PL248018B1 - Podatne koło zębate - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest podatne koło zębate, posiadające piastę, wieniec z zębami, a pomiędzy piastą i wieńcem koła zębatego jest strefa walcowa, która ma szereg szczelin rozciągających się pomiędzy sąsiednimi zębami, przy czym szczeliny są wypełnione elastycznym materiałem. Zgłoszenie charakteryzuje się tym, że zawiera sprężyste segmenty zęba (7), w których poniżej stopy zęba (7) w każdym zębie (7) znajduje się otwór (11), a pomiędzy zębami (7) znajdują się promieniowe wycięcia (10), przy czym pomiędzy otworami (11) między sprężystymi ramionami a promieniowymi wycięciami (10) między zębami utworzone są sprężyste ramiona (8), podpierające poszczególne zęby (7), o stałej grubości g, które połączone są z podstawą (15) sprężystego segmentu zęba (7), przy czym zakończenia podstawy promieniowych wycięć (10) między zębami mają łukowe wycięcia (14) obwodowe rozmieszczone symetrycznie względem siebie o szerokości s_w, a otwory (11) między sprężystymi ramionami są rozmieszczone symetrycznie względem osi (13) zęba (7), przy czym w strefie walcowej (6) w części poniżej łukowych wycięć (14) obwodowych znajdują się otwory fasolkowe (12) o szerokości s_o, które są rozmieszczone obwodowo symetrycznie względem osi (13) w odległości s_r pomiędzy następującymi po sobie otworami fasolowymi (12), przy czym pomiędzy łukowymi wycięciami (14) obwodowymi i otworami fasolowymi (12) znajdują się sprężyste łączniki (9) o grubości g_r, ponadto promieniowe wycięcia (10) między zębami, łukowe wycięcia (14), otwory (11) pomiędzy sprężystymi ramionami (8) i otwory fasolkowe (12) pod sprężystymi łącznikami (9) są wypełnione elastycznym materiałem.

Description

Przedmiotem wynalazku jest podatne koło zębate przeznaczone do mechanicznych przekładni zębatych.

Znane jest koło zębate z publikacji zgłoszeniowej GB2275318A, które posiada sprężyste zęby w celu zmniejszenia luzu i hałasu, przy czym sprężystość zębów zapewnia szereg szczelin rozciągających się do wewnątrz od obszaru podstawy pomiędzy sąsiednimi zębami. Szczeliny mogą być wypełnione sprężystym materiałem. Element koła zębatego może mieć postać koła zębatego czołowego lub zębnika, zębatki zębatej, wewnętrznego pierścienia zębatego, przekładni ślimakowej rolkowej, przekładni stożkowej, ślimaka lub jeden z pary dopasowanych elementów sprzęgających.

Z japońskiej publikacji wynalazku JPS5474947A znane są koła zębate wykorzystywane do precyzyjnego sprzętu. Koło zębate wykonane jest z elastycznych materiałów. W podstawie zęba mogą być utworzone wycięcia półkoliste lub eliptyczne co pozwala na szerokość podstawy zęba i zwiększa podatność przekładni. Wynalazek może być stosowany w precyzyjnych urządzeniach np. zegarkach.

Z amerykańskiego zgłoszenia wynalazku US4127041A znane jest koło zębate wykonane z tworzywa sztucznego do stosowania w precyzyjnych urządzeniach, jak czasomierze i tym podobne, ulepszone zęby koła zębatego o zmniejszonych odgłosach styku. Każdy ząb zawiera środki do elastycznego odkształcenia zęba, tak że po przyłożeniu do niego zmiennego obciążenia fluktuacja obciążenia zostanie skompensowana przez elastyczne odkształcenie zęba, dzięki czemu można uzyskać wyjątkowo cichy ruch stykania się z przeciwległym kołem zębatym.

Problemem do rozwiązania była minimalizacji luzu w zazębieniu w przekładniach zębatych złożonych z kół walcowych. Celem przedmiotowego wynalazku było stworzenie podatnych kół zębatych wykonanych z materiału o wysokiej elastyczności, w których podstawa każdego zęba byłaby cienka i elastyczna podczas pracy. Celem było również opracowanie rozwiązania umożliwiającego uzyskanie samoczynnego obwodowego przemieszczania poszczególnych zębów w strefie zazębienia z ograniczeniem obrotu zębów względem ich środka. Dodatkowo celem rozwiązania było stworzenie podatnego koła zębatego, które posiadałoby większą zdolność tłumienia drgań oraz cechowałoby się cichobieżnością i równomiernością przekazywania momentu obrotowego w przekładniach mechanicznych.

