NL9002076A - Aandrijving. - Google Patents

Description

Aandrijving.

De uitvinding heeft betrekking op een aandrijving voor langzame bewegingen met grote krachten.

Dergelijke, op zich bekende inrichtingen maken als regel gebruik van een motor en een overbrenging. Teneinde lage snelheden te bereiken is in het algemeen een grote overbrenging nodig, daar de motoren meest relatief snel draaien. Bij vele elektromotoren zijn weliswaar ook kleinere toerentallen mogelijk, doch het afgegeven koppel neemt daarbij, in vergelijking met het nominale toerental nauwelijks toe. Voor grote krachten moet dus ook in dit geval nog een overbrenging ingezet worden.

Anderzijds zijn met bijvoorbeeld hydraulische cylinders, of schroefvijzels grote krachten en langzame bewegingen mogelijk, doch éénparige roterende bewegingen zijn met deze elementen niet zondermeer realiseerbaar. Bij lineaire bewegingen met grote slagen is een éénparige beweging over de gehele slag eveneens problematisch. Door de beperkte slaglengte van de afzonderlijke vijzels zijn extra vergrendelinrichtin-gen.. bijvoorbeeld met het pen/gat-systeem, zie patentnummer 137187 noodzakelijk. Deze vergrendelbewegingen verhinderen de éénparige beweging.

In patentaanvrage NL8006276 is een systeem beschreven, dat met hydraulische cylinders en twee heen en weergaande hefbomen met een partiële tandheugel een éénparige snelheid mogelijk maakt. Dit systeem heeft echter enkele nadelen. Bij omkering van de gevraagde kracht (b.v. overgang van de toestand paal zakken naar de toestand eiland heffen) is een relatief gecompliceerd omschakelsysteem nodig. Ook is het in verband met veiligheidsredenen gewenst een separaat vergren-delsysteem aan te brengen, om in geval van storingen ongecontroleerde relatieve bewegingen tussen eiland en paal te verhinderen.

De uitvinding beoogt bovengenoemde nadelen te vermijden. De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekeningen.

De fig. 1 tot en met 5 tonen zeer schematisch een uitvoeringsvorm voor een lineaire uitgaande beweging b.v. een hef-systeem. Na elkaar zijn hier verschillende stadia van het aandrijfproces afgebeeld.

De fig.6 en 7 tonen de uitvoeringsvorm van de fig. 1 tot en met fig. 5 voor twee krachtrichtingen.

De fig. 8 en 9 tonen twee diametraal gelegen rondseltanden met bijbehorende aandrijfcylinder.

De fig. 10 en 11 tonen een uitvoeringsvorm waarbij het aangrijpingspunt van de cylinder Zk met het rondseldraaipunt A en met het kromtemiddelpunt van de tandflank Dl een hoek β insluit. Fig. 10 toont de horizontale stand (a=0°). Fig. 11 toont de situatie voor een rondselverdraaiing a.

In fig. 12 en 13 zijn twee mogelijke posities voor het draaipunt Z van de cylindervoet aangegeven.

De fig. 14 en 15 tonen twee andere uitvoeringsvormen met lineaire uitgangsbeweging.

De fig. 16 tot en met 18 tonen drie uitvoeringsvormen met roterende uitgangsbeweging.

In fig. 1 tot en met fig. 5 is een rondsel met 4 tanden afgebeeld, dat door twee cylinders 10 en 11 aangedreven wordt en als draaipunt A heeft. De draairichting van het rondsel en de bewegingsrichting van de heugel zijn volgens de pijl-richtingen.

Er komen achtereenvolgens met elkaar in ingrijping de tand-zijden 1 tot en met 4 van de vier rondseltanden met de tand-zijden 1' tot en met 4' van de heugel. De tandzijden 1 tot en met 4 van de rondseltanden zijn cirkelbogen en hebben als kromtemiddelpunten Dl tot en met D4. De tandzijden van de tandheugel hebben in wezen een horizontaal deel dat met de cirkelvormige rondselflank samenwerkt. In fig.l is de samenwerking tussen de tandzijden 1 en 1' bijna beëindigd en begint de samenwerking tussen 2 en 2'.

