FI72378B - Kilremskiva och -vaexel - Google Patents

Description

72378

KIILAHIHNAPYÖRÄ JA -VAIHDE

Keksintö liittyy kiilahihnavaihteisiin, joissa hihna on ns. raakareunaista rakennetta ja hihnapyöriä kaksi tai useampia. Tyypillisimpiä sovellutuskohteita ovat sellaiset vaihteet ja variaattorit, joissa luotettava toiminta ja soveltuvuus vaih-televiin olosuhteisiin ovat hihnan pitkän kestoiän edelle asetettavia tavoitteita. Keksintö parantaa kiilahihnavälityksen toimintaa erittäinkin hitailla hihnan nopeuksilla, mutta samalla voi nopeusalue laajentua myös ylöspäin.

Keksinnön perusideana on tehdä hihnapyörien kosketuspintoihin pyöreäpohjäisiä matalia uria, joiden väliset hampaat voivat olla teräviä tai pyöristettyjä. Tärkeimpiä hammastuksilla saavutettavia etuja on toiminnan varmuuden ja hyötysuhteen parantuminen. Yksityiskohtaisesti keksinnön tunnusmerkilliset piirteet käyvät ilmi oheisista patenttivaatimuksista.

Pyörän kosketuspintojen hammastaminen ei sinänsä ole uusi idea, vaan PIV-lamelliketjuvariaattorista jo vuodesta 1924 lähtien tunnettu: patentit DRP 430252 ja 435554.

Edellä mainitut PIV-variaattorin hammastukset ovat pyöreämuo-toisia, suoria ja tarkasti säteen suuntaisia sekä parittaisis-sa lautaskiekoissa siten lomittain sijoitettuja, että lamelli-ketjuun muodostuu tehokkaasti luistoa vähentävä hammastus.

Tätä samaa suorien säteettäisten ja lomittain sijoitettujen hampaiden ideaa on sovellettu köysivintturiin esimerkiksi saksalaisessa patenttihakemuksessa n:o 2328474. Hampaiden tarkoitus on pakottaa pyörän yli kulkeva köysi poikittaisille mutkille, jotta sen luisto pyörään nähden vaikeutuu.

72378

Ruotsalainen patenttihakemus n:o 302545 sekä US-patentit 3730483 ja 4093185 sisältävät edelliseen verrattuina sen lisä-oivalluksen, että suorat hampaat voivat olla myös vinoja ja vinouden suunnalla voidaan köyden painumista pyörän uraan tehostaa tai vähentää.

Edellisiin verrattuina sisältävät ruotsalainen patenttihakemus 428677 (Uno Ekman 1982) ja US-patentti 4151980 vielä sen lisäominaisuuden, että kartiokrekkoihin liitetyt tai muotoilemalla tehdyt hampaat voivat olla ympyränkaaren muotoisia. Kaarevuuden tarkoitus on kuitenkin vain tehostaa kartiopintojen otetta niiden välissä kulkevaan köyteen, ketjuun tai pyörötankoon. Jos näitä hammastuksia sovitettaisiin kiilahihnapyöriin, olisi toiminta kaarevuudesta huolimatta enintään samanveroista kuin hammastetuilla PIV-lautaskiekoilla.

Ennestään tunnetaan myös kiilahihnapyöriä, joiden kosketuspinnat sisältävät kaarevan urituksen tai hammastuksen. Julkaisu DEPS 224180 vuodelta 1910 sisältää kiilahihnapyörän, jonka keskenään identtiset puolikkaat on uritettu niin, että ne ruuvautuvat toistensa sisään. Urien rajapinnat ovat suoria suljettuja ruuvipintoja, joiden leikkausviivat toisiinsa nähden symmetrisillä kartiopinnoilla ovat samanlaisia, mutta eri suuntiin kaartuvia spiraaleja.

Tästä kaartumisen erisuuntaisuudesta seuraa, että spiraalin muodolla ei ole hyötysuhdetta parantavaa eikä hihnan kylki-pintojen kulumista vähentävää vaikutusta. Kokonaisvaikutus on suunnilleen sama kuin suoralla säteettäisellä urituksella, olkoon spiraalin muoto mikä tahansa. Tämä pätee myös patenttijulkaisussa DEPS 821743 esiteltyyn kiilahihnapyörään, joka poikkeaa edellä selostetusta siten, että kosketuspinnat muodostuvat pelkästään ulkokehällä pyörään liittyvistä sormista, joiden kaarimuoto voi keksinnön selityksen mukaan olla "esimerkiksi Arkhimedeen spiraali".