Istotę wynalazku stanowi podatne koło zębate, charakteryzujące się tym, że zawiera sprężyste segmenty zęba, w których poniżej stopy zęba, w każdym zębie, znajduje się otwór między sprężystymi ramionami. Pomiędzy zębami znajdują się promieniowe wycięcia, przy czym pomiędzy otworami między sprężystymi ramionami a promieniowymi wycięciami między zębami utworzone są sprężyste ramiona, podpierające poszczególne zęby, o stałej grubości g, które połączone są z podstawą zęba. Sprężyste ramiona umożliwiają obwodowe przemieszczenia zębów pod wpływem sił występujących w strefie zazębienia przekładni zębatej. Zakończenia podstawy promieniowych wycięć mają łukowe wycięcia obwodowe rozmieszczone symetrycznie względem siebie o szerokości s_w, a otwory między sprężystymi ramionami są rozmieszczone symetrycznie względem osi zęba. W strefie walcowej koła zębatego, w części poniżej łukowych wycięć obwodowych zakończenia promieniowych wycięć, znajdują się otwory fasolkowe o szerokości s₀, które są rozmieszczone obwodowo symetrycznie względem osi w odległości Sr pomiędzy następującymi po sobie otworami fasolowymi. Pomiędzy łukowymi wycięciami obwodowymi zakończenia promieniowych wycięć i otworami fasolowymi znajdują się sprężyste łączniki o grubości gr. Ponadto promieniowe wycięcia między zębami, łukowe wycięcia obwodowe zakończenia promieniowych wycięć, otwory pomiędzy sprężystymi ramionami i otwory fasolkowe pod sprężystymi łącznikami są wypełnione elastycznym materiałem. Takie rozwiązanie umożliwia promieniowe ugięcia zębów pod wpływem obciążenia przekładni zębatej.

Korzystnie, gdy wielkości: szerokości s promieniowych wycięć między zębami, długości L promieniowych wycięć między zębami, szerokości s_w łukowych wycięć obwodowych zakończenia promieniowych wycięć, grubości g sprężystych ramion, szerokości s₀ otworów fasolkowych, odległości Sr pomiędzy otworami fasolkowymi u podstawy sprężystego segmentu zęba, grubości gr sprężystych łączników, szerokości s_p podstawy sprężystego segmentu zęba, określane są na podstawie modułu m koła zębatego.

Korzystnie, gdy promieniowe wycięcia między zębami mają szerokość s zawierającą się w przedziale od 0,4 do 0,6 modułu m, a długość L tego wycięcia zawiera się w przedziale od 2 do 4 modułu m.

Korzystnie, gdy szerokość s_p podstawy sprężystego segmentu zęba jest równa odstępowi pomiędzy następującymi po sobie łukowymi wycięciami obwodowymi zakończenia promieniowych wycięć i ma wartość zawierającą się korzystnie w przedziale od 0,45 do 0,8 modułu m.

Korzystnie, gdy łukowe wycięcie obwodowe zakończenia promieniowych wycięć mają szerokość s_w zawierającą się w przedziale od 0,4 do 0,6 modułu m, a szerokość s₀ otworów fasolkowych pod sprężystymi łącznikami ma wartość zawierającą się w przedziale od 0,4 do 0,6 wartości modułu m, a odstęp Sr pomiędzy otworami fasolkowymi po obwodzie mieści się w przedziale od 0,4 do 0,6 wartości modułu m.

Korzystnie, gdy sprężyste ramiona zęba mają wartość grubości g zawierające się w przedziale od 0,4 do 0,6 modułu m.

Korzystnie, gdy sprężyste łączniki mają grubość g_r zawierającą się w przedziale od 0,15-0,3 modułu m.

Korzystnie, gdy promieniowe wycięcia między zębami, łukowe wycięcia obwodowe zakończenia promieniowych wycięć, otwory między sprężystymi ramionami i otwory fasolkowe pod sprężystymi łącznikami wypełnione są materiałem wypełnienia typu elastomer naturalny lub syntetyczny. W korzystnej postaci wykonania materiał wypełnienia posiada elastyczność mechaniczną z możliwością zmiany kształtu i rozmiaru pod wpływem naprężeń dynamicznych przekładni, a po ustąpieniu tych obciążeń powracają one do pierwotnych wymiarów i kształtów. Ponadto materiał wypełnienia posiada właściwości izolujące i tłumiące oraz wysoką odporność na temperaturę oraz wysoką odporność na olej i środki smarujące.

