ES2286799T3 - Mecanismo de transmision de dedo oscilante. - Google Patents
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Abstract
Mecanismo de transmisión de dedo oscilante que comprende - un árbol (1); - un cojinete de giro (5) dispuesto sobre el árbol (1) e inclinado con respecto al eje de giro (7) del árbol (1); - un dedo oscilante (12) que se extiende alejándose del eje de giro (7) del árbol (1) y que está sujeto por el cojinete de giro (5); caracterizado porque está formada al menos una masa de equilibrado (20, 21) en el árbol (1).
Description
Mecanismo de transmisión de dedo oscilante.
La invención concierne a un mecanismo de
transmisión de dedo oscilante según los preámbulos de las
reivindicaciones 1 y 10.
Bajo el término de mecanismo de transmisión de
dedo oscilante se entiende un dispositivo para convertir un
movimiento de rotación en un movimiento de traslación oscilante. En
este caso, un elemento de rotación accionado para girar actúa sobre
un elemento oscilante de tal manera que éste es accionado basculando
en vaivén y otro elemento puede ser puesto entonces en movimiento
de traslación lineal.
Un mecanismo de transmisión de dedo oscilante de
esta clase es conocido, por ejemplo, por el documento DE 198 51 888
C1.
Los mecanismos de transmisión de dedo oscilante
se utilizan -como se describe también en el documento DE 198 51 888
C1-, por ejemplo, en martillos de perforación o de percusión para
convertir el movimiento de giro de un accionamiento en un
movimiento de traslación oscilante que puede ser utilizado en una
unidad de percusión para aplicar golpes a una pieza de trabajo.
Un mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 10 es conocido por
el documento DE 3427342 A1.
La figura 1 muestra un ejemplo de un mecanismo
de transmisión de dedo oscilante conocido para una unidad de
percusión por muelle neumático de esta clase.
Un árbol 1 que sirve de árbol de accionamiento
es accionado a rotación por un accionamiento no representado (por
ejemplo, un motor eléctrico) a través de una rueda dentada 2. El
árbol 1 está montado de forma giratoria en unos cojinetes 3 y 4
esquemáticamente representados. Estos cojinetes 3, 4 consisten
usualmente en rodamientos que están apoyados en una carcasa no
representada, tal como se muestra también, por ejemplo, en el
documento DE 198 51 888 C1.
Sobre el árbol 1 está fijado un cojinete de giro
5 con un aro interior 5a. El aro interior 5a ha de estar unido
solidariamente en rotación con el árbol 1, por ejemplo a través de
un bandaje de prensado. Eventualmente, el árbol 1 y el aro interior
5a pueden fabricarse también formando una sola pieza.
El aro interior 5a presenta una superficie de
rodadura interior 6 de forma de anillo que está situada en un plano
que no es perpendicular a un eje de giro 7 del árbol 1. En el
ejemplo de la figura 1 el ángulo \alpha entre el plano de la
superficie de rodadura interior y el plano perpendicular al eje de
giro 7 asciende a aproximadamente 30º.
En torno al aro 5a está dispuesto un aro de dedo
oscilante 8 que presenta en su lado interior una superficie de
rodadura exterior 9 asociada a la superficie de rodadura interior 6.
Entre la superficie de rodadura interior 6 y la superficie de
rodadura exterior 9 están dispuestos de manera conocida unos cuerpos
rodantes 10 que pueden moverse. El aro interior 5a con la
superficie de rodadura interior 6, el aro 8 del dedo oscilante con
la superficie de rodadura exterior 9 y los cuerpos rodantes 10
forman conjuntamente, en el aspecto operativo, el cojinete de giro
5, el cual está construido como un rodamiento en el ejemplo
mostrado. Como alternativa, pueden emplearse también otras clases
de cojinete, como, por ejemplo, cojinetes lisos.
En el exterior del aro 8 del dedo oscilante se
extiende desde un punto de articulación 11 un dedo oscilante 12 en
dirección radial con respecto a un eje central 13 del aro 8 del dedo
oscilante.
