MX2013002354A

MX2013002354A - Reductor de velocidad.

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Publication number: MX2013002354A
Application number: MX2013002354A
Authority: MX
Inventors: Filiberto Gutiérrez Martínez; Enrique Jaime Chicurel Y Uziel
Original assignee: Univ Nac Autónoma De México
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-09-01
Also published as: US9234570B2; MX371483B; US20140238162A1

Abstract

La invención se refiere a un reductor de velocidad constituido por una cadena portadora de tuercas y, en una primera modalidad, por un husillo de bolas, y en una segunda modalidad, por un tomillo de rodillos. El husillo de bolas, o el tomillo de rodillos, impulsa a las tuercas cuando éstas están alineadas en uno de los tramos rectos de la cadena. El husillo, o el tomillo de rodillos, puede ser casi tan largo como la distancia entre centros de las ruedas dentadas en que está montada la cadena; por esta característica y por el hecho de que las tuercas abrazan al husillo, o al tomillo, la superficie de contacto es muy grande y, por lo tanto, la capacidad de carga es muy elevada. Como en ambas modalidades, el contacto es rodante, la fricción es baja y como consecuencia la eficiencia es alta, tan alta que permite que este invento se utilice también como amplificador.

Description

REDUCTOR DE VELOCIDAD Campo de la Invención La presente invención se refiere generalmente a transmisiones mecánicas, y más específicamente a reductores y amplificadores de velocidad.

Antecedentes de la Invención El reductor de velocidad de sinfín y corona es uno de los más frecuentemente utilizados cuando se requiere una elevada razón de reducción. Sin embargo, tiene limitaciones, a saber: baja capacidad de carga y baja eficiencia. La baja capacidad de carga es inherente a la geometría porque el cilindro de paso del sinfín solo tiene un punto de tangencia con el cilindro de paso de la corona y, por lo tanto, pocos dientes en contacto. La baja eficiencia se debe al contacto deslizante entre el sinfín y la corona con la consecuente gran pérdida de energía debida a la fricción. Dicho contacto deslizante también da lugar a rozamiento que resulta en desgaste. Además, en algunas aplicaciones, el calor generado por la fricción es tal que se requiere un sistema de enfriamiento, lo que significa mayor complicación y costo en la fabricación y en el mantenimiento.

Durante los siglos anteriores se otorgaron numerosas patentes referentes a conceptos para incrementar la capacidad de carga de los reductores de sinfín y corona mediante el aumento de las superficies en contacto. Los conceptos más conocidos para lograr este objetivo han sido, por un lado, una configuración de la corona con la superficie circunferencial dentada de forma cóncava que abraza o envuelve parcialmente al sinfín y, por otro lado, un sinfín de silueta cóncava que envuelve parcialmente a la corona. Además, también se utilizan conjuntos sinfín y corona doblemente envolventes, es decir, que incorporan simultáneamente a ambas configuraciones. Estas medidas han resultado en un incremento tangible en la capacidad de carga, pero todavía limitado. Claro está que estas medidas por sí solas, no resuelven el problema de la ineficiencia.

En 1897 apareció el concepto del reductor de velocidad de sinfín y cadena cubierto por la patente US 595,508, de Wolander que es parecido a un reductor de sinfín y corona, tal como se muestra en la Figura 1, pero que, en lugar de la corona, tiene una transmisión de cadena cuyos eslabones son esencialmente medias tuercas. El giro del sinfín impulsa a las medias tuercas, y por ende a la cadena, que está montada sobre dos ruedas dentadas idénticas. Como el sinfín está en contacto con dichas medias tuercas en la parte recta de la cadena, la superficie en contacto puede ser grande y por lo tanto, la capacidad de carga puede ser mucho más elevada que en las configuraciones descritas en el párrafo anterior. Pero, puesto que la transmisión de movimiento en todos estos arreglos es por contacto deslizante, la eficiencia es baja. Lo mismo se puede decir de la patente DE2406360, publicada en agosto de 1975, de Werther, así como de la patente JP2000-097293, publicada en abril de 2000, de Hanaguchi Yuuji, tal como se muestra en la Figura 2.

