MX2010011980A - Rueda dentada para banda sincrona. - Google Patents

Abstract

Una rueda dentada que comprende por lo menos una ranura para acoplar una banda dentada, dicha ranura con un flanco, el flanco con radios de la punta de la ranura (R1) de aproximadamente entre 105% y aproximadamente 125% de los radios de la raíz de]. diente de la banda (R8)cuando la banda está en la forma de cremallera, dichos radios de la punta de la ranura unidos a una porción del flanco curvado conjugado del flanco de la ranura (200) mediante una porción lineal del flanco (202) y dicha porción del flanco lineal dispuesta en un ángulo () de aproximadamente 18° a aproximadamente 25° con respecto a la línea central de la ranura (CL) y comprendiendo una longitud de por lo menos 20% de la profundidad de una ranura de la rueda dentada (h).

Description

RUEDA DENTADA PARA BANDA SÍNCRONA La invención se refiere a una rueda dentada para banda síncrona y más particularmente, a una rueda dentada para banda que consta de radios de la punta de la ranura que están unidos a una porción de flanco curvado conjugado de la ranura por medio de una porción de flanco lineal.

Los sistemas de transmisión por' banda síncrona se usan extensivamente en la industria como sustitutos para cadenas de transmisión o trenes de engranajes para transmitir el momento de fuerza y/o para transformar el movimiento entre ejes.

Las transmisiones por banda tienen una línea de paso que está desplazada tanto de los dientes de la banda como de la rueda dentada y está localizada dentro de la pieza de tensión de la banda. La línea de paso desplazada presenta el problema de asegurar que el diente de la banda entre bien en una ranura de la rueda dentada con una mínima interferencia en las varias cargas de la banda y los diámetros de la rueda dentada.

El problema de interferencia entre el diente de la banda y el diente de la rueda dentada se concentra además en las tolerancias en la fabricación de la banda y rueda dentada que resultan en pequeñas diferencias en el paso entre los dientes de la banda y los dientes de la rueda dentada, tolerancias herramentales que resultan en pequeñas diferencias entre los perfiles del diente de la rueda dentada y del flanco del diente, una contracción del polímero durante el proceso de moldeo, lo cual resulta en una forma poco ideal del diente de la banda, rotación y deflexión de los dientes de la banda bajo esfuerzo resultando en una interferencia en la entrada y salida del diente de la banda y el de la rueda dentada, y un efecto de saltos y tirones provocados por diferencias en la profundidad de la ranura de la rueda dentada y la altura del diente de la banda resultando en una diferencia aparente en el paso entre los dientes de la banda y los dientes de la banda dentada.

Esta falta de acoplamiento entre los dientes de la banda y los dientes de la rueda dentada resulta en que la porción superior del diente de la polea, particularmente en la zona donde los radios de la punta de la rueda dentada se entrecruzan con los flancos curvilíneos de la rueda dentada, tallando la porción superior de los flancos, del diente de la banda eventualmente debilitando la cobertura del diente resultando en una falla del diente .

Representativa de la técnica es la Patente de EU No. 4, 605, 389 que describe una banda dentada de transmisión de potencia cuyos dientes tienen superficies de flancos en la forma de una curva tractiz y una rueda dentada con dientes con superficies de flancos en la forma de una curva tractiz, exhibiendo en conjunto la banda y la rueda dentada un buen funcionamiento y características de antitrinqueteo .

Lo que se necesita es una rueda dentada que tenga radios de la punta de la ranura estando unidos a una porción del flanco curvado conjugado mediante una porción de flanco lineal. Esta invención satisface esta necesidad.

El aspecto primordial de la invención es proporcionar una rueda dentada que tiene radios de la punta de la ranura estando unidos a una porción del flanco curvado conjugado por medio de una porción del flanco lineal.

Se señalarán otros aspectos de la invención o serán obvios mediante la siguiente descripción de la misma y los dibujos que se acompañan.

La invención consta de una rueda dentada que incluye por lo menos una ranura para acoplar una banda dentada, dicha ranura con un flanco, el flanco con radios de la punta de la ranura (Rl) de aproximadamente entre 105% y aproximadamente 125% de los radios de la punta del diente de la banda (R8) cuando la banda dentada se encuentra en la forma de cremallera, dichos radios unidos a una porción del flanco curvado conjugado de la ranura (200) mediante una porción del flanco lineal (202), y dicha porción del flanco lineal estando colocada en un ángulo (F) de aproximadamente entre 18° a aproximadamente 24° con respecto a una linea central de la ranura (CL) y comprendiendo un largo de por lo menos 20% aproximadamente de la profundidad de la ranura de la rueda dentada (h) .