Un extremo del dedo oscilante 12 alejado del aro
8 portador de dicho dedo oscilante atraviesa un bulón de pistón 14
que a su vez está fijado a un pistón de accionamiento 15 de una
unidad de percusión por muelle neumático.
En el pistón de accionamiento 15 se muestra en
la figura 1 un pistón de percusión 16 perteneciente a la unidad de
percusión por muelle neumático. Tales unidades de percusión por
muelle neumático son conocidas. Sin embargo, dados que éstas no
afectan al objeto de la invención, se prescinde de una explicación
más detallada.
Durante el funcionamiento del mecanismo de
transmisión de dedo oscilante se hace que gire el árbol 1 juntamente
con el aro interior 5a. Debido a la superficie de rodadura interior
oblicua 6, los cuerpos rodantes 10 dispuestos alrededor de la misma
y con ellos el aro 8 del dedo oscilante son puestos en un movimiento
de oscilación que puede ser convertido en un movimiento de vaivén
lineal por medio de la guía del bulón de pistón 14 y del pistón de
accionamiento 15.
El dedo oscilante 12 representa una considerable
masa desequilibrada que, en el caso de un movimiento rápido (varios
centenares de golpes por minuto), conduce a considerables cargas
pendulares adicionales sobre los cojinetes que actúan tanto sobre
la máquina (cojinetes, carcasa) como sobre el operario que sujeta la
máquina.
Dado que tales mecanismos de transmisión de dedo
oscilante se utilizan frecuentemente en martillos, esto significa
que el operario es expuesto no solo a una carga de impacto derivada
de los golpes realizados por el martillo, sino también a la carga
de desequilibrio derivada del dedo oscilante al moverse éste.
La invención se basa en el problema de aminorar
en un mecanismo de transmisión de dedo oscilante las fuerzas de
desequilibrio generadas por el movimiento del dedo oscilante y
prevenir así una inestabilidad de vibración del mecanismo de
transmisión de dedo oscilante.
El problema se resuelve según la invención por
medio de mecanismos de transmisión de dedo oscilante con arreglo a
las reivindicaciones 1 y 10. En las reivindicaciones subordinadas
están definidos desarrollos adicionales ventajosos de la
invención.
En una primera solución según la invención está
formada al menos una masa de equilibrado en el árbol. La masa de
equilibrado ha de preverse adicionalmente al cojinete de giro sujeto
por el árbol y a un desequilibrio originado por la configuración
asimétrica de este cojinete.
Debido a la masa de equilibrado adicional
constructivamente prevista se genera en el árbol una fuerza de
desequilibrado que, con un dimensionamiento y configuración
correspondientes, puede superponerse a la fuerza de desequilibrado
generada por el movimiento del dedo oscilante de tal manera que las
fuerzas de desequilibrado se anulen al menos parcialmente o en
cualquier caso se reduzcan en cuanto al valor de la resultante.
En una forma de realización preferida de la
invención el cojinete de giro presenta un aro interior formado
sobre el árbol, al cual está asociado un aro del dedo oscilante.
Entre el aro interior y el aro de dedo oscilante pueden girar
cuerpos rodantes pertenecientes al cojinete de giro.
La masa de equilibrado puede generarse añadiendo
elementos de masa al árbol. Como alternativo a esto, es posible
también producir una masa de equilibrado correspondiente retirando
material en otro sitio del árbol.
En una forma de realización especialmente
sencilla el árbol está montado en dos cojinetes, estando asociada
una masa de equilibrado a cada uno de los cojinetes. El término de
"masa de equilibrado" ha de entenderse aquí en sentido
abstracto. Por supuesto, se puede formar también una masa de
equilibrado por medio de varios elementos de masa individuales que
han de disponerse de manera correspondiente uno respecto de otro
para generar una acción de masa común.
Por tanto, cada masa de equilibrado en el
cojinete asociado a ella está en condiciones de generar
deliberadamente una contrafuerza que se superponga a la acción del
dedo oscilante para reducir de esta manera la fuerza resultante
sobre el cojinete.
