PL236519B1

PL236519B1 - Toothed gear with regulated toothing area

Info

Publication number: PL236519B1
Application number: PL428314A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Kacalak; Zbigniew Budniak
Original assignee: Politechnika Koszalinska
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2021-01-25
Also published as: PL428314A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest przekładnia zębata z regulowaną strefą zazębienia, przeznaczona do stosowania w przekładniach mechanicznych, a zwłaszcza do zastosowania w układach do bezluzowego przemieszczania. Przekładnia taka może być wykonana zarówno z metali, jak i tworzyw sztucznych o specjalnych właściwościach wytrzymałościowych.The subject of the invention is a gear transmission with an adjustable meshing zone, intended for use in mechanical transmissions, and in particular for use in backlash-free displacement systems. Such a gear can be made of both metals and plastics with special strength properties.

W stanie techniki znane są przekładnie falowe zawierające mechanizm zębaty, który składa się z trzech głównych elementów: koła zębatego wewnętrznie uzębionego, koła podatnego stalowo-kompozytowego z naciętym wieńcem zębatym oraz odkształcającego go generatora fali. Zaletą tego rozwiązania jest wykonanie stalowego koła z naciętymi zębami wieńca zębatego. Natomiast kompozyt nanoszony jest na wewnętrzną powierzchnię stalowego koła podatnego, polepszając znacząco w tych obszarach jego właściwości mechaniczne.In the prior art, wave gears are known which include a gear mechanism that consists of three main components: an internally toothed gear, a steel-composite compliant wheel with a notched toothed rim, and a deforming wave generator. The advantage of this solution is the production of a steel wheel with cut teeth of the toothed rim. On the other hand, the composite is applied to the inner surface of the steel compliant wheel, significantly improving its mechanical properties in these areas.

Znana jest również przekładnia ślimakowa bezluzowa, która ma dzieloną ślimacznicę, składającą się z dwóch połówek, symetrycznych względem płaszczyzny prostopadłej do osi obrotu. Obie połówki ślimacznicy osadzone są na wspólnej piaście i mają możliwość niewielkiego kątowego przemieszczenia względem siebie oraz mają elementy łączące w postaci śrub umożliwiających unieruchomienie połówek ślimacznicy w ustalonym względem siebie położeniu kątowym, eliminującym luz międzyzębny przekładni.A backlash-free worm gear is also known, which has a split worm wheel, consisting of two halves symmetrical with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation. Both halves of the wormwheel are mounted on a common hub and have the possibility of a slight angular displacement in relation to each other, and have connecting elements in the form of screws that allow the halves of the wormwheel to be fixed in a fixed angular position, eliminating the inter-tooth play of the gears.

Ponadto według polskiego patentu nr 228444 znana jest przekładnia ślimakowa, która posiada koło ślimakowe podzielone szczeliną na dwie części w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu, dzielącej wieniec koła ślimakowego na dwie połowy, przy czym jedna część koła ślimakowego ma piastę, na której osadzona jest obrotowo druga część koła ślimakowego, dociśnięta do pierwszego pierwszej części. Przekładnia ta znamienna jest tym, że obie części koła ślimakowego są wydrążone na powierzchniach czołowych zwróconych do sobie, a wewnątrz tego wspólnego wydrążenia znajduje się odkształcalny element, korzystnie w kształcie tulei, zamieniający niewielkie odkształcenie w kierunku osi koła ślimakowego na odkształcenie obrotowe wokół tej osi. Element ten utwierdzony jest po obu stronach do połówek koła ślimakowego.Moreover, according to Polish patent no. 228444 a worm gear is known, which has a worm wheel divided by a slot into two parts in a plane perpendicular to the axis of rotation, dividing the worm wheel rim into two halves, one part of the worm wheel having a hub on which the other is rotatably mounted. part of the worm wheel pressed against the first part. The transmission is characterized in that both parts of the worm wheel are hollow on their faces facing each other, and inside this common cavity there is a deformable element, preferably in the shape of a sleeve, which converts a slight deformation towards the axis of the worm wheel into a rotational deformation about this axis. This element is fixed on both sides to the worm wheel halves.

