SE513311C2 - Excenterväxel - Google Patents

Description

W Ü 20 25 35 513 311 2 Emellertid är de utförandeformer som exemplifieras i nämnda skrift så beskaffade att de skall förmå överföra jäm- förelsevis stora vridmoment till det drivna elementet. Av detta skäl har den làngsträckta kropp som bär innerkuggkransen ett jämförelsevis stort tröghetsmoment genom att vara kraftigt kon- struerad. I flertalet utförandeformer är sålunda kroppen rör- formig och utförd av massiv metall. De kända utförandena har därför visat sig vara mindre ändamålsenliga för sådana prak- tiska applikationer där kraven på höga vridmoment är måttliga, men kraven på kort bygglängd för växeln, konstruktiv enkelhet och tyst drift är desto större.

Uppfinningens syften och särdrag Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovan- nämnda brister hos den tidigare kända excenterväxeln och skapa en förbättrad excenterväxel. Ett grundläggande syfte är sålunda att skapa en excenterväxel med minimal bygglängd. Ett ytterli- gare syfte är att skapa en excenterväxel med låg ljudnivå. Ännu ett syfte är att skapa en excenterväxel med enkel mekanisk upp- byggnad vilken låter sig tillverkas på ett rationellt och kost- nadseffektivt sätt.

Enligt uppfinningen nås åtminstone det grundläggande syftet medelst de särdrag som är angivna i den kännetecknande delen av patentkravet 1. Föredragna utföranden av uppfinningen är vidare definierade i de osjälvständiga kraven.

Ytterli are bel snin av WO 95 00815 I fig 8 i ovannämnda WO 95/00815 exemplifieras ett utfö- rande som inbegriper en central axeltapp vilken vid en ände är vridstyvt förbunden med en hylsformig del av en kuggkransbä- rande stomme och vid motsatt ände förbunden med ett hjul med en tandning för ingrepp med en kätting eller kedja. I detta fall är emellertid tappen icke införd i något långsmalt hål i det drivna elementet och ej heller vridstyvt förbunden med detta i en punkt belägen djupt inne i det drivna elementet. 10 15 35 513 311 3 Kort beskrivning av bifogade ritningar På ritningarna är: Fig 1 en perspektivisk sprängvy visande vitala detaljer hos en genom WO 95/00815 känd excenterväxel, Fig 2 en perspektivvy av samma detaljer i sammansatt skick, Fig 3 en mot fig 1 svarande, perspektivisk sprängvy visande ett utförande av en excenterväxel enligt föreliggande Fig 4 en perspektivvy av de i fig 3 visade detaljerna i sam- mansatt skick, Fig 5 en schematisk längdsektion som med överdriven geometri àskàdliggör den grundläggande nutationsprincip som till- lämpas i den uppfinningsenliga växeln, Fig 6 en partiell perspektivvy visande en inre kuggkrans an- sluten till ett drivet element i form av en skruv, Fig 7 en perspektivisk sprängvy visande samma detaljer i åt- särat skick, Fig 8 en längdsektion genom ett ställdon i vilket ingår en ex- centerväxel enligt uppfinningen, Fig 9 en perspektivvy illustrerande ett alternativt utförande av uppfinningen, och Fig 10 en perspektivisk sprängvy visande åtskilda detaljer in- gående i växeln enligt fig 9.

Ytterligare belysning av teknikens ståndpunkt I fig 1 och 2 visas en genom WO 95/00815 tidigare känd excenterväxel 1. Ett första roterbart element är antytt vid 2, varjämte ett andra roterbart element är betecknat 3. I det vi- sade exemplet är elementet 2 drivande, medan elementet 3 är I exemplet utgör elemen- drivet, närmare bestämt via växeln 1. tet 2 del av en utgående axel hos en motor 4, t ex en elmotor.

Det andra elementet 3 exemplifieras av en skruv som kan ingå i godtyckligt applikationsobjekt, t ex ett ställdon enligt fig 8.

