IT201600106679A1 - Trasmissione meccanica, particolarmente del tipo a catena. - Google Patents

Trasmissione meccanica, particolarmente del tipo a catena.

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Description

"Trasmissione meccanica, particolarmente del tipo a catena"
D E S C R I Z I O N E
Il presente trovato si riferisce ad una trasmissione meccanica, particolarmente del tipo a catena .
Il trovato qui presentato è rivolto al settore dell'automazione industriale o, comunque, a tutti quei settori nei quali si verifica la necessità di realizzare trasmissioni meccaniche di potenza.
In particolar modo, ci si riferisce al ramo delle trasmissioni meccaniche tra organi rotanti posti a distanza tra loro.
Oggigiorno, per trasmettere potenza tra due organi rotanti posti a distanza tra loro sono note fondamentalmente quattro tipologie di trasmissioni meccaniche .
La prima tipologia di trasmissioni meccaniche consta semplicemente nel realizzare una cascata di ingranaggi attraverso la quale la potenza viene trasmessa di volta in volta tra più ruote dentate messe in sequenza tra loro e reciprocamente ingrananti .
Tale tipologia di trasmissione meccanica presenta il pregio della flessibilità in fase di progettazione, in quanto permette di ridurre o moltiplicare la coppia e la velocità trasmesse, consentendo anche l'inversione della velocità di rotazione tra la ruota dentata motrice e la ruota dentata condotta. Tuttavia, una volta realizzato, diventa un sistema rigido, incapace di adeguare l'interasse di lavoro in maniera agevole a seguito delle usure delle singole ruote dentate di cui è costituito. E' inoltre un sistema pesante e costoso .
La seconda tipologia viene definita trasmissione a cardano, e consiste nell 'utilizzo di un albero di rinvio, detto per l'appunto cardano, interposto trasversalmente tra una ruota dentata motrice ed una ruota dentata condotta, in maniera tale che le stesse ingranino rispettivamente con due ruote dentate poste alle estremità e solidali nella rotazione all'albero di rinvio. In questa maniera, il moto della ruota dentata motrice viene trasmesso direttamente alla ruota dentata condotta.
Tale tipologia di trasmissione meccanica, che trova impiego in svariati settori della tecnica, necessita però di supporti intermedi atti a sostenere girevolmente l'albero di rinvio, in particolare in caso di campate elevate e/o di velocità di rotazione elevate. Infatti, non è raro il verificarsi di eccessivi flessioni dell'albero di rinvio sotto l'azione delle forze di inerzia sia statiche, legate al peso dell'albero stesso, sia dinamiche, legate ad eventuali eccentricità del baricentro, che, sotto l'effetto della rotazione, portano l'albero di rinvio a flettersi sempre più. Anche questo sistema risulta, in ogni caso, pesante e costoso.
Una terza tipologia di trasmissione meccanica vede l'impiego di una cìnghia a profilo chiuso, liscia o dentata sul suo profilo interno, e parzialmente avvolta su una puleggia motrice e su una puleggia condotta, anch'essa dentata o liscia e/o munita di gola periferica.
Tale tipologia di trasmissione meccanica risulta essere molto leggera e di più semplice ed economica realizzazione rispetto alle precedenti trasmissioni descritte, consentendo di adeguare il tiro della cinghia in un qualsiasi momento, ad esempio mediante l'impiego di tendicinghia, per compensare ad esempio l'usura delle pulegge.
