IT201800009204A1

IT201800009204A1 - Dispositivo per la trasmissione selettiva di coppie motrici

Info

Publication number: IT201800009204A1
Application number: IT102018000009204A
Authority: IT
Inventors: Andrea Baldoni; Matteo Fantozzi; Nicola Vitiello
Original assignee: Scuola Superiore Di Studi Univ E Di Perfezionamento Sant'anna
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2018-10-05
Publication date: 2020-04-05
Also published as: EP3861225C0; EP3861225B1; WO2020070712A1; EP3861225A1

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo “Dispositivo per la trasmissione selettiva di coppie motrici”

DESCRIZIONE

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione riguarda un dispositivo per la trasmissione selettiva di coppie motrici.

Descrizione della tecnica nota

Come noto, in meccanica è molto frequente la necessità di dispositivi in grado di trasmettere coppie e/o velocità angolari tra diversi componenti di una catena cinematica, come ad esempio tra un albero motore e una ruota, o tra un attuatore e un giunto robotico.

È anche spesso richiesto che tali dispositivi possano permettere di decidere se connettere o disconnettere i componenti tra i quali si voglia effettuare tale trasmissione del moto rotatorio, ad esempio per motivi di sicurezza o per poter connettere selettivamente una sorgente di coppia motrice a differenti uscite (es. frizioni automobilistiche).

Inoltre, poiché tali dispositivi incidono in maniera sostanziale nel peso complessivo e nell’affidabilità di una trasmissione meccanica, uno degli obiettivi essenziali nella loro progettazione è quello di individuare soluzioni semplici, che facciano uso di pochi componenti, e che allo stesso tempo garantiscano alta efficienza nella trasmissione del moto.

Un possibile dispositivo di questo tipo è descritto in EP0213291, in cui si rivendica un dispositivo a ruota libera che comprende una pluralità di elementi (“sprags”) aventi superfici di serraggio atte a connettere per attrito un elemento di guida ed un elemento guidato, in modo da trasmettere una coppia, sia in un senso che nell’altro, tra i due elementi.

Tuttavia, tale dispositivo non permette in alcun modo la connessione selettiva o contemporanea dell’elemento di guida a più di un elemento guidato, impedendo ad esempio di poter utilizzare un medesimo attuatore per più alberi o più giunti.

Inoltre, il dispositivo risulta complesso e poco affidabile, soprattutto per la fragilità delle linguette elastiche, necessarie per mantenere sconnessi fra loro l’elemento di guida e l’elemento guidato finché non vi è applicata una forza sufficiente.

Sintesi dell’invenzione

È quindi scopo della presente invenzione fornire un dispositivo per la trasmissione selettiva di coppie motrici che permetta di trasmettere un moto rotatorio, in maniera semplice ed efficacie, tra due elementi di una catena cinematica.

È inoltre scopo della presente invenzione fornire un siffatto dispositivo che permetta di connettere e sconnettere i due elementi a seconda delle esigenze.

È ancora scopo della presente invenzione fornire un siffatto dispositivo che permetta di connettere un elemento rotante in ingresso, in maniera selettiva o contemporanea, ad una pluralità di elementi in uscita.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da un dispositivo per la trasmissione selettiva di coppie motrici secondo le rivendicazioni da 1 a 10.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e/o vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiari con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

� la figura 1 mostra, in vista prospettica, una prima forma realizzativa del dispositivo per la trasmissione selettiva di coppie motrici, secondo la presente invenzione, in cui è presente un solo elemento di ricezione e un elemento rotante singolo;

- la figura 1A mostra in vista frontale la forma realizzativa figura 1;

- la figura 1B mostra in vista frontale una variante della forma realizzativa figura 1, in cui sono presenti due elementi rotanti singoli disposti in maniera simmetrica;

- la figura 1C mostra in vista frontale una variante della forma realizzativa figura 1, in cui è presente un elemento rotante a C;