Los dibujos que se acompañan, los cuales se incluyen y forman parte de la especificación, ilustran las incorporaciones predominantes de esta invención y, junto con una descripción, sirven para explicar los principios de la misma.

La Fig. 1 es una vista transversal del acoplamiento por engranaje de una banda y rueda dentada de técnica anterior.

La Fig. 2 es una vista transversal del perfil de una ranura de técnica anterior.

La Fig. 3 es una vista transversal de la construcción de una banda de técnica anterior.

La Fig. 4 es una vista transversal de una ranura de la rueda dentada de esta invención.

La Fig. 5 es una vista transversal del diente de una banda acoplado con una ranura de la rueda dentada de la invención.

La Fig. 6 es una vista transversal del engranaje de una banda con una rueda dentada de la invención.

La Fig. 6A es un detalle de la Figura 6.

La Fig. 7 es una vista transversal de una ranura de la rueda dentada de la invención con dimensiones.

La Fig. 8 muestra el contorno del diente de la banda acoplado con el perfil de la ranura de la rueda dentada de la Figura 7.

La Fig. 9 es una vista transversal de la ranura de la rueda dentada de la invención con dimensiones.

La Fig. 10 es un diagrama que compara la distribución de la carga del diente entre una banda de técnica anterior y una rueda dentada de técnica anterior y una rueda dentada de la invención.

La Fig. 1 es una vista transversal del acoplamiento por engranaje de una banda y una rueda dentada de técnica anterior. El contorno de una banda dentada de técnica anterior que tiene una relación entre la altura (h2) y el ancho de la raíz del diente de aproximadamente 0.70 engrana un segmento de una rueda dentada 12 de 32 dientes de técnica anterior para ilustrar cómo las características del engranaje de la banda depende de la forma de las superficies de su flanco.

Mientras que no existe interferencia de ajuste entre un diente de la banda 14 que está totalmente acoplado en una cavidad de la rueda dentada 16, el diente de la banda 18 que entra en la ranura de la rueda dentada 20 y el diente de la banda 22 que sale de la ranura 24 tienen las superficies del flanco 26, 28 que están tan "empinadas" que se tallan contra las porciones superiores de los lados 30, 32 del flanco de la ranura como se ilustra por la superposición de las áreas 35, 36. El tallado entre el flanco del diente y el flanco de la ranura provoca ruido y puede inducir una vibración no deseada de la banda durante su operación. Si la distancia entre los flancos de la rueda dentada se estrecha para efectos de facilitar la entrada y salida del diente sin interferencia, como por ejemplo, retirando el material del diente de las áreas superpuestas 34, 36, cada diente solamente se trasladaría a una posición contra el flanco de la ranura donde otra vez habría interferencia.

La Fig. 2 ilustra la formación de las curvas tractrices 92, 94 como se usan para generar los perfiles de la superficie del flanco del diente de una banda de técnica anterior cuando los dientes de la banda se encuentran en forma de cremallera.

Generalmente, una curva tractriz se define como la evolvente de la catenaria. Una característica de una curva tractiz es que una porción de una tangente permanece como una longitud constante entre su punto de contacto en la curva y un eje de coordenadas rectangulares. La dirección de todas las tangentes acerca substancialmente la dirección relativa de movimiento del diente de una banda en lo que entra en la ranura sin interferir con un diente de la rueda dentada.

La forma de la curva tractriz 92 para un flanco de un diente o de una ranura de técnica anterior se puede expresar en coordinadas rectangulares con la siguiente ecuación: donde : el eje y es perpendicular al eje longitudinal de la banda; el eje x es paralelo al eje longitudinal de la banda; y=a la coordenada del eje y; x=a la coordenada del eje x; y A=esa porción de una tangente que es una constante entre un punto en la curva tractiz y el eje y.

La curva tractriz 92 comienza en un punto (x, y) que corresponde a un punto en la punta del diente de la banda. En la figura, un punto x está localizado a una distancia A del eje y donde una linea A también representa una tangente de la curva en un punto (x, y). En el punto (x2, y2), la tangente A2 es igual en longitud al segmento A. En lo que la curva 92 continúa, la tangente A3 en el punto (x3, y3) es igual en longitud que la tangente A2 y el segmento A. La curva 92 continúa como se muestra y se extiende como una linea punteada al punto (x4, y4) el cual está sobre una proyección de la linea 93. La linea 93 corresponde a la coordenada del eje-y para la ubicación de una superficie plana del diente de la banda. El punto (x4, y4 ) está ubicado a una distancia h2 desde el eje x que corresponde a la altura de un diente de la banda. La curva 92 se une con la linea 93 por medio de un radio R.