L'inconveniente maggiore di questa tipologia di trasmissione meccanica consiste nel fatto che la cinghia è soggetta ad invecchiamento e può essere soggetta a deformazioni con conseguente sfasamento tra la puleggia motrice e la puleggia condotta, ad esempio a seguito di deformazioni plastiche e/o di slittamenti della cinghia. Può così verificarsi, di conseguenza, un ritardo di risposta tra la puleggia motrice e la puleggia condotta, ad esempio a seguito di deformazioni elastiche. Un altro inconveniente significativo è dato dal tiro o precarico che deve essere impartito e mantenuto sull'elemento di collegamento delle pulegge, che tali trasmissioni devono avere per trasmettere correttamente la potenza, determinata essenzialmente dall'attrito che deve essere generato tra tali organi di collegamento e le relative pulegge. Questa forza incide non solo sulla necessità di una certa elasticità dell'organo di collegamento, ma anche sulla certa taratura dell'organo di collegamento e sulla conseguente necessità di ottenere e mantenere tale taratura in modo preciso. Inoltre, tale forza aggrava i carichi sugli organi di sostegno del moto rotatorio degli alberi di sostegno delle pulegge.
L'ultima tipologia di trasmissione meccanica, simile alla precedente, vede l'impiego di una catena di trasmissione, costituita da maglie metalliche articolate tra loro così da definire un profilo chiuso della catena, in luogo della cinghia, e parzialmente avvolta su una ruota dentata motrice e su una ruota dentata condotta.
Tale tipologia di trasmissione meccanica presenta un peso maggiore della precedente mantenendone però i vantaggi di flessibilità d'uso e di economicità di realizzazione rispetto alla prime due ed ovviando agli inconvenienti dettati alla deformabilità del materiale con il quale sono realizzate le cinghie di trasmissione nonché dalla necessità di un minor tiro o precarico, dato che la trasmissione della potenza avviene essenzialmente per "aggancio meccanico" tra le sue maglie e la dentatura delle pulegge.
Per quanto quest'ultima tipologia di trasmissione meccanica parrebbe quella di miglior compromesso nella tecnica nota, la stessa denota tuttavia una serie di inconvenienti, tra i quali va annoverato il fatto di presentare inerzie di un certo rilievo, che possono dunque abbassare la prontezza della trasmissione in caso di cambi di velocità e/o partenza da fermo e/o interruzioni brusche, di non avere garanzie sul pretensionamento a seguito delle stesse inerzie, di necessitare di una costante lubrificazione per limitare l'usura della stessa catena e delle ruote dentate con le quali la stessa si impegna, nonché di essere soggetta ad elevata corrosione in caso di utilizzo in ambienti di lavoro particolarmente aggressivi ad esempio sotto l'aspetto chimico.
Compito precipuo del presente trovato consiste nell 'escogitare una trasmissione meccanica in grado di ovviare agli inconvenienti sopra lamentati, superando dunque i limiti della tecnica nota.
Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato consiste nel fatto di realizzare una trasmissione di tipo meccanico dai costi contenuti, di facile realizzazione, di facile installazione e manutenzione, nonché in grado di resistere ad elevati carichi di lavoro e ad ambienti di lavoro chimicamente aggressivi.
Questo compito, nonché questo ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da una trasmissione meccanica, particolarmente del tipo a catena, comprendente una catena di trasmissione costituita da una pluralità di maglie articolate tra loro e parzialmente avvolta almeno su due ruote dentate, caratterizzata dal fatto che dette maglie sono realizzate in fibre di tessuto multistrato ad anello chiuso ed concatenate l'una con l'altra in maniera tale da dar luogo ad una catena di trasmissione del tipo flessibile in tutte le direzioni.
Il compito e gli scopi prefissati sono altresì raggiunti da un procedimento di formatura per la realizzazione di una catena di trasmissione impiegabile nella trasmissione meccanica, comprendente le fasi di fornitura della catena di trasmissione sopra rappresentata, impegno della catena tra due ruote dentate di formatura, impregnazione della catena con una miscela a base acquosa per 1 'ammorbidimento, la compattazione e la formatura delle fibre che compongono i tessuti con le quali sono realizzate le sue maglie; rotazione della catena impregnata attorno alle almeno due ruote dentate di formatura per un numero di cicli prefissato, preferibilmente in entrambe le direzioni di rotazione; asciugatura della catena di trasmissione.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di una trasmissione meccanica, particolarmente del tipo a catena, secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio degli uniti disegni in cui:
la figura 1 è una vista in alzato frontale della trasmissione meccanica, secondo il presente trovato;
la figura 2 è un primo dettaglio in scala ingrandita della trasmissione meccanica rappresentata nella figura 1;
la figura 3 è un secondo dettaglio in scala ingrandita della trasmissione meccanica rappresentata nella figura 1;
le figura 4 e 5 sono due figure schematiche della catena di trasmissione utilizzata nella trasmissione meccanica rappresentata nelle figure precedenti prima e dopo il procedimento di formatura .