En una ejecución especialmente ventajosa de la
invención la distancia axial entre un cojinete y la respectiva masa
de equilibrado asociada al mismo es mínima. De esta manera, la
acción de la masa de equilibrado se puede transmitir bien al
cojinete asociado a ella.
En otra ejecución ventajosa las masas de
equilibrado asociadas a los dos cojinetes están dispuestas una
frente a otra con respecto al eje de giro del árbol. Esto significa
que las fuerzas centrífugas generadas por las masas de equilibrado
están desplazadas en 180º una respecto de otra. Además, las dos
masas de equilibrado generan en torno al centro del árbol un par de
giro que contrarresta el par de oscilación generado por el dedo
oscilante.
Es especialmente ventajoso que el aro del dedo
oscilante sea sustancialmente simétrico en rotación, con excepción
de la zona desde la cual se extiende radialmente el dedo oscilante.
El aro del dedo oscilante deberá presentar un peso lo más pequeño
posible para evitar la producción de pares de oscilación
adicionales.
En otra solución -definida en la reivindicación
10- del problema que sirve de base a la invención se ha previsto en
el aro del dedo oscilante al menos una masa de equilibrado en una
zona que no está situada en el punto de articulación ni, referido
al eje central del aro del dedo oscilante, enfrente del punto de
articulación en el que el dedo oscilante se extiende radialmente
desde el aro que lleva dicho dedo.
Se ha comprobado sorprendentemente que la
instalación de masas de equilibrado que, referido al aro del dedo
oscilante, estén dispuestas lateralmente con respecto al dedo
oscilante, genera una fuerza de desequilibrado que contrarresta el
par de oscilación del dedo oscilante y, por tanto, conduce a una
reducción de las fuerzas de vibración.
En esta variante el cojinete de giro oblicuo
dispuesto entre el árbol y el aro del dedo oscilante puede
materializarse por medio de diferentes tipos de cojinetes, siendo
preferible un cojinete del tipo de rodamiento debido al menor
rozamiento y a una alta resistencia al desgaste.
Es especialmente ventajoso que estén previstas
dos masas de equilibrado que, referido al eje central del aro del
dedo oscilante, estén dispuestas una frente a otra en dicho aro del
dedo oscilante. Las masas de equilibrado deberán estar entonces a
la misma distancia angular, preferiblemente con 90º, referido al eje
central del aro del dedo oscilante, con relación al punto de
articulación del dedo oscilante.
Asimismo, es ventajoso que, con excepción del
punto de articulación desde el cual se extiende el dedo oscilante,
y de las zonas en las que están previstas las masas de equilibrado
adicionales, el aro del dedo oscilante sea sustancialmente
simétrico en rotación. En efecto, se ha comprobado que la
disposición de masas de equilibrado en zonas distintas de las
definidas anteriormente no conduce a una mejora de la situación de
vibración, sino que más bien conduce a una amplificación de las
fuerzas de desequilibrado y, por tanto, de las vibraciones.
En una forma de realización especialmente
ventajosa de la invención se combinan una con otra las dos
soluciones del problema descritas más arriba por separado una de
otra. Esto significa que el mecanismo de transmisión de dedo
oscilante presenta, por un lado, un árbol en el que están montadas
unas masas de equilibrado adicionales, y, por otro lado, en el aro
del dedo oscilante están previstas también unas masas de equilibrado
de la manera anteriormente descrita. La combinación de las masas de
equilibrado y las fuerzas y pares totales resultantes de ellas
provocan una considerable reducción de las vibraciones no
deseadas.
Estas y otras ventajas y características de la
invención se explican seguidamente con ayuda de los dibujos
adjuntos. Muestran:
La figura 1, una sección esquemática a través de
un mecanismo de transmisión de dedo oscilante conocido por el
estado de la técnica para una unidad de percusión por muelle
neumático;
La figura 2, un diagrama con las fuerzas a
esperar sobre los cojinetes en un mecanismo de transmisión de dedo
oscilante no configurado según la invención;
La figura 3, esquemáticamente, un mecanismo de
transmisión de dedo oscilante según la invención;
La figura 4, un diagrama para explicar la
reducción de las cargas totales sobre los cojinetes por medio de
masas de equilibrado dispuestas sobre el árbol (primera forma de
realización de la invención); y
La figura 5, un diagrama para explicar las
cargas sobre los cojinetes en caso de desequilibrios presentes en
el árbol y en el aro del dedo oscilante (tercera forma de
realización de la invención).