La curva tractriz 94 es generada de una manera similar comenzando en el punto (x5, y5) que está espaciado a una distancia L desde el punto (x, y) . La curva 94 continúa generándose al punto (x6, y6) el cual está espaciado a una distancia b desde el punto (x4, y4 ) . La distancia b establece el ancho base de un diente de la banda.

La Fig. 3 es una vista transversal de la construcción de una banda con técnica anterior. Una banda típica de técnica anterior incluye un cuerpo elastomérico 96 que en un lado comprende una pluralidad de dientes 98, y en el otro lado forma una capa trasera de cualquier forma deseada ya sea lisa 100 o corrugada 102. Se moldea el cuerpo o funde de manera conocida usando cualquier elastómero adecuado como hules naturales, hules sintéticos o mezclas de los mismos, o elastómeros moldeables como poliuretano.

Una pieza de tensión 104 está colocada en el cuerpo y defina una línea de paso 106 o eje longitudinal alrededor del cual se ocurre la flexión de la banda durante su operación. La pieza de tensión se puede fabricar de cualquier material adecuado de alto coeficiente como cable de acero en espiral, cuerda de fibra de vidrio, fibra de aramida como la que se vende bajo la marca comercial Kevlar o Kevlar 49 o similar. También se puede usar la cuerda de fibra de carbono para la pieza de tensión 104.

Los materiales fibrosos conocidos en el medio se pueden colocar en los dientes de la banda para incrementar su coeficiente y opcionalmente se puede colocar una tela resistente al desgaste 108 como revestimiento.

Cada diente de una banda de técnica anterior tiene por lo menos esa parte importante 110 de las superficies de su flanco 112, 114 substancialmente en la forma de una curva tractriz que es generada de la manera que se describió conjuntamente con la FIG. 2 mientras los dientes se encuentran en la forma de cremallera. La curva tractriz se une con una superficie plana 15 por medio de un radio R. En forma similar, se usa un radio o una continuación de la curva tractriz para unirse a las puntas de los dientes de la banda 116, la cual puede tener una longitud L.

Los dientes de la banda están espaciados por una distancia P y cada uno tiene una base b y una altura h2, como se puede ver en una sección longitudinal. La forma empinada de las superficies del flanco tiene un efecto en el trinqueteo y está controlado por la relación a/h2. La relación de A/h2 es aproximadamente de 0.55 a 0.90.

La profundidad del diente de la banda, que también tiene un efecto sobre el trinqueteo, está controlada por la relación de h/b. La relación de h/b es aproximadamente de 0.30 a 1.0.

La relación b/P se usa parcialmente para reducir la interferencia de superposición entre un diente de la banda y una rueda dentada durante su entrada o salida. La relación de b/P es aproximadamente de 0.80 a 0.35.

Para cada uno de las relaciones descritas, la cantidad b/2 siempre es mayor que la cantidad (A - x4) para evitar teóricamente la superposición de las curvas tractrices 92, 94.

La descripción que aquí se menciona de las superficies del flanco del diente de la banda es para la condición donde los dientes se encuentran en la "forma de cremallera", esto es, cuando el eje y es perpendicular a la linea de paso, esto es, la banda está plana como si estuviera presionada sobre una superficie plana. Cuando la banda se flexiona como cuando está enganchada en una rueda dentada, el eje y ya no es perpendicular a la linea de paso debido a que permanece en una relación fija con respecto al diente de la banda.

De acuerdo con esta invención, el flanco de la ranura de la rueda dentada 200 está diseñado para que se conjugue con los dientes de la banda que se describieron con anterioridad y están separados por el ancho conjugado desarrollado más cualquier ancho deseado del diente con respecto al huelgo del ancho de la ranura de la rueda dentada. La parte inferior de la ranura de la rueda dentada de la invención puede ser ligeramente convexa, ligeramente cóncava o plana, cuya forma no es importante para la operación apropiada de esta invención. La profundidad de la ranura ("h" ver la Fig. 4) medida a lo largo de la linea central de la ranura desde el diámetro exterior (0D1 hasta la parte inferior de la ranura es aproximadamente 2% menor a 4% mayor que la altura del diente de la banda (h2) medida desde la linea plana de la banda hasta la punta del diente, ver la Fig. 3.

