SE450151B - Anordning med kontrollerad friktion samt forfarande for att erhalla kontrollerad friktion vid en sadan anordning - Google Patents

Description

450 151 förklarande exempel.

Exempel 1: För att å ena sidan förenkla monteringen och demonteringen av en axel i förhållande till ett nav och å andra sidan erhålla hög friktion vid momentöverföring mellan axeln och navet vore det önskvärt att friktionen är förhållandevis låg i monteringsriktningen, vanligen i axiell riktning, medan den är hög i momentöverföringsriktningen, dvs i rotationsriktningen.

Exempel 2: I vissa andra fall kan man önska öka friktionen i en axel- koppling i såväl axiell led som i rotationsriktningen medan man samtidigt önskar låg friktion i monteringen, vilket är möjligt i de fall då monteringen sker genom ett slags skruvrörelse.

Exempel 3: För att öka dragförmågan hos ett i förhållande till ett annat föremål framfört föremål önskar man öka friktionen i dragriktningen, medan det kan vara av värde om friktionen i en annan riktning är låg, eller det alternativt är ointressant hurudan friktionen är i en sådan annan riktning. Man kan t ex vilja öka friktionen mellan järnvägsräls och lokets drivhjul vid stationer, i sluttningar på ställen där man kan förvänta sig frost på rälsen mm, varigenom man dels erhåller en förbättrad dragförmåga, dels även en förbättrad bromsförmåga.

Exempel 4: I åter andra fall kan man önska en konstant ökning av friktionskoefficienten mellan två i förhållande till varandra ' framföringsbara föremål, t ex en konstant ökning av friktionen hos drivhjulet på ett järnvägslok i förhållande till järnvägsrälsen.

Exempel 5: Vid monteringen och demonteringen av mekaniska friktions- förband som använder konor som klämelement sker alltid en rörelse i förbandet då konorna dras mot varandra. Denna rörelse är oftast axiell medan de största krafter som förbandet skall överföra är riktade i rotationsriktningen. De är då önskvärt att friktionen är låg vid monteringen och demonteringen men hög vid användandet av förbandet.

Många olika metoder att öka friktionen mellan två sinsemellan samverkande maskindelar är kända tidigare. Det tyska patentet 559.779 visar en anordning med ett krympförband mellan en axel och ett nav, där axeln på känt sätt är utformad med ett antal parallellt löpande bearbetade räfflor eller spår, i vilka navmaterial intränger vid påkrympningen, så att man erhåller ett vridfast förband. Metoden kräver en skärande 450 151 bearbetning av den ena delen, i detta fall axeln, och det kan vara svårt eller omöjligt att sära delarna och återigenom foga samman dem.

Det amerikanska patentet 2,354,656 visar en annan metod för att genom krympförband foga samman två maskindelar, där hon-kopplingsdelen är av relativt deformerbart material och utformad med i axelriktningen konvexa väggar, vilka vid påkrympning av axeln formas till axiella väggar med intim kontakt med axeln. Denna typ av krympförband förutsätter en speciell form på den ena maskindelen, och ger ett rent krympförband utan några friktionsökande medel.

Den grundläggande tankegången i uppfinningen ligger i att man i åtminstone den ena av maskindelarna på ett förutbestämt sätt anordnar partier med hårdare och mjukare material, nämligen så att de hårdare partierna är förlagda i en eller flera linjer eller liknande formationer, vilka bildar en viss vinkel, t ex rät vinkel mot momentöverföringsrikt- ningen, med andra ord så att de hårdare resp. mjukare partierna vid en axel-navkoppling anordnas axiellt eller i skruvformation, och vid typfallet järvägsräls-lokdrivhjul tvärs mot rälsens längsutsträckning eller tvärs mot drivhjulets perifeririktning.Det kan i många fall vara värdefullt att båda maskinelementen utformas med sådana hårdare och mjukare partier av väsentligen hoppassande typ.

