PL248130B1 - Układ mechaniczny z łańcuchem obustronnym - Google Patents

Abstract

Układ mechaniczny z łańcuchem obustronnym, charakteryzujący się tym że, zbudowany jest z koła napędzającego S1, koła S2 napinającego łańcuch, koła napędzanego S3 i łańcucha, który opasa koła S1 i S2, a z kołem S3 zazębia się po swojej stronie zewnętrznej charakteryzuje się tym, że środki kół S1, S2 i S3 nie są współliniowe natomiast położenie osi koła S2 względem osi kół S1 i S3 wyznacza linię pracy łańcucha i ustala optymalny kąt alfa między kierunkiem wektora siły prostą prostopadłą do prostej łączącej środki kół napinającego S2 i koła napędzanego S3. Układ mechaniczny charakteryzuje się tym, że wartość kąta alfa równa jest wartości kąta beta wyznaczonego przez prostą prostopadłą do prostej łączącej środki kół napinającego S2 i koła napędzanego S3 i przechodzącą przez punkt początkowy zazębienia a prostą przechodzącą przez punkt będący geometrycznym środkiem łuku o promieniu płytki łańcucha, punkt przyłożenia siły i punkt będący środkiem geometrycznym łuku o promieniu wyznaczającym zarys zęba koła S3. Układ mechaniczny charakteryzuje się tym, że ogniwa łańcucha przekazującego siłę równą co do wartości sile na koło S3 połączone są ze sobą przegubowo za pomocą sworzni i zbudowane są z płytek posiadających zęby zarówno po stronie wewnętrznej łańcucha, zazębiającej się z kołami S1 i S2 jak i po stronie zewnętrznej łańcucha, zazębiającej się z kołem S3.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ mechaniczny z łańcuchem obustronnym, składający się z koła napędzającego S1, koła napinającego S2, koła napędzanego S3 i łańcucha o specjalnej konstrukcji.

W książce: Dudziak M., Przekładnie cięgnowe, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997, str. 246-253 opisana jest przekładnia łańcuchowa złożona z co najmniej dwóch uzębionych kół częściowo opasanych łańcuchem. Łańcuch składa się z szeregu ogniw połączonych przegubowo. Dla prawidłowego układania się łańcucha na kołach wymagany jest jego niewielki zwis, regulowany okresowo lub ciągle dzięki zastosowaniu rolki napinającej. Rolka ta umożliwia prawidłową pracę przekładni przy wydłużaniu się łańcucha z upływem czasu, głównie wskutek zużycia elementów. Powszechnie stosowane w przekładniach łańcuchowych są łańcuchy drabinkowe rolkowe składające się z ułożonych na przemian ogniw wewnętrznych i zewnętrznych złożonych z płytek zewnętrznych, sworzni, płytek wewnętrznych, tulejek i rolek. Po zastosowaniu odpowiednio wydłużonych sworzni i naprzemiennym nałożeniu na nie płytek zewnętrznych i wewnętrznych zbudować można łańcuch drabinkowy wielokrotny.

Innym spotykanym rodzajem łańcucha jest łańcuch zębaty sworzniowy złożony z odpowiednio ukształtowanych płytek, z których każda ma na jednym z dłuższych brzegów dwa występy stanowiące zęby odpowiadające kształtem kołom zębatym tworzącym z łańcuchem przekładnię łańcuchową, zaś drugi z brzegów płytki jest gładki. Płytki mają po dwa otwory, w których usytuowane są sworznie łączące sąsiednie ogniwa łańcucha.

Z opisu patentowego GB 230839 znana jest łańcuchowa kołowa przekładnia zębata, w której łańcuch ma każde ogniwo wyposażone po jednej stronie w dwa zęby a po drugiej w gładką powierzchnię. Końce każdego ogniwa ukształtowane są w boki zębów współpracujących z nimi kół zębatych.