Wynalazek rozwiązuje problem minimalizacji luzów w zazębieniu w przekładniach zębatych złożonych z kół walcowych. Zaletą rozwiązania według wynalazku jest uzyskanie samoczynnego obwodowego przemieszczania poszczególnych zębów w strefie zazębienia z ograniczeniem obrotu zębów względem ich środka.

Efekt samoczynnego obwodowego przemieszczania poszczególnych zębów w strefie zazębienia z ograniczeniem obrotu zębów względem ich środka uzyskano poprzez zastosowanie długich sprężystych ramion podpierających poszczególne zęby, co powoduje, że ugięcia zębów w większym stopniu mają kierunek obwodowy, a obroty zębów względem środków ich zarysu są ograniczone. Ukształtowanie wycięć, ujawnione w niniejszym rozwiązaniu, umożliwia dodatkowo umiarkowane przemieszczenia promieniowe zębów w strefie zazębienia przekładni. To powoduje, że warunki kontaktu zębów w strefie zazębienia są korzystniejsze niż w przypadku przemieszczeń kątowych zębów względem środka ich zarysu.

Zaletą wynalazku jest odkształcalność zębów w strefie zazębienia, pod wpływem obciążenia przekładni, co pozwala na zmniejszenie luzu obwodowego i promieniowego. Dodatkowo wypełnienie elastycznym materiałem zwiększa zdolność tłumienia drgań, jak i cichobieżność oraz równomierność przekazywania momentu obrotowego w przekładniach mechanicznych. Ponadto żywotność przekładni z elastycznymi zębami jest znacznie większa niż zwykłej przekładni zębatej.

Przedmiot wynalazku opisano poniżej bardziej szczegółowo w przykładzie wykonania pokazanym na rysunkach, które przedstawiają:

fig. 1 - koło zębate wypełnione elastomerem w widoku z przodu, fig. 2 - koło zębate wypełnione elastomerem w widoku z boku, fig. 3 - koło zębate wypełnione elastomerem w widoku izometrycznym z wycięciem ćwiartkowym, fig. 4 - koło zębate w widoku z przodu, fig. 5 - szczegół A koła zębatego w ujęciu z fig. 4, fig. 6 - szczegół B sprężystego segmentu zęba w ujęciu z fig. 5, fig. 7 - wypełnienie elastomerowe koła zębatego w widoku z przodu, fig. 8 - wypełnienie elastomerowe koła zębatego w widoku izometrycznym z wycięciem ćwiartkowym, fig. 9 - koło zębate o ilości zębów 17 i module m = 2 mm w widoku z przodu, fig. 10 - szczegół C koła zębatego o ilości zębów 17 i module m = 2 mm w ujęciu z fig. 9, fig. 11 - koło zębate o ilości zębów 17 i module m = 2 mm w widoku z izometrycznym, fig. 12 - koło zębate o ilości zębów 61 i module m = 2 mm w widoku z przodu, fig. 13 - szczegół D koła zębatego o ilości zębów 61 i module m = 2 mm w ujęciu z fig. 12, fig. 14 - koło zębate o ilości zębów 61 i module m = 2 mm w widoku z izometrycznym.

Przykład wykonania 1

W pierwszym przykładzie wykonania podatne koło zębate 1 według wynalazku, przedstawione na fig. 1,2 i 3, ma 42 zęby o module m o wartości 2 mm ze znormalizowanego szeregu modułów. Koło zębate 1 (fig. 4 i 7) w strefie walcowej 6 pomiędzy piastą 5 a wieńcem 3 posiada głębokie promieniowe wycięcia 10 między sprężystymi segmentami 16 zębów 7 (fig. 5 i 6) o szerokości s i długości L. Promieniowe wycięcia 10 są zakończone łukowymi wycięciami 14 rozmieszczonymi symetrycznie względem siebie o szerokości s_w. Przy czym łukowe wycięcia 14 są rozmieszczone po obwodzie u podstawy 15 sprężystego segmentu 16 zęba 7 w odległości Sp. W przykładzie wykonania szerokość s promieniowego wycięcia 10 między elastycznymi segmentami 16 ma wartość 1,0 mm, a jego długość L wynosi 6,5 mm. Natomiast szerokość s_w ma wartość 1,0 mm. Z kolei szerokości Sp u podstawy 15 sprężystego segmentu 16 mają wartość 1,5 mm.