Man kan tänka sig flera olika vägar att åstadkomma de hårdare och mjukare partierna i maskindelarna, och principiellt kan man arbeta efter två olika vägar, nämligen Antingen att öka eller att minska friktionskoef- ficientenen partiellt och företrädesvis genom smalare eller bredare partier med ökad respektive minskad hårdhet i materialet.

För minskning av friktionskoefficienten i vissa partier av materialet finns möjlighet att behandla materialet till en minskning av hårdheten eller genom partiell dopning av materialet genom inpressning eller inbakning av friktionsminskande partiklar För ökning av friktionskoefficienten kan man t ex härda maskindelen eller maskindelarna lokalt på något i och för sig känt sätt, t ex genom laserhärdning, så att delen eller delarna erhåller härdade partier med ökad hårdhet i den riktning som främjar den önskade ökade friktionen. En annan möjlighet är att man dopar materialet i den ena eller båda maskindelarna genom inpressning eller inbakning av hårdare partiklar i en 450 151 formation som ökar friktionen i en viss önskad riktning och lämnar friktionen oförändrad i en annan riktning.

Härdningen, t ex laserhärdningen, medför den stora fördelen att ~ metoden kan användas vid befintliga föremål utan att dessa påverkas i övrigt, och att det är möjligt att anpassa form, lokalisering och storlek på de härdade partierna så att man erhåller just den önskade effekten.

Härdningen kan ske av vilka som helst föremål oberoende av form och storlek och sker normalt i form av ett visst antal parallella linjära härdpartier, vilka kan löpa axiellt, i skruvformation eller på vilket som helst annat sätt. Antalet parallella härdpartier anpassas efter omständigheterna och efter den verkan som eftersträvas. Uppfinningen förutsätter i detta fall att de båda maskindelarna är utformade för sammanfogning genom presspassning, varvid de härdade partierna kommer att -pressas in något i motelementets mjukare ytdelar. I det fall att båda maskindelarna utformas med härdade partier tillses att dessa överensstämmer med varandra, så att de härdade partierna i den ena maskindelen vid hoppressningen förläggs mellan härdade partier i den samhörande andra maskindelen Sammanföringen av på så sätt utformade maskindelar sker förhållandevis lätt, medan delarna är låsta i rotationsriktníngen med en väsentligt högre kraft än vad som erhålls vid motsvarande normala press- -eller krympförband.

Såsom nämnts ovan är det möjligt att anordna de härdade partierna i skruvrörelse, varvid sammanföringen och eventuell senare lösgöring likaledes sker genom en skruvrörelse. En sådan anordning ger en ökad friktion i såväl axiell led som i rotationsriktningen, men det är uppenbart att systemet inte är lämpat för reversibla vridmomentöver- föringar.

Det är även möjligt att anordna de härdade partierna genom punktvis härdning, varvid tillses att härdpunkterna kommer att ligga i linje med varandra på samma sätt som vid den ovan beskrivna linjära härdningen.

Vid dopning av materialet i den ena maskindelen med hårdare partiklar är det även möjligt att utgå från befintliga maskindelar och att pressa in sådana hårdare partiklar i ytskiktet till den ena eller båda maskindelarna, eller så kan maskindelen i fråga redan vid smidningen eller 450 151 i annat skede av framställningen förses med sådana hårdare partiklar.

Maskindelen kan i sin helhet framställas genom pressning av pulvermaterial, varvid tillses att pulver med större hårdhet appliceras på visst föreskrivet sätt, t ex i rader eller linjer parallella med varandra eller i skrivformation. Partiklarna kan utgöras av hårdmetallpartiklar, partiklar av sintrat material, keramiska partiklar eller vilka som helst andra inom pulvermetallurgin välkända hårda partiklar.

Uppfinningen illustreras schematiskt på bifogade ritningar, vilka visar ett par olika utföringsexempel på uppfinningen. I figur 1 visas en utföringsform av en axel-navkoppling, figur 2 visar en andra utföringsform av en axel-navkoppling, figur 3 visar en tredje utföringsform av en axel- navkoppling, figur 4 visar en järnvägsräl utformad i enlighet med uppfinningen, och figur 5 visar en drivhjul till ett lok på en järnvägsräl. Figurerna 6 och 7 visar konkopplingsförband, där vissa vtpartier modifierats med avseende på friktionen.

I figur 1 visas en axel 1, som i axeländen härdats lokalt i form av ett antal axiellt löpande härdade smalare eller bredare zoner 2, där alltså materialet efter härdningen blir hårdare än materialet i de mellan- liggande partierna 3. I det visade fallet saknar navet 4 härdade partier.

Axeln och navet är på känt sätt utformade som ett pressförband eller krympförband. I monterat tillstånd kommer de härdade partierna 2 att tränga in ett litet stycke i materialet i navet och bilda ett förhöjt motstånd vid inbördes vridning mellan axel och nav. Däremot är det fullt möjligt att demontera navet från axeln genom dragning rakt ut i axiell led.

I figur 2 visas en anordning som skiljer sig från den i figur 1 endast genom att i detta fall såväl axeländen som navet utformats med härdade axiellt löpande partier 2 resp. 5, vilka har väsentligen samma inbördes delning, så att de härdade partierna 2 och 5 i de båda delarna i monterat tillstånd kommer att förläggas vid motelementets mjukare partier 3 resp. 6.

Figur 3 visar på samma sätt som i figur 1 en axelände som dopats med partiklar 7 av hårdare material än axeln i övrigt, och som förlagts i linje med varandra på samma sätt som de ovan beskrivna härdade partierna.

Figur 4 visar ett litet avsnitt av en järnvägsräl 8, som försetts med 450 151 ett antal tvärgående ythärdade partier 9, vilka åstadkommer en ökning av friktionen mellan räls och järnvägshjul, och som minskar förekommande glidning mellan hjul och räls och därmed ökar lokhjulens dragförmåga mot rälsen eller ökar hjulens friktion mot rälsen vid bromsning.

Figur 5 visar ett alternativ, där lokets drivhjul 10 eller vilka som helst andra hjul i tågsättet utformats med tvärgående härdade partier 11 eller partier med partiklar av hårdare material än hjulet eller hjulen i övrigt, vilka partier fördelats på lämpligt sätt runt hjulet.

Figur 6 visar en axel/navkoppling med ett friktionsförband som tillåter att navet 12 förskjuter sig axiellt när förbandet monteras, dvs när skruven 13 dras åt. Då förflyttar sig delen 14 och navet 12 axiellt på konan 15. I monterat skick skall förbandet i huvudsak överföra krafter i rotationsriktningen, och detta sker då med fördel genom att antingen delen 14 eller konan 15 eller båda utformats med axiella och parallella frik- tionsökande eller friktionsminskande smalare eller bredare partier runt den gemensamma ytan, vilka åstadkommer den önskade kontrollerade friktionen.

Figur 7 visar en axelkoppling av friktionsförbandstyp, som inte tillåter att navet 16 rör sig axiellt när förbandet monteras. Detta förhindras genom att flänsdelen på konan 17 sträcker sig utanför navets 16 innerdiameter. När skruven 18 dras åt kommer navet 16 endast att tryckas mot konflänsen= Vid montering måste kondelen 19 pressas mot konan 17 och tvingas att expandera mot navet 16, och därefter skall kondelen 19 glida mot såväl konan 17 som navet 16 samtidigt som det krävs att dessa båda kontaktytor skall överföra så stora friktionskrafter som möjligt. Detta underlättas väsentligt om ytorna mellan å ena sidan kondelen 19 och å andra sidan konan 17 och navet 16 eller samtliga är utformade så att de ger den ovan definierade kontrollerade friktionen, så att man får låg friktion i ytorna vid montering/demontering av förbandet samtidigt som man kan överföra stora krafter i rotationsriktningen.

I flertalet av ovanstående exempel kan man tänka sig att maskindejarna är utförda av metall, men andra material är också möjliga.

Sålunda kan man med fördel utforma axeln i figurerna 1-3 av metall och navet av någon lämplig plast, något pressat fibermaterial eller liknande, och det är också möjligt att utforma såväl axel som nav av plast, 450 151 fibermaterial eller liknande, speciellt i den applikation, där endera eller båda maskindelarna är dopade med partiklar av hårdare material.

Genom uppfinningen är det möjligt att öka friktionskoefficienten mellan två sinsemellen sammanfogade maskindelar, och det ligger helt inom möjligheternas ram att öka friktionskoefficienten med upp till 50%.

Det är underförstått att de visade och beskrivna utföringsformerna av uppfinningen endast utgör belysande exempel, och att många olika modifikationer kan förekomma inom ramen för de avslutande patentkraven.

Claims (10)

450 151 P a t e n t k r a v

1. l. Anordning vid inbördes orörligt sammankopplade eller samman- kopplingsbara maskindelar (t ex 1, 4; 14, 15; 17, 19, 16) eller vid slirningsfritt inbördes avrullande maskindelar (8, 10) utformade med medel för att åstadkomma en kontrollerad friktion, k ä n n e t e c k - n a d av att den kontrollerade friktionen erhålls genom att endera eller båda maskindelarna (1, 4; 14, 15; 17, 19, 16) är försedda med ett antal företrädesvis parallellt med varandra löpande partier (2, 5; 7) av hårdare eller mjukare material än övriga delar av maskindelen eller maskindelarna (1, 4; 14, 15; 17, 19, 16).

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att de hårdare partierna (2; 9) utgörs av sätthårdade eller ythärdade partier hos en i övrigt oförändrad, befintlig maskindel.

3.Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att de hårdare partierna utgörs av formationer av hårdare partiklar (7) än materialet i övrigt, vilka dopats in i materialet till den ena eller båda maskindelarna (1, 4'). '

4. Anordning enligt krav 2 och 3, k ä n n e t e c k n a d av att partierna (2, 5) av hårdare material anordnats i änden till en axel (1) och/eller i hålet till ett därmed samhörande nav (4¶, väsentligen parallellt med sammanföringsriktningen för axeln och navet.

5. Anordning enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att partierna (9, 11) av hårdare material anordnats parallellt med varandra i en riktning väsentligen vinkelrätt mot avrullningsriktningen för maskindelarna (8, 10).

6. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att de mjukare partierna utgörs av avhärdade partier eller partier som dopats genom inpressning eller inbakning av partiklar av mjukare material än det övriga materialet eller partiklar av självsmörjande karaktär. 450 151

7. Förfarande för att åstadkomma en kontrollerad friktion vid sinsemellan orörligt samverkande maskindelar såsom ett axel-navförband (1, 4) eller slirningsfritt inbördes avrullande maskindelar (8, 10), enligt något av föregående patentkrav, k ä nzie t e c k n a t av att den ena eller båda maskindelarna genom oförstörande metod förses med ett eller flera partier (2; 7; 9) av hårdare eller mjukare material anordnade i en riktning som ökar eller minskar friktionen i önskad riktning och bibehåller friktionen väsentligen oförändrad i en annan riktning, speciellt vinkelrätt däremot.

8.Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att partierna (2; 9) av hårdare material åstadkoms genom sätthärdning eller ythärdning, t ex laserhärdning av maskindelen (l; 8) eller maskindelarna i form av parallella smalare eller bredare partier (2) eller rader av åhärdpunkter (7), som vid ett axel-navförband eller liknande löper väsentligen parallellt med sammanföringsriktningen för maskindelarna (1, 4).

9. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att partierna av hårdare respektive mjukare material åstadkoms genom dopning, t ex inpressning eller inbakning, av endera eller båda maskindelarna med partiklar (7) av hårdare resp. mjukare material än hos maskindelen eller -delarna, varvid partiklarna anordnas väsentligen i linje med varandra i sammanföringsriktningen vid ett axel-navförband (1, 4) eller vinkelrätt mot avrullningsriktningen för två sinsemellen slirningsfritt avrullande maskindelar (8, l0L

10. Förfarande enligt något av kraven 7-9, k ä n n e t e c k n a t av att de hårdare eller mjukare partierna anordnas i skruvformation.