Z opisu patentowego US 6440022 znany jest obustronnie uzębiony łańcuch zębaty zawierający w kierunku podłużnym oraz w kierunku poprzecznym ułożone pierwsze i drugie ogniwa. Każde pierwsze ogniwo łańcucha składa się z nieparzystej liczby ułożonych w kierunku poprzecznym łańcucha łączników ogniw, a każde ogniwo łańcucha składa się z parzystej liczby ułożonych w kierunku poprzecznym łączników oraz sworzni, z których każdy przystosowany jest do łącznia dwóch naprzeciw leżących ogniw łańcucha. Łączniki pierwszego ogniwa i łączniki drugiego ogniwa łańcucha mają jednakowy boczny profil tak, że na jednej stronie usytuowane są dwa zęby a druga ma gładką powierzchnię. Na każdym pierwszym i drugim ogniwie łańcucha zęby łączników skrajnych skierowane są na zewnątrz łańcucha a zęby wewnętrznych łączników skierowane są przeciwnie.

Ze zgłoszenia patentowego US 2003/0017896 znane jest koło zębate z przenoszącym napęd łańcuchem złożonym z ogniw. Koło ma zęby promieniowo wystające i rozstawione na odległość odpowiadającą długości ogniw łańcucha. Łańcuch ma dwa szeregi połączonych sworzniowo, naprzemiennie ułożonych ogniw napędowych i prowadzących. Oba szeregi ogniw przeplecione są wzdłuż łańcucha tak, że rzędy ogniw drugiego szeregu są umieszczone pomiędzy ogniwami przylegających rzędów pierwszego szeregu, a rzędy ogniw pierwszego szeregu są umieszczone pomiędzy ogniwami przylegających rzędów drugiego szeregu.

Z opisu patentowego WO95/04889 znany jest. samonapinający się łańcuch napędowy, w którym długość przemieszczającego się łańcucha oraz jego naprężenie są stałe pomimo zmieniającej się odległości pomiędzy kołami napędzającymi i napędzanym. Naprężenie to uzyskiwane jest przez odpowiednie ustawienie mimośrodowego wolnego koła.

Mimośrodowe wolne koło stanowi oś dla dwóch, rozstawionych na kształt litery „V” ramion podtrzymujących napęd łańcuchowy i oddzielających liniowo koło napędzające i napędzane osadzone na końcach tych ramion, tym samym umożliwiając ich odpowiednie rozstawienie. Mimośrodowe wolne koło jest opasane łańcuchem przynajmniej w części wolnego koła zębatego zarówno od strony koła napędzającego, jak i napędzanego.

Z opisu patentowego PL 209 441 znana jest przekładnia łańcuchowa z dwoma kołami zębatymi, łańcuchem zębatym oraz kołem napinającym, w której środek okręgu podziałowego napędzanego koła zębatego leży na zewnątrz okręgu wpisanego we współpracującą z tym kołem częścią łańcucha. Przekładnia ta według wynalazku umożliwia uzyskanie tej samej prędkości obrotowej kół zębatych o różnych średnicach przy przenoszeniu napędu jednym łańcuchem.

Podobny efekt działania wykazuje przekładnia łańcuchowa zgodnie z opisem patentowym PL 231048 B1. Jest to przekładnia zbudowana z koła napędzanego o wewnętrznym uzębieniu a także z koła napędzającego i koła napinającego o uzębieniu zewnętrznym, które są umieszczone wewnątrz koła napędzanego i opasane cięgnem napędowym z utworzonymi po jego zewnętrznej stronie zębami.

W opisanych rozwiązaniach nie jest możliwe uzyskanie większej wartości momentu obrotowego na osi koła napędzanego przy zachowaniu takiej samej prędkości obrotowej kół napędzanego i napędzającego.

