CONJUNTO DE ENGRANAJE DE TORNILLO SIN FIN QUE TIENE UN ANILLO DE RODADURA DE CLAVIJAS.

Un conjunto de engranaje de tornillo sin fin, que comprende:

un tornillo sin fin (100,

200) que tiene al menos una ranura (115, 205);

una rueda (105, 210) que tiene una pluralidad de clavijas rotatorias (120, 215) a lo largo de su periferia para engranar con el tornillo sin fin (100, 200), pudiendo las clavijas rotar en una dirección distinta de una dirección de rotación de la rueda;

al menos un anillo de rodadura (220, 265) para contactar con las clavijas (120, 215) que no son engranadas con el tornillo sin fin durante el funcionamiento del conjunto; y

en el que las clavijas pueden rotar alrededor de sus ejes longitudinales (217); caracterizado porque el conjunto de engranaje de tornillo sin fin además comprende un mecanismo de desplazamiento (270);

en el que el anillo de rodadura (220, 265) incluye una primera superficie de anillo de rodadura y una segunda superficie de anillo de rodadura, pudiendo funcionar el mecanismo de desplazamiento para empujar las clavijas (275a) que no son engranadas con el tornillo sin fin (100, 200) contra la primera superficie de anillo de rodadura (220a, 265a) cuando el tornillo sin fin rota en una primera dirección y para empujar las clavijas que no son engranadas con el tornillo sin fin contra la segunda superficie de anillo de rodadura (220b) cuando el tornillo sin fin rota en una segunda dirección.

Conjunto de engranaje de tornillo sin fin que tiene un anillo de rodadura de clavijas CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a conjuntos de engranajes de tornillo sin fin en los cuales un tornillo sin fin es engranado por clavijas en la periferia de una rueda.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Una consideración importante en el diseño de sistemas de engranajes es la minimización del rozamiento entre los componentes de los engranajes. Minimizando el rozamiento entre los componentes de los engranajes, se incrementa la eficiencia de un sistema de engranaje. Por ejemplo, en un sistema de engranaje que se usa para la transmisión de potencia, la pérdida de transmisión debida al rozamiento dentro del sistema se reduce cuando se reduce el rozamiento dentro del sistema. Además, minimizando el rozamiento entre los componentes de los engranajes, se incrementa la longevidad de un sistema de engranaje. Es decir, reduciendo el rozamiento entre componentes en el sistema de engranaje se reduce la tasa de desgaste por rozamiento sobre los componentes, incrementando así la cantidad de tiempo que el sistema puede hacerse funcionar antes de que falle.

Un sistema de engranaje común de la técnica anterior incluye dos o más engranajes que tienen un cuerpo circular. Cada engranaje incluye una pluralidad de “dientes” a lo largo de la periferia de su cuerpo circular. Los dientes de los dos engranajes engranan de manera que puede transmitirse fuerza de uno de los engranajes al otro a través de los dientes que engranan. Así, si se aplica un par de torsión a uno de los engranajes haciendo que el engranaje rote, los dientes del engranaje ejercerán una fuerza sobre los dientes del otro engranaje, haciendo que el otro engranaje rote. El deslizamiento de los conjuntos de dientes respectivos unos contra otros es una fuente de rozamiento del sistema de engranaje.

Una manera en la que los diseñadores han reducido el rozamiento entre los componentes de un sistema de engranaje es sustituir las clavijas rotatorias por dientes de engranajes. La Fig. 1 es una vista isométrica de un sistema de engranaje anterior en el que se han usado clavijas rotatorias en lugar de dientes. Como puede apreciarse de la figura, una pluralidad de clavijas rotatorias 5 están colocadas a lo largo de la periferia de una rueda 10 y engranan con un tonillo sin fin 15. Las clavijas están dispuestas en una sola “fila” a lo largo de la circunferencia de la rueda. El tornillo sin fin tiene una forma de reloj de arena y tiene una ranura espiral 20 cortada dentro de su superficie. Las clavijas engranan con el tornillo sin fin moviéndose por la ranura espiral.

El sistema de engranaje de la Fig. 1 se usa típicamente para transmitir potencia de un árbol motor 25 a un eje 30. Más específicamente, cuando se aplica un par de torsión al árbol 25 en la dirección mostrada por la flecha 35, la ranura ejerce una fuerza sobre las clavijas con las que engrana, haciendo que la rueda rote en la dirección mostrada por la flecha 40. Los cojinetes 45a y 45b sostienen la rueda en tanto que la permiten rotar.