La Patente US 418,328, publicada en diciembre de 1889, de Willett, se refiere a un mecanismo para impulsar a una lancha mediante pedales que incluye un amplificador de velocidad angular, constituido por una cadena con rodajas que impulsa a un sinfín, tal como se muestra en la Figura 3. En este caso se eleva la eficiencia mediante las rodajas y se tiene el potencial para elevar un poco la capacidad de carga pero éste no se utiliza y ni siquiera se menciona tal posibilidad. En el mismo caso está la patente US 594,511, publicada en noviembre de 1897, de Auble, aunque en este caso se refiere a un vehículo terrestre.

En las patentes US 642,430, publicada en enero de 1900, de Corcoran; DE3305551 C2, publicada en sepiembre de 1990, de Reguzzi, tal como se muestra en la Figura 4; y US 7,222,682, publicada en mayo de 2007, de Doering, tal como se muestra en la Figura 5, también se refieren a cadenas con rodajas, por lo que se eleva la eficiencia pero además se tiene una capacidad de carga superior a la de las patentes mencionadas en el párrafo anterior, porque a diferencia de aquellas, todos los pernos de la cadena llevan rodajas.

Por otra parte, las patentes: US 626,515, publicada en junio de 1899, de Whitney; y US 747,463, publicada en diciembre de 1903, de Moore, tal como se muestra en la Figura 6, se refieren a reductores de sinfín y corona, que incluyen rodajas en la corona para reducir la fricción y aumentar la eficiencia pero, como ya se mencionó, este tipo de reductores tienen pocos dientes en contacto con la consiguiente limitación en la capacidad de carga.

En las últimas décadas ha habido un gran interés en el ahorro de energía en general. En particular, en el caso de los reductores de sinfín y corona, se han otorgado y se siguen solicitando patentes que involucran conceptos para hacerlos más eficientes. Así pues, hay patentes, por ejemplo la patente US 4,023, 433, publicada en mayo de 1977, de Schutz, tal como se observa en la Figura 7a; y la patente US 7,051,610, publicada en mayo de 2006, de Stoianovici, tal como se observa en la Figura 7b, que se refieren a la dotación de bolas que ruedan entre las roscas del sinfín y la corona circulando en un circuito cerrado, es decir que una vez que han recorrido toda la rosca helicoidal regresan por un conducto ad hoc para volver a recorrer dicha rosca. Desde luego, las roscas están diseñadas en una forma adecuada para facilitar el tránsito de las bolas. De esta manera se sustituye el contacto deslizante entre el sinfín y la corona por un contacto rodante que disminuye el coeficiente de fricción reduciendo así las pérdidas y, consecuentemente, elevando significativamente la eficiencia. En estas patentes la corona envuelve parcialmente al sinfín y el sinfín envuelve parcialmente a la corona para aumentar un tanto la capacidad de carga, pero dentro del límite que impone la geometría del conjunto sinfín y corona, como ya se ha señalado.

Otras patentes que se podrían considerar de relevancia general del arte previo, en cuanto al tornillo de rodillos que se aplica en la segunda modalidad de la presente invención, son las patentes US 2,683,379, publicada en julio de 1954, de Strandgren, y US 8,082,818, publicada en diciembre de 2011, de Sugitani. Sin embargo, estas patentes no describen un reductor. El tornillo de rodillos convencional es impulsado por un tubo que tiene rosca interior; y en el caso del tornillo de rodillos invertido, dicho tubo es impulsado por el tornillo. Sin embargo, por sencillez, al tornillo de rodillos invertido que se utiliza en la segunda modalidad de la presente invención se le llamará simplemente "tornillo de rodillos". Este término se refiere a un conjunto que consta básicamente de un husillo que está provisto de rodillos planetarios roscados, y situado dentro de un tubo roscado internamente. Los rodillos planetarios roscados ruedan entre el husillo y el tubo roscado, y al girar desplazan a dicho tubo en línea recta. En esta invención, el tubo roscado internamente se sustituye con una pluralidad de tuercas que están montadas en los eslabones de una transmisión de cadena.

Breve Descripción del Invento La presente invención se refiere a una transformación del reductor de sinfín y corona para aumentar, de forma significativa, tanto la eficiencia, como la capacidad de carga. La corona se sustituye por una transmisión de cadena portadora de tuercas. En una primera modalidad de la invención, el sinfín se sustituye por un husillo de bolas. En una segunda modalidad, el sinfín se sustituye por un tornillo de rodillos invertido.