Celem wynalazku jest rozwiązanie problemu regulacji zazębienia przekładni zębatych walcowych o zębach prostych lub skośnych.The object of the invention is to solve the problem of adjusting the meshing of helical gears with straight or helical teeth.

Kolejnym celem wynalazku jest również osiągnięcie cichobieżności przekładni, zmniejszenie jej drgań oraz osiągnięcie równomierności przekazywania momentu obrotowego.Another object of the invention is also to achieve silent running of the gear, reduce its vibrations and achieve uniformity of torque transmission.

Przekładnia zębata z regulowaną strefą zazębienia, zgodna z wynalazkiem, charakteryzuje się tym, że posiada dwa sprzężone ze sobą zespoły par kół zębatych. Pierwszy zespół czynnych kół zębatych, osadzony jest na wale wejściowym i składa się z dwóch kół zębatych, z których jedno koło zębate jest połączone wpustem z wałem wejściowym, a drugie koło zębate jest połączone z kołem zębatym poprzez tuleję sprężystą oraz kołki. Drugi zespół biernych, kół zębatych osadzony jest na wale wyjściowym i składa się z dwóch kół zębatych, z których jedno koło zębate jest połączone wpustem z wałem wyjściowym, a koła zębate połączone na stałe kołkami. Ponadto koła zębate zespołu czynnych kół zębatych oraz odpowiednio koła zębate zespołu biernych kół zębatych są względem siebie skręcone o kąt s odpowiadający połowie podziałki p na walcu podziałowym.The gear with an adjustable meshing zone according to the invention is characterized in that it has two sets of pairs of gears engaged with each other. The first set of active gears is mounted on the input shaft and consists of two gears, one of which is connected with a key to the input shaft, and the second gear is connected to the gear through an elastic bushing and pins. The second set of passive gears is mounted on the output shaft and consists of two gears, one of which is connected with a key to the output shaft, and the gears are permanently connected with pins. Moreover, the gears of the set of active gears and, respectively, the gears of the set of driven gears are twisted relative to each other by an angle s corresponding to half the pitch p on the indexing roller.

Korzystnie, gdy w zespole czynnych kół zębatych z jednej strony do jednego koła zębatego a z drugiej strony do drugiego koła zębatego przytwierdzona jest tuleja sprężysta, przy czym przemieszczenie kątowe jednego koła zębatego względem drugiego koła zębatego uzyskuje się poprzez odkształcanie sprężyste tulei sprężystej, wskutek działania układu docisku zawierającego sprężynę naciskową i nakrętkę. Ponadto tuleja sprężysta posiada wydrążone na obwodzie rowki śrubowe tworzące śrubowe żebra, przy czym sumaryczna długość rowków jest korzystnie dwukrotnie większa od obwodu, na którym są one wykonane.Preferably, in the set of active gears, on the one hand, an elastic bush is attached to one gear and on the other hand to the other gear, the angular displacement of one gear relative to the other gear is achieved by elastic deformation of the elastic bushing due to the action of the clamping system. containing a compression spring and a nut. Moreover, the resilient bushing has helical grooves drilled around its perimeter, forming helical ribs, the total length of the grooves preferably being twice as large as the circumference on which they are made.

Korzystnie, gdy zespoły czynnych i biernych kół zębatych mają uzębienie walcowe proste lub śrubowe oraz gdy każdy z zespołów czynnych i biernych kół zębatych składa się z kół zębatych o takiej samej ilości zębów.Preferably, the sets of the active and driven gears have straight or helical toothing and that each of the sets of the active and driven gears consists of gears with the same number of teeth.

