PL248429B1 - Modułowy przenośnik ruchu obrotowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest modułowy przenośnik ruchu obrotowego, który składa się z piasty (1) umieszczonej w wieńcu (3), gdzie piasta (1) ma kształt stożka bądź stożka z uciętym wierzchołkiem, gdzie zbieżność stożka zawiera się w przedziale od 10 do 50, a na powierzchni piasty (1) będącej tworzącą stożka naniesione są równomiernie - z jednakowym odstępem liniowe utwardzenia piasty (2) biegnące równolegle względem siebie, gdzie odstęp pomiędzy utwardzeniami piasty (2) wynosi od jednokrotności do dwukrotności szerokości utwardzenia; oraz powierzchnia wewnętrzna wieńca (3) będącą tworzącą stożka ma zbieżność identyczną jak zbieżność piasty (1) oraz na powierzchni bocznej stożka zawiera utwardzenia wieńca (4) w liczbie odpowiadającej liczbie utwardzeń piasty (2) o szerokości nie większej niż odstęp pomiędzy utwardzeniami piasty (2) i identycznym kącie nachylenia co utwardzenia piasty (2).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest modułowy przenośnik ruchu obrotowego.

Wynalazek należy do dziedziny techniki inżynieria mechaniczna.

Wynalazek rozwiązuje problem techniczny obejmujący konieczność redukcji masy i/lub zwiększania właściwości wytrzymałościowych oraz trwałości modułowych przenośników ruchu obrotowego, w szczególności kół zębatych, kół napędowych, kół oraz rolek podajników taśmowych.

Rosnące zapotrzebowanie rynku na lekkie i wytrzymałe części stanowi bardzo istotny obszar w działalności badawczej. Proces projektowania przekładni zębatych wiąże się z zastosowaniem dwóch podstawowych kryteriów: technicznym i ekonomicznym. Aspekt techniczny, wynikający z kierunku zastosowania, uwzględnia gabaryty przekładni, jej trwałość i masę, na co w głównej mierze ma wpływ rodzaj materiałów zastosowanych na koła zębate i ich obróbka. Aspekt ekonomiczny jest bezpośrednio związany z ceną jednostkową przekładni jak również ceną części zamiennych i ich dostępnością, co bezpośrednio przekłada się na koszty eksploatacji. Zastosowanie materiałów o wysokiej jakości, dodatkowo ulepszanych cieplnie lub cieplno-chemicznie wpływa na wzrost wytrzymałości, dzięki czemu możliwe jest zmniejszenie gabarytów i masy urządzenia oraz zwiększenie jego trwałości. Negatywnym skutkiem takiego rozwiązania jest wysoki koszt wytworzenia poszczególnych komponentów. Wykonanie kół zębatych z materiałów o niskiej cenie determinuje wytworzenie podzespołu o dużych gabarytach, dużej masie i stosunkowo niskiej trwałości. Z punktu widzenia przedsiębiorstw produkcyjnych najkorzystniejsze jest rozwiązanie łączące w sobie zwartą, lekką konstrukcję, przy jednocześnie wysokiej wytrzymałości, trwałości i konkurencyjnej cenie. Wobec powyższego, najlepszym spośród przeanalizowanych rozwiązań, wydaje się być koło zębate wykonane metodą modułową. Rozwiązanie to daje możliwość wytworzenia elementów składowych różnymi technikami.

W dostępnym stanie techniki dostępne jest chińskie rozwiązanie CN215805818 (U) ujawnione przez Yao Chengguo, Wang Wenchao, Qi Xiangcai, Chen Peiying i Huang Bo, w którym zastosowano modułową budowę elementów przekładni, w której kanał oleju smarowego w podporze łożyskowej jest zintegrowany z łożyskiem stycznym kątowym, co skutecznie redukuje trudności w montażu elementów przekładni.