En komponent i växeln 1 utgörs av ett hus i form av en yttre ring 5 som är stationärt monterad, dvs stillastående, tillsammans med motorn 4. På sin insida uppvisar denna ring en första, yttre kuggkrans 6 vilken inbegriper ett visst antal inåt riktade kuggar. I praktiken kan kuggkransen vara cylinder- formad, d v s de enskilda kuggarna är làngsmala och sträcker 20 25 b: Un 513 311 4 sig parallellt med ringens 5 symmetriaxel (som sammanfaller med den utgående, drivande axelns geometriska rotationsaxel). Med kuggkransen 6 samverkar en andra kuggkrans 7 vilken inbegriper ett mindre antal utåtriktade, enskilda kuggar av vilka blott vissa står i ingrepp med den yttre kuggkransen 6. Denna inre kuggkrans 7, som i fortsättningen av beskrivningen benämns ex- centerkuggkrans, är i praktiken svagt konisk och konvergerar i riktning mot motorn. Excenterkuggkransen 7 är förbunden eller integrerad med en långsträckt kropp 8, vilken är i huvudsak rörformig. Vid den ände som är motsatt excenterkuggkransen 7 uppvisar kroppen 8 den ena hälften 9 av en bågtandkoppling vars andra hälft 9' till den första hälften 9 av bàgtandkopplingen är invändigt är vridstyvt förbunden med skruven 3. Tänderna placerade i den rörformiga kroppen 8, medan tänderna i den andra hälften 9' av kopplingen är utvändigt placerade på en navdel. Skruven 3 är lagrad i ett stationärt lager 10 i form av ett axiallager, t ex ett axialkullager.

De båda kuggkransarna 6, 7 har olika stora delningsdia- metrar. Närmare bestämt har den yttre kuggkransen 6 större dia- meter än excenterkuggkransen 7, varvid den sistnämnda inbegri- per färre kuggar än kuggkransen 6. Exempelvis kan ytterkugg- kransen 6 inbegripa 90 kuggar, medan excenterkuggkransen 7 in- begriper 89 kuggar (varvid utväxlingen blir 89:1). På ett sätt som i detalj beskrivs i WO95/00815 underkastas rörkroppen 8 en nuterande rörelse kring en nutationspunkt belägen i området av då densamma drivs förmedelst ett kul- (ej synlig), 12 betecknar en balansvikt bàgtandkopplingen 9, 9' lager 11 som samverkar med en excenterkropp vilken är buren på den utgående axeln 2. som balanserar ut excenterkroppen.

Såsom framgår av fig 2 bestäms växelns 1 totala bygg- längd L icke blott av bredden hos den stationära ringen 5, utan även av den axiella längden hos den del av rörkroppen 8 som sträcker sig mellan excenterkuggkransen 7 och rörkroppens mot- satta ändyta. I praktiken är rörkroppens 8 längd större än ringens 5 bredd. Exempelvis kan den totala bygglängden L uppgå till 44 mm, varvid ringens 5 bredd är ca 17 mm.

Kuggkransar i allmänhet har geometriska fel i form av kugg-till-kugg-fel och orundhet. Därest orunda kuggkransar an- vänds i excenterväxlar av det aktuella slaget uppkommer ett IO 20 25 35 513 311 5 "svävande" oljud som beror på att excenterkuggkransen har svårt att följa de orundheter som påverkar dess rotationsaxel genom att momentant tvingas accelerera och retardera. Av detta skäl är det angeläget att excenterkuggkransen jämte tillhörande bär- stomme har ett så lågt polärt tröghetsmoment som möjligt.

Av fig 1 skall noteras att rörkroppen är av relativt kraftigt utförande, varför densamma i praktiken har ett avse- värt tröghetsmoment. Om det antas att bàgtandkopplingen är oändligt styv och glappfri kommer det totala, polära tröghets- momentet hos excenterkuggkransen jämte rörkroppen att inkludera även det drivna elementets polära tröghetsmoment, som därmed blir mycket stort. För att reducera detta tröghetsmoment kan naturligtvis bágtandkopplingens torsionsstyvhet minskas, t ex genom att reducera styvheten i tänderna eller genom att införa någon typ av elastisk koppling. Nackdelen är emellertid fortfa- rande att excenterkuggkransen jämte rörkroppen i sig har ett relativt stort tröghetsmoment.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföranden av uppfinningen Nu hänvisas till övriga ritningsfigurer som illustrerar en excenterväxel enligt föreliggande uppfinning. I fig 3-10 har homologa detaljer samma hänvisningsbeteckningar som i fig 1 och 2.