Korzystnie, gdy pary kół zębatych różnią się liczbą zębów i modułem przy zachowaniu tego samego przełożenia.Preferably, the gear pairs differ in the number of teeth and modulus while maintaining the same gear ratio.

Korzystnie, gdy zespoły par kół zębatych są wykonane z metali, i/lub tworzyw sztucznych o specjalnych właściwościach wytrzymałościowych.The gear pairs are preferably made of metals and / or plastics with special strength properties.

Wynalazek rozwiązuje problem adaptacji cech geometrycznych strefy zazębienia z uwzględnieniem lokalnych wartości parametrów geometrycznych sprzężonych kół zębatych walcowych o zębachThe invention solves the problem of adapting the geometrical features of the meshing zone, taking into account the local values of the geometrical parameters of the coupled spur gears

PL 236 519 B1 prostych lub śrubowych oraz z uwzględnieniem dokładności ich wzajemnego położenia. Zaletą tego wynalazku jest cichobieżność przekładni, zmniejszenie jej drgań oraz równomierność przekazywania momentu obrotowego.And with regard to the accuracy of their relative position. The advantage of this invention is the silent running of the gear, the reduction of its vibrations and the uniformity of torque transmission.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania na rysunkach, na których: fig. 1 - przekładnia zębata z regulowaną strefą uzębienia jest w widoku bocznym, fig. 2 - przekładnia zębata z regulowaną strefą uzębienia w przekroju poprzecznym A-A z fig. 1, fig. 3 - przekładnia zębata z regulowaną strefą uzębienia w widoku izometrycznym, fig. 4 - pierwszy zespół czynnego koła zębatego w widoku z przodu, fig. 5 - pierwszy zespół czynnego koła zębatego w widoku poprzecznym B-B z fig. 4, fig. 6 - pierwszy zespół czynnego koła zębatego w widoku izometrycznym, fig. 7 - drugi zespół biernego koła zębatego w widoku z przodu, fig. 8 - drugi zespół biernego koła zębatego w przekroju poprzecznym C-C z fig. 7, fig. 9 - drugi zespół biernego, koła zębatego w widoku izometrycznym, fig. 10 - tuleja sprężysta w widoku z przodu, fig. 11 - tuleja sprężysta w półprzekroju osiowym, fig. 12 - tuleja sprężysta w widoku izometrycznym.The subject of the invention is shown in the drawing examples, in which: Fig. 1 - a gear transmission with an adjustable toothing zone is in the side view, Fig. 2 - a gear transmission with an adjustable toothing zone in the cross section AA of Fig. 1, Fig. 3 - pinion gear with adjustable toothing zone in isometric view, Fig. 4 - first active gear unit in front view, Fig. 5 - first active gear unit in lateral view BB of Fig. 4, Fig. 6 - first active gear unit Fig. 7 - second idler gear unit in front view, Fig. 8 - second idler gear unit in cross section CC of Fig. 7, Fig. 9 - second idler gear unit in isometric view Fig. 10 is a front view of the resilient bushing, Fig. 11 is an axial half section of the resilient bushing, Fig. 12 is an isometric view of the resilient bush.

