SE470497B - Kopplingsanordning vid en excenterväxel - Google Patents

Description

2 En annan kopplingsanordning för att överföra nämnda kugghjuls- rotation till en centrisk rotation beskrivs i min WO 88/05509. Ännu en annan kopplingsanordning för en excenterväxel finns beskriven i min svenska patentansökan 9200767-3.

Kopplingsanordningen enligt denna. patentskrift innefattar' en cirkulär platta, benämnd kuggplatta, som på vardera sidoytan uppvisar grupper av parallella spår. Spårgrupperna på skivans ena sida är ställda vinkelrätt mot spàrgrupperna på skivans andra sida. De utmärkande egenskaperna för kuggskivan är att den har hög styvhet i förhållande till sin vikt. Den låga vikten bidrar till att den vid excenterväxeln ofrånkomliga radiellt riktade dynamiska störningen kan hållas på en acceptabelt låg nivå. Det överförda momentets tangentiellt riktade krafter överföres från en spårgrupp till spårgruppen på skivans andra sida. Denna spårgrupp är som nämnts förskjutenf90°. För att erhålla ett lågt yttryck och därmed lång livslängd fördelas kraften över spårgrup- pens samtliga kuggytor. Eftersom kuggskivan är relativt tunn kommer det axiella avståndet mellan tryckpunkterna inomzrespekti- ve spårgrupp att vara litet varigenom kuggskivan kommer att välvas/förvridas från plant tillstånd endast i ringa grad, när växelns utgående axel belastas hårt. Konstruktionen ger växeln en relativt hög styvhet.

Kuggskivan enligt nämnda svenska patentansökan uppvisar emeller- tid vissa nackdelar, däribland att spàrgrupperna, då dessa utgöres av ett glidfriktionselement, genererar ett viss effekt- förlust. För att erhålla jämn lastfördelning över alla kuggarna i spàrgrupperna ställs relativt höga. krav' på tillverknings- toleranserna.

För att minska friktionsförlusterna föreslås i nämnda svenska patentansökan 9200767-3 att kulor, alternativt rullar, anordnas i spàrgrupperna på skivans två sidor 'varvid kulorna resp. rullarna är avsedda att rulla i spåren på skivan och i spåren på kugghjulets sida resp. i spåren på utgående axelns axiella yta. 3 Användning av kulor eller rullar medför emellertid, för att erhålla en glappfri överföring, att en fjäderförspänning axiellt kräves för att eliminera spelet. Detta kräver då ett axialkulla- ger. För att överföra stora moment är det önskvärt att använda rullar. Av geometriska skäl måste då spåren i skivan ha en vinkel av 90° vilket orsakar en högre axiell kraftkomponent som måste tagas upp av axiallagret.

En annan nackdel med denna konstruktion är att kulorna eller rullarna är svåra att hålla på rätt plats i spåren.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning syftar till att åstadkomma en modifierad typ av kopplingsanordning av det ovan angivna slaget, som skall reducera de ovan nämnda nackdelarna såsonxbenägenheten för skivan (fortsättningsvis kallad plattan) att välva sig vid höga momentöverföringar och därmed sänka» överföringsstyvheten, behovet av axiallager, höga toleranskrav på ingående detaljer och friktionsförluster.

Enligt uppfinningen ernås detta mål genom att kopplingsanord- ningen innefattar en cirkulär platta med centrumhål som uppvisar fyra öppningar anordnade med väsentligen jämn delning runt plattans centrum, två första kammar vilka är anordnade diametralt mitt för varandra på ena sidoytan av excenterkugghjulet och vilka skjuter ut axiellt från denna sidoyta samt med radiell glid- passning sticker in i två av nämnda öppningar, samt två andra kammar vilka är anordnade diametralt mitt för varandra på en sidoyta av den utgående axeln och vilka skjuter ut axiellt från axelns sidoyta samt med glidpassning sticker in i de återstående två öppningar varigenom momentets tangentiellt riktade krafter samtliga verkar i. samma axiella plan inne i. plattan. Därmed kommer ingen välvning av plattan att inträffa och inga axiella kraftkomposanter uppträder vilka måste balanseras medelst axiallager och fjäder. 4 Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är att de nämnda öppningarna är öppna utåt i radiell riktning.