In fig.2 heeft cylinder 10 t.o.v. fig.l een uitschuivende beweging gemaakt. De samenwerking tussen de tandzijden 2 en 2' is in volle gang en cylinder 11 wordt door de rondelbewe-ging door zijn onderste dode punt gedreven.

In fig.3 heeft cylinder 10 t.o.v. fig.2 zijn uitschuivende beweging voortgezet. De samenwerking tussen de tandzijden 2 en 2' is bijna beëindigd en de samenwerking tussen de tand-zijden 3 en 3' begint.

In fig.4 heeft cylinder 11 t.o.v. fig.3 een uitschuivende beweging gemaakt. Daarbij is cylinder 10 door zijn bovenste dode punt gedreven. De samenwerking tussen de tandzijden 3 en 3' is bijna beëindigd en de samenwerking tussen de tandzijden 4 en 4' begint.

In fig.5 heeft cylinder 10 t.o.v. fig.4 een inschuivende beweging gemaakt. Daarbij is cylinder 11 door zijn bovenste dode punt gedreven. De samenwerking tussen de tandzijden 4 en 4' is bijna beëindigd en de samenwerking tussen de tandzijden 1 en 1'' begint.

De tandzijden 1 tot en met 4 komen met de tandzijden 1' tot en met 4' enz. in ingrijping wanneer de kracht Fab, die op de tandheugel werkt, volgens de in fig. 6 aangegeven richting verloopt.

Bij een krachtrichting zoals in fig.7 komen daarintegen de tandzijden 5 tot en met 8 van het rondsel in ingrijping met de overeenkomstige tandzijden 5' tot en met 8' van de heugel. De kromtemiddelpunten van de tandflanken 5 tot en met 8 zijn dezelfde als die van de tandflanken 1 tot en met 4 in fig. 6 namelijk Dl tot en met D4.

Dat met het systeem van fig.l tot en met 7 een nagenoeg éénparige hefbeweging mogelijk is, maakt fig.8 duidelijk. Hier zijn de tandflank 1 van rondsel en de tandflank 1' van de tandheugel afgebeeld. Het aangrijpingspunt van de zuiger Zk bevindt zich in het kromtemiddelpunkt van de rondselflank Dl. We denken ons een Y-as door punt A evenwijdig aan de heugelbeweging en een X-as door punt A loodrecht daarop. Het punt Zk=Dl sluit met punt A en met de X-as een hoek α in. Tandflank 1 is een deel van een cirkelboog en tandflank 1' een rechte evenwijdig aan de x-as. Met een uitgaande snelheid Vz van de vijzel is eenvoudig in te zien dat:

Vh=Vz (1) met Vh=heugelsnelheid

Kennelijk geldt vergelijking(1) onafhankelijk van a, m.a.w.

bij constante, verticale vijzelsnelheid Vz is ook de heu-gelsnelheid Vh constant! Fig.9 ontstaat uit fig.8 door het rondsel in gedachten 180° verder te draaien. De aandrijvende vijzel maakt nu t.o.v. fig.8 een omgekeerde beweging met snelheid Vz. Punt D3 ligt op het verlengde van de lijn door punt A en punt Dl. En de afstanden van punt A tot punt D3 en van punt A tot punt Dl zijn gelijk. Bovendien is de 'kromtestraal van tandflank 3 gelijk aan die van tandflank 1. Ook nu geldt natuurlijk vergelijking (1).

De tandflanken van het rondsel in fig. 1 tot en met fig. 9 zijn in wezen cirkelvormig. Het zal duidelijk zijn, dat deze . tandflanken ook als rollen uitgevoerd kunnen worden.

In fig.10 is een algemenere uitvoeringsvariant aangegeven.