Przekładnia zębata według wynalazku posiada dwa sprzężone ze sobą zespoły kół zębatych o uzębieniu walcowym - prostym lub śrubowym. Pierwszy zespół składający się z dwóch kół o takiej samej ilości zębów, osadzony jest na wale wejściowym, a moment obrotowy jest przenoszony z wału wejściowego na pierwsze koło zębate poprzez połączenie wpustowe. Pierwszy zespół posiada oba koła zębate obrócone o kąt ε odpowiadający połowie podziałki p na walcu podziałowym są względem siebie. Ponadto koła te posiadają wydrążenia walcowe na powierzchniach czołowych zwróconych ku sobie, a wewnątrz tego wspólnego wydrążenia znajduje się tuleja sprężysta, zmieniająca niewielkie odkształcenia w kierunku osi kół na niewielkie odkształcenia skrętne względem siebie. Tuleja jest utwierdzona kołkami do obydwu kół i dociśnięta wzdłuż osi obrotu, za pomocą układu docisku zawierającego sprężynę naciskową oraz nakrętki osadzone na gwintowanej części wału wejściowego. W korzystnym rozwiązaniu tuleja sprężysta posiada wydrążone po obwodzie rowki śrubowe tworzące śrubowe żebra, przy czym sumaryczna długość rowków jest korzystnie dwukrotnie większa od obwodu na którym są wykonane.The toothed gear according to the invention has two sets of gears with cylindrical teeth - straight or helical, engaged with each other. The first unit, consisting of two gears with the same number of teeth, is mounted on the input shaft and torque is transmitted from the input shaft to the first gear through a key connection. The first set has both gears rotated by an angle ε corresponding to half the pitch p on the indexing roller with respect to each other. Moreover, these wheels have cylindrical cavities on their faces facing each other, and inside this common cavity there is a spring bush, which changes small deformations in the direction of the wheel axis into slight torsional deformations in relation to each other. The sleeve is pinned to both wheels and tightened along the axis of rotation by a pressure system containing a compression spring and nuts mounted on the threaded portion of the input shaft. Preferably, the resilient bushing has peripherally hollow helical grooves forming helical ribs, the total length of the grooves preferably being twice as large as the circumference on which they are formed.

Z kolei drugi zespół, składający się z dwóch kół o takiej samej ilości zębów, jest osadzony na wale wyjściowym. Moment obrotowy jest przekazywany poprzez połączenie wpustowe jednego z kół. Analogicznie do pierwszego zespołu, obydwa koła osadzone na wale wyjściowym, są również obrócone względem siebie o kąt ε i połączone trwale kołkami podczas montażu zespołu.In turn, a second unit, consisting of two wheels with the same number of teeth, is mounted on the output shaft. The torque is transmitted through a keyway of one of the wheels. Similarly to the first unit, both wheels mounted on the output shaft are also rotated relative to each other by the angle ε and permanently connected with pins during assembly of the unit.

Każdy z zespołów składa się z kół zębatych o takiej samej ilości zębów, przy czym sprzężone z sobą pary kół różnią się liczą zębów i modułem przy zachowaniu tego samego przełożenia.Each set consists of gears with the same number of teeth, and the pairs of gears that are coupled together differ in the number of teeth and the module while maintaining the same gear ratio.

Przekładnia zębata z regulowanym zazębieniem (fig. 1) ma pierwszy zespół 1 czynnych kół zębatych i drugi zespół 2 biernych kół zębatych o uzębieniu walcowym prostym lub śrubowym. Pierwszy zespół, składający się z dwóch czynnych kół zębatych 3 i 5 o jednakowej ilości zębów, osadzony jest na obrotowym wale wejściowym 7 umieszczonym na końcach w łożyskach wałeczkowych 19 i 21. Oba koła zębate 3 i 5 są wydrążone na powierzchniach czołowych zwróconych ku sobie. Wewnątrz tego wydrążenia znajduje się tuleja sprężysta 9, utwierdzona po obu stronach na stałe do kół zębatych 3 i 5 za pomocą ciasno osadzonych kołków 16 i 17 podczas ich montażu. Koła zębate 3 i 5 oraz tuleja sprężysta 9 są do siebie dociśnięte wzdłuż osi obrotu, za pomocą układu docisku zawierającego sprężynę naciskową 14 oraz dwie nakrętki 15 osadzone na gwintowanej powierzchni wału 7. Ponadto koła zębate 3 i 5 są względem siebie obrócone o kąt ε odpowiadający połowie podziałki p na walcu podziałowym.The gear with adjustable meshing (Fig. 1) has a first set 1 of active gears and a second set of 2 helical or helical gears. The first unit, consisting of two active gears 3 and 5 with the same number of teeth, is mounted on a rotating input shaft 7 located at its ends in roller bearings 19 and 21. Both gears 3 and 5 are hollow on their faces facing each other. Inside this cavity there is a spring sleeve 9, fixed on both sides permanently to the gears 3 and 5 by tightly fitted pins 16 and 17 during their assembly. The gears 3 and 5 and the spring bushing 9 are pressed together along the axis of rotation by means of a pressure system comprising a compression spring 14 and two nuts 15 mounted on the threaded surface of the shaft 7. Moreover, the gears 3 and 5 are rotated relative to each other by an angle ε corresponding to half the scale p on the indexing roller.