Enligt uppfinningen har den làngsträckta kropp, som bär excenterkuggkransen 7, formen av en i förhållande till excen- terkuggkransens diameter smal stång 13 vilken är införd i ett grövre, långt hål i det drivna elementet 3. Detta hål framgår bäst av fig 8, där detsamma är betecknat 14. Vid en från excen- terkuggkransen fjärmad, fri ände är denna stång 13 vridstyvt förbunden med det drivna elementet i en punkt belägen djupt inne i hålet. Vid utförandet_enligt fig 8 visas hurusom stäng- ens fria ände är införd i ett säte 15 i området av en botten till hålet 14, varvid själva hålet 14 är grövre än sätet 15.

I det föredragna utförandet som exemplifieras i fig 3 är stången förbunden med det drivna elementet på mekanisk väg, närmare bestämt med hjälp av ett vid stángens fria ände utfor- mat hanorgan 16 med orund_tvärsnittsform, vilket griper in i ett djupt i det drivna elementet befintligt säte med analog, orund tvärsnittsform. I exemplet enligt fig 3 har hanorganet 16 W 20 25 35 513 s1i 6 (tillika med sätet) polygonal, närmare bestämt sexkantig tvär- snittsform. Hanorganet kan ha formen av ett huvud vilket är grövre än stången 13 i övrigt. I I praktiken kan stångens 13 diameter uppgå till högst 20%, excenterkuggkransens 7 diameter. Stångens längd bör i praktiken lämpligen högst 15%, samt lägst 4%, lämpligen lägst 6%, av vara minst lika stor som excenterkuggkransens 7 diameter.

I de visade utförandena är excenterkuggkransen 7 utfor- mad utmed periferin på en skivformig stomme 17 från vilken stången sticker ut centriskt och i rät vinkel mot stommens plan, närmare bestämt på ena sidan av stommen. Såsom framgår av fig 7 kan själva skivstommen 17 ha en tjocklek som är mindre än excenterkuggkransens 7 bredd eller axiella utsträckning, vari- genom innanför excenterkuggkransen avgränsas ett centralt ut- rymme 18. I detta utrymme 18 kan ett excentriskt rörligt kul- lager 11 härbärgeras. På i och för sig känt sätt är lagret 11 anordnat på en excenterkropp 11' på motorns 4 utaxel 2.

Nu hänvisas till fig 5 som schematiskt åskådliggör den nutationsprincip som tillämpas i den uppfinningsenliga växeln.

Det skall genast påpekas att denna bild för tydlighets bildande är förvrängd dels såtillvida att det drivna elementet 3 visas (i verkligheten är dels såtillvida att stångens 13 snedställningsvinkel är överdrivet på stort avstånd från huset eller ringen 5 elementets 3 ände belägen i omedelbar närhet av huset), stor. Stången 13 har en med A betecknad geometrisk symmetriaxel, som är generellt snedställd relativt en tänkt, geometrisk symmetriaxel B genom ytterkuggkransens 6 centrum.

Symmetriaxeln A visas i ett tillstånd då stången är utböjd ge- nom att vara införd i sätet 15 med åtminstone lätt presspass- ning. I ett teoretiskt tänkt, obelastat tillstånd skulle den med A' betecknade symmetriaxeln vara rak och mindre vinklad re- lativt symmetriaxeln B. Vinkeln a mellan geometriaxlarna A, B kan variera, men bör ligga i området 0,2 -2,0, lämpligen 0,3- 0,8°. Då kuggkransen 7 försätts i rörelse medelst det excent- riskt relativt axeln B rörliga lagret 11 rullar kuggkransen 7 av mot den yttre kuggkransen 6, varvid stången underkastas en nuterande eller vickande rörelse under vilken dess symmetriaxel A rör sig likt en generatris utmed en tänkt konyta, närmare be- stämt kring en med C betecknad nutationspunkt som är axiellt 10 25 b; LA 513 311 7 fjärmad ett betydande stycke från kuggkransarna 6, 7. Genom att ha lågt böjmotstànd kan stången härvid böjas ut på ovannämnda sätt. grundform med lilländar och storändar. Antag att ytterkuggkran- I praktiken har åtminstone excenterkuggkransen 7 konisk sen 6 inbegriper 100 kuggar, medan excenterkuggkransen 7 inbe- (t ex 5-8) grepp med ytterkuggkransen 6. För att det drivna elementet 3 griper 99 kuggar, av vilka blott vissa står i in- skall vrida sig 1 varv måste då excenterkuggkransen 7 rulla av 99 varv utmed ytterkuggkransen 6 (varvid drivaxeln roterar 99 varv). Med andra ord åstadkoms ett utväxlingsförhållande av 99:l.