Con particolare riferimento alla figura 1, la trasmissione meccanica, particolarmente del tipo a catena, indicata globalmente con il numero di riferimento 1, comprende una catena di trasmissione 2 costituita da una pluralità di maglie 3 articolate tra loro, in maniera tale da definire una catena di trasmissione 2 a profilo chiuso, ossia chiusa su se stessa, e parzialmente avvolta almeno su due ruote dentate 4.
Secondo il trovato, le singole maglie 3 della catena di trasmissione 2 sono realizzate in fibre di tessuto multistrato ad anello chiuso ed concatenate 1'una con l'altra in maniera tale da dar luogo ad una catena di trasmissione del tipo flessibile in tutte le direzioni.
Più specificatamente, tali maglie 3 sono realizzate in polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE - acronimo in inglese di Ultra High Molecular Weight Poly-Ethylene) .
Possono essere realizzate con materiali presenti in commercio e conosciuti attualmente, ad esempio, con il marchio Dyneema®, con il marchio Spectra®, o con il marchio Tekmilon®.
Per impieghi particolari, laddove l'uso dell'UHMWPE possa essere considerato ridondante o non adeguato, tali maglie 3 possono essere realizzate con tessuti composti da differenti fibre guali il poliammide, il Kevlar®, le fibre di vetro e in genere da tutti i materiali con i quali si possano realizzare fibre che possano dare origine a tessuti. Vantaggiosamente, con particolare riferimento alla figura 2, il tratto d'estremità 5a di ciascuna maglia 3 attraversa il corrispondente tratto d'estremità 5b della maglia 3 adiacente fasciandolo parzialmente e presentando un restringimento trasversale in maniera tale da conferire all'articolazione definita tra dette due maglie 3 una conformazione a forma di "ginocchio sferico" .
Opportunamente, con particolare riferimento alla figura 3, le due ruote dentate 4 presentano una dentatura esterna coniugata con il passo della catena di trasmissione 2 in maniera tale da ingranare sulla stessa in maniera agevole.
Con particolare riferimento alle figure 4 e 5, al fine di conferire alla catena di trasmissione 2 il corretto grado di flessibilità, nonché la corretta conformazione tale da permetterne l'utilizzo come organo di trasmissione di potenza con precisi ingranamenti con le ruote dentate 4, la catena di trasmissione 2 può essere soggetta ad un procedimento di formatura comprendente le seguenti fasi:
- fornitura della catena di trasmissione 2, - impegno della catena di trasmissione 2 tra due ruote dentate di formatura,
- impregnazione della catena di trasmissione 2 con una miscela a base acquosa per 1 'ammorbidimento delle fibre con le quali sono realizzate le maglie 3,
- rotazione della catena di trasmissione 2 impregnata attorno alle due ruote dentate di formatura per un numero di cicli prefissato,
- asciugatura della catena di trasmissione 2. Vantaggiosamente, tale miscela a base acquosa può essere composta da solo acqua oppure da acqua e convenzionali saponi commerciali. Alternativamente può essere anche rappresentata dal liquido nel quale la catena è destinata a lavorare, una volta in opera, in eventuale immersione e/o comunque da un liquido a bassa viscosità .