Istotą rozwiązania układu mechanicznego z łańcuchem obustronnym zbudowany z koła napędzającego S1, koła dociskowego S2 i koła napędzanego S3, w którym łańcuch opasa koła S1 i S2 a z kołem S3 zazębia się po swojej zewnętrznej stronie, jest to, że osie obrotu kół S1, S2 i S3 nie leżą w jednej linii, średnica koła (S1) napędzającego jest mniejsza niż średnica koła (S3) napędzanego ale oba te koła mają taką samą ilość zębów, średnica koła S2 jest tak dobrana, by odległości między zewnętrznymi zębami łańcucha 1 a zębami koła S3 w punkcie kontaktu B były takie same, zaś łańcuch 1 posiada zęby po obu stronach, przy czym zęby po wewnętrznej stronie łańcucha mają kształt trójkątny, a zęby po zewnętrznej stronie mają obustronnie kształt wycinka koła o promieniu R1 ze środkiem umiejscowionym w punkcie A, który leży na jednej linii z punktem B, będącym punktem styku zęba łańcucha z zębem koła S3 oraz punktem C, będącym środkiem łuku o promieniu R2 wykreślającym zarys zęba koła S3, gdzie promienie R1 i R2 dobrane są w taki sposób, żeby punkt B znajdował się zawsze poniżej linii łączącej środki kół S2 i S3, a kąt wyznaczony przez linię przechodzącą przez punkty ABC pokrywającą się z linią wektora siły F1 i linię przechodzącą przez punkt B a równoległą do linii pracy łańcucha pokrywającą się linią wektora siły F, miał wartość równą sumie kątów alfa i beta, zaś kąt wyznaczony przez linię pracy łańcucha pokrywającą się z wektorem siły F a linią łączącą środki kół S2 i S3 był ustalony tak, by siła F1 była przekazywana na oś koła S3 pod kątem 90 stopni.

W znanych rozwiązaniach nie jest możliwe uzyskanie większej wartości momentu obrotowego na osi koła napędzanego przy zachowaniu takiej samej prędkości obrotowej kół napędzanego i napędzającego.

Efekt taki umożliwia układ mechaniczny z łańcuchem obustronnym, który jest przedmiotem wynalazku zbudowany z koła napędzającego S1, koła dociskowego S2 i koła napędzanego S3, w którym łańcuch opasa koła S1 i S2, a z kołem S3 zazębia się po swojej zewnętrznej stronie, znamienny tym, że, osie obrotu kół S1, S2 i S3 nie leżą w jednej linii, średnica koła S1 napędzającego jest mniejsza niż średnica koła S3 napędzanego, ale oba te koła mają taką samą ilość zębów, średnica koła S2 jest tak dobrana, by odległości między zewnętrznymi zębami łańcucha 1 a zębami koła S3 w punkcie kontaktu B były takie same, zaś łańcuch 1 posiada zęby po obu stronach, przy czym zęby po wewnętrznej stronie łańcucha mają kształt trójkątny, a zęby po zewnętrznej stronie mają obustronnie kształt wycinka koła o promieniu R1 ze środkiem umiejscowionym w punkcie A, który leży na jednej linii z punktem B, będącym punktem styku zęba łańcucha z zębem koła S3 oraz punktem C, będącym środkiem łuku o promieniu R2 wykreślającym zarys zęba koła S3, gdzie promienie R1 i R2 dobrane są w taki sposób, żeby punkt B znajdował się zawsze poniżej linii łączącej środki kół S2 i S3, a kąt wyznaczony przez linię przechodzącą przez punkty ABC pokrywającą się z linią wektora siły F1 i linię przechodzącą przez punkt B a równoległą do linii pracy łańcucha pokrywającą się linią wektora siły F, miał wartość równą sumie kątów alfa i beta, zaś kąt wyznaczony przez linię pracy łańcucha pokrywającą się z wektorem siły F a linią łączącą środki kół S2 i S3 był ustalony tak, by siła F1 była przekazywana na oś koła S3 pod kątem 90 stopni.

Przedmiot wynalazku składający się z koła napędzającego S1, koła napinającego S2, koła napędzanego S3 i łańcucha o specjalnej konstrukcji, którego budowę przedstawiono na Fig. 1, natomiast szczegóły konstrukcyjne i ich szczególne zależności geometryczne przedstawiono na Fig. 2. Koła S1 i S3 mają taką samą ilość zębów, ale różnią się średnicami podziałowymi.