Dit keer is het draaipunt van de cylinderkop Zk niet in Dl gelegen, doch sluit Zk met A en Dl een hoek β in. Bovendien bevindt punt Zk zich op een willekeurige afstand AZk van het draaipunt A. In fig. 10 ligt Zk op de X-as door A oftewel hoek a=0. In Fig. 11 is het rondsel een hoek α gedraaid en sluit punt Zk met punt A en de X-as een hoek α in. Punt Zk heeft een verticale snelheid Vz en een tangentiale snelheid Vt. Punt Dl heeft een tangentiale snelheid Vt' en een snelheid Vn loodrecht op de heugelflank. Er geldt:

Vt=Vz/cosa

Vt'=AD1/AZk.Vt=AD1/AZk.Vz/cosa Vn=Vt'.cosa=ADl/AZk.Vz met: AZk=afstand van A tot Zk ADl=afstand van A tot Dl

Wanneer dus een cirkelvormige rondselflank, met kromtemid-delpunt in Dl, samenwerkt met een rechte heugelflank, die loodrecht op Vn verloopt, dan zal de heugel een verticale snelheid krijgen:

Vh=Vn/cosβ=ADl/AZk.Vz/cosp=konstante.Vz (2) met: konstante=ADl/AZk/cosβ

Dit resultaat is kennelijk onafhankelijk van α! Dus ook nu geldt wanneer Vz constant is, is ook Vh constant.

Bij de beschouwingen van fig. 8 tot en met 11 werd er steeds vanuit gegaan dat Vz evenwijdig aan de Y-as verloopt. Bij de uitvoering van fig.l tot en met fig. 7 maakt Vz met de Y-as echter in het algemeen een kleine hoek Θ, afhankelijk van de verdraaiingshoek α van het rondsel. In fig.12 is deze hoek Θ aangegeven voor a=0. Deze afwijking veroorzaakt ook bij constante vijzelsnelheid een fout in de heugelsnelheid, die groter is naarmate Θ groter is.

In fig.l tot en met fig.7 is het cylinderdraaipunt Z gelegen op de Y-as door punt A. In fig. 12 is deze 'centrische' positie nog eens aangegeven. Bij deze rangschikking kunnen met de cylinder 11 zowel de tandflanken 1 en 5 als de tandflan-ken 3 en 7 aangedreven worden, daar de maximale hoek Θ voor beide gevallen gelijk is.

Bij de rangschikking van fig. 13 is er een afstand a tussen de Y-as en een lijn door punt Z evenwijdig aan de Y-as. De positie van de cylinder 11 is voor de tandflanken 1 en 5 optimaler gekozen dan in fig. 12, daar de hoek Θ kleiner blijft. Zouden ook in dit geval de tandflanken 3 en 7 met cylinder 11 aangedreven worden zou de hoek Θ extreem groot worden. Daarom is voor de tandflanken 3 en 7 een eigen aandrijf cylinder 12 aangebracht, die voor deze beide tandflanken eveneens optimaal geplaatst is. Het spreekt vanzelf, dat draaipunt z eveneens aan de andere zijde van de Y-as geplaatst kan worden. Vergeleken met fig.13 dient dan cylinder 12 de tandflanken 1 en 5, en cylinder 11 de tandflanken 3 en 7 aan te drijven.

Voor het bepalen van de grootte van de maximaal optredende hoek Θ is de verhouding van de afstand van A tot Z : AZ en van de afstand van A tot Dl: ADI maatgevend. Bij de opstelling van fig. 12 is de maximale fout bij AZ/AD1=5 ongeveer 15% en bij AZ/AD1=25 ongeveer 3%. In fig.13 is bij AZ/AD1=5 de maximale fout reeds kleiner dan 1%1

Fig.14 en 15 tonen twee andere uitvoeringsvarianten van het rondsel/heugelsysteem. Beide varianten zijn weergegeven voor a=0. Het aantal rondseltanden bedraagt respectievelijk 3 en 8. Steeds zijn de rondselflanken cirkelbogen en de heugel- flanken rechten. In fig. 14 is evenals in fig.l tot en met fig.9 de hoek β=0°. Het aantal aandrijf cylinders zal drie bedragen: één voor iedere tand.

