Precyzyjna przekładnia ślimakowa

Transkrypt

1 RZECZPO SPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: ( 5 1 ) IntCI5: F16H 1/16 F16H 57/02 Urząd Patentowy (22) Data zgłoszenia: Rzeczypospolitej Polskiej Precyzyjna przekładnia ślimakowa ( 5 4 ) (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 15/91 (73) Uprawniony z patentu: Wyższa Szkoła Inżynierska, Koszalin, PL (72) Twórcy wynalazku: (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: Wojciech Kacalak, Koszalin, PL Jerzy Ryckiewicz, Koszalin, PL WUP 06/94 PL B1 (57) 1. Precyzyjna przekładnia ślimakowa bezluzowa, zawierająca osadzone obrotowo w korpusie: wałek napędzający ze ślimakiem oraz umieszczony w stałej odległości do wałka napędzającego, usytuowany w płaszczyźnie prostopadłej wałek napędzany ze ślimacznicą, znamienna tym, że ślimacznica (4) powiązana jest z wałkiem napędzanym (3) sprężystym elementem podatnym w postaci tulei cienkościennej (5), a ponadto wyposażona jest w regulowany, osiowy mechanizm dociskowy (6) wymuszający sprężyste odkształcenia tulei cien kościennej (5) wraz z usytyuowanym na jej obwodzie wieńcem ślimacznicy (4), w celu bezstopniowego zwiększania średnicy wieńca ślimacznicy (4).

2 Precyzyjna przekładnia ślimakowa Zastrzeżenia patentowe 1. Precyzyjna przekładnia ślimakowa bezluzowa, zawierająca osadzone obrotowo w korpusie: wałek napędzający ze ślimakiem oraz umieszczony w stałej odległości do wałka napędzającego, usytuowany w płaszczyźnie prostopadłej wałek napędzany ze ślimacznicą, znamienna tym, że ślimacznica (4) powiązana jest z wałkiem napędzanym (3) sprężystym elementem podatnym w postaci tulei cienkościennej (5), a ponadto wyposażona jest w regulowany, osiowy mechanizm dociskowy (6) wymuszający sprężyste odkształcenia tulei cienkościen nej (5) wraz z usytyuowanym na jej obwodzie wieńcem ślimacznicy (4), w celu bezstopniowego zwiększania średnicy wieńca ślimacznicy (4). 2. Przekładnia według zastrz. 1, znamienna tym, że tu leja cienkościenna (5) ma kształt walcowy i w połowie długości ma na obwodzie ukształtowany wieniec ślimacznicy (4), natomiast jej obydwa końce (7 i 8) maja pogrubione ścianki i wyposażone są w zewnętrzne stożkowe fazy (9 i 10) oraz wewnętrzne, usytuowane od strony ślimacznicy (4), obwodowe progi (11 i 12), obejmujące bezluzowo wałek napędzany (3), przy czym średnice wewnętrzne pozostałych części tulei cienkościennej (5) oraz jej końców (7 i 8) są wyraźnie większe od średnicy obejmowanego wałka napędzanego (3). 