PL248019B1 - Bezluzowa przekładnia zębata - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest bezluzowa przekładnia zębata do stosowania w napędach, o zmiennym kierunku obrotu, przy stosunkowo małych obciążeniach, w przemyśle obrabiarkowym. Bezluzowa przekładnia zębata, charakteryzuje się tym, że na wale wejściowym (13) czynnym osadzona jest tuleja sprężysta (3), która jest połączona na trwałe z wałem wejściowym (13) czynnym poprzez połączenie kołkowe przy pomocy kołka stożkowego. Tuleja sprężysta (3) posiada sprężystą podwójną powłokę i wzdłużne wycięcia (12) rozmieszczone wzdłuż tworzących tej sprężystej podwójnej powłoki oraz tuleja sprężysta (3) ma grubościenną ściankę cylindryczną tulei sprężystej (3), na której osadzone jest górne koło zębate (1) czynne oraz przylegające do niego czołowo górne koło pasowe (4). Górne koło zębate (1) czynne i górne koło pasowe (4) połączone są z tuleją sprężystą (3) poprzez połączenie wpustowe przy pomocy wpustu osadzonego w rowku wpustowym na powierzchni zewnętrznej grubościennej ścianki cylindrycznej tulei sprężystej (3), oraz w rowku wpustowym w piaście górnego koła zębatego (1) czynnego i w rowku wpustowym w piaście górnego koła pasowego (4). Na wale wyjściowym (14) biernym osadzone jest dolne koło zębate (2) bierne i jest ono połączone poprzez połączenie wpustowe przy pomocy wpustu osadzonego w rowku wpustowym wału wyjściowego (14) biernego. Na wale wyjściowym (14) biernym osadzone jest poprzeczne łożysko, na którym osadzono dolne koło pasowe (5). Górne koło pasowe (4) i dolne koło pasowe (5) są opasane giętkim bezkońcowym pasem (7), którego naciąg posiada możliwość regulowania poprzez przesuwanie rolki napinającej popychacza (6) rolkowego, której oś jest położona pomiędzy osiami wału wejściowego (13) czynnego i wału wyjściowego (14) biernego, a kierunek napinania giętkiego bezkońcowego pasa (7) jest prostopadły do płaszczyzny wyznaczonej przez osie wału wejściowego (13) czynnego i wału wyjściowego (14) biernego.

Description

Przedmiotem wynalazku jest bezluzowa przekładnia zębata do stosowania w napędach, o zmiennym kierunku obrotu, przy stosunkowo małych obciążeniach, w przemyśle obrabiarkowym.

W stanie techniki znane jest polskie zgłoszenie wynalazku nr P.435585 opisujące koło zębate składające się z wieńca osadzonego na piaście koła. Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że piasta koła umieszczona jest na wale przekładni i oddzielona od wieńca zębatego rowkiem rozdzielającym wypełnionym materiałem tłumiącym drgania. Rowek ma kształt zbliżony do krzywej sinusoidalnej, o osi odciętych w postaci okręgu lub linii wielowypustowych, lub linii wielokarbowych, umożliwiających przekazywanie ruchu obrotowego z wału na piastę koła. Do powierzchni bocznych piasty koła zamontowane są, co najmniej dwa pierścienie ograniczające, które za pomocą co najmniej dwóch połączeń śrubowych dociskają do piasty koła i wieńca zębatego co najmniej dwa pierścienie tłumiące. Natomiast pomiędzy pierścieniami ograniczającymi, a wieńcem zębatym występuje luz konstrukcyjny do przemieszczenia w kierunku osiowym wieńca zębatego względem osi otworu w piaście.

Ze zgłoszenia wynalazku WO2004059192A1 znany jest dwuramienny napinacz pasa do napędu pasowego. Napinacz paska do napędu pasowego służy do połączenia wału silnika spalinowego z nawrotną maszyną elektryczną, która pełni funkcję rozruchu silnika i generatora prądu. Napinacz paska składa się z części stałej i pary ramion zawieszonych na wspólnym sworzniu podtrzymywanym przez część stałą i wyposażonych w odpowiednie jałowe koła pasowe, oraz sprężynę, która dociska dwa ramiona do siebie tak, aby sprężyście obciążać koła pasowe na odpowiednich odcinkach pasa. Dwa ramiona napinacza paska są wyposażone w odpowiednie pierwsze elementy zatrzymujące, które są zaprojektowane do współdziałania z częścią nieruchomą w celu określenia odpowiednich pozycji zatrzymania samych ramion pod działaniem sprężyny i odpowiednich drugich elementów zatrzymujących, które są zaprojektowane do współdziałania z częścią nieruchomą w celu określenia odpowiednich położeń końca ruchu ramion pod działanie naciągu paska.