In fig.15 is een oplossing aangegeven met β=25°. Het kromte-middelpunt van de tandflank 1 is punt Dl. Het aantal aandrijf cylinders bedraagt hier vier of acht. Vier aandrijfcylinders zijn mogelijk, wanneer evenals in fig. 12 diametraal gelegen tanden met dezelfde cylinder aangedreven worden. Acht aandrijfcylinders zijn nodig wanneer dit niet gerealiseerd wordt. Bij het rondsel zijn evenals in fig.l tot en met fig.7 steeds de tandflanken voor beide krachtrichtingen, hier bijvoorbeeld 1 en 9, in één tand gecombineerd. Bij de heugel zijn ook evenals in fig.l tot en met fig.7 steeds de tandflanken voor beide krachtrichtingen, hier bijvoorbeeld 1' en 10', in één tand gecombineerd.

Fig.16 tot en met fig.18 tonen drie uitvoeringsvarianten met roterende uitgangsbeweging. De rondselflanken bewegen zich evenals bij de uitvoering van fig.l tot en met fig. 15 om draaipunt A. Het grote tandwiel heeft als draaipunt B. De drie varianten zijn weergegeven voor a=0. De hoek β ingesloten tussen de punten Dl, A en B is wederom gelijk aan de drukhoek voor a=0. In fig. 16 en fig. 17 is β=0, in fig. 18 is β=20°. Anders dan bij de uitvoering van fig.l tot en met fig.15 verandert bij de uitvoeringen van fig.16 tot en met fig.18 echter de drukhoek, afhankelijk van de hoek a.

Analoog aan vergelijking (2) kunnen we voor de roterende uitgaande beweging volgende vergelijking afleiden: ü)b=k.Vz (3) met: cob=hoeksnelheid uitgaande tandwiel k =factor

De tandvormen worden nu zodanig geconstrueerd, dat k een konstante is.

Gezien de eenvoud van de tandflankvormen bij de lineaire uitgaande beweging van fig.l tot en met fig.15 ligt het voor de hand, voor roterende, uitgaande bewegingen van één van deze eenvoudige tandf lankvormen uit te gaan en de andere tandflank erbij te construeren. Het beste geschiedt dit met • een computerprogramma, door van de onbekende tandflank met behulp van vergelijking (3) een voldoend aantal punten te berekenen. Naarmate de doorsnede van het grote tandwiel groter wordt, zullen de gevonden tandvormen meer met die uit fig 10 en 11 overeenkomen.

De ontwerpen van fig. 16 tot en met fig. 18 zijn met deze computerberekeningen ontstaan. Bij de uitvoering van fig.16 en 17 is van cirkelvormige rondselflanken uitgegaan en de tandflanken van het grote tandwiel zijn erbij geconstrueerd. Met behulp van de berekeningen van het computerprogramma is af te leiden, dat in fig. 16 en 17 twee samenwerkende tand-flankenparen slechts over een maximale rondselverdraaiing van 45° in ingrijping kunnen zijn. Dit om geometrische redenen. Voor een continue ingrijping met het grote tandwiel zijn dus bij een volledige rondselomdraaiing van 360° minimaal 8 rondseltanden nodig. In het geval van fig.16 moeten daartoe dus minstens 4 vlakken met vertanding aangebracht worden. Deze vlakken liggen parallel, hebben elk de vertanding van fig.16 en zijn in werking zodanig ten opzichte van elkaar verdraaid dat een continue aandrijving ontstaat.

De verschillende parallele, partiële rondsels kunnen natuurlijk op dezelfde as door A bevestigd worden. Datzelfde geldt voor de grote tandwielen met een gemeenschappelijke as door B.

Bij het systeem van fig. 17 moeten op dezelfde wijze minstens 2 vlakken volgens de samenstelling van fig.17 parallel aangebracht worden voor een continue overbrenging.