3. Przekładnia według zastrz. 2, znamienna tym, że tuleja cienkościennna (5) w jednym końcu podparta jest osiowo kołnierzem (13) wałka napędzanego (3) mającym czołowe podcięcie (14) z wewnętrzną stożkową fazą, a w drugim końcu dociskana jest osiowo przez tuleję (15) z wewnętrzną stożkową fazą, przy czym kąty i średnice zewnętrznych stożkowych faz (9 i 10) tulei cienkościennej (5) oraz wewnętrznych stożkowych faz podcięcia (14) kołnierza (19) i tulei (15) są zgodne, zaś ich powierzchnie stykają się i przenoszą naciski osiowe, natomiast mechanizm dociskowy (6) ma postać nakrętki osadzonej na gwintowanym czopie (16) wałka napędzanego (3) i czołowo wywiera nacisk osiowy na tuleję (15), najkorzystniej za pośrednictwem pierścienia wewnętrznego łożyska tocznego (17). 4. Przekładnia według zastrz. 2, albo 3, znamienna tym, że co najmniej jeden koniec (7) tulei cienkościennej (5) oraz korzystnie tuleja (15) są ustalone na wałku napędzanym (3) przy pomocy wpustów (18 i 19). * * * Przedmiotem wynalazku jest precyzyjna przekładnia ślimakowa, której konstrukcja umożliwia osiowe regulowanie i kasowanie luzów międzyzębnych w strefie zazębienia ślimaka i ślimacznicy, przy zachowaniu zdolności przekładni do przenoszenia dużych momentów obrotowych oraz korzystnych własności dynamicznych. Przekładnia przewidziana jest do zastosowania w układach, gdzie wymagana jest duża dokładność kinematyczna, zwłaszcza w mechanizmach precyzyjnych przemieszczeń oraz w układach wymagających dużej równomierności ruchu i dobrego tłumienia przy zmiennych obciążeniach. Znane są klasyczne przekładnie ślimakowe zawierające osadzone obrotowo w korpusie: wałek napędzający ze ślimakiem oraz umieszczony w stałej odległości od wałka napędzającego, usytuowany w płaszczyźnie prostopadłej wałek napędzany ze ślimacznicą. Wadą klasycznej przekładni jest nie dający się wyeliminować i powiększający się w miarę zużycia eksploatacyjnego luz międzyzębny, powodujący niedokładności kinematyczne w układach przenoszenia napędu. Znana jest też z polskiego opisu patentowego nr bezluzowa przekładnia ślimakowa, w której ślimak jest wydrążony osiowo, wydrążeniem o średnicy równej lub nieco większej od średnicy dna wrębów. Ślimak osadzony jest suwliwie na trzpieniu i ustalony osiowo w części zawierającej rdzeń. Bezrdzeniowa część ślimaka poddawana jest regulacji przez rozciąganie lub

3 ściskanie przy pomocy mechanizmu przesuwnego w postaci podkładki i nakrętki. Wadą tej przekładni jest podatność na zginanie uzwojeń osadzonych suwliwie na trzpieniu pod wpływem sił osiowych działających na ślimak w czasie pracy przekładni, przez co przekładnia zdolna jest do precyzyjnego przenoszenia jedynie niewielkich momentów obrotowych. Celem wynalazku było opracowanie konstrukcji przekładni ślimakowej, umożliwiającej osiowe regulowanie i kasowanie luzów międzyzębnych w strefie zazębienia ślimaka i ślimacznicy, przy zachowaniu dobrych własności dynamicznych przekładni, zwłaszcza w zakresie przenoszenia dużych i zmiennych momentów obrotowych oraz tłumienia drgań. Przekładnia ślimakowa według wynalazku charakteryzuje się tym, że ślimacznica powiązana jest z wałkiem napędzanym sprężystym elementem podatnym w postaci tulei cienkościennej. Przekładnia wyposażona jest ponadto w regulowany, osiowy mechanizm dociskowy, wymuszający sprężyste odkształcenia tulei cienkościennej, wraz z usytuowanym na jej obwodzie wieńcem ślimacznicy, w celu bezstopniowego zwiększania średnicy wieńca ślimacznicy. Rozwiązanie takie umożliwia równomierne, promieniowe przemieszczanie zębów ślimacznicy, między innymi w kierunku osi ślimaka, co powoduje zbliżenie zębów ślimacznicy do zębów ślimaka, a tym samym zmniejszenie luzów. Na uzyskanie korzystnych skutków wynalazku ma wpływ, jeżeli tuleja cienkościenna ma kształt walcowy i w połowie długości ma na obwodzie wieniec ślimacznicy. Natomiast obydwa końce tulei cienkościennej mają pogrubione ścianki i wyposażone są w zewnętrzne stożkowe fazy oraz wewnętrzne, usytuowane od strony ślimacznicy, obwodowe progi, obejmujące bezlu zowo wałek napędzany. Poza progami, średnice wewnętrzne pozostałych części tulei cienkościennej oraz jej końców są wyraźnie większe od średnicy obejmowanego wałka napędzanego. Takie ukształtowanie tulei cienkościennej umożliwia pożądaną, sprężystą deformację tulei, w zwłaszcza usytuowanego w środkowej części, na jej obwodzie, wieńca ślimacznicy, pod wpływem osiowych sił ściskających. Siły te, przyłożone do powierzchni stożkowych faz, powodują obwodowe, dośrodkowe przegięcie końców na progach i w rezultacie wymuszają naprężenia rozciągające obwodu ślimacznicy, co przejawia się zwiększeniem średnicy wieńca ślimacznicy. Następne korzyści uzyskuje się, jeśli tuleja cinkościenna w jednym końcu podparta jest osiowo kołnierzem wałka napedzanego, mającym czołowe podcięcie z wewnętrzną stożkową fazą, a w drugim końcu dociskana jest osiowo przez tuleję z wewnętrzną stożkową fazą. Kąty i średnice zewnętrznych stożkowych faz tulei cienkościennej oraz wewnętrznych stożkowych faz kołnierza i tulei są zgodne, zaś ich powierzchnie stykają się i przenoszą naciski osiowe. Natomiast mechanizm dociskowy ma postać nakrętki osadzonej na gwintowanym czopie wałka napędzanego i czołowo wywiera nacisk osiowy na tuleję, najkorzystniej za pośrednictwem pierścienia wewnętrznego łożyska tocznego. Rozwiązanie podparcia tulei cienkościennej oraz elementy mechanizmu dociskowego są łatwe do wykonania, a przy tym zapewniają możliwość dogodnej regulacji naprężenia tulei cienkościennej i są pewne w działaniu. Dalsze korzyści z wynalazku uzyskuje się, jeśli co najmniej jeden koniec tulei cienkościennej oraz korzystnie dociskowa tuleja są ustalone na wałku napędzanym przy pomocy wpustów. Rozwiązanie takie zapewnia jednoznaczne ustalenie ślimacznicy względem wałka napędzanego i umożliwia przenoszenie przez przekładnię większych momentów obrotowych. Wynalazek przedstawiony został w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, który ilustruje budowę przekładni w przekroju osiowym przez wałek napędzany. Precyzyjna przekładnia ślimakowa zawiera osadzony obrotowo w korpusie 1 wałek napędzający ze ślimakiem 2 oraz umieszczony w stałej odległości od wałka napędzającego, usytuowany w płaszczyźnie prostopadłej wałek napędzany 3 ze ślimacznicą 4. Ślimacznica 4 powiązana jest z wałkiem napędzanym 3 sprężystym elementem podatnym w postaci tulei cienkościennej 5. Ponadto przekładnia wyposażona jest w regulowany, osiowy mechanizm dociskowy 6, wymuszający sprężyste odkształcenia tulei cienkościennej 5 wraz z usytuowanym na jej obwodzie wieńcem ślimacznicy 4, w celu bezstopniowego zwiększania średnicy wieńca ślimacznicy 4. Tuleja cinkościenna 5 ma kształt walcowy i w połowie długości ma na obwodzie ukształtowany wieniec ślimacznicy 4, natomiast jej obydwa końce 7 i 8 mają pogrubione ścianki i wyposażone są w wewnętrzne, stożkowe fazy 9 i 10 oraz wewnętrzne, usytuowane od strony