Inoltre, al fine di impedire allungamenti indesiderati della catena di trasmissione 2 durante il suo impiego in condizioni operative prefissate, la catena di trasmissione 2 può essere realizzata, in fase di fornitura, con fibre pretensionate fino ad un valore predefinito.
In questa maniera, durante il funzionamento, fino ad un carico pari al valore predefinito le fibre con le quali sono realizzate le singole maglie 3 della catena di trasmissione 2, dopo il processo di formatura descritto in precedenza, non subiscono allungamenti evitando in tal modo la necessità di utilizzare sistemi di regolazione del tiro per il recupero degli allungamenti dovuti ad usura o a stati elastoplastici, come tenditori meccanici automatici o meno o altri dispositivi similari .
Un altro vantaggio, in caso di utilizzo di tessuti a base di fibre in UHMWPE, è determinato dal fatto che tale materiale presenta un bassissimo coefficiente di attrito radente anche con se stesso nonché di una elevata tenacità intesa anche come resistenza allo "sf ilacciamento" . Non da ultimo tali materiali costituiti da UHMWPE hanno notevoli stabilità termiche comprese in un intervallo di temperature tra -40/120°C. Tali fattori assicurano che la trasmissione in oggetto non necessiti praticamente di alcuna manutenzione.
Il basso coefficiente di attrito unito alla elevata tenacità, oltre a garantire un perfetto funzionamento del ginocchio sferico che si forma dopo il processo di formatura, facilitano anche sia il disegno della dentatura delle pulegge che la scelta dei materiali delle quali possono essere composte .
A tal riguardo, si è determinato che il numero minimo dei denti delle pulegge, per garantire alla trasmissione un funzionamento ottimale, è pari a 3 mentre non vi è alcuna limitazione in merito al loro numero massimo.
I rapporti di trasmissione ottimali risultano essere, in particolare, tutti quelli rappresentati da numeri interi. Questo indipendentemente dal passo, inteso come la distanza "B" indicata in figura 5, degli anelli che compongono le maglie.
Con riferimento alle figure 3 e 5, i denti della puleggia hanno preferibilmente una lunghezza massima "Al" misurata nel punto medio del raccordo di fondo gola "R", preferibilmente un poco inferiore (tra 0,1 mm e 1 mm) della lunghezza interna "A", misurata sul punto medio del raggio esterno del ginocchio sferico generato dopo il processo di formatura, delle maglie in presa su di essi .
La lunghezza libera "L" tra un dente e il successivo e sede delle maglie non in presa sui denti può essere vantaggiosamente un poco superiore (tra 0,1 mm e 1 mm) della misura indicata con "C" in figura 5 relativa a dette maglie e misurata sempre sul punto medio del raggio esterno del ginocchio sferico generato dopo il processo di formatura. In tal modo, seguendo i parametri indicati si può semplicemente stabilire il raggio medio "Rm", sul quale costruire la geometria della puleggia e della dentatura.
L'altezza "H" del dente risulta dipendente dall'altezza "HI" delle maglie 3 e, in generale, maggiore di tale misura "HI" anche in relazione al raggio di raccordo "Rk" della testa del dente.
Il raggio "R" di fondo gola è invece preferibilmente di poco inferiore (da 0,2 mm a 0,5 irai) al raggio esterno del ginocchio sferico generato dopo il processo di formatura e indicato con il riferimento "RI" in figura 5.
L'angolo "a" di attacco del dente può essere compreso tra 1° e 25° misurati, come mostrato in figura 3 su una linea parallela al raggio della puleggia, in dipendenza dai parametri di coppia e velocità della potenza da trasmettere.
Il raccordo alla testa del dente "Rk" può essere dimensionato, relativamente agli altri parametri geometrici descritti, in modo da realizzare un buon invito di ingresso e di stacco delle maglie in presa sulla puleggia e relativa dentatura .
La larghezza media del dente identificato con riferimento "G" in figura 3, può preferibilmente risultare di poco inferiore alla larghezza interna "Gl" delle maglie 3.
