ES2223633T3 - Engranaje angular. - Google Patents

Abstract

Engranaje angular (1) que comprende una primera parte de caja (2) que contiene un espacio interior (18) y que presenta un taladro lateral (46) que discurre radialmente con respecto al espacio interior (18), consistiendo la primera parte de caja (2) en un tramo de un perfil extruido con sección transversal hueca y estando formado el espacio interior (18) por la cavidad que se conforma durante la extrusión, un primer árbol (27) que va montado de forma giratoria en el espacio interior (18) y sobre el cual está asentada solidariamente en rotación una primera rueda dentada cónica (29) que presenta una prolongación tubular (31) asentada con acoplamiento positivo de rozamiento sobre el primer árbol (27), estando montado el primer árbol (27) con ayuda de la prolongación tubular (31) en un cojinete correspondiente (23), una segunda parte de caja (3) que contiene un espacio interior (36) y que está fijada a la primera parte (2) de la caja de tal manera que su espacio interior (36) esté alineado con el taladro lateral (46) de la primera parte (2) de la caja, y un segundo árbol (34) que está montado de forma girato ria en la segunda parte (3) de la caja y que lleva solidariamente en rotación en su extremo situado en la primera parte (2) de la caja una segunda rueda dentada cónica (35) que está engranada con la primera rueda dentada cónica (29).

Description

Engranaje angular.

Se necesitan engranajes angulares cuando se debe convertir un movimiento de giro en otro movimiento de giro, discurriendo los ángulos de giro en ángulo uno respecto de otro. Campos de aplicación de estos son máquinas herramientas, máquinas de embalaje y similares. Se imponen exigencias diferentes a la precisión con la que el movimiento angular del árbol de salida sigue al movimiento angular del árbol de entrada.

Para conseguir una precisión suficiente y también una vida útil suficiente, los ejes de los árboles tienen que ajustarse muy exactamente uno respecto de otro y este ajuste tiene que conservarse durante mucho tiempo. En particular, el ángulo teórico entre los árboles, que sirve de base para el cálculo de la geometría de los dientes, tiene que coincidir también exactamente con el ángulo real. Por este motivo, se han empleado en la práctica en el pasado cajas de engranajes que se han fabricado en forma de una pieza de fundición y que tienen que ser mecanizadas con muchísima precisión desde muchos lados. Esto se aplica tanto para la caja principal, en la que están alojados en general el árbol de salida y las dos ruedas dentadas del engranaje angular, como para la caja auxiliar o lateral en la que está montado en forma giratoria el árbol de entrada.

Asimismo, la tendencia de los constructores se orienta a fabricar tales engranajes angulares con el menor tamaño y el menor coste posibles.

Por consiguiente, se conoce por el documento WO 93/22584 un engranaje auxiliar que consta de dos partes de caja. La primera parte de la caja es un tramo de un perfil extruido con ranuras en T conformadas en dirección longitudinal para fijar el engranaje angular a un aparato. A través de esta parte de caja se extiende un taladro que está mecanizado en ambos extremos para generar hombros de asiento para rodamientos radiales rígidos destinados a soportar el árbol de salida. El propio árbol de salida consiste en un eje tubular en el que está conformada en una pieza una rueda cónica.

El piñón que engrana con esta rueda está asentado solidariamente en rotación sobre un árbol que está montado de forma giratoria en una segunda parte de caja. La segunda parte de la caja está atornillada con la primera parte de la misma.

Partiendo de esto, el cometido de la invención consiste en crear un engranaje auxiliar que sea más barato en su fabricación y presente una menor ocupación de espacio.

Este problema se resuelve según la invención con el engranaje angular dotado de las características de la reivindicación 1.

La nueva construcción parte del conocimiento de que se pueden producir hoy en día piezas extruidas con una precisión tal que puedan observar fácilmente las tolerancias requeridas para engranajes auxiliares sin precisar una voluminosa mecanización de arranque de virutas.

En el nuevo engranaje angular se fabrica la caja a partir de un tramo de un perfil extruido de modo que se prefijen ya los elementos de construcción y fijación esenciales para el engranaje durante el proceso de extrusión, tal como, por ejemplo, el espacio interior en el que va montado el árbol de salida y también las ranuras necesarias para fijar el engranaje angular. Es suficiente en general que los asientos de cojinete en el tramo extruido se repasen sin producción de virutas, por ejemplo, mediante rulado o laminación, a fin de lograr la adaptación necesaria para el alojamiento de los rodamientos. Ocasionalmente, la adaptación puede producirse también mediante taladrado de precisión o mandrilado. Aparte de un reacondicionamiento de los lados frontales y una mecanización de ranuras para anillos de resorte es necesario aún solamente practicar el taladro lateral al que se sujeta mediante brida la segunda parte de la caja y a través del cual penetra el árbol de entrada en la primera parte de la caja.