I fig 8 åskådliggörs ett utförande vid vilket uppfin- ningen tillämpas i ett linjärt ställdon, som är avsett för hel- automatisk masstillverkning. Donet inbegriper ett yttre rör el- ler hölje 19. Inuti det yttre röret 19 är anordnat ett andra, kolvstångsliknande rör 20 som vid en inre ände står i gängingrepp med skruven 3. Axialkullagret 10 är fixerat genom plastisk deformation av röret. Vidare är den yttre kuggkransen 6 utformad direkt i röret 19, närmare bestämt genom plastisk deformation av detta. Det torde vara uppenbart att motorn 4 är fixerad inuti röret, varvid skruven 3 är roterbar, men axiellt orörlig relativt röret 19. Genom gängingreppet mellan skruven och det sekundära röret 20 kan det sistnämnda röret dock röra sig axiellt fram och åter relativt ytterröret 19.

Då den uppfinningsenliga excenterväxeln används i ett dylikt stålldon kan excenterkuggkransen 7 förfärdigas av form- sprutad plast eller annat halvstyvt, ehuru flexibelt material.

Excenterkuggkransen jämte tillhörande skivstomme 17 kan då vara utförda i ett stycke med stången 13, dvs även stången består av plast eller annat halvstyvt, ehuru flexibelt material, varige- nom stången får ett lågt böjmotstànd. Stången kan även utföras i metall eller annat material som förlänar stången större styv- het och böjmotstànd för att passa applikationer vid vilka kra- ven på vridstyvhet är större. Även i detta fall kan dock stången vara axiellt böjlig. Oavsett vilket material som ingår i själva stången 13 kan hanorganet eller sexkanthuvudet 16 med fördel bestå av plast eller annat halvstyvt, ehuru flexibelt material. 10 20 25 513 311 8 Hanorganet eller sexkanthuvudet 16 på stångens 13 fria ände är centrerat relativt nutationspunkten C (dvs huvudets ax- iella centrum är lokaliserad ungefär i nutationspunkten C). Även sätet 15 med motsvarande form är centrerat relativt nuta- tionspunkten.

Passningen mellan huvudet och sätet kan antingen utgöras av lätt presspassning eller uppvisa ett visst spel. I det förstnämnda fallet kommer stången 13 att böjas ut för att medge den excentriska rörelsen hos excenterkuggkransen under avrull- ningen mot ytterkuggkransen 6. Med andra ord måste stången i detta fall ha ett förhållandevis lågt böjmotstånd; något som i och för sig innebär att även torsionsvridmotståndet i densamma blir begränsat.

I fallet med visst spel medger spelet större snedställ- ning av stången. Såväl böjstyvheten som vridstyvheten hos stången kan därför vara större; något som möjliggör en högre styvhet i överföringen av vridmoment till det drivna elementet, dvs skruven 3. Genom lämpligt val av spel är det dock även tänkbart att ernå en viss böjning av stången och därmed glapp- frihet mellan det sexkantiga huvudet och det sexkantiga sätet.

Detta är viktigt ur ljudsynpunkt såtillvida att glappfriheten effektivt motverkar uppkomsten av oljud.

Begreppet "stång" sådant detta används i beskrivningen och efterföljande patentkrav skall tolkas i vidaste bemärkelse.