La puleggia può presentare per tutta la sua circonf erenza uno spessore minimo "F" di poco superiore alla larghezza esterna "Fi" delle maglie 3.
La puleggia può anche essere dotata di due anelli esterni 6, per la guida e il contenimento delle maglie durante la fase di ingaggio, presa e rilascio dalla puleggia stessa.
I materiali relativi alla costruzione delle pulegge possono essere di svariata natura compresi e scelti nelle categorie dei metalli e loro leghe, dei materiali plastici o dei materiali compositi, nonché in quelle dei legnami.
Si è in pratica constatato come la trasmissione meccanica, particolarmente del tipo a catena, secondo il trovato, assolva pienamente il compito nonché gli scopi prefissati, in quanto consente di ovviare agli inconvenienti lamentati per la tecnica nota in maniera semplice e mantenendo costi di produzione irrisori e quelli relativi alla manutenzione decisamente minimali se non addirittura assenti, in generale, e/o se paragonati a quelli della tecnica nota.
Inoltre, grazie alla leggerezza della sua struttura è possibile abbattere decisamente l'inerzia delle masse rotanti con tutti i vantaggi che ne conseguono in termini di prontezza di risposta e di facilità di "stacco" all'uscita delle ruote dentate. Con ciò si minimizza, di conseguenza, uno dei difetti principali delle catene a maglie in acciaio che risentono, per il loro elevato peso, delle forze centrifughe che vorrebbero "riavvolgerle" sulle ruote dentate. A titolo di esempio, si è riscontrato che una catena di lunghezza pari a circa 5 metri lineari presenta un massa di circa soli 1,3 chilogrammi con un rapporto peso/potenza decisamente inferiore (fino a 15 volte) rispetto ad una catena tradizionale a maglie in acciaio al carbonio.
La catena così concepita e descritta in tutte le sue prerogative (tra cui possibilità dì pretensionamento delle fibre, processo di formatura, basso peso, basso coefficiente di attrito, elevata tenacità) rappresenta quindi un sistema di trasmissione del moto rotatorio caratterizzato da facilità ed economia di realizzazione e montaggio che, congiunta con una praticamente totale assenza di manutenzione, supera anche i limiti delle catene a maglie in acciaio come la loro elevata inerzia che è causa dell'effetto riavvolgente sopra descritto, il pretensionamento alquanto incerto e poco determinato, la necessità al riguardo di doverlo controllare e ripristinare in modo manuale o automatico, la necessità di continua lubrificazione .
Un altro vantaggio della trasmissione meccanica, secondo il presente trovato, consiste nel fatto che la stessa può essere impiegata in trasmissioni di potenza tra due ruote dentate non giacenti sullo stesso piano, diversamente dalle trasmissioni, ad esempio, a cinghie dentate o a cinghie di frizione. Un ulteriore vantaggio della trasmissione meccanica, secondo il presente trovato, consiste nel fatto di avere un rendimento elevatissimo pari circa a 0,98 inteso come rapporto tra l'energia realmente trasmessa e quella da trasmettere.
Un altro vantaggio della trasmissione meccanica, secondo il presente trovato, consiste nel fatto che durante la fase di realizzazione, le fibre con le quali sono realizzate le maglie della catena possono essere pretensionate fino ad un certo valore e che, durante il funzionamento, dopo il processo di formatura, le maglie non subiscono più alcun allungamento laddove tale valore non venga superato.
In questa maniera, non è più necessario tensionare in fasi successive la catena di trasmissione per il suo impiego, né tararne con eccessiva precisione il tensionamento al primo montaggio, essendo sufficiente dimensionare correttamente l'intera trasmissione meccanica per i carichi che deve sopportare, il tutto a favore anche di una decisa diminuzione dei carichi sugli organi di sostegno delle parti motrici e condotte.