La porción lineal de los flancos de la ranura de la rueda dentada (202) comprende una longitud de aproximadamente entre 20% a 50% de la profundidad de la ranura (h) . Cada porción de los flancos 202 está dispuesta en un ángulo (<í>)de entre 18° y 24° aproximadamente con respecto a la línea central (CL) de la ranura. El ángulo F en el rango mencionado depende del paso (P) de la rueda dentada, de su diámetro externo (OD1) y del grado de resistencia al trinqueteo que se desea. Generalmente los flancos más inclinados proveen un sistema con mayor resistencia al trinqueteo pero son menos indulgentes con la interferencia en el engrane.

El radio de la punta de la rueda dentada (Rl ver la Fig. 7) se encuentra en el rango de 105% a 125% aproximadamente de los radios de la raíz de la banda (R8 ver la Fig. 5) cuando está en forma de cremallera.

Esta combinación de parámetros en el diseño resulta en una ranura de la rueda dentada que tiene un efecto de "embudo" que guia un diente de la banda a su posición cuando entra y sale de la ranura de la rueda dentada sin colocar esfuerzos de corte en el flanco del diente. Esto resulta en una mayor vida útil de la banda y una mejor distribución de los esfuerzos de corte para minimizar la acción cordal y la rotación de los dientes de la banda .

La Fig. 4 es una vista transversal de una ranura de la rueda dentada de la invención. En este caso la porción del flanco curvo 200 de la ranura desde P3 hasta P4 se conjuga con el flanco 114 del diente de la banda como se describió anteriormente y se desplaza de la linea central CL por medio de la ranura deseada hacia el huelgo del diente de la banda 201, concretamente de P4 a P5. La sección 201 está localizada a una profundidad igual a la de la ranura (h) .

La sección del flanco 200 incluye los radios R2 y R3, ver la Fig. 7. Los radios R2 y R3 pueden ser iguales (R2=R3) o no iguales (R2?R3) .

La porción lineal 202 del flanco está dispuesta en un ángulo F con respecto a la linea central CL de la ranura . de la rueda dentada, cuya porción 202 se extiende en forma tangencial hacia afuera desde el flanco curvo inferior de la rueda dentada en el punto P3. Un radio (Rl)de la punta de la rueda dentada, el cual es mayor que el radio (R8) de la raiz del diente de la banda en forma de cremallera, se extiende desde una tangente hasta la porción del flanco lineal de la ranura en el punto P2 y hacia el diámetro externo OD1 de la rueda dentada.

La Figura 5 muestra un diente de la banda con un paso de 14mm de técnica anterior en la forma de cremallera acoplado con una ranura 32 de 14mm de la invención actual. La ranura tiene un tamaño algo mayor comparada con el diente de la banda. La linea de paso 106 en forma de cremallera es lineal.

La Figura 6 ilustra la técnica anterior de engrane de una banda con una rueda dentada de esta invención. Cada diente 14, 18 y 22 se engrana con una ranura 160, 180 y 190, respectivamente. Esta figura muestra el huelgo entre el flanco superior 114 del diente y el radio de la raíz R8, ver las Figs. 5 y 7, y el flanco superior de la ranura 202 y el radio de la punta Rl (ver la Fig. 5) . Esto se puede contrastar con el acoplamiento del diente y la ranura de técnica anterior que se muestra en la Figura 1 donde no existen, estos huelgos. La Fig. 6A es un detalle de la Figura 6.

La Figura 7 muestra una incorporación de esta invención. Se describe una rueda dentada de 32 ranuras con un paso de 14mm. En este caso, se selecciona la profundidad de la ranura (h) para que sea igual a la altura (h2) del diente de la banda de aproximadamente 0.23". La porción inferior conjugada de la ranura 200 constituye aproximadamente 36.2% del total de la profundidad (h) de la ranura. La porción 200 se muestra aquí como una combinación de los radios R2 y R3, para efectos de ilustración, aunque también puede incluir una curva tractriz o alguna obra combinación curvilínea que facilite el conjugado del diente de la banda. Los valores numéricos son solamente ejemplos y no se pretende limitar el alcance de la invención.

El ancho del flanco inferior de la ranura de la rueda dentada medido entre los puntos P2 y P2' es igual al ancho conjunto del diente más un huelgo previsto (201) de aproximadamente 0.01 pulgadas. Una porción de la parte inferior de la ranura, R4, puede ser ligeramente cóncava, pero típicamente se aproxima a una línea recta. La porción lineal superior del flanco 202 se extiende desde el punto P2 al punto Pl formando un ángulo de aproximadamente 23° con la línea central de la ranura de la rueda dentada. La porción 202 incluye una longitud total de aprox. 43% de la profundidad (h) de la ranura medida a lo largo de la línea central (CL) de la ranura. Una punta de la ranura tiene un radio Rl de aproximadamente 0.06 pulgadas. Rl acopla una tangente del diámetro exterior de la rueda dentada en el punto PO y una tangente de la porción del flanco superior de la ranura en el punto Pl. El radio Rl es aproximadamente 12% del radio de la raíz del diente (R8) en la forma de. cremallera. Se ofrecen los ejemplos numéricos solamente para ilustrar y no pretenden limitar el alcance de la invención.