Znane jest również chińskie rozwiązanie CN207893091 (U) ujawnione przez Xia Jie, w którym modułowa przekładnia samochodowa obejmuje wewnętrzne i zewnętrzne koło zębate oraz rowek olejowy. Zewnętrzna strona wewnętrznego koła zębatego jest wyposażona w uzębienie zewnętrzne, a wewnętrzna strona w uzębienie wewnętrzne, którego dno wzmacnia dodatkowe żebro. Jedna strona dna uzębienia wewnętrznego blisko wpustu posiada punkt napełniania oleju, który jest symetryczny do wpustu olejowego znajdującego się wewnątrz uzębienia wewnętrznego. Punkt napełniania oleju oraz pierwszy rowek olejowy uzębienia wewnętrznego współpracują z drugim i trzecim rowkiem olejowym uzębienia zewnętrznego, co umożliwia efektywne smarowanie pomiędzy zębami przekładni.

Kolejne chińskie rozwiązanie CN207406738 (U) ujawnione przez Zhang Liping, opisuje modułową przekładnię mechaniczną składającą się z głównego koła zębatego oraz z górnego i dolnego łącznika. Wewnątrz głównego koła znajduje się górny łącznik, który przechodzi przez jego wnętrze i dolny łącznik, a następnie jest połączony z głównym kołem za pomocą przegubu. Na zewnętrznej stronie głównego koła znajduje się wieniec zębaty z uzębieniem zewnętrznym. Konstrukcja ta umożliwia łatwe dostosowanie do różnych rozmiarów korpusów przekładni oraz zapewnia prostotę konstrukcji, co ułatwia montaż i eksploatację przekładni.

Znane jest chińskie rozwiązanie CN207145583 (U) ujawnione przez Zhu Zhichuan, w którym zastosowanie modułowego elastycznego koła zębatego, składającego się z wieńca zębatego oraz powierzchni trzymającej umieszczonej wewnątrz wieńca zębatego, tworząc pasowanie z odpowiednio dobranym luzem. Na wieńcu zębatym umieszczone są zęby umożliwiające zazębienie. Jedna strona powierzchni trzymającej wyposażona jest w rowek montażowy, w którym znajduje się element ustalający. Wzdłuż obwodu zewnętrznego elementu ustalającego równomiernie rozmieszczone są rowki zatrzaskowe, w których umieszczono bloki regulacyjne. Powierzchnia trzymająca wyposażona jest w podpory skośne, które współpracują z blokami regulacyjnymi. Górna część elementu ustalającego wyposażona jest w odlew, którego dolna krawędź jest ściśle dopasowana do górnej części bloku regulacyjnego. Górna część odlewu wyposażona jest w pokrywę, a odlew oraz pokrywa są przymocowane do odpowiadających im śrub w rowkach zatrzaskowych. Powierzchnia trzymająca oraz bloki regulacyjne są wyposażone w odpowiadające im gwinty w pozycji śrub, a całość jest scalona za pomocą nakrętki sześciokątnej. Model użytkowy ma tę zaletę, że dzięki elastycznej deformacji jest bardziej odporny na uszkodzenia.

Znane jest chińskie rozwiązanie CN206571939 (U) ujawnione przez Chen Fujian, Wei Qinglei, Liu Jingguang, Jiang Xiuhua i Li Wenjie, w którym modułowe koło zębate z zębami prostymi składa się z dwóch prostych kół zębatych, kołnierza pierścieniowego i osi sworznia. Konstrukcja umożliwia wzajemne zazębianie się kół zębatych, co zwiększa ich trwałość i równomierność rozkładu obciążenia na zęby, poprawiając efektywność pracy przekładni zębatej wyposażonej w tego typu koła zębate.

Obecnie istniejące rozwiązania dotyczące elementów odpowiedzialnych za przekazywanie momentu obrotowego lub wspomagające ruch obrotowe składają się z wielu podzespołów, gdzie każdorazowe uszkodzenie jakiegokolwiek elementu może powodować awarię całego mechanizmu.