Il 3 72378

Kiilahihapyörä, jonka kosketuspintoihin tehdyt uritukset määritetään tarkasti Arkhimedeen spiraalin muotoisiksi, esitellään julkaisussa DEPS 2324998. Tunnusomaista tälle keksinnölle on spiraalin pieni nousu, noin puolet pyörällä kulkevan kii-lahihnan paksuudesta kierrosta kohden. Keksijän usko, että tällainen uritus olisi omiaan vähentämään hihnan värähtelyä, perustuu oletukseen, että hihnan venymisestä aiheutuva liukuminen pyörään nähden tapahtuisi tasaisesti koko kosketuskaaren alueella. Tämä teoria ei uusimman tutkimuksen mukaan ole pätevä .

Keksinnön mukaiset spiraaliuritukset poikkeavat edellä esitetyistä siten, että kaarimuoto on evolventti tai sitä lähenevä muoto. Poikkeamat evolventin muodosta ovat tarpeellisia siksi, että kiilahihnaa ei ole mahdollista tehdä täysin vetojäykäksi eikä kokoon puristumattomaksi poikittaissuunnassa. Tarvittavat poikkeamat ovat kuitenkin niin pieniä, että ne voidaan todeta vain mittalaitteilla, ei silmämääräisesti.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti suoraa säteisuritusta variaat-toripyörän lautaskiekossa.

Kuvio 2 esittää pyörimissuuntaan nähden taaksepäin kaartuvaa spiraaliuritusta.

Kuvio 3 esittää pyörimissuuntaan nähden eteenpäin kaartuvaa spiraaliuritusta.

Kuvio 4 esittää kiilahihnan kulkua ja hihnavoiman muuttumista hitaassa vaihteessa hihnan kiilakulman β ollessa pieni .

4 72378

Kuviot 5 ja 6 esittävät symmetrisen ja epäsymmetrisen raaka-reunaisen hihnan poikkileikkauksia.

Kuvio 7 esittää kaaviollisesti pyörimisnopeutta alentavaa sää-tövaihdetta ja sen pyörien kosketuspintojen urituksia, kun kiilakulma $ on pieni.

Kuvio 8 esittää pyörimisnopeutta ylentävää säätövaihdetta, jonka ensiöpyörän kosketuspinnassa on kaksi ristikkäistä uritusta.

Kuvio 9 esittää urituksen poikkileikkausta urien väleihin jäävien hampaiden ollessa teräviä.

Kuvio 10 esittää tylppähampaisen ja kuvio 11 pyöreämuotoisen urituksen poikkileikkausta.

Keksinnön lähtökohtana on havainto, että hihnan kiilakulman ollessa pieni verrattuna hihnan kylkien ja pyörän kosketuspintojen väliseen kitkakulmaan 8/2 << arctan μ ensiöpyörässä muodostuu staattinen kosketuskaari eli lepokulma (Ruhewinkel) sekä tulopuolelle (Ax) että jättöpuolelle (A3).

Kun hihnaa kuormittava kehävoima suhteessa esijännitysvoimaan kasvaa, tulopuolen lepokulma Ax pienenee, mutta jättöpuolen lepokulma A3 sitävastoin kasvaa, kunnes tapahtuu täydellinen luisto.

Jättöpuolen lepokulman merkittävin vaikutus on, että hihna tarttuu ensiöpyörään ja joutuu repimään itsensä irti. Seurauksena on momenttihäviö, koska voiman S2 momenttivarsi pienenee.

Il

Toisiopyörässä momenttihäviö tapahtuu tehonsiirtokaarella (a2) hihnan puristuessa kokoon poikittaissuunnassa ja painuessa sy vemmälle uraan.

72378 5

Keksinnön mukaisella spiraaliurituksella voidaan molempia mo-menttihäviöitä pienentää. Esimerkiksi alennusvaihteessa (kuvio 7) korvautuu osa hihnan tangentiaaliluistosta momentti-häviön pienentymisenä, kun urituksen spiraalimuoto tehdään evolventista hiukan logaritmisen spiraalin suuntaan poikkeavaksi .