Tuleja sprężysta 9 posiada wydrążone po obwodzie rowki śrubowe 10 tworzące żebra śrubowe 11. Sumaryczna długość rowków 10 jest korzystnie dwukrotnie większa od obwodu tulei sprężystej 9, na którym są wykonane. Przykładowo dla przekładni zębatej walcowej o zębach prostych, pokazanej na fig. 1, koła zębate 3 i 5 posiadają po 29 zębów, a koła zębate 4 i 6 mają po 29 zębów, to przy module m = 4 mm, sumaryczna długość 12 rowków wynosi 504 mm, a długość, obwodu tulei sprężystej 9 wynosi 251 mm. Tuleja sprężysta 9 zamienia niewielkie odkształcenia wywołane obrotem nakrętki 15 na niewielkie odkształcenia obrotowe wokół osi wałka 7 wraz z obrotem koła zębatego 5. Kołki 16 i 17 unieruchamiające tuleję sprężystą 9 względem kół 3 i 5 umieszczone są w otworach tulei, w takim położeniu montażowym, które odpowiada względnemu obróceniu się tych kół o kąt ε.The resilient bushing 9 has peripherally hollow screw grooves 10 forming helical ribs 11. The total length of the grooves 10 is preferably twice as large as the circumference of the resilient bush 9 on which they are made. For example, for the cylindrical gear with straight teeth shown in Fig. 1, the gears 3 and 5 have 29 teeth each, and the gears 4 and 6 have 29 teeth, so with the module m = 4 mm, the total length of 12 grooves is 504 mm, and the length of the circumference of the spring sleeve 9 is 251 mm. The spring sleeve 9 converts small deformations caused by the rotation of the nut 15 into small rotational deformations around the axis of the shaft 7 together with the rotation of the gear wheel 5. Pins 16 and 17 fixing the spring sleeve 9 with respect to wheels 3 and 5 are placed in the holes of the sleeve in such a mounting position that corresponds to the relative rotation of these wheels by the angle ε.

PL 236 519 B1PL 236 519 B1

Drugi zespół, składa się z dwóch kół zębatych biernych 4 i 6 o takiej samej ilości zębów, jest osadzony na obrotowym wale wyjściowym 8 umieszczonym na końcach w łożyskach wałeczkowych 20 i 22. W położeniu montażowym, w którym koła 4 i 6 są obrócone względem siebie o kąt ε, są one połączone trwale ciasno pasowanymi po obwodzie kołkami 18.The second unit, consisting of two idler gears 4 and 6 with the same number of teeth, is mounted on a rotating output shaft 8 located at its ends in roller bearings 20 and 22. In the mounting position, where the wheels 4 and 6 are turned relative to each other by the angle ε, they are permanently connected with tightly fitted pins 18 around the circumference.

Moment obrotowy, z wału czynnego 7 na wał bierny 8, jest przenoszony przez połączenie wpustowe przy pomocy wpustów 12 i 13.The torque from the active shaft 7 to the idle shaft 8 is transmitted through the key connection by means of keys 12 and 13.