Uwzględniając obecne tendencje rozwojowe konstrukcji, twórcy zgłaszanego wynalazku uznali, że zasadnym jest połączenie wytworzonej przyrostowo, zoptymalizowanej topologicznie piasty z wykonanym konwencjonalnie wieńcem zębatym. Dodatkowym atrybutem zaproponowanej konstrukcji modułowego koła zębatego jest skrócenie czasu wytworzenia koła zębatego w porównaniu do czasu produkcji kół zębatych wytwarzanych metodami konwencjonalnymi. Dodatkowo w przypadku zaawansowanych geometrycznie rozwiązań, wytwarzanie przyrostowe jest jedyną metodą umożliwiającą wytworzenie skomplikowanych struktur topologicznych. Ponadto możliwe jest swobodne kształtowanie właściwości wytrzymałościowych oraz geometrycznych w zależności od określonych potrzeb. Technika ta daje możliwość wyprodukowania pojedynczych partii kół zębatych znacznie różniących się geometrią piasty przy zbliżonym nakładzie środków do produkcji wielkoseryjnej. Jest to istotny czynnik dla przedsiębiorstw produkujących różnego rodzaju urządzenia w oparciu o wymagania stawiane przez tzw. „Industry 4.0”, zwłaszcza tam, gdzie nie występuje powtarzalność produkcji. W przypadku kół zębatych produkowanych konwencjonalnie, uszkodzenie wieńca zębatego często dyskwalifikuje je z dalszej eksploatacji. Modułowość kół zębatych umożliwia zatem zastąpienie zużytego wieńca zębatego nowym odpowiednikiem. Ponadto możliwa jest modernizacja takiej części poprzez zastosowanie topologii pozwalającej na lepsze odprowadzanie ciepła lub obniżenie masy całego układu, a także dobór bardziej zaawansowanego materiału na wieniec zębaty.

Zgłaszany wynalazek wiąże się z rozwiązaniem szeregu zagadnień technologicznych i konstrukcyjnych, a w szczególności doborem parametrów optymalizacji topologicznej piasty i jej wytwarzania przyrostowego oraz połączenia kształtowo-wciskowego piasty z wieńcem zębatym, który może być wytwarzany zarówno konwencjonalnie, jak i przyrostowo.

Wynalazek dotyczy koła zębatego/koła napędowego lub rolki/koła napinającego/jezdnego łączy potencjalnie sprzeczne parametry - niską masę i wysoką wytrzymałość przy zachowaniu stosunkowo niskich kosztów wytwarzania, zwłaszcza w przypadku produkcji niskoseryjnej. Tego typu rozwiązanie jest odpowiedzią na rosnące wymagania dyktowane głównie przez przemysł lotniczy, energetyczny, motoryzacyjny i maszynowy, ale może również znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagana jest minimalizacja gabarytów, masy i oddziaływań dynamicznych przy zachowaniu wymaganego współczynnika bezpieczeństwa. Istotną nowością w produkcji kół zębatych jest połączenie zoptymalizowanej topologicznie i wytworzonej przyrostowo piasty z konwencjonalnie wytworzonym wieńcem zębatym przy zastosowaniu połączenia kształtowo-wciskowego ulepszonego w wyniku utwardzania laserowego ścieżek połączenia. Zaproponowane rozwiązanie daje możliwość produkcji innowacyjnych elementów odpowiedzialnych za przeniesienie napędu (kół zębatych, kół napędowych, kół napinających, rolek jezdnych, itp.) jak również ich modernizacji, a także regeneracji zużytych tego typu elementów wytwarzanych konwencjonalnie (poprzez usuwanie zużytej części wieńca zębatego lub powierzchni walcowej i montaż wytworzonego na nowo odpowiednika).