Istället för genuina rundstänger av massivt material kan även användas rör, varvid tvärsnittsformen kan i samtliga fall av- vika högst avsevärt från den cirkelrunda. Sålunda kan stången även ha polygonal tvärsnittsform. Vidare är det tänkbart att utforma stången utan förtjockat huvud. Exempelvis kan en tvär- snittsvis polygonal stång vara införd med sin fria ände i ett likaledes tvärsnittsvis polygonalt säte i botten av ett grövre hål. Hanorganet kan till och med vara klenare än stången i öv- rigt. Det är även tänkbart att förbinda stången med sätet på annat sätt än genom mekaniskt ingrepp. Sålunda kan stångens fria ände vara fastlimmad i sätet.

En väsentlig fördel med uppfinningen är att excenterväx- elns bygglängd kan avsevärt reduceras. Genom att den smala stången är införd i ett likaledes smalt hål i det drivna ele- mentet och vridstyvt förbundet med detta element i en djupt i f; W U 20 25 b) UI 513 311 9 elementet försänkt punkt kan det drivna elementet jämte till- hörande axiallager lokaliseras betydligt närmare det drivande elementet än vid konstruktionen enligt WO 95/00815. Såsom fram- går av fig 4 kan axiallagret 10 sålunda vara åtskilt från mo- torn 4 i huvudsak endast via kuggkransringen 5, varvid växelns bygglängd L' närmelsevis halveras i förhållande till byggläng- den L vid utförandet enligt fig 2, där ju rörkroppen 8 kräver avsevärt axiellt utrymme. _ I fig 9 och 10 illustreras schematiskt ett utförande vid vilket skruven 3 icke blott är roterbar utan även axiellt rör- lig. I detta fall står skruven i ingrepp med en invändig gänga (ej synlig) i ett block 21 (eller annan godtycklig komponent), varvid hålet inuti skruven utmed hela sin längd eller en stor del därav uppvisar polygonal eller annan tvärsnittsform sva- rande mot tvärsnittsformen hos stängens huvud eller hanorgan 16. Genom att på lämpligt sätt begränsa kuggkransens 7 axiella rörelseförmåga kommer huvudet 16 att i huvudsak stadigvarande vara lokaliserad i förutnämnda nutationspunkt, medan skruven under sin rotation rör sig i endera av två motsatta axialrikt- ningar.

Genom att i enlighet med uppfinningen utforma excenter- kugghjulet med en jämförelsevis smal stång ernäs en radikal re- ducering av komponentens massa och därmed dess tröghetsmoment.

Kugghjulet kan därför lätt följa de kuggfel som förekommer, vilket leder till en tystare gäng. För att ytterligare sänka ljudnivån kan kuggluckornas djup mellan kuggarna förändras; nå- got som är speciellt enkelt att utföra då kugghjulet skall for- mas av plast. Härvid kan ernäs en längre kugg som böjer ut mer än för en given belastning, varvid varje enskild kugg blir mer följsam gentemot den yttre kuggkransen. Det är även möjligt att bombera kuggarna i syfte att åstadkomma tyst drift genom att kantanliggning då undviks.

Förutom reducerad bygglängd och tyst drift medför den uppfinningsenliga växelkonstruktionen även den fördelen att kraven på uppriktning i samband med montering blir måttliga.

Vidare medges en enkel drivning av en i ett block gängad skruv samt förenklad vridmomentanslutning till skruven i samband med masstillverkning. 10 513 311 10 Tänkbara modifikationer av unnfinninqen Uppfinningen är ej begränsad blott till de ovan be- skrivna och på ritningarna visade utförandena. Sålunda kan den uppfinningsenliga växeln utnyttjas för vridmomentöverföring frán vilket som helst drivande, roterbart element till godtyck- liga, drivna element i vilka ett làngsmalt hål låter sig urta- gas. Ehuru hàlet i det drivna elementet i exemplen visats med väsentligen jämngrov, cylindrisk form är det även tänkbart att ge hålet annan form, t ex avsmalnande i riktning mot sätet för hanorganet.