La rueda cónica del primer árbol presenta una prolongación tubular con la que está asentada sobre el primer árbol mediante un acoplamiento positivo de rozamiento. De este modo, se evitan variaciones del perfil del dentado, especialmente cuando la rueda cónica está zunchada sobre el árbol. Las variaciones del diámetro durante el zunchado no pueden ser transmitidas al dentado.

Dado que el primer árbol está montado en un cojinete correspondiente con ayuda de la prolongación tubular, no se necesita espacio adicional para la prolongación.

En comparación con los engranajes angulares conocidos, se abarata muy sensiblemente la fabricación de la caja del engranaje, la cual representa un apreciable factor de coste en la fabricación de todo el engranaje auxiliar.

En el caso más sencillo, el espacio interior de la primera parte de la caja es cilíndrico con diámetro constante en la mayor parte de su extensión longitudinal.

Para retener el rodamiento necesario para el árbol correspondiente son suficientes unas ranuras de anillo de resorte que pueden practicarse de manera sencilla en el tramo del perfil extruido durante la fabricación de la caja.

Dado que la primera parte de la caja consiste en un tramo de un perfil extruido, esta parte, visto a lo largo de su longitud, tiene paralelamente a la extensión longitudinal del espacio interior una sección transversal constante que resulta de la sección transversal del perfil extruido. Para la fijación del engranaje auxiliar en la máquina correspondiente es ventajoso que la sección transversal de la caja, visto en ángulo recto con el eje longitudinal del espacio interior, sea sustancialmente cuadrada. Se evita así también un desperdicio innecesario del material.

La primera parte de la caja es plana en al menos un lado para simplificar la instalación de la segunda parte de dicha caja.

La primera parte de la caja contiene de manera conveniente al menos una ranura socavada, por ejemplo una ranura en T, que se extiende en el lado exterior de la primera parte de la caja y que discurre en dirección paralela al eje longitudinal del espacio interior.

En un engranaje angular de bajo coste es suficiente que el primer árbol esté montado por medio de rodamientos radiales rígidos. Se ahorran de esta manera medidas de ajuste complicadas y los rodamientos radiales rígidos bastante alejados uno de otro están perfectamente en condiciones de aguantar, sin acortamiento de su vida útil, fuerzas de vuelco unilaterales que eventualmente se presenten. Además, con una configuración correspondiente, pueden hacer que resulten superfluas juntas adicionales.

Por motivos de peso, es ventajoso que el primer árbol sea un árbol hueco.

Cuando el engranaje angular según la invención deba embridarse a componentes de máquina, es favorable que al menos un lado frontal contenga taladros de fijación. Estos taladros de fijación pueden estar practicados ya como cavidades cilíndricas en el perfil extruido.

Cuando la segunda parte de la caja está unida con la primera parte de la misma con ayuda de medios de ajuste, se impide que, al solicitar el engranaje angular, se presenten movimientos relativos que podrían conducir a variaciones de la imagen de soporte en las ruedas dentadas.

El medio de ajuste está formado en el caso más sencillo por un aro de cojinete exterior de un rodamiento con cuya ayuda está montado el segundo árbol del engranaje angular. Este rodamiento es de manera ventajosa un cojinete de rodillos cónicos.

El engranaje cónico deberá presentar un dentado recto y también un dentado en arco. La rueda cónica del segundo árbol puede ser un piñón y los ejes de los dos árboles pueden tanto estar situados en un plano común como estar desplazados uno respecto de otro.

En el dibujo se representa un ejemplo de ejecución del objeto de la invención. Muestran:

La Figura 1, el engranaje angular según la invención en una representación en perspectiva, y

la Figura 2, el engranaje angular según la Figura 1, cortado a lo largo de un plano que contiene los ejes de los dos árboles.

Un engranaje angular 1 mostrado en la Figura 1 se compone de una parte de caja primera o principal 2 y una segunda parte de caja 3. La primera parte de caja 2 es de forma aproximadamente paralelepipédica o cúbica y está limitada por cuatro paredes laterales 4, 5, 6 y 7, así como por dos paredes frontales 8 y 9.