Wewnętrzna część wieńca powinna posiadać powierzchnię stożkową jednakową jak piasta w celu odpowiedniego pasowania. Ponadto na powierzchni stożkowej wieńca powinno być naświetlonych laserowo tyle samo ścieżek co na piaście. Wynalazek powstaje wskutek wciśnięcia bądź nałożenia wieńca na piastę w takiej konfiguracji, aby utwardzone ścieżki na piaście nachodziły na nieutwardzone ścieżki w wieńcu. Wynalazek dotyczy m.in. kół zębatych wykonanych z metali podatnych na utwardzanie laserowe, również te poddawane obróbce cieplno-chemicznej (np. nawęglaniu).

Celem wynalazku jest redukcja masy oraz zwiększanie właściwości wytrzymałościowych oraz trwałości modułowych przenośników ruchu obrotowego, w szczególności kół zębatych, kół napędowych, kół oraz rolek podajników taśmowych.

Istotą wynalazku jest modułowy przenośnik ruchu obrotowego, który składa się z piasty umieszczonej w wieńcu, gdzie piasta jest bryłą obrotową, której powierzchnia boczna jest tworzącą stożka, gdzie zbieżność stożka zawiera się w przedziale od 10 do 50, a na powierzchni bocznej piasty, naniesione są równomiernie - z jednakowym odstępem liniowe utwardzenia piasty biegnące równolegle względem siebie, gdzie odstęp pomiędzy utwardzeniami piasty wynosi od jednokrotności do dwukrotności szerokości utwardzenia. Powierzchnia wewnętrzna wieńca będącą tworzącą stożka ma zbieżność identyczną jak zbieżność piasty oraz na powierzchni bocznej stożka zawiera utwardzenia wieńca w liczbie odpowiadającej liczbie utwardzeń piasty o szerokości nie większej niż odstęp pomiędzy utwardzeniami piasty i identycznym kącie nachylenia co utwardzenia piasty.

Korzystnie, gdy minimalna głębokość utwardzenia piasty oraz utwardzenia wieńca wynosi 0,01 mm.

Korzystnie, gdy utwardzenia piasty oraz utwardzenia wieńca biegną równolegle do osi modułowego przenośnika ruchu obrotowego.

Korzystnie, gdy utwardzenia piasty oraz utwardzenia wieńca biegną pod kątem ostrym, bądź rozwartym względem podstawy stożka - modułowego przenośnika ruchu obrotowego.

Korzystnie, gdy wieniec jest kołem zębatym.

Korzystnie, gdy wieniec jest kołem łańcuchowym.

Korzystnie, gdy wieniec jest kołem napędowym.

Korzystnie, gdy wieniec jest kołem napinającym.

Korzystnie, gdy wieniec jest .rolką jezdną

Wynalazek w korzystnym przykładzie wykonania został przedstawiony na Fig. 1, który ukazuje piastę wraz z utwardzeniami, Fig. 2 przedstawia wieniec w postaci koła zębatego wraz z utwardzeniami, Fig. 3 przedstawia układ poglądowy wieńca z zamontowaną wewnątrz piastą, Fig. 4 przedstawia wieniec będący kołem zębatym z zamontowaną wewnątrz piastą, Fig. 5 przedstawia wieniec będący kołem napinającym z zamontowaną wewnątrz piastą.

Przykład 1

Wynalazek został zrealizowany jako modułowy przenośnik ruchu obrotowego wykonany ze nawęglanej stali 21NiCrMo2, który składa się z piasty (1) umieszczonej wciskowo w wieńcu (3). Piasta (1) ma kształt uciętego prostopadle stożka w stosunku do jego osi, o wysokości 20 mm, dolnej średnicy podstawy 82,25 mm, górnej średnicy podstawy 83,25 mm o zbieżności stożka 20. Na powierzchni bocznej piasty (1) naniesione są równomiernie - w odstępach co 3 mm, liniowe, wykonane laserowo utwardzenia piasty (2) o szerokości 2,75 mm i głębokości 0,6 mm, biegnące równolegle względem siebie. Powierzchnia wewnętrzna wieńca (3) będącą tworzącą stożka ma zbieżność identyczną jak zbieżność piasty (1) oraz na powierzchni bocznej stożka zawiera utwardzenia wieńca (4) w liczbie odpowiadającej liczbie utwardzeń piasty (2) o takiej samej szerokości i identycznym kącie nachylenia co utwardzenia piasty (2). Wieniec (3) jest kołem zębatym o średnicy głów 114 mm, liczbie zębów 36 i module 3. Utwardzenia piasty (2) oraz utwardzenia wieńca (4) biegną równolegle do osi modułowego przenośnika ruchu obrotowego.