En esta Figura 7, el segmento entre P4 y P5 incluye un radio ligero lo cual resulta en un fondo ligeramente cóncavo para la ranura. La curva también puede ser ligeramente convexa. En la Figura 4 el segmento es lineal. Por consiguiente, el segmento P4 al P5 puede ser curvo o lineal sin afectar adversamente la invención. En esta incorporación, la porción del flanco 200 incluye los radios R2, R3 y R4.

La Figura 8 muestra el contorno del diente de la banda acoplado con el perfil de la ranura de la rueda dentada de la Figura 7.

Se logró un grado significativo de mejora del sistema de la invención sobre la técnica anterior, como se ilustra mediante los resultados en la siguiente Tabla 1. Se efectuó una prueba de las bandas de técnicas anteriores en ruedas dentadas de 32 ranuras con un paso de 14mm de técnica anterior así como las ruedas dentadas de 32 ranuras con un paso de 14mm de esta invención usando los diseños descritos en las Figuras 7 y 9 y una prueba estándar conocida en la industria. Los siguientes son los resultados del programa de pruebas: TABLA 1 Horas hasta la Falla de la Banda Tipo de Rueda Prueba # 1 Prueba #2 Angulo F Perfil de Técnica anterior (No se probó) 218 horas Curvo Perfil Figura 7 598 horas (No se probó -23° Perfil Figura 9 151 horas 363 horas -18° La Fig. 9 es una vista transversal de la ranura de una rueda dentada de la invención con dimensiones. Las dimensiones se proporcionan solamente como un ejemplo y no pretenden limitar el alcance de la invención. En esta incorporación la porción del flanco 200 incluye los radios R2, R3, R4 y R5, teniendo esta porción un ángulo F de 18°.

La Fig. 10 es un diagrama que compara la distribución de la carga del diente entre una banda y una rueda dentada de técnica anterior y una rueda dentada de la invención.

Con respecto al acoplamiento entre una banda y una rueda dentada de técnica anterior, se concentra fundamentalmente un esfuerzo cortante en la raíz del diente (aproximadamente a lo largo de R8) que se entrecruza con la superficie plana 115. Esto puede resultar en agrietamiento en la raíz del diente. Finalmente las grietas en la raíz pueden ocasionar falla de la banda.

En el caso del acoplamiento entre una banda de técnica anterior y la rueda dentada de la invención, el uso de la porción lineal del flanco 202 provoca que se transfiera el esfuerzo cortante al diente de la banda substancialmente a lo largo de todo el flanco del diente 114. Esto evita que las fuerzas cortantes se concentren en la raíz de un diente, mediante lo cual se aumenta considerablemente la vida operativa de la banda.

Aunque en el presente se han descrito formas de la invención, para aquellos expertos en el oficio será obvio que se pueden hacer variaciones en la construcción y relación de partes sin apartarse del principio y alcance de la invención que aquí se describe .

Claims (3)

Reivindicaciones : Reivindico:

1. Una rueda dentada que consta de: por lo menos una ranura para acoplar una banda dentada; dicha ranura con un flanco, el flanco con radios en la punta de la ranura (Rl) de entre aproximadamente 105% y aproximadamente 125% de los radios de la raíz del diente de la banda (R8) , cuando la banda dentada se encuentra en la forma de cremallera; dichos radios de la punta de la ranura estando unidos a una porción del flanco curvo conjugado (200) por medio de una porción lineal del flanco (202); y dicha porción lineal del flanco estando dispuesta en un ángulo (F) de aproximadamente entre 18° a aproximadamente 24° con respecto a una linea central (CL) de la ranura y que comprende una longitud de por lo menos aproximadamente 20% de la profundidad (h)de la ranura de la rueda dentada.

2. La rueda dentada como en la reivindicación 1, en donde: una profundidad (h) de la ranura se encuentra en el rango desde aproximadamente 2% menor hasta aproximadamente 4% mayor que la altura (h2) del diente de la banda dentada.

3. La rueda dentada como en la reivindicación 1, en donde: la porción lineal del flanco (202) tiene una longitud menor de aproximadamente 50% de la profundidad (h)de la ranura medida en su linea central (CL) .