Średnica podziałowa Fi 3 koła napędzanego jest większa od średnicy podziałowej Fi 1 koła napędzającego. Łańcuch po swojej wewnętrznej stronie opasa koła S1 i S2 i współpracuje z nimi tak jak w przekładni łańcuchowej, natomiast z kołem S3 współpracuje tak jak w przekładni zębatej.

Łańcuch zbudowany jest z ogniw połączonych przegubowo za pomocą sworzni. Ogniwa składają się z płytek umieszczonych równolegle względem siebie, posiadających zęby zarówno po stronie współpracy łańcucha z kołami S1 i S2, jak i po stronie współpracy z kołem S3, przy czym po stronie kół S1 i S2 płytka posiada dwa zęby w kształcie zbliżonym do trójkąta, natomiast po stronie koła S3 płytka ma obustronnie kształt wycinka koła o promieniu R1.

Warunkami koniecznymi uzyskania efektu w postaci zwiększonej wartości momentu obrotowego na osi koła S są:

- właściwa średnica podziałowa koła S2, która pozwala dostosować zewnętrzną podziałkę łańcucha do podziałki koła S3 w miejscu, w którym łańcuch współpracuje z kołem S3,

- właściwe położenie koła S2 w stosunku do kół S1 i S3. Po wielu latach badań, w trakcie których wykonano setki symulacji i pomiarów, ustalono, że środki kół S1, S2 i S3 nie mogą leżeć na jednej linii, a pozycja koła S2 w stosunku do kół S1 i S3 wyznacza linię pracy łańcucha i ustala właściwy kąt alfa, pod jakim łańcuch współpracuje z kołem S3.

Wartość kąta alfa jest kluczowym parametrem wpływającym na prawidłową pracę układu mechanicznego będącego przedmiotem zgłoszenia i wiąże się ściśle z promieniem łuku R1, który to promień wyznacza zarys płytki łańcucha.

Zależność między tymi parametrami ma decydujący wpływ na wartość momentu obrotowego odbieranego na osi koła S3. Im większy jest kąt alfa, tym mniejszy musi być promień R1, ale obie te wartości dobrane są tak, że:

- punkt D zadania siły F i punkt B przyłożenia siły F1 znajdują się poniżej linii łączącej środki kół S2 i S3.

- kontakt łańcucha z kołem S3 ma miejsce wyłącznie poniżej linii łączącej środki kół S2 i S3.

Stąd też wynika, że kąt alfa równy jest co do wartości kątowi beta.

Kąt beta wyznaczony jest przez linię prostopadłą do linii łączącej środki kół S2 i S3 i przechodzącą przez punkt B oraz linię przebiegającą przez punkt A będący środkiem łuku R1 płytki łańcucha, punkt B przyłożenia siły F1 i punkt C, który jest środkiem łuku zęba koła S3 o promieniu R2.

Siła F1 jest siłą działającą na ząb koła S3 w miejscu jej przyłożenia i jest równa sile F, natomiast wektor siły F1 pokrywa się z linią ABC.

Siła F jest siłą działającą na średnicy podziałowej koła S1, a jej wektor ma kierunek i zwrot zgodny z kierunkiem pracy łańcucha na całej jego długości.

Kąty alfa i beta oraz promienie R1 i R2 wyznaczone są tak, że punkt D przyłożenia siły F i punkt B przyłożenia siły F1 znajdują się poniżej linii łączącej środki kół S2 i S3, czyli po stronie wychodzenia łańcucha 1 i koła S3 ze wzajemnego zazębienia, a kontakt łańcucha 1 z kołem S3 ma miejsce wyłącznie poniżej linii łączącej środki kół S2-S3.

W wyniku ustalenia właściwej średnicy podziałowej koła S2 i jego pozycji w stosunku do kół S1 i S3 oraz odpowiedniego ukształtowania zarysu płytki łańcucha o promieniu R1 i zarysu zęba koła S3 o promieniu R2, kąt pod jakim siła F1 przekazywana jest na oś koła S3 wynosi 90 stopni.