Z amerykańskiej publikacji US3808906A znana jest przekładnia ze środkami tłumienia drgań. Rozwiązanie to charakteryzuje się zazębiającymi kołami zębatymi wyposażonymi we wkładki elastomerowe mocowane w nasadach zębów koła. Wkładki są stykane i odchylane przez wierzchołki zębów kół zębatych podczas obracania się kół w celu tłumienia drgań wynikających z impulsów kół zębatych, które występują z częstotliwością proporcjonalną do liczby zębów kół zębatych i prędkości koła zębatego.

Z innego polskiego zgłoszenia wynalazku P.356616 znany jest układ napędu przesuwu. Rozwiązanie znajduje zastosowanie w przemyśle obrabiarkowym i jest przeznaczone do napędów zespołów przesuwnych z wymaganą bezluzowością napędu. Układ napędu przesuwu ma na wale serwomotoru osadzone koło pasowe zębate opasane paskiem zębatym z kołem pasowym osadzonym na wale reduktora i kołem pasowym osadzonym na wale reduktora, a zębniki reduktorów zazębione są z zębatką napędową.

W rozwiązaniach ze stanu techniki, w przekładniach zębatych walcowych, występował problem adaptacyjnej minimalizacji luzu. Niedogodnością również było jednoczesne zmniejszanie wibracji i głośności przekładni.

Twórcy zdecydowali się rozwiązać problemy i niedogodności istniejące w stanie techniki poprzez opracowanie bezluzowej przekładni zębatej, o prostej konstrukcji i łatwej regulacji warunków pracy.

Bezluzowa przekładnia zębata, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na wale wejściowym czynnym osadzona jest tuleja sprężysta, która jest połączona na trwałe z wałem wejściowym czynnym poprzez połączenie kołkowe przy pomocy kołka stożkowego. Tuleja sprężysta posiada sprężystą podwójną powłokę i wzdłużne wycięcia rozmieszczone wzdłuż tworzących tej sprężystej podwójnej powłoki. A także tuleja sprężysta ma grubościenną ściankę cylindryczną tulei sprężystej, na której osadzone jest górne koło zębate czynne oraz przylegające do niego czołowo górne koło pasowe. Górne koło zębate czynne i górne koło pasowe połączone są z tuleją sprężystą poprzez połączenie wpustowe przy pomocy wpustu osadzonego w rowku wpustowym na powierzchni zewnętrznej grubościennej ścianki cylindrycznej tulei sprężystej, oraz w rowku wpustowym w piaście górnego koła zębatego czynnego i w rowku wpustowym w piaście górnego koła pasowego. Na wale wyjściowym biernym osadzone jest dolne koło zębate bierne i jest ono połączone poprzez połączenie wpustowe przy pomocy wpustu osadzonego w rowku wpustowym wału wyjściowego biernego. Na wale wyjściowym biernym osadzone jest poprzeczne łożysko, na którym osadzono dolne koło pasowe. Przy czym górne koło pasowe i dolne koło pasowe są opasane giętkim bezkońcowym pasem, którego naciąg posiada możliwość regulowania poprzez przesuwanie rolki napinającej popychacza rolkowego, której oś jest położona pomiędzy osiami wału wejściowego czynnego i wału wyjściowego biernego, a kierunek napinania giętkiego bezkońcowego pasa jest prostopadły do płaszczyzny wyznaczonej przez osie wału wejściowego czynnego i wału wyjściowego biernego.

Korzystnie, gdy tuleja sprężysta ma kształt sprężystej podwójnej powłoki przechodzącej w tuleję o grubościennej ściance cylindrycznej. Korzystnie, gdy wzdłużne wycięcia sprężystej podwójnej powłoki połączonej z jednej strony z piastą sprężystej tulei, a z drugiej strony z grubościenną ścianką cylindryczną, tworzą sprężyste łączniki sprężystej tulei w kształcie litery U równomiernie rozmieszczone po obwodzie, przy czym rozmieszczonych jest korzystnie od dwunastu do osiemnastu łączników.

Korzystnie, gdy stosunek wartości średnicy D dolnego koła pasowego do średnicy d górnego koła pasowego zawiera się korzystnie w przedziale od 0,9 do 1,1 wartości przełożenia przekładni zębatej.