4 ślimacznicy 4 obwodowe progi 11 i 12, obejmujące bezluzowo wałek napędzany 3. Średnice wewnętrzne pozostałych części tulei cienkościennej 5 oraz jej koiiców 7 i 8 są wyraźnie większe od obejmowanego przez progi 11 i 12 watka napędzanego 3. Tuleja cienkościenna 5 w jednym końcu podparta jest osiowo kołnierzem 13 wałka napędzanego 3. Kołnierz 13 ma czołowe podcięcie 14 z wewnętrzną stożkową fazą, stykającą się z fazą 9 końca 7 tulei cienkościennej 5. W drugim końcu tuleja cienkościenna 5 dociskana jest osiowo prze tuleję 15 z wewnętrzną stożkową fazą, stykającą się z fazą 10 końca 8. Kąty i średnice zewnętrznych stożkowych faz 9 i 10 tulei cienkościennej 5 oraz wewnętrznych stożkowych faz podcięcia 14 kołnierza 13 i tulei 15 są zgodne i ich powierzchnie, odpowiednio parami stykają się. Natomiast mechanizm dociskowy 6 ma postać nakrętki osadzonej na gwintowanym czopie 16 wałka napędzanego 3 i czołowo wywiera nacisk osiowy na tuleję 15 za pośrednictwem pierścienia wewnętrznego łożyska tocznego 17. Koniec 7 tulei cienkościennej 5 oraz tuleja 15 są ustalone na wałku napędzanym 3 przy pomocy wpustów 18 i 19. Mechanizm dociskowy 6 ustalony jest na czopie 16 przy pomocy zaciskowego wkręta 20 oraz wyposażony na zewnętrznym czole w otwory 21 pod klucz specjalny. Ponadto mechanizm dociskowy 6 zamknięty jest pokrywą 22 mocowaną do korpusu 1. Pokazana w przykładach wykonania na rysunku przekładnia działa w ten sposób, że moment obrotowy z wałka napędzającego i zespolonego z nim ślimaka 2 przekazywany jest za pośrednictwem ślimacznicy 4, tulei cienkościennej 5 oraz wpustów 18 i 19 na wałek napędzany 3. Pod wpływem osiowego nacisku wymuszanego przez pokręcanie nakrętki mechanizmu dociskowego 6 na nagwintowanym czopie 16, przemieszczaniu osiowemu na wałku napędzanym 3 ulega łożysko toczne 17, a wraz z nim tuleja 15, stykająca się czołowo z jednej strony z pierścieniem wewnętrznym łożyska tocznego 17, z drugiej zaś strony stożkową, wewnętrzną fazą opiera się na fazie 10 końca 8 tulei cienkościennej 5. W wyniku osiowych przemieszczeń i nacisków tulei 15, tuleja cienkościenna 5, podparta tak samo w końcu 7 kołnierzem 13 wałka napędzanego 3, ulega sprężystej deformacji, symetrycznej osiowo i względem płaszczyzny symetrii wieńca ślimacznicy 4. Granice zmienności znaków naprężeń i odkształceń tulei cienkościennej 5 wyznaczają progi 11 i 12 w ten sposób, że końce 7 i 8 ulegają naprężeniom ściskającym, powodującym zmniejszenie ich średnicy, natomiast środkowa część tulei cienko ścinnej 5, pomiędzy progami 11 i 12, wraz z usytuowanym na jej obwodzie wieńcem ślimacznicy 4, ulega naprężeniom rozciągającym, powodującym zwiększenie średnicy, w tym także zwiększenie podziałki uzębienia ślimacznicy 4. Rezultatem zwiększenia obwodu i średnicy podziałowej ślimacznicy 4 oraz zwiększenia podziałki uzębienia ślimacznicy 4 jest zmniejszenie, a następnie całkowite skasowanie luzów międzyzębnych w strefie zazębienia ślimaka 2 i ślimacznicy 4. Odpowiedni dobór oraz różnica grubości ścianek końców 7 i 8 oraz środkowej, sytuującej wieniec ślimacznicy 4, części tulei cienkościennej 5 umożliwia nadmierną regulację luzów międzyzębnych, to jest wywołanie odkształceń tulei cienkościennej 5 większych, niż powodujących wzajemne, boczne zetknięcie się zębów ślimaka 2 i ślimacznicy 4, co z kolei powoduje dodatkowe, niesymetryczne osiowo odkształcenie sprężyste tulei cienkościennej, usytuowane bezpośrednio nad strefą zazębienia. Odkształcenia te w granicach sprężystości dodatkowo eliminują luzy, mogące wynikać z nierównomiernej grubości zębów lub nierównomiernych promieni działania ślimaka 2 i ślimacznicy 4, spowodowanych niedokładnością wykonania lub zużyciem elementów przekładni. Po dokonaniu regulacji mechanizm dociskowy 6 ustala się przez dokręcenie zaciskowego wkręta 20, zaś dostęp do tego mechanizmu zabezpiecza się pokrywą 22.

5

6 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena zł