Poniżej stopy zęba 7 znajdują się otwory 11 między sprężystymi ramionami położone obwodowo symetrycznie względem osi 13 wyznaczonej przez oś symetrii zęba 7. Pomiędzy otworami 11 między sprężystymi ramionami a promieniowymi wycięciami 10 utworzone są sprężyste ramiona 8 o grubości g i są one połączone z podstawą 15 sprężystego segmentu 16 zęba 7. Przy czym grubości g mają wartość 1,0 mm.

W części poniżej łukowych wycięć 14, znajdują się otwory fasolkowe 12 w kształcie fasolkowym o szerokości s₀, które są położone obwodowo symetrycznie względem osi 13 w odstępach Sr. Pomiędzy łukowymi wycięciami 14 i otworami fasolkowymi 12 znajdują się sprężyste łączniki 9 o grubości g_r. W przykładzie wykonania grubości g_r sprężystych łączników 9 wynoszą 0,5 mm, a szerokości s₀ oraz odstępy Sr mają wartość 1,0 mm.

W tym przykładzie realizacji promieniowe wycięcia 10 między sprężystymi segmentami 16 zęba, łukowe wycięcia 14, otwory 11 między sprężystymi ramionami i otwory fasolkowe 12 wypełnione są materiałem wypełnienia 2 (fig. 8) w postaci elastomeru termoplastycznego TPE-U.

Przykład wykonania 2

W drugim przykładzie wykonania pokazanym na fig. 9, 10 i 11, przedstawione jest podatne koło zębate 1, którego budowa jest podobna do koła zębatego z pierwszego przykładu wykonania z tą różnicą, że koło zębate 1 ma 17 zębów o module m = 2 mm. Przy czym parametry charakteryzujące koło zębate 1 według wynalazku mają następujące wartości: s = 1,0 mm, L = 4,6 mm, s«= 1,0 mm, s_p = 1,0 mm, g = 0,8 mm, gr = 0,5 mm, s₀ = 1,0 mm, Sr = 0,8 mm.

Przykład wykonania 3

W trzecim przykładzie wykonania (fig. 12, 13 i 14), przedstawiono podatne koło zębate 1, którego budowa jest podobna do koła zębatego z pierwszego i drugiego przykładu wykonania z tą różnicą, że koło zębate 1 ma 61 zębów o module m = 2 mm. Przy czym parametry charakteryzujące koło zębate 1 według wynalazku mają następujące wartości: s = 1,2 mm, L = 4,5 mm, s_w = 1,0 mm, Sp = 1,5 mm, g = 1,0 mm, gr = 0,4 mm, s₀ = 1,0 mm, Sr = 1,0 mm.

Spis oznaczeń:

1. koło zębate

2. wypełnienie

3. wieniec koła zębatego

4. dna wrębów

5. piasta koła zębatego

6. strefa walcowa koła zębatego

7. zęby koła zębatego

8. sprężyste ramiona

9. sprężyste łączniki

10. promieniowe wycięcia między zębami

11. otwory między sprężystymi ramionami

12. otwory fasolkowe

13. oś symetrii zęba

14. łukowe wycięcia obwodowe zakończenia promieniowych wycięć

15. podstawa sprężystego segmentu zęba

16. sprężysty segment zęba m - moduł koła zębatego s - szerokość promieniowych wycięć między zębami s_w - szerokość łukowych wycięć obwodowych zakończenia promieniowych wycięć s₀ - szerokość otworów fasolkowych

Sp - szerokość podstawy sprężystego segmentu zęba

Sr - odległość pomiędzy otworami fasolkowymi

L - długość promieniowych wycięć między zębami g - grubość sprężystych ramion gr - grubość sprężystych łączników

Claims (9)