Kierunek napinania pasa jest prostopadły do osi wałów, a przemieszczenie napinania jest skierowane tak, aby zwiększyć opasanie kół pasowych. W wyniku zwiększenia naciągu pasa następuje nieznaczne przemieszczanie osi koła przekładni zębatej osadzonego na sprężystej tulei. Dodatkowo koła zębate zbliżając się lub oddalając się od siebie w mniejszym stopniu przemieszczają się również stycznie w kierunku prostopadłym do linii łączącej osie kół. Powoduje to, że w strefie zazębienia występują chwilowe lokalne przemieszczenia kątowe współpracujących ze sobą kół zębatych, którego efektem jest adaptacyjna minimalizacja luzu promieniowego oraz obwodowego w zazębieniu.

Korzystną zaletą wynalazku jest to, że koła pasowe wraz z rolką napinającą popychacza i tuleją sprężystą spełniają jedynie funkcję lokalnego przemieszczania promieniowego i obwodowego kół zębatych.

Koło pasowe, które jest osadzone na wale wyjściowym biernym, nie przenosi momentu obrotowego z koła pasowego osadzonego na wale wejściowym czynnym.

Pas klinowy lub zębaty wraz z kołami pasowymi tworzy układ kinematyczny, który względem drugiego układu w postaci kół zębatych, wykorzystuje pewną bezwładność i podatność układu, co sprzyja dodatkowo tłumieniu drgań przekładni, zwłaszcza drgań obwodowych.

Bezluzowa przekładnia zębata jest przeznaczona do napędów o zmiennym kierunku obrotów i obciążonych niezbyt wysokim momentem.

Korzystną cechą wynalazku jest możliwość adaptacyjnej minimalizacji luzu w przekładniach zębatych walcowych a także równocześnie zmniejszanie wibracji i głośności przekładni. Kompensacyjne przemieszczenia obrotowe i promieniowe koła górnego wywoływane ruchem kół pasowych z paskami ciernymi lub zębatymi o regulowanym napięciu paska wpływają na minimalizację luzu przekładni oraz zmniejszają drgania i głośność przekładni. Wynalazek posiada prostą konstrukcję, ułatwiającą regulację warunków pracy poprzez zmianę położenia popychacza rolkowego i wskutek tego napięcia paska łączącego koła pasowe.

Bezluzowa przekładnia zębata według wynalazku może być stosowana w napędach o zmiennym kierunku obrotu, w warunku stosunkowo małych obciążeń. Cechą wynalazku jest również prosta konstrukcja i łatwa regulacji warunków pracy poprzez zmianę położenia napięcia paska łączącego koła pasowe.

Przedmiotowe rozwiązanie

Przedmiot wynalazku pokazano w przykładach wykonania na rysunkach:

Fig. 1 Bezluzowa przekładnia zębata w widoku z przodu

Fig. 2 Bezluzowa przekładnia zębata w widoku z lewej strony

Fig. 3 Bezluzowa przekładnia zębata w widoku z prawej strony

Fig. 4 Przekrój A-A bezluzowej przekładni zębatej w ujęciu z fig. 2

Fig. 5 Bezluzowa przekładnia zębata w widoku izometrycznym

Fig. 6 Tuleja sprężysta w widoku z przodu

Fig. 7 Tuleja sprężysta w widoku z lewej strony

Fig. 8 Przekrój B-B tulei sprężystej w ujęciu z fig. 7

Fig. 9 Tuleja sprężysta w widoku izometrycznym z wycięciem ćwiartkowym

Przykład

Według wynalazku bezluzowa przekładnia zębata, pokazana na fig. 1,2, 3, 4 i 5, posiada na wale wejściowym 13 czynnym osadzoną tuleję sprężystą 3, która jest połączona z wałem wejściowym 13 czynnym na trwałe przy pomocy kołka stożkowego 8 (fig. 4) w znany sposób z wykorzystaniem połączenia kołkowego. Tuleja sprężysta 3 (fig. 6, 7, 8 i 9) ma kształt sprężystej podwójnej powłoki 15 przechodzącej w tuleję o grubościennej ściance cylindrycznej 16. Sprężysta podwójna powłoka 15 posiada wycięcia 12 wzdłuż tworzących tej sprężystej podwójnej powłoki 15, a na grubościennej ściance cylindrycznej 16 tulei sprężystej 3 osadzone jest koło zębate górne 1 czynne oraz przylegające do niego czołowo koło pasowe górne 4. Przy czym koło zębate górne 1 czynne i koło pasowe górne 4 połączone są z tuleją sprężystą 3 przy użyciu znanego połączenia wpustowego przy pomocy wpustu 17 osadzonego w rowku wpustowym 23 wydrążonym na powierzchni zewnętrznej grubościennej ścianki cylindrycznej 16 tulei sprężystej oraz w rowku wpustowym 20 wydrążonym w piaście 19 górnego koła zębatego 1 czynnego i w rowku wpustowym 22 wydrążonym w piaście 21 górnego koła pasowego 4. Z kolei na wale wyjściowym 14 biernym osadzone jest koło zębate dolne 2 bierne i jest z nim połączone z użyciem znanego połączenia wpustowego. Oprócz tego na wale wyjściowym 14 biernym osadzone jest poprzeczne łożysko 11, na którym osadzono koło pasowe dolne 5. Obrotowe osadzenie koła pasowego dolnego 5 na wale wyjściowym 14 biernym powoduje, że przekładnia pasowa nie przenosi momentu obrotowego, a jedynie służy do zmniejszania luzu w przekładni zębatej poprzez kompensacyjne przemieszczanie koła zębatego górnego 1 powodujące zmianę odległości a kół zębatych w wyniku sprężystego odkształcenia podwójnej powłoki sprężystej 15 z łącznikami 10 tulei 3. To jednocześnie powoduje tłumienie drgań i zmniejsza głośność przekładni. Przy czym koła pasowe 4 i 5 są opasane giętkim pasem w postaci paska klinowego normalno profilowego bezkońcowego 7, którego korpus jest wypełniony gumą i jest on wzmocniony linkami kordowymi. Naciąg giętkiego paska bezkońcowego 7 jest regulowany za pomocą przesuwania rolki napinającej popychacza 6 położonego symetrycznie względem osi wałów wejściowego 13 czynnego i wyjściowego 14 biernego, a kierunek napinania giętkiego pasa 7 bezkońcowego jest prostopadły do osi wałów wejściowego 13 czynnego i wyjściowego 14 biernego, a przemieszczenie napinania jest skierowane tak, aby zwiększyć opasanie kół 4 i 5. W wyniku zwiększenia naciągu giętkiego pasa bezkońcowego 7 następuje nieznaczne wyginanie wałów wejściowego 13 czynnego i wyjściowego 14 biernego, i znacząco większe promieniowe odkształcenie sprężyste podwójnej powłoki 15. Dzięki takiemu rozwiązaniu osie kół zębatych górnego 1 czynnego i dolnego 2 biernego zbliżają się ku sobie, zmniejszając przy tym ich rozstaw międzyosiowy. Dodatkowym efektem tego są chwilowe lokalne przemieszczenia kątowe współpracujących ze sobą kół zębatych górnego 1 czynnego i dolnego 2 biernego, powoduje to zmniejszenie luzu obwodowego w strefie zazębienia.

Tuleja sprężysta 3, posiada sprężystą podwójną powłokę 15, która jest połączona z jednej strony z piastą 9 tulei sprężystej 3, a z drugiej strony z grubościenną ścianką cylindryczną 16. Wzdłużne wycięcia 12 sprężystej podwójnej powłoki tworzą przy tym sprężyste łączniki 10 w kształcie litery U równomiernie rozmieszczone po obwodzie. W przykładzie wykonania tuleja sprężysta 3 posiada korzystnie czternaście łączników 10 o długości 28 mm.

Korzystną zaletą wynalazku jest to, że koła pasowe górne 4 i dolne 5 wraz z rolką napinającą popychacza 6 i tuleją sprężystą 3 spełniają jedynie funkcję lokalnego przemieszczania promieniowego i obwodowego koła zębatego górnego 1 czynnego względem koła zębatego dolnego 2. Z kolei koło pasowe 5 dolne, które jest osadzone na wale wyjściowym14 biernym, nie przenosi momentu obrotowego z koła pasowego 4. Dodatkowo elastyczny pasek 7 łączący koła pasowe górne 4 i dolne 5 spełnia rolę tłumienia drgań przekładni, zwłaszcza obwodowych. Stosunek wartości średnicy D dolnego koła pasowego 5 dolnego wnoszącej 95 mm do średnicy d górnego koła pasowego 4 górnego o wartości 95 mm wynosi 1,0 i jest równy wartości przełożenia przekładni zębatej.

W przykładzie wykonania pokazano przekładnię zębatą jednostopniową walcową o zębach prostych, w której obydwa koła zębate mają po 28 zębów o module m = 4 mm i szerokości wieńca b = 26 mm. Przy tym nominalny rozstaw międzyosiowy przekładni a wynosi 112 mm.