Bij de uitvoering van fig. 18 is uitgegaan van rechte tandflanken van het grote tandwiel. De vorm van de rondselflank is erbij geconstrueerd, ook nu weer zodanig dat aan vergelijking (3) voldaan is. Bij deze constructie kan een paar samenwerkende tandflanken over een maximale rondselverdraaiing van 60° werkzaam zijn. Dit betekent dat een continue overbrenging in één vlak volgens fig. 18, met 6 tanden, mogelijk is.

Uitgaande van een belastingloze toestand zal bij het belasten van de aandrijving aan vergelijking (1) tot en met (3) in deze overgangsfase niet precies voldaan worden. Dit wordt veroorzaakt door elasticiteiten en spelingen in het systeem, bijvoorbeeld lagerspeling, elastische deformatie van de constructie, elastische deformatie in de oliekolom bij hydraulische vijzels enz.. Bij de overname van de beweging van de ene vijzel door zijn opvolger, dient met deze verschijnselen rekening gehouden te worden. Daarom dient de overnemende cylinder met een zekere vóórsturing in ingrijping gebracht te worden. Bij een hydraulische aandrijving van het systeem geschiedt dit het beste met gescheiden hydraulische kringlopen van de verschillende vijzels.

De vervaardiging van de tandvormen is bij de lineaire, uitgaande beweging zeer eenvoudig mogelijk door de afzonderlijke vervaardiging van de cirkelvormige rondselflank en de rechte heugelflank.

Ook bij de roterende, uitgaande beweging is een eenvoudige vervaardiging mogelijk wanneer het afwikkelsysteem gebruikt wordt. Dit systeem wordt ook bij de vervaardiging van evol-vente vertandingen veel toegepast. Men vervaardigt hierbij het ene tandwiel met behulp van een werktuig, dat de vorm van het andere tandwiel heeft. Bij de evolvente vertanding kunnen zo door het afwikkelen van een tandheugel alle vertandingen met hetzelfde modul gesneden worden.

Een belangrijke voorwaarde voor een nauwkeurige fabricage volgens de afwikkelmethode is dat de als snijwerktuig uitgevoerde tand nauwkeurig te vervaardigen is.

Bij de vertanding van fig. 16 en 17 laten we het snijwerktuig de vorm van de cirkelvormige rondseltand aannemen. Dit snijwerktuig dient in het vlak van fig. 16 en 17 (loodrecht op de assen door de draaipunten A en B) dezelfde beweging uit te voeren als de rondselflank. Dit kan bereikt worden door aandrijving met een vijzel die dezelfde beweging uitvoert als die bij de uiteindelijke aandrijving.

De verhouding van vijzelsnelheid en hoeksnelheid van het grote tandwiel dient aan de vergelijking (3) te gehoorzamen. Het ronde snijwerktuig kan natuurlijk tevens nog een draaiende beweging uitvoeren met als draaipunt het toekomstige kromtemiddelpunt van de rondselflank. Bovendien is een snijdende beweging mogelijk in een richtung loodrecht op het vlak van fig. 16 en 17.

Bij de vertanding van fig. 18 maken we het snij werktuig in de vorm van het grote tandwiel in deze figuur, dat wil zeggen met rechte flanken. Ook nu moeten de bewegingen van het rondsel en van het grote tandwiel in het vlak van fig.18 bij de vervaardiging vergelijking (3) gehoorzamen. Ook nu is een snijdende beweging mogelijk in een richting loodrecht op het vlak van fig. 18.

Het spreekt vanzelf dat de vervaardiging van de uitvoeringen van fig. 16 tot en met 18 ook mogelijk is door een gescheiden fabricage van de flanken van het rondsel en het grote tandwiel.

Andere, hier niet aangegeven uitvoeringsvarianten bijvoorbeeld met partiële rondsels, waarbij de partiële rondsels niet alle op dezelfde as werken vallen eveneens onder de uitvinding. De beweging door de dode punten van de cylinders kan daarbij anders dan in fig.l tot en met fig.7 ook door de aandrijvende werking van andere partiële rondsels ontstaan.