1. Podatne koło zębate, posiadające piastę, wieniec z zębami, a pomiędzy piastą i wieńcem koła zębatego ma strefę walcową, posiadającą szereg szczelin rozciągających się pomiędzy sąsiednimi zębami, przy czym szczeliny są wypełnione elastycznym materiałem, znamienne tym, że zawiera sprężyste segmenty (16) zęba (7), w których poniżej stopy zęba (7) w każdym zębie (7) znajduje się otwór (11) między sprężystymi ramionami, a pomiędzy zębami (7) znajdują się promieniowe wycięcia (10), przy czym pomiędzy otworami (11) między sprężystymi ramionami a promieniowymi wycięciami (10) między zębami utworzone są sprężyste ramiona (8), podpierające poszczególne zęby (7), o stałej grubości g, które połączone są z podstawą (15) sprężystego segmentu (16) zęba (7), przy czym zakończenia podstawy promieniowych wycięć (10) między zębami mają łukowe wycięcia (14) obwodowe rozmieszczone symetrycznie względem siebie o szerokości sw, a otwory (11) między sprężystymi ramionami są rozmieszczone symetrycznie względem osi (13) zęba (7), przy czym w strefie walcowej (6) w części poniżej łukowych wycięć (14) obwodowych znajdują się otwory fasolkowe (12) o szerokości s₀, które są rozmieszczone obwodowo symetrycznie względem osi (13) w odległości Sr pomiędzy następującymi po sobie otworami fasolowymi (12), przy czym pomiędzy łukowymi wycięciami (14) obwodowymi i otworami fasolowymi (12) znajdują się sprężyste łączniki (9) o grubości g_r, ponadto promieniowe wycięcia (10) między zębami, łukowe wycięcia (14), otwory (11) między sprężystymi ramionami (8) i otwory fasolkowe (12) pod sprężystymi łącznikami (9) są wypełnione elastycznym materiałem (2).

2. Podatne koło zębate według zastrz. 1, znamienne tym, że wielkości, szerokości s promieniowych wycięć między zębami, długości L promieniowych wycięć (10) między zębami, szerokości s_w łukowych wycięć (14) obwodowych, grubości g sprężystych ramion (8), szerokości s₀ otworów fasolkowych (12), odległości Sr pomiędzy otworami fasolkowymi (12) u podstawy (15) sprężystego segmentu (16) zęba (7), grubości g_r sprężystych łączników (9), szerokości s_p podstawy (15) sprężystego segmentu (16) zęba (7), określane są na podstawie modułu m koła zębatego.

3. Podatne koło zębate według zastrz. 1, znamienne tym, że promieniowe wycięcia (10) między zębami (7) mają szerokość s zawierającą się w przedziale od 0,4 do 0,6 modułu m, a długość L tego wycięcia zawiera się w przedziale od 2 do 4 modułu m.

4. Podatne koło zębate według zastrz. 1, znamienne tym, że szerokość s_p podstawy (15) sprężystego segmentu zęba (7) jest równa odstępowi pomiędzy następującymi po sobie łukowymi wycięciami (14) obwodowymi i ma wartość zawierającą się korzystnie w przedziale od 0,45 do 0,8 modułu m.

5. Podatne koło zębate według zastrz. 1, znamienne tym, że łukowe wycięcie (14) obwodowe mają szerokość s_w zawierającą się w przedziale od 0,4 do 0,6 modułu m, a szerokość s₀ otworów fasolkowych (12) pod sprężystymi łącznikami (9) ma wartość zawierającą się w przedziale od 0,4 do 0,6 wartości modułu m, a odstęp Sr pomiędzy otworami fasolkowymi (12) po obwodzie mieści się w przedziale od 0,4 do 0,6 wartości modułu m.

6. Podatne koło zębate według zastrz. 1, znamienne tym, że sprężyste ramiona (8) zęba (7), mają wartość grubości g zawierające się w przedziale od 0,4 do 0,6 modułu m.

7. Podatne koło zębate według zastrz. 1, znamienne tym, że sprężyste łączniki (9) mają grubość gr zawierającą się w przedziale od 0,15-0,3 modułu m.

8. Podatne koło zębate według zastrz. 1, znamienne tym, że promieniowe wycięcia (10) między zębami, łukowe wycięcia (14) obwodowe, otwory (11) między sprężystymi ramionami (8) i otwory fasolkowe (12) pod sprężystymi łącznikami (9) wypełnione są materiałem wypełnienia (2) typu elastomer naturalny lub syntetyczny.

9. Podatne koło zębate według zastrz. 8, znamienne tym, że materiał wypełnienia (2) posiada elastyczność mechaniczną z możliwością zmiany kształtu i rozmiaru pod wpływem naprężeń dynamicznych przekładni, a po ustąpieniu tych obciążeń powracają one do pierwotnych wymiarów i kształtów, ponadto materiał wypełnienia (2) posiada właściwości izolujące i tłumiące oraz wysoką odporność na temperaturę oraz wysoką odporność na olej i środki smarujące.