Spis oznaczeń:

1. koło zębate górne (czynne)

2. koło zębate dolne (bierne)

3. tuleja sprężysta

4. koło pasowe górne

5. koło pasowe dolne

6. popychacz rolkowy

7. pas

8. kołek stożkowy

9. piasta tulei sprężystej

10. sprężyste łączniki tulei sprężystej

11. łożysko

12. wycięcia

13. wał wejściowy - czynny

14. wał wyjściowy - bierny

15. podwójna powłoka sprężysta

16. grubościenna ścianka cylindryczna tulei sprężystej

17. wpust osadzony w rowku wpustowym tulei sprężystej

18. wpust osadzony w rowku wpustowym wału wyjściowego

19. piasta górnego koła zębatego

20. rowek wpustowy w piaście górnego koła zębatego

21. piasta górnego koła pasowego

22. rowek wpustowy w piaście górnego koła pasowego

23. rowek wpustowy na powierzchni zewnętrznej grubościennej ścianki cylindrycznej tulei sprężystej m - moduł koła zębatego b - szerokość wieńca koła zębatego a - rozstaw międzyosiowy przekładni zębatej d - średnica górnego koła pasowego

D - średnica dolnego koła pasowego

Claims (4)

1. Bezluzowa przekładnia zębata, o zazębieniu czołowym, zawierająca wały przekładni połączone z kołami zębatymi znamienna tym, że na wale wejściowym (13) czynnym osadzona jest tuleja sprężysta (3), która jest połączona na trwałe z wałem wejściowym (13) czynnym poprzez połączenie kołkowe, przy pomocy kołka stożkowego (8), przy czym tuleja sprężysta (3) posiada sprężystą podwójną powłokę (15) i wzdłużne wycięcia (12) rozmieszczone wzdłuż tworzących tej sprężystej podwójnej powłoki (15), a tuleja sprężysta (3) ma grubościenną ściankę (16) cylindryczną tulei sprężystej (3), na której osadzone jest górne koło zębate (1) czynne oraz przylegające do niego czołowo górne koło pasowe (4), przy czym górne koło zębate (1) czynne i górne koło pasowe (4) połączone są z tuleją sprężystą (3) poprzez połączenie wpustowe przy pomocy wpustu (17) osadzonego w rowku (23) wpustowym na powierzchni zewnętrznej grubościennej ścianki cylindrycznej (16) tulei sprężystej (3), oraz w rowku wpustowym (20) w piaście (19) górnego koła zębatego (1) czynnego i w rowku wpustowym (22) w piaście (21) górnego koła pasowego (4), a na wale wyjściowym (14) biernym osadzone jest dolne koło zębate (2) bierne i jest ono połączone poprzez połączenie wpustowe przy pomocy wpustu (18) osadzonego w rowku wpustowym wału wyjściowego (14) biernego, przy czym na wale wyjściowym (14) biernym osadzone jest poprzeczne łożysko (11), na którym osadzono dolne koło pasowe (5), przy czym górne koło pasowe (4) i dolne koło pasowe (5) są opasane giętkim bezkońcowym pasem (7), którego naciąg posiada możliwość regulowania poprzez przesuwanie rolki napinającej popychacza (6) rolkowego, której oś jest położona pomiędzy osiami wału wejściowego (13) czynnego i wału wyjściowego (14) biernego, a kierunek napinania giętkiego bezkońcowego pasa (7) jest prostopadły do płaszczyzny wyznaczonej przez osie wału wejściowego (13) czynnego i wału wyjściowego (14) biernego.

2. Bezluzowa przekładnia zębata według zastrzeżenia 1 znamienna tym, że tuleja sprężysta (3) ma kształt sprężystej podwójnej powłoki (15) przechodzącej w tuleję o grubościennej ściance cylindrycznej (16).

3. Bezluzowa przekładnia zębata według zastrzeżenia 1 znamienna tym, że wzdłużne wycięcia (12) sprężystej podwójnej powłoki (15) połączonej z jednej strony z piastą (9) sprężystej tulei (3), a z drugiej strony z grubościenną ścianką cylindryczną (16), tworzą sprężyste łączniki (10) sprężystej tulei (3) w kształcie litery U równomiernie rozmieszczone po obwodzie, przy czym korzystnie jest rozmieszczonych od dwunastu do osiemnastu łączników (10).

4. Bezluzowa przekładnia zębata według zastrzeżenia 1 znamienna tym, że stosunek wartości średnicy D dolnego koła pasowego (5) do średnicy d górnego koła pasowego (4) zawiera się korzystnie w przedziale od 0,9 do 1,1 wartości przełożenia przekładni zębatej.