La eficiencia se mejora porque en lugar del contacto deslizante entre el sinfín y la corona, se tiene el contacto rodante entre el husillo de bolas, o entre el tornillo de rodillos, y las tuercas. La capacidad de carga se aumenta porque se sustituye el contacto de muy pocos dientes de la corona con el sinfín, por el contacto de muchas tuercas que envuelven una gran superficie del husillo de bolas, o del tornillo de rodillos. Esto ocurre porque dicho contacto se verifica en un tramo recto de la cadena que puede ser tan largo como se quiera.

En contraste con el sinfín y corona, esta invención puede fungir también como amplificador porque la baja fricción, tanto del husillo de bolas como del tornillo de rodillos, permite que funcione como tal.

En ambas modalidades, las tuercas envuelven la mayor parte de la superficie cilindrica del husillo de bolas, o del tornillo de rodillos, por lo que la superficie de contacto es mucho mayor que la del sinfín y corona, y mucho mayor que la de todos los dispositivos que cubren las patentes que se han mencionado.

Puesto que, como en el caso de un conjunto sinfín y corona, una vuelta del husillo de bolas, o del tornillo de rodillos, produce una pequeñísima fracción de vuelta en las ruedas dentadas de la transmisión de cadena, hay una gran reducción de desplazamiento angular y, por ende, una gran reducción de velocidad. En las dos modalidades se puede conseguir una reducción adicional utilizando el principio del tornillo diferencial, es decir, en el caso de la primera modalidad utilizando un husillo diferencial de bolas, como el descrito en la patente US 5,899,1 14, publicada en mayo de 1999, de Dolata; y en la segunda modalidad utilizando un tornillo diferencial de rodillos, como el descrito en las patentes US 3,406,584, publicada en octubre de 1968, de Roantree y FR2951514 B l, publicada en marzo de 2012, de Baudasse.

En la invención que se presenta en este documento se aprovecha la geometría de la configuración para aumentar la superficie de contacto y elevar así la capacidad de carga, puesto que el husillo de bolas, y el tornillo de rodillos, pueden ser tan largos como se quiera.

Como se ha señalado, en los reductores que involucran a un sinfín, se está tratando de superar las limitaciones referentes a la carga y a la eficiencia pero los conceptos que se han propuesto implican reductores que superan, con efectividad, una sola, y no las dos limitaciones, en el mismo reductor.

Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un reductor/amplificador de velocidad, de alta eficiencia.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un reductor/amplificador de velocidad, con una alta capacidad de carga.

Un objeto más de la presente invención es proporcionar un reductor/amplificador con una elevada razón de reducción o de amplificación.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un reductor/amplificador que incorpore los objetos antes mencionados, simultáneamente en una sola unidad.

Breve Descripción de los Dibujos Las características particulares y ventajas de esta invención, así como otros objetos de la invención, se revelarán en la siguiente descripción y en las figuras acompañantes: Las Figuras 1. 2, 3, 4, 5, 6, 7a, y 7b se refieren a conceptos del arte previo.

La Figura 8 es una vista en perspectiva convencional del concepto general de una primera modalidad de la invención, incluyendo los ensambles principales del reductor/amplificador.

La Figura 9 es una vista en perspectiva convencional, del conjunto de la Figura 8, con un corte en las tuercas para mostrar al husillo de bolas y su relación con el ataja bolas. La Figura 10a es una vista en perspectiva convencional del husillo de bolas de la primera modalidad, con los conductos de recirculación para las bolas, mostrando a los tubos externos separados del husillo.

La Figura 10b es una vista en detalle de un extremo del husillo, sin las bolas, mostrando los conductos de salida y de retorno para las mismas.

La Figura 10c es una vista en detalle y en perspectiva convencional de un extremo del husillo de bolas, incluyendo las mismas, y con el tubo externo en posición de uso.

La Figura 1 la es una vista en perspectiva convencional del ataja bolas, de la primera modalidad. El ataja bolas que se muestra tiene forma de canal semicircular para utilizarse con tuercas como las de las Figuras 12a y 12b.

La Figura 1 Ib muestra el ataja bolas que se utiliza con las tuercas de la Figura 12c.

La Figura 12a es una vista en perspectiva convencional de un eslabón de la cadena, y de la tuerca sujeta al mismo de la primera modalidad.

La Figura 12b muestra un eslabón y una tuerca por separado.

La Figura 12c muestra una variante de la tuerca que envuelve al husillo de bolas en un arco mayor de 180°, puesto que sólo se requiere que el corte de la tuerca tenga amplitud suficiente para dejar pasar al eje del husillo.