P rzy kła d 2

Wynalazek został zrealizowany tak jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że wieniec (3) jest kołem łańcuchowym o średnicy podziałowej 125 mm, szerokości wieńca 5 mm i liczbie zębów 27.

P rzy kła d 3

Wynalazek został zrealizowany tak jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że wieniec (3) jest kołem napędowym o liczbie zębów 14, przedziałce 137 mm, średnicy podziałowej 380 mm i szerokości wieńca 25 mm.

P rzy kła d 4

Wynalazek został zrealizowany tak jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że wieniec (3) jest kołem napinającym o średnicy 400 mm i szerokości 250 mm.

P rzy kła d 5

Wynalazek został zrealizowany tak jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że utwardzenia piasty (2) i utwardzenia wieńca (4) biegną pod kątem 45° względem podstawy dolnej modułowego przenośnika ruchu obrotowego.

Claims (8)

1. Modułowy przenośnik ruchu obrotowego znamienny tym, że składa się z piasty (1) umieszczonej w wieńcu (3), gdzie piasta (1) jest bryłą obrotową, której powierzchnia boczna jest tworzącą stożka, gdzie zbieżność stożka zawiera się w przedziale od 10 do 50, a na powierzchni bocznej piasty (1) naniesione są równomiernie - z jednakowym odstępem liniowe utwardzenia

PL 248429 Β1 piasty (2) biegnące równolegle względem siebie, gdzie odstęp pomiędzy utwardzeniami piasty (2) wynosi od jednokrotności do dwukrotności szerokości utwardzenia; oraz powierzchnia wewnętrzna wieńca (3) będącą tworzącą stożka ma zbieżność identyczną jak zbieżność piasty (1) oraz na powierzchni bocznej stożka zawiera utwardzenia wieńca (4) w liczbie odpowiadającej liczbie utwardzeń piasty (2) o szerokości nie większej niż odstęp pomiędzy utwardzeniami piasty (2) i identycznym kącie nachylenia co utwardzenia piasty (2).

2. Modułowy przenośnik ruchu obrotowego, według zastrz. 1 znamienny tym, że minimalna głębokość utwardzenia piasty (2) oraz utwardzenia wieńca (4) wynosi 0,01 mm.

3. Modułowy przenośnik ruchu obrotowego, według zastrz. 1 albo 2 znamienny tym, że utwardzenia piasty (2) oraz utwardzenia wieńca (4) biegną równolegle do osi modułowego przenośnika ruchu obrotowego.

4. Modułowy przenośnik ruchu obrotowego, według zastrz. 1 albo 2 znamienny tym, że utwardzenia piasty (2) oraz utwardzenia wieńca (4) biegną pod kątem ostrym, bądź rozwartym względem podstawy stożka - modułowego przenośnika ruchu obrotowego.

5. Modułowy przenośnik ruchu obrotowego, według zastrz. 1 znamienny tym, że wieniec (3) jest kołem zębatym, bądź kołem łańcuchowym.

6. Modułowy przenośnik ruchu obrotowego, według zastrz. 1 znamienny tym, że wieniec (3) jest kołem napędowym.

7. Modułowy przenośnik ruchu obrotowego, według zastrz. 1 znamienny tym, że wieniec (3) jest kołem zębatym, bądź kołem napinającym.

8. Modułowy przenośnik ruchu obrotowego, według zastrz. 1 znamienny tym, że wieniec (3) jest rolką jezdną.