El principio de construcción de un mecanismo de
transmisión de dedo oscilante es conocido y se ha explicado ya
anteriormente con referencia a la figura 1. Para evitar repeticiones
se hace referencia a la descripción allí realizada.
En el mecanismo de transmisión de dedo oscilante
conocido de la figura 1 se presentan en los cojinetes 3, 4 unas
cargas que se han registrado en la figura 2 en función del tiempo
con ayuda de un ejemplo. La curva a representa aquí las fuerzas
sobre los cojinetes en la dirección de un eje transversal (plano
horizontal), mientras que la curva b corresponde a la carga sobre
los cojinetes en la dirección del eje vertical de la máquina. Se
parte aquí de la consideración de que el dedo oscilante 12 está
orientado sustancialmente en dirección horizontal, es decir, en la
dirección del eje vertical de la máquina.
Superponiendo las curvas a y b se obtiene la
carga total sobre los cojinetes según la curva c.
Ayudándose de la representación esquemática de
la figura 3 se explica el mecanismo de transmisión de dedo
oscilante según la invención.
La figura 3 recoge de la figura 1 los
componentes esenciales, a saber, el árbol 1, el aro de dedo
oscilante 8 y el dedo oscilante 12. Asimismo, se han dibujado
simbólicamente los cojinetes 3 y 4. Por lo demás, la explicación
técnica detallada puede desarrollarse sustancialmente según la
figura 1.
En una primera forma de realización de la
invención están previstas en el árbol 1 unas masas de equilibrado
20 y 21, estando dispuesta la masa de equilibrado 20 lo más cerca
posible (referido a la distancia axial a) del cojinete 3 y estando
dispuesta la masa de equilibrado 21 lo más estrechamente contigua
posible al cojinete 4. Se puede apreciar también en la figura 3 que
las masas de equilibrado 20 y 21 están dispuestas una frente a otra
con respecto al eje de giro 7 del árbol. Las masas de equilibrado 20
y 21 generan así un par de giro alrededor del eje X, el cual está
dirigido en sentido contrario al par de oscilación del dedo
oscilante 12.
El dimensionamiento de las masas de equilibrado
20, 21, especialmente su masa y su distancia al eje de giro 7,
puede ser obtenido fácilmente por el experto mediante ensayos.
La distancia a de la masa de equilibrado 20 al
cojinete 3 y, de manera correspondiente, la distancia de la masa de
equilibrado 21 al cojinete 4 deberán ser tan pequeñas como sea
posible para desplegar una acción máxima de las masas de
equilibrado 20, 21. Esto resulta de que cuanto más próximas estén
las masas de equilibrado 20, 21 a los cojinetes 3, 4, tanto mayor
será el par alrededor del eje X.
Como se muestra en la figura 3, las masas de
equilibrado 20, 21 pueden formarse instalando elementos de masa
adicionales. Como alternativa a esto, se puede retirar también
material del árbol 1 en el respectivo lado opuesto de este árbol
para generar el impulso deseado. Como impulso se designa aquí en
general el producto de una masa de equilibrado por la distancia de
su centro de gravedad al eje de giro 7.
Con un dimensionamiento y disposición adecuados
de las masas de equilibrado 20, 21 se puede reducir la carga total
c sobre los cojinetes que se muestra en la figura 2. En la figura 4
se recoge la curva c de la figura 2. La curva d corresponde a la
evolución de la carga total sobre los cojinetes cuando están
previstas las masas de equilibrado 20, 21 sobre el árbol 1. La
considerable reducción resultante de esto en las cargas totales
sobre los cojinetes puede apreciarse
inmediatamente en la figura 4.
inmediatamente en la figura 4.