Tutto questo si traduce in consistenti vantaggi economici e di flessibilità rispetto alle catene in acciaio o similari, a maglie di tipo noto .
Un ulteriore vantaggio della trasmissione meccanica, secondo il presente trovato, consiste nel fatto che, essendo la catena di trasmissione realizzata in fibre di UHMWPE, grazie alle capacità autolubrificanti di questi materiali, non è necessario, a differenza delle trasmissioni meccaniche di tipo noto, l'impiego di sostanze aggiuntive esterne per sopperire all'aumento degli attriti interni e alla conseguente dispersione di energia necessari a vincere tali attriti.
Un altro vantaggio della trasmissione meccanica, secondo il presente trovato, consiste nel fatto che, per impieghi in ambienti con temperature compatibili con quelle del materiale della quale è composta, la catena di trasmissione così concepita presenta un'ottima stabilità termica che, insieme a quanto descritto in precedenza, rende questo tipo di trasmissione praticamente esente da qualsiasi tipo di manutenzione .
La trasmissione meccanica, particolarmente del tipo a catena, così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito delle allegate rivendicazioni.
Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti .
In pratica, i materiali impiegati, nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi seconda delle esigenze e dello stato della tecnica.

Claims (8)

  1. R IV E N D I C A Z I O N I 1. Trasmissione meccanica (1), particolarmente del tipo a catena, comprendente una catena di trasmissione (2) costituita da una pluralità di maglie (3) articolate tra loro e parzialmente avvolta almeno su due ruote dentate (4), caratterizzata dal fatto che dette maglie (3) sono realizzate in fibre di tessuto multistrato ad anello chiuso ed concatenate l'una con l’altra in maniera tale da dar luogo ad una catena di trasmissione del tipo flessibile in tutte le direzioni .
  2. 2. Trasmissione meccanica (1) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che dette maglie (3) sono realizzate in tessuto di polietilene ad altissimo peso molecolare.
  3. 3. Trasmissione meccanica (1) secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzata dal fatto che il tratto d'estremità (5a) di ciascuna di dette maglie (3) attraversa il corrispondente tratto d'estremità (5b) della maglia (3) adiacente fasciandolo parzialmente e presentando un restringimento trasversale in maniera tale da conferire all'articolazione definita tra dette due maglie (3) una conformazione a forma di "ginocchio sferico".
  4. 4. Trasmissione meccanica (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che dette almeno due ruote dentate (4) presentano una dentatura esterna coniugata con il passo di detta catena di trasmissione (2).
  5. 5. Procedimento di formatura per la realizzazione di una catena di trasmissione (2) impiegabile nella trasmissione meccanica (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi: - fornitura di detta catena di trasmissione (2), - impegno di detta catena di trasmissione tra due ruote dentate di formatura, - impregnazione di detta catena di trasmissione (2) con una miscela a base acquosa per 1 'ammorbidimento, la compattazione e la formatura delle fibre che compongono i tessuti con le quali sono realizzate dette maglie (3), rotazione di detta catena di trasmissione (2) impregnata attorno a dette almeno due ruote dentate di formatura per un numero di cicli prefissato, - asciugatura di detta catena di trasmissione (2).
  6. 6. Procedimento di formatura secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il passo di rotazione è effettuato in entrambe le direzioni di rotazione.
  7. 7. Procedimento di formatura secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzato dal fatto che in detta fase di impregnazione detta miscela a base acquosa è composta da: solo acqua; acqua e sapone; liquido a bassa viscosità; liquido in cui la catena è destinata a lavorare.
  8. 8. Procedimento di formatura secondo la rivendicazione 5, 6 o 7, caratterizzato dal fatto che in detta fase di fornitura detta catena di trasmissione (2) è realizzata con fibre pretensionate fino ad un valore predefinito al fine di impedire allungamenti indesiderati di detta catena di trasmissione (2) durante il suo impiego in condizioni operative prefissate.
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