Ensiöpyörän urituksen spiraalimuodon poikkeaman evolventti-muodosta tulee alennusvaihteessa (kuvio 7) olla päinvastaiseen suuntaan, jotta hihnan lyheneminen olisi mahdollista ilman luistoa urien välisten hampaiden yli. Poikkeaman ansiosta muodostuu hihnaa kosketuspintojen välistä ulospäin työntävä voi-makomponentti ja näin lepokulma A3 pienenee tai sen muodostuminen estyy.

Myös ylennysvaihteessa (Fig. 8) tulee toisiopyörän urituksen spiraalimuodon poiketa evolventista logaritmisen spiraalin suuntaan.

Optimaaliset muodot riippuvat hihnan vetojouston ja poikittaisen kokoonpuristumisen keskinäisistä suhteista ja niiden määritys on laskennallisesti erittäin monimutkainen ja suuritöinen tehtävä. Vakiosäteellä toimivissa pyörissä muoto voi olla teoreettista spiraalia sivuava ympyränkaari, jolla on sama kaarevuus. Haluttu poikkeama teoreettisesta muodosta saadaan muuttamalla sivuamispisteen sijaintia kosketusrenkaan säteen suunnassa.

Käytännössä kovin lähelle optimaalisia spiraalimuotoja ei kannata pyrkiä, koska kuormitus ja hihnan laatu yleensä vaih-televat.

72378

Hammastusten poikkileikkausmuodon valinta riippuu siitä, kuinka tehokasta vaikutusta halutaan. Teräväharjainen hanunastus, (kuvio 9) on tehokkain, mutta kuluttaa hihnaa enemmän kuin tylppäharjäinen, (kuvio 10), tai pyöristetty muoto, (kuvio 11).

Jos kiilahihnavaihde toimii erittäin likaisissa tai hihnan pintaa jäätävissä olosuhteissa, voidaan johonkin vaihteen hih-napyörään tehdä kaksi ristikkäistä hammastusta. Lisähammastuk-sen, P kuviossa 8, tulee olla pyöreämuotoinen ja varsinaista hammastusta matalampi ja harvajakoisempi.

Hihnan poikkileikkauksen ollessa epäsymmetrinen (kuvio 6) voidaan kosketuspintojen hammastukeilla vähentää myös hihnan taipumusta kääntyä ylikuormituksesta urassa kyljelleen tai ylösalaisin. Tähän päästään tekemällä kaartumissuunnat tai vinoudet parittaisissa kosketuspinnossa erilaisiksi tai jompi kumpi kosketuspinta sileäksi.

Keksintö ei rajoitu tässä selostettuihin suoritusmuotoihin, vaan patenttivaatimusten puitteissa ovat monenlaiset muunnelmat ja yhdistelmät mahdollisia. Varsinkin kaarihampaisten kar-tiopyörien valmistustekniikan soveltaminen pyörien tai niiden muovaustyökalujen valmistamiseen tarjoaa kehittämismahdollisuuksia.

Il

Claims (6)

72378

1. Kiilahihnapyörä, jossa vähintään toinen hihnan kylkeen koskettava pinta on sinänsä tunnetulla tavalla uritettu, tunnettu siitä, että urituksen kaartumismuoto on akselin normaalitasolle projisoituna evolventtia lähenevä spiraali tai evolventtia kosketusrenkaan alueella 3-pistei-sesti sivuava ympyränkaari.

2. Vaatimuksen 1 mukainen kiilahihnapyörä, tunnettu siitä, että uritetussa kosketuspinnassa on kaksi ristikkäistä uritusta, joiden poikkileikkausmuodot ovat erilaisia.

3. Kiilahihnavaihde, tunnettu siitä, että vähintään yhdessä hihnan kylkeen koskettavassa hihnapyörän pinnassa on vaatimuksen 1 tai 2 mukainen uritus.

4. Vaatimuksen 3 mukainen kiilahihnavaihde, tunnettu siitä, että kosketuspintojen uritukset ovat ensiö- ja toi-siopyörissä eri suuntiin kaartuvia.

5. Vaatimuksen 3 mukainen kiilahihnavaihde, tunnettu siitä, että kosketuspintojen uritukset ovat sekä ensiö-että toisiopyörissä pyörimissuuntaan nähden taaksepäin kaartuvia.

6. Vaatimuksen 4 tai 5 mukainen kiilahihnavaihde, tunnettu siitä, että uritusten kaartumismuotojen projektiot akselin normaalitasolla poikkeavat evolventista toisiopyörissä logaritmisen spiraalin ja ensiöpyörissä päinvastaiseen suuntaan. 72378