En una segunda forma de realización de la
invención se instalan masas de equilibrado adicionales 22 y 23 en
el aro 8 del dedo oscilante (figura 3). Sin embargo, en la segunda
forma de realización de la invención -en contraste con la
representación de la figura 3- no están formadas masas de
equilibrado 20, 21 sobre el árbol 1.
Las masas de equilibrado 22, 23 están dispuestas
una frente a otra en una zona que está desplazada cada vez en 90º
con respecto al punto de articulación 11 del dedo oscilante 12.
Las masas de equilibrado 22, 23 conducen a una
igualación de las fuerzas máximas sobre los cojinetes en las
direcciones vertical (Y) y transversal (X) de la máquina, con lo que
se pueden homogeneizar las fuerzas operativas sobre los cojinetes.
Como se mostró en la figura 2, las fuerzas sobre los cojinetes que
actúan en el eje vertical de la máquina (curva b) son más grandes
que las fuerzas que actúan en el eje transversal de la máquina
(curva a).
Por tanto, mediante la aplicación de las masas
de equilibrado 22, 23 se consigue ya una reducción de las fuerzas
de vibración no deseadas.
En una tercera forma de realización de la
invención mostrada en la figura 5 se combinan las enseñanzas de las
formas de realización primera y segunda anteriormente descritas.
Esto significa que las fuerzas máximas sobre los cojinetes que
actúan en las direcciones X e Y son primeramente igualadas una con
otra por medio de las masas de equilibrado 22, 23 montadas en el
aro 8 del dedo oscilante. Las fuerzas son compensadas después
ampliamente por medio de las masas de equilibrado 20, 21 dispuestas
sobre el árbol 1. Por último, se espera una evolución de la fuerza
sobre los cojinetes como la que se representa en forma de una curva
e en la figura 5.
Si se compara la curva e de la figura 5 con la
curva c de la figura 2, se puede apreciar claramente que se pueden
anular ampliamente las altas fuerzas de vibración existentes sin las
masas de equilibrado adicionales 20, 21, 22, 23.
La primera y la segunda formas de realización,
tomadas por separado, aportan ya una mejora considerable para la
reducción de las fuerzas de vibración no deseadas. La combinación de
la primera y la segunda formas de realización para obtener la
tercera forma de realización permite una reducción de vibraciones
aún más amplia.
Claims (18)
1. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
que comprende
- un árbol (1);
- un cojinete de giro (5) dispuesto sobre el
árbol (1) e inclinado con respecto al eje de giro (7) del árbol
(1);
- un dedo oscilante (12) que se extiende
alejándose del eje de giro (7) del árbol (1) y que está sujeto por
el cojinete de giro (5);
caracterizado porque está formada al
menos una masa de equilibrado (20, 21) en el árbol (1).
2. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según la reivindicación 1, caracterizado porque la masa de
equilibrado (20, 21) está dispuesta sobre el árbol (1) de tal manera
que contrarresta el desequilibrio del mecanismo de transmisión de
dedo oscilante originado por la concepción de diseño de este
mecanismo.
3. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque
- el cojinete de giro (5) presenta un aro
interior (5a) formado sobre el árbol (1), con una superficie de
rodadura interior (6) de forma de anillo para cuerpos rodantes (10),
estando situada la superficie la rodadura interior (6) en un plano
que no es perpendicular al eje de giro (7) del árbol (1);
- el cojinete de giro (5) lleva asociado un aro
de dedo oscilante (8) que está dispuesto alrededor del aro interior
(5a), con una superficie de rodadura exterior (9) de forma de anillo
para los cuerpos rodantes (10) que está asociada a la superficie de
rodadura interior (6); y
- el dedo oscilante (12) se extiende radialmente
desde el aro (8) portador de dicho dedo oscilante hasta un eje
central (13) del aro (8) del dedo oscilante.
4. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque
se puede producir la masa de equilibrado (20, 21) retirando
material del árbol (1).
5. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque
- el árbol (1) está montado en al menos dos
cojinetes (3, 4);
- al menos uno de los cojinetes (3, 4) lleva
asociada una masa de equilibrado (20, 21).
6. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según la reivindicación 5, caracterizado porque
- el árbol (1) está montado en dos cojinetes (3,
4); y
- cada uno de los cojinetes (3, 4) lleva
asociada una masa de equilibrada (20, 21).
7. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según la reivindicación 6, caracterizado porque la distancia
axial (a) entre un cojinete (3) y la masa de equilibrado (20)
asociada a éste es mínima.
8. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque las masas
de equilibrado (20, 21) asociadas a los dos cojinetes (3, 4) están
dispuestas una frente a otra con respecto al eje de giro (7) del
árbol (1).
9. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado
porque, con excepción de la zona desde la cual se extiende el dedo
oscilante (12), el aro (8) del dedo oscilante es sustancialmente
simétrico en rotación.
10. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
que comprende
- un árbol (1);
- un cojinete de giro (5) dispuesto sobre el
árbol (1) e inclinado con respecto a un eje de giro (7) del árbol
(1);
- un aro de dedo oscilante (8) sujeto por el
cojinete de giro (5);
- un dedo oscilante (12) que se extiende
radialmente en un punto de articulación (11) desde el aro (8) del
dedo oscilante hasta un eje central (13) de dicho aro (8) del dedo
oscilante,
caracterizado porque en el aro (8) del
dedo oscilante está prevista al menos una masa de equilibrado (22,
23) en una zona que no está situada en el punto de articulación (11)
ni, referido al eje central (13) del aro (8) del dedo oscilante,
enfrente del punto de articulación (11).
11. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según la reivindicación 10, caracterizado por-
que
que
- el cojinete de giro (5) presenta un aro
interior (5a) formado sobre el árbol (1), con una superficie de
rodadura interior (6) de forma de anillo para cuerpos rodantes (10),
estando situada la superficie de rodadura interior (6) en un plano
que no es perpendicular al eje de giro (7) del árbol (1); y
- el aro (8) del dedo oscilante lleva asociado
el aro interior (5a) y presenta una superficie de rodadura exterior
(9) de forma de anillo para los cuerpos rodantes (10) que está
asociada a la superficie de rodadura interior (6).
12. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque están
previstas dos masas de equilibrado (22, 23) que, referido al eje
central (13) del aro (8) del dedo oscilante, están dispuestas una
frente a otra en dicho aro (8) del dedo oscilante.
13. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado
porque están previstas dos masas de equilibrado (22, 23) y porque,
referido al eje central (13) del aro (8) del dedo oscilante, el
punto de articulación (11) está a la misma distancia angular con
respecto a las dos masas de equilibrado (22, 23).
14. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado
porque
- una masa de equilibrado (22) está dispuesta en
una zona del aro (8) del dedo oscilante que, referido al eje
central (13) de dicho aro (8) del dedo oscilante, está desplazada en
+90º con relación al punto de articulación (11) del dedo oscilante
(12), y
- la otra masa de equilibrado (23) está
dispuesta en una zona del aro (8) del dedo oscilante que, referido
al eje central (13) de dicho aro (8) del dedo oscilante, está
desplazada en -90º con relación al punto de articulación (11) del
dedo oscilante (12).
15. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado
porque, con excepción del punto de articulación (11) desde el cual
se extiende el dedo oscilante (12), y de las zonas en las que están
previstas las masas de equilibrada (22, 23), el aro (8) del dedo
oscilante es sustancialmente simétrico en rotación.
16. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según una de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizado
porque se puede producir la masa de equilibrado (22, 23) retirando
material del aro (8) del dedo oscilante.
17. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según al menos una de las reivindicaciones 1 a 9 y al menos una de
las reivindicaciones 10 a 16.
18. Mecanismo de transmisión de dedo oscilante
según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado
porque una masa de equilibrado (20, 21, 22, 23) está formado por
varios elementos de masa de equilibrado.
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