Bovendien is de rondselaandrijving behalve met hydraulische vijzels natuurlijk eveneens met andere vijzels mogelijk.

Het zal duidelijk zijn dat nog andere veranderingen en verbeteringen kunnen worden aangebracht zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (14)

1. Aandrijving bestaande uit rondsels en tandheugel met het kenmerk dat de rondsels elk met minstens één vijzel aangedreven worden en een doorgaande, draaiende beweging uitvoeren en waarbij zowel de vijzels, tijdens hun werkslag, als de tandheugel een ongeveer éénparige snelheid hebben.

2. Aandrijving bestaande uit rondsels en tandwiel met het kenmerk dat de rondsels elk met minstens één vijzel aangedreven worden en een doorgaande, draaiende beweging uitvoeren en waarbij zowel de vijzels, tijdens hun werkslag, als het tandwiel een ongeveer éénparige snelheid hebben.

3. Uitvoering volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat de vijzels door een geschikte vóórsturing dusdanig gestuurd worden dat onregelmatigheden bij de overgave van de aandrijving van de ene vijzel op de andere gecorrigeerd worden.

4. Uitvoering volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat de vijzels hydraulische cylinders zijn en waarbij elke cylinder met een eigen, gescheiden kringloop aangedreven wordt en waarbij de gescheiden kringlopen door een geschikte vóórsturing dusdanig gestuurd worden dat onregelmatigheden bij de overgave van de aandrijving van de ene cylinder op de andere gecorrigeerd worden.

5. Uitvoering volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de rondsels tanden met cirkelvormige flanken bezitten en de heugel tanden met rechte flanken, onder een hoek β met de X-as, en waarbij het middelpunt D van de rondselflank vooraf=0 op een lijn door draaipunt A, evenwijdig aan de heugelflank, gelegen is.

6. Uitvoering volgens conclusie 2 met het kenmerk dat de rondselflank cirkelvormig is, met het middelpunkt D onder een hoek ten opzichte van de X-as en punt A, die gelijk is aan de drukhoek in de stand met cÉ=0 en waarbij de heugelflank een vorm bezit die met vergelijking (3) berekend wordt.

7. Uitvoering volgens conclusie 2 met het kenmerk dat de heugelflank recht is, volgens een hoek gelijk aan de drukhoek in de stand met efcO en waarbij de rondselflank een vorm bezit die met vergelijking (3) berekend wordt.

8. Uitvoering volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat met één vijzel twee diametraal gelegen rondseltanden aangedreven worden voor beide draairichtingen.

9. Uitvoering volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat de flanken der rondseltanden voor beide krachtrichtingen, bijvoorbeeld 1 en 9 in fig. 15, in één tand gecombineerd worden.

10. Uitvoering volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat de flanken der heugeltanden voor beide krachtrichtingen, bijvoorbeeld 2' en 10' in fig 15, in één tand gecombineerd worden.

11. Uitvoering volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat de flanken der tanden van het grote tandwiel voor beide krachtrichtingen, bijvoorbeeld 1' en 3' in fig. 16, in één tand gecombineerd worden.

12. Uitvoering volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat de cirkelvormige rondselflanken als rollen uitgevoerd worden.

13. Uitvoering volgens conclusie 5 of 6 met het kenmerk dat de vervaardiging volgens het afwikkelsysteem plaatsvindt en waarbij het snij-werktuig dezelfde ronde vorm heeft als de latere rondseltand en waarbij de bewegingen van het rondsel en het grote tandwiel aan vergelijking (3) voldoen.

14. Uitvoering volgens conclusie 7 met het kenmerk dat de vervaardiging volgens het afwikkelsysteem plaatsvindt en waarbij het snij-werktuig dezelfde rechte flank heeft als de latere tand van het grote tandwiel en waarbij de beweging van rondsel en grote tandwiel aan vergelijking (3) voldoen.