RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 164105 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 288497 Urząd Patentowy (22) Data zgłoszenia: 20.12.1990 Rzeczypospolitej Polskiej (51) IntCl5: F16H 1/16 F16H 57/12 (54) Przekładnia ślimakowa do bezluzowego przenoszenia momentów obrotowych (43) Zgłoszenie ogłoszono: 17.06.1991 BUP 12/91 (73) Uprawniony z patentu: Wyższa Szkoła Inżynierska, Koszalin, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.06.1994 WUP 06/94 (72) Twórcy wynalazku: Wojciech Kacalak, Koszalin, PL Jerzy Ryckiewicz, Koszalin, PL Stanisław Ziółkowski, Koszalin, PL (57) 1. Przekładnia ślimakowa do bezluzowego przenoszenia momentów obrotowych, zawierająca osadzone obrotowo w korpusie: wałek napędzający ze ślimakiem oraz umieszczony w stałej odległości od wałka napędzającego, usytuow any w płaszczyźnie prostopadłej, wałek napędzany ze ślimacznicą, znamienny tym, że ślimacznica (4) powiązana jest z wałkiem napędzanym (3) sprężystym elementem podatnym w postaci tulei cienkościennej (5), zaś rzeczyw ista, ustalona konstrukcyjnie odległość osi ślimaka (2) i wałk a napędzanego (3) jest mniejsza od połowy sumy średnic podziałowych ślimaka (2) i ślimacznicy (4), w zakresie wywołującym stałe odkształcenie sprężyste ślimacznicy (4) i/albo tulei cienkościennej (5). CL Fig. 1
Przekładnia ślimakowa do bezluzowego przenoszenia momentów obrotowych Zastrzeżenia patentowe 1. Przekładnia ślimakowa do bezluzowego przenoszenia momentów obrotowych, zawierająca osadzone obrotowo w korpusie: wałek napędzający ze ślimakiem oraz umieszczony w stałej odległości od wałka napędzającego, usytuowany w płaszczyźnie prostopadłej, wałek napędzany ze ślimacznicą, znamienny tym, że ślimacznica (4) powiązana jest z wałkiem napędzanym (3) sprężystym elementem podatnym w postaci tulei cienkościennej (5), zaś rzeczywista, ustalona konstrukcyjnie odległość osi ślimaka (2) i wałka napędzanego (3) jest mniejsza od połowy sumy średnic podziałowych ślimaka (2) i ślimacznicy (4), w zakresie wywołującym stałe odkształcenie sprężyste ślimacznicy (4) i/albo tulei cienkościennej (5). 2. Przekładnia według zastrz. 1, znamienna tym, że tuleja cienkościenna (5) ma kształt walcowego kubka z pogrubionym dnem (6), korzystnie wyposażonym w centralny otwór, umożliwiającym kołnierzowe połączenie z wałkiem napędzanym (3) oraz ma na obwodzie wieniec ślimacznicy (4) o płaszczyźnie symetrii (P) prostopadłej do nominalnej osi tulei i oddalonej od dna (6) na odległość (L1) nie mniejszą niż połowa średnicy tulei (D), korzystnie zbliżoną do średnicy tulei (D). 3. Przekładnia według zastrz. 2, znamienna tym, że wieniec ślimacznicy (4) jest sztywny w zakresie przewidywanych sił odkształcających. 4. Przekładnia według zastrz. 2, znamienna tym, że wieniec ślimacznicy (4) jest sprężyście odkształcalny w zakresie przewidywanych sił odkształcających. 5. Przekładnia według zastrz. 2, albo 3, albo 4, znamienna tym, że tuleja cienkościenna (5) ma wieniec ślimacznicy (4) usytuowany pomiędzy dnem (6) a przeciwległym końcem (7), korzystnie w połowie długości całkowitej (L1), zaś koniec (7) tulei jest podparty na przedłużonym wałku napędzanym (3) najkorzystniej pierścieniem (8), a przedłużony wałek napędzany (3) swym końcem (9) osadzony jest obrotowo w korpusie (1) za pośrednictwem łożyska (10). * * * Przedmiotem wynalazku jest przekładnia ślimakowa do bezluzowego przenoszenia momentów drobnych, której konstrukcja zapewnia samoczynne kasowanie luzów międzyzębnych w strefie zazębienia ślimaka i ślimacznicy, przy zachowaniu korzystnych własności dynamicznych przekładni. 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 137 131 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 ściskanie przy pomocy mechanizmu przesuwnego w postaci podkładki i nakrętki. Wadą tej przekładni jest podatność na zginanie uzwojeń, osadzonych suwliwie na trzpieniu, pod