A medida que las clavijas 5 rotan por la ranura son libres de girar alrededor de sus ejes longitudinales en virtud de los cojinetes 50. Por ejemplo, cuando la clavija 7 se mueve por la ranura rota en la dirección mostrada por la flecha 55. Como las clavijas son libres de rotar alrededor de sus ejes longitudinales, se reduce el rozamiento entre las clavijas y las paredes de la ranura. Es decir, como las clavijas pueden rotar alrededor de sus ejes longitudinales, pueden rotar alrededor de las paredes de la ranura. Mientras que, si las clavijas no pudieran rotar alrededor de sus ejes longitudinales, tendrían que deslizar contra las paredes de la ranura.

Aunque el sistema de engranaje de la Fig. 1 produce la ventaja de sustituir las clavijas rotatorias por dientes fijos, tiene varios inconvenientes. Tres de los problemas asociados con el sistema de la Fig. 1 se denominan como “resbalamiento de clavija”, “comienzo de patinamiento” y “desalineación de rueda”.

El problema del “resbalamiento de clavija” está causado por la fuerza centrífuga que actúa sobre las clavijas 5 cuando la rueda 10 rota. La Fig. 2 es una vista en planta en perfil de algunos de los elementos del sistema de engranaje de la Fig. 1. En particular, la Fig. 2 muestra las clavijas 5, los cojinetes 50 y el tornillo sin fin 15. También se muestran la ranura espiral 20, el árbol motor 25 y una pluralidad de cojinetes internos 60. Los cojinetes internos son internos a la rueda 10 y ayudan a sostener las clavijas.

Como puede apreciarse de la Fig. 2, la rotación del tornillo sin fin en la dirección mostrada por la flecha 65 causa el movimiento de las clavijas 5 en la dirección de rotación mostrada por las flechas 70. Tal movimiento da origen a una fuerza centrífuga sobre las clavijas que se ilustra por las flechas 75. La fuerza centrífuga empuja las clavijas radialmente hacia fuera desde el centro de la rueda, y si las clavijas no están protegidas contra el movimiento radial hacia fuera, la fuerza mueve las clavijas radialmente hacia fuera. Es el movimiento radialmente hacia fuera de las clavijas debido a la fuerza centrífuga al que se denomina “resbalamiento de clavija”.

La Fig. 3A ilustra el efecto del resbalamiento de clavija. La figura muestra una clavija que ha resbalado entrando en la ranura espiral del tornillo sin fin. Como puede apreciarse de la Fig. 3A, la clavija no entra suavemente en la ranura espiral 20. En cambio, a medida que la clavija se mueve a la posición para entrar en la ranura, podría golpear la base de la ranura. La dura entrada de la clavija dentro de la ranura, y cualquier rugosidad que conlleva en el resto del recorrido de la clavija por la ranura, reduce la eficiencia del sistema de engranaje e incrementa la tasa de desgaste.

La Fig. 3B se proporciona como comparación con la Fig. 3A. La Fig. 3B muestra cómo una clavija que no ha resbalado entra en la ranura espiral del tornillo sin fin.

El problema del “comienzo de patinamiento” se explica con referencia a la Fig. 1. El comienzo de patinamiento está relacionado con el inicio de la rotación mostrada por la flecha 55. Más específicamente, a medida que la clavija 7 sale de la ranura espiral 20 no hay fuerza sobre la clavija para mantener su rotación alrededor de su eje longitudinal, por lo tanto la rotación de la clavija disminuirá o se detendrá durante el tiempo que no está dentro de la ranura espiral. Por lo tanto, a medida que la clavija se desplaza alrededor del centro de la rueda 10 y entra una vez más en la ranura 20, la ranura ejerce un par de torsión alrededor del eje longitudinal de la clavija. El par de torsión es ejercido sobre la clavija por la pared de la ranura (véase, por ejemplo, la Fig. 3B) . El inicio del par de torsión entre la pared de la ranura y la clavija hace que la clavija patine más que ruede dentro de la ranura, teniendo como resultado una brusquedad en el funcionamiento del sistema, lo cual disminuye la eficiencia y la longevidad.

El problema de la “desalineación de rueda” se explica con referencia a la Fig. 1. Haciendo referencia a la Fig. 1, la rotación del tornillo sin fin en la dirección de la flecha 35 aplica una fuerza sobre las clavijas 5 en la dirección mostrada por la flecha 80. Más específicamente, durante la rotación del tornillo sin fin en la dirección 35, la fuerza ejercida sobre las clavijas 5 por la ranura 20 puede describirse como que incluye dos componentes, una primera componente que empuja las clavijas para moverse en la dirección mostrada por la flecha 40 y una segunda componente que empuja las clavijas para moverse en la dirección de la flecha 80. Ambas fuerzas componentes se transmiten a la rueda 10, la primera componente empujando la rueda para girar en la dirección 40 y la segunda componente empujando la parte superior de la rueda para moverse en la dirección 80. Cualquier movimiento de la rueda en la dirección 80 es una fuente de desalineación de la rueda. Es decir, cualquier movimiento de la rueda en la dirección 80 cambia la trayectoria de las clavijas en relación con el tornillo sin fin. El cambio de trayectoria saca las clavijas de su trayectoria pretendida y da origen a brusquedad y/o ineficiencia de funcionamiento.