En las paredes laterales 4, 5 y 6 se encuentran sendos pares de ranuras en T que se extienden desde el lado frontal 8 hasta el lado frontal 9, y además cada uno de los lados frontales 8 y 9 contiene cuatro taladros roscados respectivos 12 que están dispuestos en la zona de las esquinas en la forma que se muestra. Los ejes de las ranuras en T 11 y los ejes de los taladros roscados 12 son paralelos uno a otro y paralelos a un eje de la parte de caja 2 que es perpendicular a los lados frontales 8 y 9.

En la pared lateral 7 está embridada la segunda parte de caja 3 formada en una sola pieza, la cual se compone de un tramo cilíndrico 13 y una brida 14 que sobresale radialmente de éste. En la brida 14 están contenidos un total de cuatro taladros escalonados 15 en los que están asentados tornillos de fijación 16 que están atornillados en taladros roscados correspondientes de la pared lateral 7 para sujetar firmemente la segunda parte 3 de la caja en dicha pared lateral 7.

La primera parte 2 de la caja, cuya configuración interior se desprende de la Figura 2, es un tramo de un perfil extruido, por ejemplo de metal ligero. La dirección de extrusión es paralela a las ranuras en T 11, de modo que éstas son conformadas ya también durante la fabricación del perfil extruido. También se pueden conformar los agujeros de núcleo de los taladros roscados 12 al generar el perfil extruido a partir del cual se corta la parte 2 de la caja.

Asimismo, como puede apreciarse en la Figura 2, la parte 2 de la caja contiene un espacio interior 18 en forma de una abertura de paso cilíndrica que se extiende sustancialmente sin variación de la sección transversal desde el lado frontal 8 hasta el lado frontal 9. Esta abertura de paso 18 está contenida ya en el perfil extruido, que se fabrica como perfil hueco.

La sección transversal del perfil extruido es la vista del lado frontal 8 ó 9.

Inmediatamente a continuación de los lados frontales 8 y 9, el espacio interior 18 contiene dos ranuras punzonadas 19 y 21 para anillos de resorte. Estas sirven como seguro axial para dos rodamientos radiales rígidos 22 y 23 dispuestos hacia el centro de la caja, cuyo aro de cojinete exterior está cada caso asentado directamente en el espacio interior cilíndrico 18. Los cojinetes radiales rígidos están sellados hacia fuera en al menos un lado y llevan lubricación para toda su vida útil. No están presentes otras juntas de árbol.

Los asientos de cojinete de los dos rodamientos radiales rígidos 22 y 23 en el espacio interior 18 se han calibrado y consolidado al mismo tiempo, por ejemplo, mediante laminación. Entre cada rodamiento radial rígido 22 y 23 y el anillo de resorte correspondiente 24 y 25 están asentados aún sendas arandelas de compensación 26.

Con ayuda de los rodamientos radiales rígidos 22 y 23 se encuentra montado un árbol tubular 27 en la primera parte 2 de la caja.

El árbol 27 lleva, junto al lado frontal 8, un hombro radial 28 con el que se apoya en el rodamiento radial rígido 22. El extremo opuesto del árbol 27 está algo estrechado y lleva una rueda dentada cónica 29 mediante acoplamiento positivo de rozamiento. La rueda dentada cónica 29 está provista de una prolongación tubular 31 que va zunchada sobre un tramo estrechado 32 del árbol 27. El lado exterior cilíndrico de la prolongación tubular 31 forma el asiento para el segundo rodamiento radial rígido 23 y, además, el lado posterior de la rueda dentada cónica 29 constituye un hombro de asiento 33 que se apoya contra el cojinete radial rígido 23. Debido a la prolongación tubular 31 se evitan variaciones del perfil del dentado que se producen cuando se zuncha la prolongación tubular 31 sobre el árbol 27.

La segunda parte 3 de la caja sirve sustancialmente para soportar un árbol de piñón 34 que está provisto formando una sola pieza, en su extremo situado en el interior de la caja, de un piñón 35 que engrana con la rueda dentada cónica 29.

Para montar el árbol 34 del piñón, la segunda parte 3 de la caja contiene un taladro escalonado 36 cuyo eje discurre en ángulo recto con el eje del espacio interior 18. Los ejes están situados en un plano común, siempre que se trate de un engranaje cónico normal. Sin embargo, pueden estar también desplazados en altura uno respecto de otro cuando el piñón 35 forme con la rueda dentada cónica 29 un engranaje hipoidal.

El taladro escalonado 36 presenta un tramo 37 con diámetro mayor que termina en un hombro anular plano 38. Este hombro anular sirve de asiento para un cojinete de rodillos cónicos 39.