- la figura 2 mostra, in vista prospettica, una seconda forma realizzativa del dispositivo per la trasmissione selettiva di coppie motrici, secondo la presente invenzione, in cui sono presenti due elementi di ricezione e un elemento rotante ad S; - la figura 2A mostra in vista frontale la forma realizzativa figura 2;

- la figura 2B mostra in vista frontale una variante della forma realizzativa figura 2, in cui sono presenti due elementi rotanti ad S disposti in maniera simmetrica;

l - la figura 2C mostra in vista frontale una variante della forma realizzativa figura 1, in cui è presente un elemento rotante singolo e un elemento rotante a C;

- la figura 3 mostra, in vista prospettica, una terza forma realizzativa del dispositivo per la trasmissione selettiva di coppie motrici, secondo la presente invenzione, in cui sono presenti due elementi di ricezione e due elementi rotanti disposti su un solo albero;

- la figura 3A mostra, in vista prospettica, i mezzi di connessione della forma realizzativa di figura 3;

- la figura 4 mostra, in vista prospettica, una quarta forma realizzativa del dispositivo per la trasmissione selettiva di coppie motrici, secondo la presente invenzione, in cui sono presenti due elementi di ricezione e quattro elementi rotanti disposti su due alberi;

- la figura 5 mostra, in vista prospettica, una quinta forma realizzativa del dispositivo per la trasmissione selettiva di coppie motrici, secondo la presente invenzione, in cui sono presenti quattro elementi di ricezione e due elementi rotanti disposti su un solo albero;

- la figura 6 mostra, in vista prospettica, una sesta forma realizzativa del dispositivo per la trasmissione selettiva di coppie motrici, secondo la presente invenzione, in cui sono presenti quattro elementi di ricezione e quattro elementi rotanti disposti su due alberi;

- la figura 7 mostra, in vista frontale, una possibile realizzazione meccanica del dispositivo per la trasmissione selettiva di coppie motrici, secondo la presente invenzione;

- la figura 7A mostra, in sezione, la forma realizzativa di figura 7;

- le figure 8A, 8B e 8C mostrano, rispettivamente in vista prospettica, laterale e frontale, i mezzi di connessione utilizzabili nella forma realizzativa di figura 7.

Descrizione di alcune forme realizzative preferite Con riferimento alle figure 1 e 1A, in una prima forma realizzativa il dispositivo 100 per la trasmissione selettiva di coppie motrici comprende una via di ingresso atta a fornire una coppia di ingresso Q ed una via di uscita atta ad esprimere una coppia di uscita T1.

In particolare, la via di ingresso comprende un elemento di trasmissione 105, di forma anulare, atto a ruotare con velocità ω attorno ad un asse di rotazione x, mentre la via di uscita comprende un elemento di ricezione 110, anch’esso di forma anulare, atto a ruotare con velocità

attorno al medesimo asse di rotazione x.

Il dispositivo 100 comprende poi mezzi di connessione 120 atti a passare tra una configurazione di disimpegno ed una configurazione di impegno.

Con particolare riferimento alla figura 1A, i mezzi di connessione 120 comprendono un elemento rotante 125 vincolato all’elemento di trasmissione 105 e atto a ruotare intorno ad un asse di rotazione x′ per far passare il dispositivo 100 tra la configurazione impegno e la configurazione di disimpegno. In figura 1A l’elemento rotante 125 è rappresentato con linea continua nella configurazione di impegno e con linea tratteggiata nella configurazione di disimpegno.

In particolare, nella forma realizzativa di figura 1 e 1A, l’elemento rotante 125 è un elemento rotante di tipo singolo, ossia avente una prima estremità semicircolare ed una seconda estremità con un profilo a forma di spirale logaritmica.