Claims (11)

20 25 513 311 11 Patentkrav

1. Excenterväxel för att överföra vridmoment eller kraft mellan och ett innefattande två samverkande kuggkransar (6, roterbara element (2, 3), av vilka ett är drivande (2) (3), 7) med olika stora delningsdiametrar, annat drivet av vilka en första, yttre krans (6) med en största diameter uppvisar ett visst antal in- åtriktade kuggar, och en andra, inre kuggkrans (7) uppvisar ett mindre antal utåtriktade kuggar av vilka blott vissa står i in- grepp med den yttre kuggkransen (6) genom att den inre kugg- kransen (7) är excentriskt rörlig och rullningsbar relativt den (6), förbunden med en långsträckt kropp, vilkens geometriska rota- är snedställd relativt en geometrisk symmetriaxel (6) centrum och vilken under inner- yttre närmare bestämt genom att den inre kuggkransen är tionsaxel (A) (B) genom ytterkuggkransens kuggkransens avrullning mot ytterkuggkransen underkastas en nu- terande rörelse under vilken kroppens rotationsaxel rör sig likt en generatris utmed en tänkt kons mantelyta, nämligen kring en nutationspunkt (C) som är axiellt fjärmad från kugg- kransarna (6, 7), varvid sagda kropp i ett område, som är i hu- vudsak lika långt fjärmat från kuggkransarna som nutationspunk- ten, (3), varvid utväxlingen mellan sagda element är avhängig av det to- är vridstyvt hopkopplad med det drivna elementet och tala antalet kuggar i respektive kuggkransar, k ä n n e t e c k n a d därav, att den långstråckta kroppen utgörs av en i förhållande till innerkuggkransens (7) diameter smal stång (13) vilken är införd i ett grövre, långt hål (14) i det drivna elementet (3) och vilken i området av en från inner- fri ände är vridstyvt förbunden med det (14). kuggkransen fjärmad, drivna elementet (3) i en punkt (15) belägen inne i hålet

2. Excenterväxel enligt krav 1, k å n n e t e c k n a d därav, att stången (13) är förbunden med det drivna elementet (3) på nämligen med hjälp av ett vid stångens fria ände (16) med orund tvärsnittsform, vilket griper in ett i hålet format säte (15) mekanisk väg, utformat hanorgan med analog, orund tvärsnitts- form. W U 20 25 35 513 12 311

3. Excenterväxel enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att hanorganet utgörs av ett huvud (16) som är grövre än stången (13) i övrigt.

4. Excenterväxel enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d därav, att stángens (13) diameter uppgår till högst 20%, lämpligen högst 15%, samt lägst 4%, lämpligen lägst 6%, av innerkuggkransens (7) diameter.

5. Excenterväxel enligt något av föregående krav, k ä n n e - att innerkuggkransen (7) är anordnad ut- (17) t e c k n a d därav, med periferin på en skivformig stomme från vars ena sida stången sticker ut i rät vinkel mot stommens plan.

6.Excenterväxel enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att innerkuggkransen (7) jämte åtminstone delar av tillhörande skivstomme (17) består av ett halvstyvt, ehuru flexibelt mate- rial, t ex plast.

7. Excenterväxel enligt något av föregående krav k ä n n e - t e c k n a d därav, att stången (13) består av ett halvstyvt, ehuru flexibelt material, t ex plast.

8. Excenterväxel enligt något av kraven 3-7, k ä n n e - t e c k n a d därav, att huvudet (16) består av ett halvstyvt, ehuru flexibelt material såsom plast.

9. Excenterväxel enligt kraven 6-8, k ä n n e t e c k n a d därav, (13), huvudet (16) jämte tillhörande innerkuggkrans (7) stycke av ett halvstyvt, ehuru flexibelt material, att stången och skivstommen (17) är utförda i ett enda t ex plast.

10. Excenterväxel enligt något av kraven 5-9, k ä n n e - att innerkuggkransens (7) bredd är större tjocklek för att på den sida på skivstom- för t e c k n a d därav, (17) men som är motsatt stången (13) ett lager (ll) som är excentriskt lokaliserat relativt det dri- vande elementets rotationsaxel (2). än skivstommens avgränsa ett utrymme (l8) 513 311 13

11. ll. Excenterväxel enligt något av kraven 2-10, k ä n n e - t e c k n a d därav, att det drivna elementet (3) är axiellt rörligt relativt stången (13).