Además, en este tramo está asentada una junta de aro Simmer 41 cuyo labio de sellado 42 se aplica con obturación contra un tramo cilíndrico correspondiente 43 del árbol 34 del piñón.

En el extremo de la segunda parte 3 de la caja que es contiguo a la primera parte 2 de la caja, el taladro escalonado 36 hace transición a un corto torneado 44 que termina en un hombro 45. El torneado 44 tiene el mismo diámetro que un taladro lateral 46 que está alineado con él y que se extiende desde la pared lateral 7 hasta el espacio interior 18. En las aberturas alineadas una con otra, concretamente el taladro 46 y el torneado 44, se enchufa con su aro de cojinete exterior un rodamiento de rodillos cónicos adicional 47. De esta manera, el aro exterior del cojinete de rodillos cónicos 47 sirve al mismo tiempo de casquillo de ajuste para fijar las partes primera y segunda 2, 3 de la caja en posición correcta de una con respecto a otra, no teniendo que transmitirse las fuerzas de cizalladura descentradoras a través de los tornillos 16. Se puede lograr de esta manera una precisión de ajuste muy alta.

Los dos cojinetes de rodillos cónicos 39 y 47 están montados en disposición tórica. El cojinete de rodillos cónicos interior 47 con mayor diámetro se aplica con su aro de cojinete interior a un hombro 48 del árbol 34 del piñón. El pretensado para los cojinetes de rodillos cónicos 39 y 47 se logra por medio de una tuerca de ajuste 49 que está atornillada sobre una rosca exterior 51 del árbol 34 del piñón.

La fabricación y montaje del engranaje angular 1 según la invención se efectúa en la forma siguiente:

En un perfil extruido de metal ligero o de otro material adecuado de resistencia suficiente se corta un tramo con la longitud adecuada. Según la calidad del corte producido, se obtienen así ya las superficies frontales definitivas 8 y 9. En caso de que no sea suficiente la calidad, se pueden repasar las dos superficies frontales 8 y 9 con una pequeña erosión del material. Seguidamente, se lamina el espacio interior 18 al menos en la zona de los sitios en los que estén asentados más tarde los dos rodamientos radiales rígidos sellados 22 y 23, para calibrar el diámetro. Se punzonan las ranuras 19 y 21 de anillo de resorte.

En una etapa de mecanización siguiente se practica el taladro 46 y se producen los taladros roscados, los cuales están dispuestos radialmente por fuera del taladro 46 para recibir los tornillos de fijación 16 para la brida 14.

Una mecanización de arranque de virutas de la pared lateral 7 es tan poco necesaria como en las paredes laterales restantes 4, 5 y 6.

Seguidamente, el primer árbol 27, sobre el cual está ya zunchada la rueda cónica 29, es introducido en el espacio interior 18 desde el lado de la superficie frontal 9 junto con el cojinete radial rígido 23 calado sobre la prolongación tubular 31.

El cojinete de bolas 23 se asienta en el espacio interior 18 con asiento de adherencia.

A continuación, se coloca una arandela distanciadora 26 y se inserta el anillo de resorte 25.

Una vez que el árbol 27 está apoyado de esta manera en un extremo, se cala el otro cojinete de bolas 22 sobre el árbol 27 desde el lado frontal opuesto 8 y se le introduce a presión en el espacio interior 18 hasta que el rodamiento radial rígido 22 se aplique con su aro de cojinete interior al hombro 28. Se colocan entonces las arandelas distanciadoras 26 y se encaja elásticamente el anillo de resorte 24.

Cuando se han concluido estos trabajos preliminares, se asienta sobre la pared lateral 7 la segunda parte 3 de la caja premontada con los cojinetes de rodillos cónicos 39 y 47 y el árbol 34 del piñón. En el marco del premontaje de la segunda parte 3 de la caja se ajusta también el pretensado de los cojinetes de rodillos cónicos 39 y 47.

Con ayuda de arandelas de compensación 52 que están situadas entre la brida 14 y la pared lateral 7 se ajustan durante el montaje la holgura de los flancos de los dientes y el perfil de soporte entre el piñón 35 y la rueda cónica 29. Después de apretar los tornillos de fijación 16, el montaje queda concluido.

Evidentemente, son necesarias solamente muy pocas operaciones de arranque de virutas en la parte 1 de la caja. Después de cortar el tramo correspondiente, la primera parte 2 de la caja está ya ampliamente terminada. En comparación con engranajes angulares del mismo tamaño en el modo de construcción clásico en fundición, son posibles ahorros en el proceso de fabricación para las partes de caja primera y segunda en una cuantía conjunta entre el 15 y el 40% en función del tamaño de la caja completa.