164 105 3 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, zapewniającej samoczynne kasowanie luzów międzyzębnych w strefie zazębienia ślimaka i ślimacznicy, przy zachowaniu korzystnych własności dynamicznych, zwłaszcza w zakresie przenoszenia dużych i zmiennych momentów obrotowych oraz tłumienia drgań. Przekładnia ślimakowa do bezluzowego przenoszenia momentów obrotowych według wynalazku charakteryzuje się tym, że ślimacznica powiązana jest z wałkiem napędzanym sprężystym elementem podatnym w postaci tulei cienkościennej, zaś rzeczywista, ustalona konstrukcyjnie odległość od ślimaka i wałka napędzanego jest mniejsza od połowy sumy średnic podziałowych ślimaka i ślimacznicy, w zakresie wywołującym stałe odkształcenie sprężyste tulei cienkościennej i/albo ślimacznicy. Przyjęcie takiej koncepcji konstrukcyjnej przekładni umożliwia samoczynne eliminowanie luzów międzyzębnych w strefie zazębienia ślimaka i ślimacznicy, w zakresie wywołanych konstrukcyjnie odkształceń sprężystych tulei cienkościennej, przy założeniu sztywnego i nieodkształconego wieńca ślimacznicy, albo odkształceń sprężystych tulei cienkościennej i wieńca ślimacznicy, przy założeniu stosowania odkształcalnego wieńca ślimacznicy. Tuleja cienkościenna zastosowana jako element pośredni, wiążący ślimacznicę i wałek napędzany, charakteryzuje się dużą sztywnością skrętną, co zapewnia możliwość przenoszenia przez przekładnię relatywnie dużych i zmiennych momentów obrotowych oraz mocy, przy zachowaniu dobrej wierności kinematycznej, a przy tym dobrze tłumi drgania. Następne korzyści uzyskuje się, jeżeli tuleja cienkościenna ma kształt walcowego kubka z pogrubionym dnem, najkorzystniej wyposażonego w centralny otwór, umożliwiającym kołnierzowe połączenie z wałkiem napędzanym. Zapewnia to możliwość dogodnego i pewnego połączenia tulei cienkościennej z wałkiem napędzanym, które to części, ze względu na odmienny kształt i spełniane funkcje powinny być wytworzone w odrębnych procesach i z różnych materiałów. Tuleja cienkościenna ma ponadto na obwodzie wieniec ślimacznicy o płaszczyźnie symetrii prostopadłej do nominalenj osi tulei i oddalonej od dna na odległość nie mniejszą niż połowa średnicy tulei, korzystnie zbliżoną do średnicy tulei. Zakładane proporcje wymiarowe tulei oraz usytuowanie płaszczyzny symetrii zapewniaja prawidłowe działanie przekładni w warunkach eksploatacji. Dalsze korzyści uzyskuje się, jeśli wieniec ślimacznicy jest sztywny w zakresie przewidywanych dla przekładni sił odkształcających. W takiej przekładni odkształceniom sprężystym ulega jedynie tuleja cienkościenna, natomisat sztywny wieniec ślimacznicy pozostaje nieodkształcony i w takiej postaci jest on sprężyście dociskany przez tuleję cienkościenną do ślimaka. Rozwiązanie takie ułatwia wykonanie uzębień ślimaka oraz śliamcznicy, ponieważ pozwala na wykonanie zębów normalnych, dla ślimacznicy ewolwentowych, bez konieczności korygownia ich zarysu. Inne korzyści, według drugiej wersji wynalazku, uzyskuje się jeżeli wieniec ślimacznicy jest sprężyście odkształcalny w zakresie przewidywanych sił odkształcających. W takim przypadku odkształceniom sprężystym ulega zarówno tuleja cienkościenna, jak i wieniec ślimacznicy, którego obwód w strefie zazębienia ze ślimakiem ulaga spłaszczeniu, przez co wydłuża się strefa zazębienia i przy odpowiednim do przewidywanych odkształceń, prawidłowym zarysie zębów zmniejszają się naciski powierzchniowe oraz luzy międzyzębne. Dalsze korzyści uzyskuje się, jeżeli tuleja cienkościenna ma wieniec ślimacznicy usytuowany pomiędzy dnem a przeciwległym końcem, najkorzystniej w połowie długości całkowitej tulei cienkościennej. W rozwiązaniu takim swobodny koniec tulei cienkościennej podparty jest na przedłużonym wałku napędzanym, najkorzystniej pierścieniem. Przedłużony wałek napędzany swym końcem, od strony pierścienia podpierającego tuleję cienkościenną, osadzony jest obrotowo w korpusie za pośrednictwem łożyska. Konstrukcja taka zapewnia zwiększoną sztywność przekładni oraz zdolność do przenoszenia większych momentów brotowych. Przekładnia charakteryzuje się też większą wytrzymałością zmęczeniową ze względu na bardziej równomierne i symetryczne odkształcenia tulei cienkościennej.