La Figura 12d muestra las relaciones geométricas entre el ancho del corte ? de la tuerca, el ángulo T de la superficie roscada de la tuerca y su complemento f.

La Figura 13 es una vista en perspectiva convencional de la cadena con las tuercas, de la primera modalidad.

La Figura 14 es una vista en perspectiva convencional del concepto general de la segunda modalidad del reductor/amplificador que incluye a los ensambles principales.

La Figura 15 es una vista en perspectiva convencional del conjunto de la Figura 14, con un corte en algunas tuercas que expone parcialmente al tornillo de rodillos.

La Figura 16 es una vista ampliada del corte de la Figura 15.

La Figura 17 es una vista en perspectiva convencional que muestra el ensamble del tornillo de rodillos con su eje, de la segunda modalidad.

La Figura 18a es una vista en perspectiva convencional, desde de un primer lado, que muestra a una tuerca montada en posición sobre un eslabón de la cadena.

La Figura 18b es la Figura 18a en explosión, vista desde de un segundo lado.

La Figura 19 muestra una variante del ensamble general de la Figura 14 en donde la cadena impulsa a tres ruedas dentadas con sus respectivos ejes.

La Figura 20 muestra otra variante del ensamble general de la Figura 14 en donde el tornillo de rodillos impulsa a dos transmisiones de cadena.

Descripción Detallada de la Invención Definición.

Tuercas: el término tuerca, a diferencia del significado usual que hace referencia a los sujetadores roscados comunes y conocidos en el arte previo, en el caso presente se refiere a los elementos mediante los cuales se convierte el movimiento rotatorio del husillo de bolas, o del tornillo de rodillos, en el desplazamiento lineal de la cadena.

Primera Modalidad Un motor (no mostrado) acoplado al eje de entrada (31) del husillo de bolas (32) hace girar a ambos alrededor de su eje geométrico común, tal como se muestra en las Figuras 8, 9, 10a, 10b y 10c, porque hay una cuña (no mostrada) o unas estrías entre los dos. El conjunto del eje (31) y el husillo de bolas (32) está soportado por rodamientos (no mostrados). Las tuercas (34) están fijas a la cadena (40), sujetas a los eslabones (39), mediante medios de fijación conocidos en el arte, tal como lo pueden ser tornillos o remaches (no mostrados), o bien, dichas tuercas (34) son integrales con los eslabones (39). Lo anterior puede ser observado en las Figuras, 12a, 12b y 13.

El husillo de bolas (32) está dotado de bolas recirculantes (35) que al rodar describen una trayectoria helicoidal e impulsan a las tuercas (34) de la cadena (40). Las bolas (35) ruedan entre la rosca helicoidal (36) del husillo de bolas (32), y la rosca helicoidal (37) de las tuercas (34), impartiéndoles a las mismas un desplazamiento en línea recta, tal como se observa de las Figuras, 10a, 10b, y 12a. Ambas roscas (36) y (37) tienen ángulos de hélice idénticos. La rosca (36) del husillo de bolas (32) y la rosca (37) de las tuercas (34) son canales helicoidales con sección transversal que puede ser de un arco de círculo, o en "v", o de otra forma adecuada; ambas roscas (36) y (37) forman un conducto helicoidal para el rodamiento de las bolas.

Las tuercas (34) tienen un corte (46) de ancho ? para librar el paso del eje (31) del husillo de bolas (32), por lo que ? = d + h, donde d es el diámetro del eje (31) y h es una holgura; por lo tanto, dichas tuercas tienen un ángulo T de superficie roscada, donde: T = 360° - f; f = 2 (arcos X/2r), donde r es el radio de la superficie roscada, ver Figura 12d.

La Figura 12c muestra una variante de las tuercas (34) en que éstas envuelven al husillo de bolas (32) en un arco mayor de 180°, puesto que sólo se requiere que el corte (46) de las tuercas (34) tenga amplitud suficiente para dejar pasar al eje (31) del husillo de bolas (32).

Debido al corte (46) en las tuercas (34), la rosca (37) de las mismas no es continua sino intermitente. El ataja bolas (42) funge como un puente que impide que se caigan las bolas al cruzar el corte (46). Dicho ataja bolas (42) es un canal cuya sección transversal es un arco circular que subtiende un ángulo ? = f - a, donde a es la holgura (38) existente entre las tuercas (34) y el ataja bolas (42). El ataja bolas puede, o no, ser integral con su pedestal (47). El ataja bolas (42) y el pedestal (47) pueden ser observados en las Figuras 1 la y 1 Ib.

Cuando las bolas (35) llegan al final de la rosca (36) en un extremo del husillo de bolas (32) se sumergen en el túnel curvo de salida (33) que las conduce al tubo curvo (43), éste las obliga a dar una vuelta de 180° y las conduce al túnel recto de retorno (44) ubicado en el propio husillo de bolas (32) y paralelo al eje longitudinal del mismo; el túnel recto de retorno (44) atraviesa el husillo de bolas (32) de un extremo a otro y desemboca en un arreglo compuesto por un tubo curvo (45) y un túnel curvo de entrada que conduce a las bolas (35) hacia la entrada de la rosca (36) del husillo de bolas (32) para que vuelvan a circular entre las roscas (36) y (37). El mencionado arreglo de entrada a la rosca (36) es idéntico al de salida en el otro extremo del husillo de bolas (32). Los elementos (43) a (45) constituyen el conducto de retorno de las bolas. Este conducto de retorno conjuntamente con el canal helicoidal que forman las roscas del husillo y las tuercas, constituyen el circuito de circulación de las bolas.

Conviene señalar que la superficie del husillo (32) cubierta por las bolas que transmiten la carga (sujetas a fuerza de corte) es S = Grl, donde 1 es la longitud del husillo.

Las tuercas (34) están fijas a la cadena (40), de suerte que al desplazarse las tuercas (34) también se desplaza la cadena (40). El desplazamiento de la cadena produce un desplazamiento angular de las ruedas dentadas (48) y (49). Dichas ruedas giran conjuntamente con sus respectivos ejes (50) y (51) porque éstos están fijos a las ruedas mediante cuñas o estrías, o por algún otro medio, o bien, pueden ser integrales con las mismas. Desde luego, los ejes de las ruedas dentadas (48) y (49) están apoyados en soportes con rodamientos (no mostrados).

La cadena y las ruedas dentadas pueden ser sencillas o múltiples: dobles, triples, etc., según los requerimientos.

Con el objeto de alinear a las tuercas (34) axialmente y además para excluir la posibilidad de un pequeño giro que pueda presentarse entre tuercas adyacentes, debido a la holgura entre los elementos de la cadena (40), las tuercas (34) tienen una saliente (52) en uno de sus lados, y una entrante (53) en el otro lado, Figura 12b. Las salientes (52) y entrantes (53) pueden tener forma piramidal. Se hace notar que la entrante (53) de una tuerca se acopla con la saliente (52) de la tuerca contigua.

Por lo general, conviene que las ruedas dentadas (48) y (49) tengan diferentes diámetros pues de esta manera se tendrán dos diferentes razones de reducción, una por cada eje (50) y (51). Desde luego, las ruedas dentadas pueden ser de diámetros iguales, pues puede haber aplicaciones que así lo requieran.

Cuando esta primera modalidad de la invención se utiliza como reductor, el eje (31) es el eje de entrada y los ejes (50) y (51) son los ejes de salida. Cuando esta modalidad de la invención se utiliza como amplificador, uno de los ejes (50) o (51) es el eje de entrada, y el eje (31) es el de salida.

Se prefiere que la cadena (40) tenga una tuerca (34) fija en cada eslabón (39), sin embargo, es posible tener tuercas (34) fijas en eslabones (39) alternos, o en cada 3, 4, 5,..., n, eslabones (39). La longitud de las tuercas (34) es igual a np, donde p es el paso de la cadena, puesto que en la parte recta de la cadena no hay espacios entre las tuercas.

Es posible que tanto el husillo de bolas (32) y las tuercas (34) tengan rosca sencilla, es decir, de un solo hilo, o rosca de avance rápido, es decir, de hilos múltiples.

La cadena (40) puede ser de rodillos o de dientes invertidos (también conocida como silenciosa), o bien, una banda dentada podría concebiblemente sustituir a la misma. La cadena (40) y las ruedas dentadas (48) y (49) correspondientes, en el caso que sean de rodillos, pueden ser sencillas o múltiples: dobles, triples, etc. según los requerimientos de carga.

En otras variantes, la cadena (40) puede impulsar a 2, 3, o más ruedas dentadas con sus respectivos ejes, los de salida del reductor, esto con el objeto de contar con varias razones de reducción, o bien, porque se requiera impulsar varias cargas (por ejemplo máquinas).

