una disposición en
la que cada par de cojinetes (17, 17', 18, 18') apoya de forma
giratoria un árbol (12, 13) siendo los engranajes (14, 15) dentados
de los dos árboles (12, 13) giratorios uno respecto al otro en
conexión mutua y proporcionándose los cojinetes (18, 18') de
rodillos cónicos del otro árbol (12) separados axialmente en una
configuración en X en la que el diámetro de los rodillos de cojinete
de cada cojinete disminuye progresivamente en la dirección alejada
desde el otro cojinete del par, caracterizado porque el par
de cojinetes (17, 17') de rodillos cónicos de un árbol (13) se
proporciona separado axialmente en una configuración en O en la que
el diámetro de los rodillos de cojinete de cada cojinete aumenta
progresivamente en la dirección alejada desde el otro cojinete del
par.
4. Un tren de engranajes (10) según una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada
árbol (12, 13) comprende un engranaje (14, 15) helicoidal situado
axialmente entre el par de cojinetes (17, 17', 18, 18') de ese
árbol (12, 13).
5. Un tren de engranajes (60) según una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes y que comprende al
menos tres árboles (62-65) mutuamente paralelos
provisto cada uno de un engranaje dentado cortado helicoidalmente y
apoyado de forma giratoria en una carcasa (61) mediante un par de
cojinetes (66-69 y 66'-69'), estando
apoyado el árbol (62) de baja velocidad de forma giratoria mediante
cojinetes (66, 66') dispuestos en una configuración en X o en O de
un tipo opuesto a la configuración de los cojinetes (67, 67') del
árbol (63) próximo.
6. Un tren de engranajes (60) según la
reivindicación 5 en el que el árbol (62) de baja velocidad está
apoyado de forma giratoria mediante cojinetes (66, 66') dispuestos
en una configuración en X o en O y el tren de engranajes (60)
comprende al menos dos árboles (63-65) adicionales,
apoyado cada uno de forma giratoria mediante cojinetes
(67-69 y 67'-69') dispuestos en la
misma configuración el uno que el otro y opuesta a la configuración
del árbol (62) de baja velocidad.
7. Un tren de engranajes (60) según la
reivindicación 6, en el que el árbol (62) de baja velocidad está
apoyado de forma giratoria mediante cojinetes (66, 66') dispuestos
en una configuración en X.
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