Es importante observar que en la Fig. 1 es típico que las fuerzas asociadas con la flecha 80 ejerzan fuerza sobre la parte superior de la rueda para empujar la parte superior de la rueda para moverse en la dirección... [Seguir leyendo]

1. Un conjunto de engranaje de tornillo sin fin, que comprende:

un tornillo sin fin (100, 200) que tiene al menos una ranura (115, 205) ;

una rueda (105, 210) que tiene una pluralidad de clavijas rotatorias (120, 215) a lo largo de su periferia para engranar con el tornillo sin fin (100, 200) , pudiendo las clavijas rotar en una dirección distinta de una dirección de rotación de la rueda;

al menos un anillo de rodadura (220, 265) para contactar con las clavijas (120, 215) que no son engranadas con el tornillo sin fin durante el funcionamiento del conjunto; y en el que las clavijas pueden rotar alrededor de sus ejes longitudinales (217) ; caracterizado porque el conjunto de engranaje de tornillo sin fin además comprende un mecanismo de desplazamiento (270) ;

en el que el anillo de rodadura (220, 265) incluye una primera superficie de anillo de rodadura y una segunda superficie de anillo de rodadura, pudiendo funcionar el mecanismo de desplazamiento para empujar las clavijas (275a) que no son engranadas con el tornillo sin fin (100, 200) contra la primera superficie de anillo de rodadura (220a, 265a) cuando el tornillo sin fin rota en una primera dirección y para empujar las clavijas que no son engranadas con el tornillo sin fin contra la segunda superficie de anillo de rodadura (220b) cuando el tornillo sin fin rota en una segunda dirección.

2. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, en el que el tornillo sin fin (200) tiene una forma de reloj de arena.

3. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, en el que el tornillo sin fin (510) tiene una forma cilíndrica.

4. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, en el que al menos un anillo de rodadura (110a, 110b) contacta con todos las clavijas (120) que no son engranadas con el tornillo sin fin.

5. El conjunto de engranaje según la reivindicación 1, en el que al menos un anillo de rodadura (110a, 110b) contacta con una parte de las clavijas (120) que no son engranadas con el tornillo sin fin.

6. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, en el que el tornillo sin fin (200) tiene una ranura en forma de espiral (205) .

7. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, en el que el tornillo sin fin (200) tiene una pluralidad de ranuras en forma de espiral (205) .

8. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, en el que cada una de las clavijas

(215) tiene una cabeza en forma de tronco de cono.

9. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, en el que cada una de las clavijas (515) tiene una cabeza en forma de una esfera truncada.

10. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, en el que cada una de las clavijas (615) tiene una cabeza en forma de una esfera doblemente truncada.

11. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, en el que el conjunto incluye un primer anillo de rodadura (110a) y un segundo anillo de rodadura (110b) , contactando el primer anillo de rodadura (110a) con las clavijas (125) que no son engranadas con el tornillo sin fin cuando el tornillo sin fin rota en una primera dirección, y contactando el segundo anillo de rodadura (110b) con las clavijas (125) que no son engranadas con el tornillo sin fin cuando el tornillo sin fin rota en una segunda dirección.

12. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, en el que, para al menos un anillo de rodadura (170) , la superficie que contacta con las clavijas tiene una sección transversal plana.

13. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, en el que, para al menos un anillo de rodadura (325) , la superficie (325a) que contacta con las clavijas tiene una sección transversal cóncava.

14. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, que además comprende una caja (320) .

15. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 14, en el que la caja (320) es una caja de una pieza.

16. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 14, en el que la caja está compuesta por dos o más piezas.

17. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 14, en el que al menos un anillo de rodadura (325) está formado como una parte integral de la caja.

18. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 14, en el que al menos un anillo de rodadura (110a) está formado como un componente separado que se conecta a la caja.

19. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, que además comprende cojinetes

(157) para sostener las clavijas (150) para rotación en una dirección distinta de una dirección de rotación de la rueda.

20. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, en el que las clavijas (150) están dispuestos en una sola fila.

21. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, en el que las clavijas están dispuestas en una pluralidad de filas (415a, 415b) .

22. El conjunto de engranaje de tornillo sin fin según la reivindicación 1, en el que las clavijas (515) pueden rotar alrededor de sus ejes longitudinales (555) en una dirección horaria o antihoraria.