En otras variantes, un husillo de bolas (32) puede impulsar a dos transmisiones de cadena (40) al mismo tiempo, contrarrestando así el momento flexionante que se presenta sobre el husillo de bolas (32) cuando se utiliza sólo una transmisión de cadena (40).

En virtud de que los contactos entre el husillo. (32), las bolas (35) y las tuercas (34) son rodantes, la fricción es mucho más baja que en el caso del sinfín y corona, donde los contactos son deslizantes. Además, las superficies de contacto pueden ser tan grandes como se quiera, y en todo caso mucho mayores que en el caso del sinfín y corona. Por estas razones, el reductor/amplificador al que se refiere esta primera modalidad de la presente invención tiene una capacidad de carga y una eficiencia mucho mayores que las de un reductor de sinfín y corona, y mucho mayores que las de todos los dispositivos que cubren las patentes que se han mencionado.

Se puede conseguir una mayor reducción utilizando un husillo diferencial de bolas.

Segunda Modalidad Al igual que en la primera modalidad, y en referencia a las figuras 14, 15, 16 y 17, un motor (no mostrado), acoplado al eje (2) del tornillo de rodillos (1), hace girar a ambos alrededor de su eje geométrico común. El eje (2) de entrada está soportado por rodamientos (no mostrados). El tornillo de rodillos (1) imparte un movimiento rectilíneo a las tuercas (3), por medio de sus rodillos planetarios roscados (4), que ruedan entre el husillo (5) del tornillo de rodillos (1) y las tuercas (3).

Las tuercas (3) están fijas a la cadena (8), sujetas a los eslabones (7), mediante medios de fijación conocidos en el arte, tal como lo pueden ser tornillos o remaches (no mostrados), o bien, dichas tuercas (3) son integrales con los eslabones (7). Las tuercas (3) tienen un corte (6) para librar, durante su tránsito, al eje (2), Figuras 18a y 18b.

Las tuercas (3) tienen un corte (6) de ancho ? para librar el paso del eje (2) del husillo (5), por lo que ? = d + h, donde d es el diámetro del eje (2) y h es una holgura; por lo tanto, dichas tuercas tienen un ángulo T de superficie roscada, donde: T = 360° - <j>; f = 2 (arcos X/2r), donde r es el radio de la superficie roscada, ver la Figura 12d.

Conviene señalar que la superficie del husillo (5) cubierta por los rodillos roscados (4) que transmiten la carga es S = TG?, donde 1 es la longitud del husillo.

Al igual que en la primera modalidad, con el objeto de alinear a las tuercas (3) axialmente y además para excluir la posibilidad de un pequeño giro que pueda presentarse entre tuercas adyacentes, debido a la holgura entre los elementos de la cadena (8), las tuercas (3) tienen una saliente (15) en uno de sus extremos, y una entrante (16) en el otro extremo, ambas con centro en el eje longitudinal de la rosca, Figuras 18a y 18b. Las salientes (15) y entrantes (16) pueden tener forma piramidal. Se hace notar que la entrante (16) de una tuerca se acopla con la saliente (15) de la tuerca contigua.

En esta segunda modalidad, mostrada en las Figuras 14 y 15, se destaca que la cadena (8) en operación está compuesta de dos arcos de círculo y de dos tramos rectos; el tornillo de rodillos (1) impulsa a las tuercas (3) en uno de los tramos rectos.

En vista de que las tuercas (3) están fijas a la cadena (8), al desplazarse las tuercas (3) se desplaza también la cadena (8) lo que produce un desplazamiento angular de las ruedas dentadas (9) y (10). Las ruedas dentadas (9) y (10) giran con sus respectivos ejes (11) y (12) porque puede haber cuñas o estrías entre ambas partes, o bien, pueden ser integrales. Los ejes (1 1) y (12) son los ejes de salida, y también están apoyados en soportes con rodamientos (no mostrados). Por lo general, conviene que las ruedas dentadas tengan diferentes diámetros pues de esta manera se tendrán dos diferentes razones de reducción, una por cada eje (1 1) y (12) de salida. Desde luego, las ruedas dentadas pueden ser del mismo diámetro, pues puede haber aplicaciones que así lo requieran.

Cuando esta segunda modalidad de la invención se utiliza como reductor, el eje (2) es el eje de entrada y los ejes (1 1) y (12) son los ejes de salida. Cuando esta modalidad de la invención se utiliza como amplificador, uno de los ejes (1 1) o (12), o ambos, son los ejes de entrada, y el eje (2) es el de salida.