Po zmontowaniu przekładni zębatej, regulację zazębienia przeprowadza się za pomocą nakrętek 15. Dokręcanie nakrętki 15 powoduje dociskanie do siebie kół zębatych 3 i 5 z jednoczesnym przemieszczeniem kątowym tulei sprężystej 9 wraz kołem zębatym 5, suwliwie osadzonym na wale 7. Obydwa te przemieszczenia wywołują niewielkie przesunięcie względem siebie powierzchni współpracujących ze sobą kół zębatych 5 i 6, co skutkuje zwiększeniem rzeczywistej powierzchni przylegania zębów, a tym samym zmniejszeniem luzu i lokalnych nacisków a także przyczynia się do tłumienia hałasu.After assembling the gear transmission, adjustment of the meshing is carried out by means of nuts 15. Tightening the nut 15 presses the gears 3 and 5 together with the simultaneous angular displacement of the spring sleeve 9 together with the toothed wheel 5, slidingly mounted on the shaft 7. Both these displacements cause a slight shift the mating surfaces of the gears 5 and 6 with respect to each other, which results in an increase in the actual contact surface of the teeth, thus reducing play and local pressures, and contributes to noise reduction.

Spis oznaczeń:List of markings:

- zespół koła zębatego czynnego (składane koło zębate czynne), 2 - zespół koła zębatego biernego (składane koło zębate bierne), 3, 4, 5, 6 - koła zębate, 7 - wał wejściowy, 8 - wał wyjściowy, 9 - tuleja sprężysta, 10 - pojedynczy rowek śrubowy, 11 - żebro, 12, 13 - wpusty, 14 - sprężyna naciskowa, 15 - nakrętka dociskowa, 16, 17, 18 - kołki, 19, 20, 21,22 - łożyska wałeczkowe.- active gear assembly (folding active gear), 2 - idler gear assembly (folding drive gear), 3, 4, 5, 6 - gears, 7 - input shaft, 8 - output shaft, 9 - spring bushing , 10 - single screw groove, 11 - rib, 12, 13 - keyways, 14 - compression spring, 15 - compression nut, 16, 17, 18 - pins, 19, 20, 21, 22 - roller bearings.

Claims

Patent claims

1. A gear transmission with an adjustable meshing zone having coupled sets of pairs of gears mounted on shafts, characterized by the fact that it has two engaged sets (1 and 2) of pairs of gears, the first set (1) of active gears, is mounted on the input shaft (7) and consists of two gear wheels (3 and 5), of which one gear wheel (3) is connected with the keyway (12) with the input shaft (7), and the other gear wheel (5) is connected to the toothed wheel (3) through the spring bushing (9) and pins (16), and the second set (2) of the idle gears is mounted on the output shaft (8) and consists of two gears (4 and 6), one gear wheel (4) is connected with the key (13) with the output shaft (8), where the gear wheels (4 and 6) are permanently connected with pins (18), moreover gear wheels (3 and 5) and gear wheels ( 4 and 6) are twisted in relation to each other by the angle ε corresponding to half the scale p on the pitch cylinder.

Gearbox according to claim 1, characterized in that in the set (1) of gear wheels, on the one hand, a spring bush (9) is attached to the gear wheel (5) and on the other hand to the gear wheel (3), the angular displacement of the gear wheel (5) relative to the toothed wheel (3) is achieved by elastic deformation of the spring bushing (9) due to the action of a pressure system comprising a compression spring (14) and a nut (15).

Gearbox according to claim 2, characterized in that the spring sleeve (9) has helical grooves (10) drilled around its circumference, forming helical ribs (11), the total length of the grooves preferably being twice the circumference on which they are made.

4. A gear according to claim 1, characterized in that the gear units (1 and 2) have cylindrical or helical toothing.

A gear according to claim 1, characterized in that each of the gear units (1 and 2) consists of gear wheels with the same number of teeth.

A gear according to claim 1, characterized in that the pairs of gears (3 and 4) and gears (5 and 6) differ in the number of teeth and the module while maintaining the same ratio.

A gear according to claim 1, characterized in that the gear pairs (1 and 2) are made of metals and / or plastics with special strength properties.