Enligt ännu en föredragen form av uppfinningen är rullar inplacerade mellan kontaktytorna för att ersätta glidfriktionen med rullfriktion. För att erhålla en glappfri överföring är rullarnas diametrar så valda att en förspänning erhålls.

Vid belastning av växeln kommer plattan att enligt ovan behålla sin planhet men blir svagt elliptiskt elastiskt deformerad. Se fig. ll. Därvid. kommer de i obelastat tillstånd parallella motstående ytorna att förutom att de elastiskt fjärmar sig från varandra dessutom bilda vinkel med varandra. Dessa deformationer är mycket små, i storleksordningen 10 mikrometer och vinkelän- dringen i storleksordningen 0,5 bågminuter. Deformationerna är dock så stora att det påverkar lastfördelningen mellan de belastade rullarna och därmed påverkar momentöverföringskapacite- ten. Genom att vid monteringen av växeln.välja olika stora rullar vid varje överföringsyta.kan plattan erhålla en sådan.deformation som motsvarar t.ex. en belastning av växeln av 80% av märk- momentet. Då växeln är obelastad kommer då den radiellt sett yttersta rullen att utsättas för förspänningen och de radiellt sett innanför liggande rullarna att ha låg förspänning eller t.o.m. glappar mot rullytorna. Då växeln är lågt belastad kommer de tangentiellt riktade krafterna att påverka huvudsakligen.dessa yttersta rullar i varje plattöppning. Då det överförda momentet ökar kommer plattan att fjädra ut radiellt och rullytan ändrar något vinkel. Belastningen kommer då successivt att fördelas mera jämnt mellan rullarna och vid märkmomentet kommer alla rullarna att belastas lika.

Ytterligare en annan utföringsform av uppfinningen är att man vid den slutliga finbearbetningen (vanligen slipning) av plattan deformerar denna till sådan form som plattan har vid märkmoment- belastning av växeln. Detta kan utföras genom att infästa plattan på ett hydrauldorn i slipmaskinen. Detta dorn deformerar 5 elastiskt skivans centrala hål elliptiskt varvid de fyra öppningarnas motstående rullytor slipas parvis parallella.

Enligt ännu en föredragen utföringsform av uppfinningen har de nämnda kammarna formen av cirkulära i kugghjulet resp. i utgående axeln axiellt riktade inpressade tappar på vilka klotsar med hål är placerade med lätt skjuvpassning.

Klotsarna har två parallella motstående med hög noggrannhet slipade sidor. Då växeln belastas och plattan deformeras kommer klotsarna att ställa in sig så att lastfördelningen blir i stort sett likformig mellan de belastade rullarna.

FIGURFÖRTECKNING De olika utförandeformerna av uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan.i anslutning till de bifogade ritningarna, i vilka I fig. l är en tvärsektionsvy; partiellt en sidovy, av en excenterväxel i vilken ingår en kopplingsanordning enligt uppfinningen. fig. 2 är en axialvy av plattan med dess urtag och sektioner av kammarna och rullar. Excenterriktning åt höger. fig. 3a är ett partiellt snittat excenterkugghjul med kammar. fig. 3b är en sidovy av excenterväxelns utgående axel. fig. 4 är en axialvy av plattan med dess urtag och sektioner av kammarna och rullar. Excenterriktning nedåt. fig. 5 är en snittad utgående axel med sin lagring och med plattan och rullar. fig. 6 är excenterkugghjulet snittat med kam. 6 fig. 7 är fig. 5_i axialvy som visar en utföringsform där urtagen är radiellt öppna. fig. 8 är en snittad utgående axel med sin lagring och med plattan med klotsar och rullar. fig. 9 är excenterkugghjulet snittat med tappar. fig. 10 är fig. 8 i axialvy. fig. 11 är en FEM-beräkningsmodell för plattan. fig. 12 visar plattan i FEM-beräknat deformerat tillstånd (deformationen starkt förstorad).

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Fig. 1 visar en excenterväxel som innefattar en utföringsform enligtzuppfinningen. Excenterväxeln.innefattar en ingàngsaxel 11, en invändigt kuggad ring 12, ett excenterkugghjul 13, en utgående axel 14 och en platta 15.