Dzięki takiej konstrukcji możliwe jest odebranie zwiększonej wartości momentu obrotowego na osi koła S3, a prędkość obrotowa koła S1 jest taka sama jak prędkość obrotowa koła S3, co wprost wynika z jednakowej liczby zębów kół S1 i S3.

W celu poprawy skuteczności przekazania momentu obrotowego na oś koła S3 możliwe jest wykonanie zespołu dwóch lub więcej układów składających się z koła napędzającego S1, koła napinającego S2 , koła napędzanego S3 i łańcucha o specjalnej konstrukcji umieszczonych równolegle na tych samych osiach ale przesuniętych względem siebie w fazie o odpowiedni kąt, taki sam dla osi koła S1 i osi koła S3, tak by cykl ich pracy wzajemnie się uzupełniał. Przykład takiego zespołu przedstawia Fig. 4. Na osi koła S1 zamontowane jest drugie, takie samo koło, ale przesunięte w fazie o ustalony kąt.

Analogicznie na osiach kół S3. Przesunięcie obu układów względem siebie o ustalony kąt pozwala znacznie poprawić płynność pracy układu mechanicznego, eliminując ewentualne straty wynikające z niedokładności wykonania układu.

Przykład wykonania przedstawiono na rysunkach Fig. 1 do Fig. 5, gdzie:

Fig. 1 przedstawia widok ogólny układu mechanicznego.

Fig. 2 przedstawia fragment układu, w którym następuje zazębienia łańcucha 1 opasającego koło napinające S2 z kołem napędzanym S3. Ukazano m.in. zależności geometryczne zarysu zewnętrznego płytki łańcucha z kształtem zębów koła S3 jak również inne zależności opisane w zgłoszeniu.

Fig. 3 przedstawia łańcuch wielokrotny złożony z płytek o specjalnym zarysie w widoku z przodu i z góry. Fig. 4 przedstawia przykład wykonania zespołu dwóch układów mechanicznych, w którym wszystkie elementy tzn. koła S1, S2, S3 i łańcuchy 1 zostały zwielokrotnione (tu użyte dwukrotnie) i ich położenia zostały przesunięte względem siebie o pewien kąt.

Fig. 5 jest widokiem izometrycznym przykładowego układu mechanicznego według wynalazku.

Claims (1)

1. Układ mechaniczny z łańcuchem obustronnym zbudowany z koła napędzającego S1, koła dociskowego S2 i koła napędzanego S3, w którym łańcuch opasa koła S1 i S2, a z kołem S3

PL 248130 Β1 zazębia się po swojej zewnętrznej stronie, znamienny tym, że osie obrotu kół S1, S2 i S3 nie leżą w jednej linii, średnica koła S1 napędzającego jest mniejsza niż średnica koła S3 napędzanego, ale oba te koła mają taką samą ilość zębów, średnica koła S2 jest tak dobrana, by odległości między zewnętrznymi zębami łańcucha 1 a zębami koła S3 w punkcie kontaktu B były takie same, zaś łańcuch 1 posiada zęby po obu stronach, przy czym zęby po wewnętrznej stronie łańcucha mają kształt trójkątny, a zęby po zewnętrznej stronie mają obustronnie kształt wycinka koła o promieniu R1 ze środkiem umiejscowionym w punkcie A, który leży na jednej linii z punktem B, będącym punktem styku zęba łańcucha z zębem koła S3 oraz punktem C, będącym środkiem łuku o promieniu R2 wykreślającym zarys zęba koła S3, gdzie promienie R1 i R2 dobrane są w taki sposób, żeby punkt B znajdował się zawsze poniżej linii łączącej środki kół S2 i S3, a kąt wyznaczony przez linię przechodzącą przez punkty ABC pokrywającą się z linią wektora siły F1 i linię przechodzącą przez punkt B a równoległą do linii pracy łańcucha pokrywającą się linią wektora siły F, miał wartość równą sumie kątów alfa i beta, zaś kąt wyznaczony przez linię pracy łańcucha pokrywającą się z wektorem siły F a linią łączącą środki kół S2 i S3 był ustalony tak, by siła F1 była przekazywana na oś koła S3 pod kątem 90 stopni.