Se prefiere que la cadena (8) tenga una tuerca (3) fija a cada eslabón (7), sin embargo, es posible tener tuercas fijas en eslabones alternos, o en cada 3, 4, 5,..., n, eslabones. La longitud de las tuercas (3) es igual a np, donde p es el paso de la cadena, puesto que en la parte recta de la cadena no hay espacios entre las tuercas.

Es posible que tanto el tornillo de rodillos (1) y las tuercas (3) tengan rosca sencilla, es decir, de un solo hilo, o rosca de avance rápido, es decir, de hilos múltiples.

La cadena (8) puede ser de rodillos o silenciosa, o bien, una banda dentada podría concebiblemente sustituir a la misma; dicha cadena silenciosa es aquella que tiene dientes invertidos. La cadena (8) y las ruedas dentadas (9) y (10) correspondientes, pueden ser sencillas o múltiples: dobles, triples, etc. según los requerimientos de carga.

En otras variantes, la cadena (8) puede impulsar a 2, 3, o más ruedas dentadas con sus respectivos ejes, los de salida del reductor, esto con el objeto de contar con varias razones de reducción. Por ejemplo, en la variante de la Figura 19 se muestra una transmisión con tres ruedas dentadas (9), (10) y (18), con sus respectivos ejes (11), (12) y (19).

En otras variantes, un tornillo de rodillos (1) puede impulsar a dos transmisiones de cadena al mismo tiempo, ver la Figura 20, contrarrestando así el momento flexionante que se presenta sobre el tornillo de rodillos (1) cuando se utiliza sólo una transmisión de cadena (8). Para esta variante, se necesita que el corte (6) sea el equivalente de aproximadamente 50% de la tuerca (3), es decir, T es casi de 180° con el fin de que el tornillo de rodillos (1) pueda impulsar a ambas cadenas (8).

Como ya se señaló, en esta segunda modalidad de la invención, el tornillo de rodillos (1) funge como sinfín impulsor y sus rodillos planetarios roscados (4) ruedan entre el husillo (5) y las tuercas (3) e imparten el movimiento de translación rectilínea a dichas tuercas (3). En los extremos del husillo (5) hay engranes (13), integrales con el propio husillo (5). En los extremos de los rodillos planetarios roscados (4) hay piñones (14), integrales con los propios rodillos planetarios roscados (4). Los piñones (14) engranan con los engranes (13). Así, el giro del husillo (5) hace girar a los rodillos planetarios roscados (4) sobre su propio eje geométrico y orbitar alrededor de dicho husillo (5) mediante los piñones (14). Los rodillos planetarios roscados (4) están montados sobre los anillos (17); estos anillos mantienen separados a los rodillos planetarios roscados (4). Los engranes (13) y los piñones (14) se utilizan para sincronizar el movimiento orbital de los rodillos planetarios roscados (4).

En virtud de que los contactos entre el husillo (5), los rodillos planetarios roscados (4) y las tuercas (3) son rodantes, la fricción es mucho más baja que en el caso del sinfín y corona. Por esta razón, esta segunda modalidad tiene una eficiencia mucho mayor que la de un reductor de sinfín y corona. Esto significa que esta modalidad se puede utilizar en forma reversible como amplificador, sin disminuir la razón de amplificación, lo que es prácticamente imposible en el caso del sinfín y corona.

Además, la superficie de contacto de un rodillo planetario roscado (4) es mucho mayor que la superficie de contacto de una hilera de bolas (de longitud comparable a la de un rodillo), y en consecuencia la capacidad de carga de esta segunda modalidad es un orden de magnitud mayor que la de la primera modalidad. Como ya se señaló, la capacidad de carga de la primera modalidad es mucho mayor que la del sinfín y corona. Adicionalmente, la vida útil del tornillo de rodillos es 15 veces mayor que en el caso del husillo de bolas de la primera modalidad.

La eficacia del tornillo de rodillos, en cuanto al aumento tanto de capacidad de carga como de eficiencia, ya quedó ampliamente comprobada en su aplicación en actuadores comerciales de diferentes fabricantes.

Se puede conseguir una mayor reducción utilizando un tornillo de rodillos diferencial.