Excenterkugghjulet 13 som är excentriskt lagrat på ingående axeln 11 rullar av mot den invändigt kuggade ringen 12. Då skillnaden i kuggantal är litet, företrädesvis en eller två kuggar mindre på excenterkugghjulet 13 kommer excenterkugghjulet 13 att långsamt rotera i motsatt rotation kring sin tyngdpunkt. Se f.ö. min WO 88/05508.

Excenterkugghjulet 13 utför alltså en snabb planetarisk rörelse kring ingående axeln. ll och en långsam rotation. kring sin tyngdpunkt. Denna långsamma planetrörelse skall överföras medelst kopplingsanordningen till en med utgående axeln 14 koncentrisk rörelse.

Fig. 2 visar plattan 22 med dess urtag i vilka tappar 24a, 24b, 25a och 25b är förspänt lagrade medelst rullar 26. Se fig. 3a och fig. 3b. n) 7 Fig. 2 visar plattan i läge A, dvs. då excenterkugghjulets 21 excenterriktning är riktad åt höger och därmed har dess tappar 24a och 24b dragit med sig plattan 22 åt höger.

Fig. 4 visar enligt fig. 2 men nu har ingående axeln vridit sig 90° och excentriciteten är riktad nedåt, läge B. Under excenterns riktningsändring från läge A till läge B har plattan återförts till koncentriskt läge relativt 'växelns axel samtidigt som excenterkugghjulets tappar 24a och 24b har rullat av i urtagen i plattan.

Fig. 5 visar utgående axeln 33 med dess integrerade kryss- rullelagring. Rullarna 32 verkar direkt mot utgående axeln 33 och det stationära huset 31 som utgör inner- resp. ytterring i lagringen. Genom denna konstruktion erhålles en mycket hög styvhet på lagringen vilket bidrar till växelns totala styvhet.

Utgående axeln 33 har två diametralt placerade axiellt riktade kammar 36a, 36b (fig. 7) som är förspänt lagrade till plattan 34 medelst rullar 35 i öppningen 38. Plattan 34 kan alltså röra sig linjärt en liten sträcka relativt utgående axeln 33.

Fig. 6 visar excenterkugghjulet 40 med kammar 37a, 37b diametralt placerade axiellt riktade. Dessa kammar är på likartat sätt lagrade i de övriga två öppningarna 38 (fig. 7) och medger att excenterhjulet kan röra sig linjärt relativt plattan 34.

Fig. 8 visar en likartad sektion som fig. 5 men där de in- tegrerade kammarna 36a, 37a har ersatts med tappar 42a, 42b på vilka klotsar 4la, 4lb (fig. 10) är lagrade. I de två andra öppningarna 38 är två andra likformade klotsar 44a, 44b lagrade.

Klotsarna har hål 45a, 45b i vilka tapparna 43a, 43b (fig. 9) införes vid hopmonteringen av växeln.

Detta utförande som beskrives ovan och i fig. 8-10 har den fördelen att en självinställning för att erhålla god lastför- delning mellan rullarna kan ske. 8 Fig. ll visar en beräkningsmodell för FEM (Finite Element Measurement). Rutmönstret utgöres av de finita elementen.

Urtagens öppningar utsättas för en jämnt fördelad last F.

Fig. 12 visar den deformerade plattan. Man kan här se att hålet i plattan deformeras elliptiskt och att en vinkeländring sker mellan de ursprungliga parallella ytorna. Av beräkningstekniska orsaker är deformationsfiguren inte symmetrisk vilket den blir i verkligheten. För att erhålla utböjningen skall man summera de två diametrala utböjningarna och dividera med två.

Den enligt ovan beskrivna uppbyggnaden av kopplingsanordningen medger en mycket styv momentöverföring. Plattan 34 kommer att utföra relativt utgående axeln 33 en linjär fram och återgående rörelse. Frekvensen på denna rörelse är lika som varvtalet per sekund på ingående axeln, dvs. det är en högfrekvent rörelse.

Plattans massa kommer alltså att orsaka en radiellt med utgående axeln 33 riktningskopplad högfrekvent dynamisk störkraft.