Un engranaje angular 1 se compone de una primera y una segunda partes de caja 2, 3. La primera parte 2 de la caja es un tramo de un perfil extruido. De esta manera, se puede prescindir de una multitud de procesos de mecanización con arranque de virutas que son necesarios en el caso de cajas de fundición.

Claims (18)

1. Engranaje angular (1) que comprende

una primera parte de caja (2) que contiene un espacio interior (18) y que presenta un taladro lateral (46) que discurre radialmente con respecto al espacio interior (18),

consistiendo la primera parte de caja (2) en un tramo de un perfil extruido con sección transversal hueca y estando formado el espacio interior (18) por la cavidad que se conforma durante la extrusión,

un primer árbol (27) que va montado de forma giratoria en el espacio interior (18) y sobre el cual está asentada solidariamente en rotación una primera rueda dentada cónica (29) que presenta una prolongación tubular (31) asentada con acoplamiento positivo de rozamiento sobre el primer árbol (27),

estando montado el primer árbol (27) con ayuda de la prolongación tubular (31) en un cojinete correspondiente (23),

una segunda parte de caja (3) que contiene un espacio interior (36) y que está fijada a la primera parte (2) de la caja de tal manera que su espacio interior (36) esté alineado con el taladro lateral (46) de la primera parte (2) de la caja, y

un segundo árbol (34) que está montado de forma giratoria en la segunda parte (3) de la caja y que lleva solidariamente en rotación en su extremo situado en la primera parte (2) de la caja una segunda rueda dentada cónica (35) que está engranada con la primera rueda dentada cónica (29).

2. Engranaje angular según la reivindicación 1, caracterizado porque el espacio interior (18) de la primera parte (2) de la caja es cilíndrico en la mayor parte de su extensión longitudinal.

3. Engranaje angular según la reivindicación 1, caracterizado porque en ambos extremos frontales (8, 9) de la primera parte (2) de la caja están punzonadas en el espacio interior (18) unas ranuras (19, 21) destinadas a recibir anillos de resorte (24, 25).

4. Engranaje angular según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera parte (2) de la caja presenta, en ángulo recto con el eje longitudinal del espacio interior (18), una sección transversal que es al menos aproximadamente rectangular.

5. Engranaje angular según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera parte (2) de la caja es plana en al menos un lado (7).

6. Engranaje angular según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera parte (2) de la caja contiene al menos una ranura socavada (11) que se extiende en una pared lateral (4, 5, 6) de la primera parte (2) de la caja y que discurre en dirección paralela al eje longitudinal del espacio interior (18).

7. Engranaje angular según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer árbol (27) está montado por medio de rodamientos radiales rígidos (22, 23).

8. Engranaje angular según la reivindicación 7, caracterizado porque los rodamientos radiales rígidos (22, 23) son cojinetes de bolas sellados dotados de lubricación permanente.

9. Engranaje angular según la reivindicación 8, caracterizado porque el espacio interior (18) de la primera parte (2) de la caja está sellado únicamente por las juntas de los cojinetes (22, 23) para el primer árbol (27).

10. Engranaje angular según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer árbol (27) es un árbol hueco.

11. Engranaje angular según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera parte (2) de la caja contiene taladros de fijación (12) en al menos un lado frontal (8, 9).

12. Engranaje angular según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera parte (2) de la caja está unida con la segunda parte (3) de la misma a través de medios de ajuste (47).

13. Engranaje angular según la reivindicación 12, caracterizado porque los medios de ajuste están formados por un aro de cojinete exterior de un rodamiento (47) con el que el segundo árbol (34) está montado de forma giratoria en la segunda parte (3) de la caja.

14. Engranaje angular según la reivindicación 1, caracterizado porque el engranaje cónico (1) está provisto de un dentado recto o arqueado.

15. Engranaje angular según la reivindicación 1, caracterizado porque la rueda cónica (35) del segundo árbol (34) es un piñón.

16. Engranaje angular según la reivindicación 1, caracterizado porque los árboles primero y segundo (27, 34) están axialmente desplazados uno respecto de otro.

17. Engranaje angular según la reivindicación 1, caracterizado porque el eje del primer árbol (27) y el eje del segundo árbol (34) están situados en un plano común.

18. Engranaje angular según la reivindicación 1, caracterizado porque los árboles primero y segundo (27, 34) encierran un ángulo de 90º uno con otro.