4 164 105 Wynalazek przedstawiony został w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje przekrój osiowy przekładni z wałkiem napędzanym podpartym jednostronnie, natomiast fig. 2 - przekrój osiowy drugiej wersji wynalazku z wałkiem napędzanym podpartym dwustronnie. Przekładnia ślimakowa do bezluzowego przenoszenia momentów obrotowych zawiera osadzone 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 w wałkiem napędzanym 3 sprężystym elementem podatnym w postaci tulei cienkościennej 5. Rzeczywista, ustalona konstrukcyjnie odległość osi ślimaka 2 i wałka napędzanego 3 jest mniejsza od połowy sumy średnic podziałowych ślimaka 2 i ślimacznicy 4, w zakresie wywołującym stałe odkształcenie sprężyste ślimacznicy 4 i/albo tulei cienkościennej 5. Tuleja cienkościenna 5 ma kształt walcowego kubka z pogrubionym dnem 6, wyposażonym w centralny otwór, umożliwiającym kołnierzowe połączenie z wałkiem napędzanym 3. Ponadto tuleja cienkościenna 5 ma na obwodzie wieniec ślimacznicy 4 o płaszczyźnie symetrii P prostopadłej do nominalnej osi tulei cienkościennej 5 i oddalonej od dna 6 na odległość L1 równą średnicy tulei D. W zależności od wersji wynalazku, wieniec ślimacznicy 4 jest sztywny w zakresie przewidywanych sił odkształcających i wtedy, w wyniku działania tych sił, odkształceniu sprężystemu ulega jedynie tuleja cienkościenna 5, albo też wieniec ślimacznicy 4 jest sprężyście odkształcalny i wtedy odkształca się on sprężyście wraz z tuleją. W drugiej wersji wynalazku przedstawionej na fig. 2 tuleja cienkościenna 5 ma wieniec ślimacznicy 4 usytuowany pomiędzy dnem 6 a przeciwległym końcem 7, w połowie długości całkowitej L2 tulei. Koniec 7 tulei cienkościennej 5 podparty jest na przedłużonym wałku napędzanym 3 pierścieniem 8. Przedłużony wałek napędzany 3, swym końcem 9, osadzony jest obrotowo w korpusie 1 za pośrednictwem łożyska 10. 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 i tulei cienkościennej 5, na wałek napędzany 3. Konstrukcyjnie ustalona, rzeczywista odległość osi ślimaka 2 i wałka napędzanego 3, mniejsza od połowy sumy średnic podziałowych ślimaka 2 i ślimacznicy 4, powoduje odkształcenie sprężyste wieńca ślimacznicy 4 i/albo tulei cienkościennej 5. Podczas pracy pzrekładni, odkształcone sprężyście elementy wywołują w strefie zazębienia promieniowy docisk uzębionego obwodu ślimacznicy 4 do obwodu ślimaka 2, co umożliwia samoczynne kasowanie obwodowych luzów międzyzębnych. W drugiej wersji przekładni, przedstawionej w przykładzie wykonania na fig. 2, następuje symetryczne, względem płaszczyzny symetrii P, odkształcenie obydwu końców tulei cienkościennej 5. Ma to wpływ na zwiększenie dokładności zazębienia ślimaka 2 i ślimacznicy 4 oraz na poprawę warunków pracy przekładni ślimakowej.
Fig. 2 164105
164 105 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł