CH630450A5

CH630450A5 - Trasmissione per trasformare un moto rotatorio in un moto rettilineo alternativo ad ampiezza variabile.

Info

Publication number: CH630450A5
Application number: CH1313578A
Authority: CH
Inventors: Dino Dinelli
Original assignee: Dino Dinelli
Priority date: 1978-01-06
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1982-06-15
Also published as: DE2900373A1; NZ189302A; GB2012017A; FR2414157B1; PL212679A1; FR2414157A1; YU1679A; AU520600B2; ES476873A1; EG14827A; SE441772B; YU41327B; AR220924A1; GR64873B; GB2012017B; US4255989A; DE2900373B2; TR21068A; NL176600B; BE873328A

Description

630450

2

RIVENDICAZIONE Trasmissione per trasformare un moto rotatorio in un moto rettilineo alternativo ad ampiezza variabile nella quale un'asta (53) mobile con moto rettilineo alternativo è collegato tramite un perno (52) con il centro di un bilanciere (51), tale bilanciere essendo munito alle sue estremità con due perni (50) posti alla stessa distanza da detto centro ed a loro volta trovantisi in collegamento con due bielle (45) che sono attaccate tramite altri perni (43, 44) a due dischi (41,42) o bracci di stessa eccentricità messi in moto circolare con uguale periodo, e nel quale la fase tra i moti circolari dei perni (43, 44) posti sui dischi (41, 42) o bracci rotanti è variabile, caratterizzato dal fatto che ciascun perno (43, 44) posto su uno dei dischi (41, 42) o bracci rotanti è collegato con il perno rispettivo (50) sul bilanciere (51) tramite tre bielle (45, 46, 47) a due a due collegate fra loro mediante snodi (48, 49), la biella intermedia (46) essendo vincolata ad un moto rettilineo alternativo parallelo a quello dell'asta (53) e passante attraverso il centro di rotazione del disco (41, 42) rispettivo; che le dimensioni geometriche della trasmissione sono tali da soddisfare la relazione b cosa + bj cosß = b + bj cosy nella quale b è la lunghezza di queste bielle (45) che collegano i perni rispettivi (43, 44) sui dischi (41, 42) con le bielle intermedie (46), bj è la lunghezza di queste bielle (47) che collegano le bielle intermedie (46) con i perni (50) sul bilanciere (51), a è l'angolo che forma ciascuna delle bielle (45) aventi la lunghezza b con la direzione del moto rettilineo alternativo quando i perni (43, 44) sui dischi (41, 42) o bracci si trovano su una linea comunicante i centri di rotazione di quest'ultimi, ß è l'angolo che forma ciascuna delle bielle (47) aventi la lunghezza bx con la direzione del moto rettilineo alternativo quando i perni (43, 44) si trovano nella stessa posizione come per l'angolo a, e ß è l'angolo formato di ciascuna di dette bielle (47) con la direzione del moto rettilineo alternativo quando uno (43) dei perni sui dischi si trova nella posizione superiore e l'altro (44) nella posizione inferiore del suo moto circolare.

La presente invenzione si riferisce ad una trasmissione per trasformare un moto rotatorio in un moto rettilineo alternativo ad ampiezza variabile nella quale un'asta mobile con moto rettilineo alternativo è collegato tramite un perno con il centro di un bilanciere, tale bilanciere essendo munito alle sue estremità con due perni posti alla stessa distanza da detto centro ed a loro volta trovantisi in collegamento con due bielle che sono attaccate tramite altri perni a due dischi o bracci di stessa eccentricità messi in moto circolare, con uguale periodo, e nel quale la fase tra i moti circolari dei perni posti sui dischi o bracci rotanti è variabile.

È noto che la trasformazione di un moto rotatorio in moto rettilineo alternativo, quando si debba trasmettere una potenza elevata, viene comunemente realizzata collegando a mezzo di una biella un perno eccentrico, posto su di un disco o su un braccio rotante, con la testa di un'asta mobile, il cui moto è vincolato ad un percorso rettilineo. L'ampiezza del moto alternativo ottenuto con tale dispositivo è fissa ed è uguale circa al doppio della eccentricità. Una variazione di ampiezza del moto alternativo è possibile soltanto variando il valore della eccentricità del perno, cioè sostituendo il disco (o braccio) rotante con un altro nel quale l'eccentricità del perno sia diversa. Tale operazione ovviamente è possibile soltanto a macchina ferma.

Si può anche operare usando un disco (o braccio) dotato di un perno scorrevole, che cioè può essere avvicinato o allontanato dal centro di rotazione e con adatti dispositivi è possibile effettuare tali spostamenti anche durante il funzionamento della macchina. Tuttavia quando le potenze trasmesse siano elevate l'uso di perni mobili dà risultati non soddisfacenti.

Anche altre soluzioni fino ad oggi proposte ed attuate, quale per esempio quella basata sull'impiego di un disco inclinato con inclinazione variabile rispetto all'asse di rotazione, non hanno praticamente risolto il problema quando, come già detto le potenze da trasmettere siano relativamente elevate.

Secondo l'invenzione, i suddetti svantaggi sono eliminati con una trasmissione del genere indicato che è definita nella rivendicazione unica.

La trasmissione oggetto dell'invenzione può essere utilizzata con buoni rendimenti e soddisfacenti risultati anche quando le potenze da trasmettere siano notevolmente elevate.

Una forma d'esecuzione preferita della trasmissione oggetto dell'invenzione è illustrata nei disegni, i quali rappresentano:

fig. 1 la trasmissione intera, e fig. 2 il dispositivo per variare la fase tra i dischi rotanti.

Nella fig. 1 due dischi 41, 42 rotanti con uguale periodo e muniti di perni 43 e 44 posti alla stessa distanza dai centri di rotazione sono collegati per mezzo di bielle 45,46, 47 e di perni 48, 49, 50, con le estremità di un bilanciere 51 che a mezzo di un perno centrale 52 è collegato ad un'asta 53 mobile soltanto con moto rettilineo alternativo.

Nella stessa figura b indica la lunghezza delle bielle 45, K la lunghezza delle bielle 46, bt la lunghezza delle bielle 47,1 il raggio di oscillazione del bilanciere 51, r il raggio di rotazione dei perni 43 e 44, d la distanza tra i due centri di rotazione dei perni 43 e 44, a e ß sono gli angoli che le bielle 45 e 47 fanno con la verticale quando i perni 43 e 44 si trovano sulla orizzontale passante per i centri di rotazione degli stessi perni, y è l'angolo che le bielle 47 fanno con la verticale quando i perni 43 e 44 si trovano rispettivamente il primo nel punto più alto ed il secondo nel punto più basso della circonferenza percorsa.

Naturalmente i termine «alto», «basso», «verticale» e «orizzontale» fanno riferimento esclusivamente alla fig. 1, in quanto l'intera trasmissione può essere ruotata a piacere senza che si abbiano cambiamenti nel risultato. Si è trovato che affinché l'ampiezza minima del moto alternativo possa divenire uguale a zero occorre scegliere le dimensioni geometriche del sistema in modo che sia soddisfatta la relazione:

b cosa + bj cosß = b + bt cosy

Trovare valori dimensionali che soddisfino la condizione di azzeramento sopra indicata in relazione alle esigenze da soddisfare è un semplice esercizio matematico. Ad esempio illustrato si è supposto di volere un'ampiezza massima del moto alternativo uguale a 4.

Impiegando per esempio i valori b =

bj = 8

r =

2 (cui corrisponde l'ampiezza massima 4)

k =

6

d =

9,5

1 =

3,75 risulta che a =

ß = 14°, 30'

cosa

= cosß = 0,9682

Y =

20°, 30'

cosy

= 0,9367

e quindi la condizione di azzeramento è soddisfatta in quanto 8 X 0,9682 + 8 X 0,9682 = 15,49 = 8 + 8 X 0,9367.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Naturalmente, nel caso esemplificato nel quale è stata evidenziata soltanto l'esigenza di avere un determinato valore (4) dell'ampiezza massima, quella indicata è solo una delle infinite soluzioni possibili.

Nella fig. 2 è indicato il dispositivo con il quale è possibile variare a piacere la differenza di fase fra i due dischi rotanti durante il funzionamento.

L'albero motore 25, che è fatto ruotare dalla sorgente di potenza aziona direttamente il disco (o braccio) rotante 21 munito del perno 23. L'albero 25 trasmette moto e potenza anche all'albero rotante 6 a mezzo di una scatola differenziale 27. L'albero 26 fa ruotare il disco 22 munito del perno 24. L'albero 28 può a piacere bloccare o fare ruotare la scatola del differenziale.

Sia quella indicata in fig. 2 la posizione iniziale e l'albero 25 comincia a ruotare nel verso indicato.

Se 28 è bloccato, e quindi la scatola differenziale è tenuta ferma, la rotazione di 25 è trasmessa anche a 26 e i dischi 21 e 22 si mettono a ruotare con eguale periodo nello stesso verso (qualora si voglia invertire la rotazione di 22 basta spostare il pignone 29 nella posizione tratteggiata 29'). I perni 23 e 24 sono in concordanza di fase e quindi l'ampiezza del moto alternativo è massima.

Si ritorna ora a considerare la posizione iniziale con l'albero 25 fermo, e si suppone di fare ruotare l'albero 28 nel senso della freccia in modo che la scatola differenziale 27 ruoti di 90° così che l'asse 35 si metta in posizione ortogonale al piano della figura. Durante il movimento della scatola differenziale il pignone 31 resta fermo perché 25 è fermo, i pignoni 32 e 33 compiono un quarto di giro in senso opposto e 34 quindi ruota di mezzo giro facendo ruotare l'albero 26 e il disco 22 in modo che il perno 24 si sposta di 180°. Tra i due perni 23 e 24 si è venuta a creare così una differenza di fase di 180°. Quindi facendo ruotare in misura opportuna l'albero 28 è possibile stabilire una differenza di fase a piacere fra i perni 23 e 24.

Ciò vale anche quando la trasmissione è funzionante. Infatti se l'asse 25 ruota con una determinata velocità e 28 è fermo i pignoni 30, 31, 34, 29 ruotano anch'essi alla stessa velocità. Facendo ruotare 28 e quindi la scatola differenziale mentre 30 e 31 mantengono il loro moto perché vincolato a quelle dell'albero 25, i pignoni 32, 33 e 34 subiscono un moto aggiuntivo, che si somma a quello già esistente finché 28 resta in rotazione. Quando si arresta la rotazione di 28 il pignone 34 torna al regime di rotazione del pignone 31 matenendo però il cambiamento di fase avvenuto durante il moto di 28.

Lo schema indicato in fig. 2 può naturalmente subire cambiamenti come per esempio la sistemazione degli alberi 25 e 26 in direzioni ortogonali fra di loro, la sostituzione dei dischi 21 e 22 con alberi a gomiti, l'ottenimento della rotazione della scatola differenziale con il movimento di una leva ecc., senza che si esca dal principio rivendicato che è

630450

caratterizzato dal vincolo esistente fra i moti rotatori di 25 e 31 e dal collegamento dei moti rotatori di 25 e 26 attraverso il sistema differenziale di ingranaggi.

La trasmissione inoltre si differenzia nettamente da quelle nelle quali si usano scatole differenziali (come per esempio nei veicoli) perché la potenza è fornita all'albero 25 (e quindi al pignone 31), anziché all'albero 28, che trasmette la potenza 31 e a 34 attraverso la rotazione della scatola differenziale.

La trasmissione oggetto della presente invenzione è costituita da componenti ben noti costruiti normalmente in numerosi tipi e dimensioni per applicazioni varie.

Ciò consente una notevole economia nella costruzione ed una garanzia di buon funzionamento anche per notevoli durate di macchine basate sulla trasmissione descritta.

La possibilità di ridurre a zero l'ampiezza minima del moto alternativo ha una notevole importanza per numerose applicazioni, per esempio quando la trasmissione debba essere impiegata per azionare una pompa alternativa che introduce un liquido in un sistema sotto pressione. In tali casi infatti, la forza resistente rimane costante qualunque sia l'ampiezza del moto alternativo, anche se molto piccolo ma non nulla.

L'avviamento deve quindi avvenire col motore sotto sforzo, dal che deriva la necessità di adottare speciali dispositivi. Qualora invece sia possibile annullare completamente la corsa della pompa, l'avviamento avviene senza che sia compiuto alcun lavoro ed il motore si avvia praticamente senza sforzo; è così possibile mettere gradualmente il motore sotto sforzo solo quando esso ha raggiunto il numero di giri di regime.

Un ampio campo di applicazione della trasmissione illustrata si ha nel suo accoppiamento con pompe alternative a corsa variabile. Come semplici esempi non limitativi in questo settore vogliamo citare:

a) il movimento di liquidi in processi continui nei quali si rendano utili variazioni delle portate durante il funzionamento;

b) l'utilizzazione integrale di potenze motrici fortemente variabili, quali per esempio quelle dei motori a vento, per il pompaggio di liquidi;

c) l'utilizzazione ottima di una potenza disponibile fissa, come quando per esempio si debbano pompare in una lunga tubazione liquidi di caratteristiche variabili (cui corrispondono perdite di carico diverse) o si debba pompare uno stesso liquido a quote diverse, come avviene per esempio quando si riempie un grosso serbatoio immettendo il liquido dal basso.

Naturalmente nelle singole particolari applicazioni la regolazione dello sfasamento per portare l'ampiezza del moto alternativo al valore più conveniente può essere resa automatica asservendo la rotazione della scatola differenziale ai valori di una grandezza misurabile opportunamente scelta.

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

V

1 foglio disegni