Storleken på denna kraft är en funktion av plattans massa, frekvens och amplitud.

Kännetecknen för denna typ av excenterväxel (se min WO 88/05508) är att excentriciteten är liten, vanligen i området 0.5-1.2 mm (beror bl.a. på utväxlingsförhållandet). I servosammanhang är det viktigt med låg nivå på vinkelvibrationer. Den radiellt riktade vibrationen är utan större betydelse och de praktiska erfaren- heterna är att man ej upplever någon märkbar störning.

För att minimera massan tillverkas plattan 34 lämpligen medelst precisionssmidning med efterföljande bearbetning såsom fräsning, härdning och slipning.

I enklare applikationer av växeln kan som ovan antytts rullarna antingen ersättas av kulor eller man kan använda glidlagring mellan kammarna och plattans urtag. För att vid glidlagring erhålla god livslängd bör endera glidytan utföras i ett lämpligt glidlagermaterial såsom acetalplast eller annan.plast eller någon yà-í. 9 typ av lagermetall._Vid relativt låga momentöverföringar kan plattan utformas helt eller delvis i plast eventuellt med fjädrande tungor eller dylikt för att åstadkomma glappfrihet. Även kugghjulet och utgående axeln kan utföras i lämplig plast där kammarna är integrerade.

Claims (9)

lO PATENTKRAV

1. Mekanism i en växel (ll-15) för överföring av ett kugghjuls (l3; 21; 40) kring sitt centrum låga rotationshastighet från dess kring en första axel höga planetariska rotationshastighet till en kring en andra axel centrisk rotation k ä n n e t e c k n a d av en platta (22) med fyra urtag (38) med ungefär jämn delning i vilka utväxter i form av axiellt riktade kammar (24a,b, 25a,b; 37a,b; 4la,b-44a,b) parvis placerade på kugghjulet (137 21, 40) och på en skiva (23) lagrad på den andra axeln är parvis med passning radiellt förskjutbara relativt plattan (22) varmed momentöverföringens tangentiellt riktade krafter samtliga ligger i ungefär plattans (22) samma axiella plan därigenom undvikande att plattan distorderas med åtföljande sänkning av momentstyv- heten.

2. Mekanism enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda första och andra axel är koncentriska.

3. Mekanism enligt krav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a d av att plattans fyra urtag är i form av radiellt öppna spår (38).

4. Mekanism enligt krav l-3, k ä n n e t e c k n a d av att endera anliggningsytan pà kammarna (24a,b, 25a,b; 37a,b; 4la,b, 42a,b, 43a,b, 44a,b) eller på plattans lagerytor är försedda med glidlagermaterial tillåtande högfrekvent glidning under' högt yttryck.

5. Mekanism enligt krav 1-3, k ä n n e t e c k n a d av* att rullar (26: 35) är placerade på vardera sidan av resp. kams (24a,b, 25a,b; 37a,b) radiellt riktade ytor och verkande mot de radiellt riktade ytorna i plattans urtag därigenom överförande ovan nämnda tangentiellt riktade krafter medelst rullfriktion.

6. Mekanism enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att rullarna utbytts mot kulor. 15 ll

7. Mekanism enligt krav 5 och 6, k ä n n e t e c k n a d av att rullkropparna (26; 35) har en sådan diameter och inbördes har sådan diameterskillnad att en hög förspänning liksom en i huvudsak jämnt fördelad last erhålles då plattan utsättes för en given moment-belastningsdeformation.

8. Mekanism enligt samtliga ovannämnda krav, k ä n n e - t e c k n a d av att i samband med finbearbetning av plattans anliggningsytor deformeras denna till sådan form som motsvarar ett visst högt momentuttag på växeln och därmed i drift erhålla optimal anliggning och därmed god lastfördelning över de bärande ytorna.

9. Mekanism enligt samtliga ovannämnda krav, k ä n n e - t e C k n a d av att ovan nämnda kammar utgöres av klotsar (4la,b, 44a,b) som med passning är lagrade på axiellt riktade pinnar (42a,b, 43a,b) infästa till kugghjulet (40) och utgående axelns axiella yta för att därigenom medge en självinställning som ger optimal lastfördelning.