En tanto que esta invención ha sido descrita en términos de dos modalidades y varias variantes, hay alteraciones, permutaciones y equivalentes que caen dentro del alcance de esta invención. También se debe notar que hay muchas maneras alternativas para implementar los dispositivos y métodos de la presente invención. Por consiguiente, se pretende que las siguientes reivindicaciones adjuntas sean interpretadas incluyendo todas de tales alteraciones, permutaciones y equivalentes a medida que caigan dentro del espíritu y alcance de la presente invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un reductor de velocidad que comprende: un medio de accionamiento compuesto de un husillo con su eje y de una pluralidad de cuerpos rodantes que ruedan alrededor del husillo; una cadena sin fin con una pluralidad de eslabones y con una tuerca fija en cada n eslabones de la pluralidad de eslabones, donde n es un número entero; la cadena impulsa a, cuando menos, dos ruedas dentadas con sus respectivos ejes; y rodamientos para soporte del eje del husillo y de los ejes de las, cuando menos, dos ruedas dentadas; caracterizado porque, en un tramo recto de la cadena, la pluralidad de cuerpos rodantes ruedan entre la rosca del husillo y la rosca de las tuercas, haciendo contacto simultáneo con ambas roscas; el giro de la flecha del husillo hace rodar a los cuerpos rodantes y estos impulsan a las tuercas y, por ende, a la cadena que, a su vez, hace girar a las, cuando menos, dos ruedas dentadas; siendo el eje del husillo el eje de entrada al reductor, y siendo los ejes de las ruedas dentadas los ejes de salida del reductor.

2. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el medio de accionamiento es un tornillo de rodillos.

3. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el tornillo de rodillos comprende un husillo y una pluralidad de rodillos roscados que ruedan entre el husillo y las tuercas.

4. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el husillo tiene extremos con engranes integrales con el propio husillo, y la pluralidad de rodillos roscados tienen extremos con piñones integrales con los rodillos roscados, y en donde los engranes y los piñones están engranados.

5. El reductor de velocidad, en .conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el tornillo de rodillos es un tornillo de rodillos diferencial.

6. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque el medio de accionamiento es un husillo de bolas; las bolas circulan en un circuito formado por tres tramos, un primer tramo helicoidal formado por la rosca del husillo y la rosca de las tuercas, un segundo tramo que es un conducto formado por la rosca del husillo y un ataja bolas que envuelve parcialmente al husillo con todo y bolas, además un tercer tramo que es un conducto de retorno, situado en el husillo y formado por un túnel con una parte recta y con dos partes curvas, y dos tubos curvos.

7. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la rosca del husillo y la rosca de las tuercas son canales helicoidales con sección transversal que puede ser de un arco de círculo, o en "v", o de otra forma adecuada; ambas roscas forman un conducto helicoidal para el rodamiento de las bolas.

8. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el ataja bolas tiene forma de canal recto, con su eje geométrico paralelo al eje del husillo, con sección transversal en forma de arco circular que abraza parcialmente al husillo con todo y bolas.

9. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el husillo de bolas es un husillo de bolas diferencial.

10. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque es reversible, es decir, que funciona también como amplificador, siendo, cuando menos, uno de los ejes de las ruedas dentadas el eje de entrada, siendo el eje del husillo el eje de salida.

1 1. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la cadena es de rodillos, sencilla o múltiple, y sus correspondientes ruedas dentadas son sencillas o múltiples.

12. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la cadena es de dientes invertidos, también conocida como silenciosa, lo mismo que sus correspondientes ruedas dentadas.

13. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de cuerpos rodantes impulsa a dos transmisiones de cadena simultáneamente.

14. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las tuercas tienen un corte de ancho ? = d + h, donde d es el diámetro del eje del husillo y h es una holgura, y dichas tuercas tienen un ángulo T de superficie roscada, donde: T = 360° - f; f = 2 (arcos X/2r), y donde r es el radio de la superficie roscada.

15. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la cadena tiene tuercas montadas en cada n eslabones alternos, en donde la longitud de las tuercas es np, donde p es el paso de la cadena.

16. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el husillo y las tuercas tienen rosca sencilla, es decir, de un solo hilo.

17. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el husillo y las tuercas tienen rosca múltiple, es decir, de varios hilos.

18. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las tuercas tienen una saliente en un lado, y una entrante en el otro lado, en donde la entrante de la tuerca se acopla con la saliente de la tuerca contigua.

19. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las ruedas dentadas tienen diámetros diferentes.

20. El reductor de velocidad, en conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las ruedas dentadas tienen diámetros iguales.