Grazie questa particolare geometria, nella configurazione di impegno l’elemento rotante 125 si impunta per attrito sulla parete interna dell’elemento di ricezione 110 quando l’elemento di trasmissione 105 ruota in senso antiorario, permettendo di trasferire sia la coppia di ingresso Q sia la velocità angolare ω dalla via di ingresso alla via di uscita. Nella configurazione di impegno, dunque, <l’elemento di ricezione 110 ruota con velocità angolare >

ω attorno all’asse x ed esprime una coppia di uscita T1 = Q.

Rispetto ad altre geometrie, la geometria a spirale logaritmica permette una trasmissione più efficace del momento angolare, in quanto la forza di attrito data dall’impuntamento aumenta con la rotazione: questo comporta la generazione di una connessione totalmente stabile tra l’elemento di trasmissione 105 e l’elemento di ricezione 110 fintanto che l’elemento rotante 125 non viene ruotato intorno all’asse di rotazione x′ per passare nella configurazione di disimpegno.

In figura 1B è mostrata una variante del dispositivo 100 di figura 1, in cui sono previsti due elementi rotanti 125 e 125’ di tipo singolo, analoghi a quelli di figura 1A.

I due elementi 125 e 125’ sono disposti simmetricamente rispetto all’asse x in modo che, nella configurazione di impegno, l’elemento rotante 125 si imputi per attrito sulla parete interna dell’elemento di ricezione 110 quando l’elemento di trasmissione 105 ruota in senso antiorario, e l’elemento rotante 125’ si imputi per attrito sulla parete interna dell’elemento di ricezione 110 quando l’elemento di trasmissione 105 ruota in senso orario. Questa variante permette dunque di trasferire sia la coppia di ingresso ܳ sia la velocità angolare ω dalla via di ingresso alla via di uscita in entrambi i sensi di rotazione.

In figura 1C è mostrata una variante del dispositivo 100 di figura 1, in cui è previsto un elemento rotante 125 di tipo a “C”, ossia avente le estremità entrambe con un profilo a forma di spirale logaritmica e simmetriche tra loro rispetto all’asse di rotazione x′. Ruotando tale elemento rotante 125 e portandolo tra due posizioni, mostrate in figura 1C con linea continua e con linea tratteggiata, è possibile traferire, come nella variante di figura 1B, la coppia di ingresso ܳ e la velocità angolare ω in entrambi i sensi di rotazione, ma utilizzando un solo elemento rotante 125.

Nelle figure 2 e 2A è mostrata una seconda forma realizzativa del dispositivo 100, in cui è prevista una via di ingresso, analoga a quella di figura 1, e due vie di uscita atte ad esprimere rispettive coppie di uscita T1 e T2.

Le due vie di uscita comprendono rispettivi elementi ricezione 110 e 110’, entrambi di forma anulare, concentrici fra loro e atti a ruotare intorno all’asse x con velocità angolari

In questa forma realizzativa, i mezzi di connessione 120 comprendono un elemento rotante 125 di tipo a “S”, ossia avente le estremità entrambe con un profilo a forma di spirale logaritmica e antisimmetriche tra loro rispetto all’asse di rotazione x′.

Questo permette che, nella configurazione di impegno, l’elemento rotante 125 si impunti per attrito sulla parete interna dell’elemento di ricezione 110 quando l’elemento di trasmissione 105 ruota in un primo senso e che si impunti sulla parete esterna dell’elemento di ricezione 110’ quando l’elemento di trasmissione 105 ruota in senso opposto. Nel primo caso, si avrà mentre nel secondo si avrà

In maniera evidente, l’elemento rotante 125 può essere posizionato in modo tale da impuntarsi nel senso desiderato.

Nella variante di figura 2B, invece, sono presenti due elementi rotanti 125 e 125’ di tipo a “S” disposti simmetricamente rispetto all’asse x. Per come sono disposti i due elementi 125 e 125’ in figura 2B quando, nella configurazione di impegno, l’elemento di trasmissione 105 ruota in senso antiorario l’elemento rotante 125 si impunta sulla parete interna dell’elemento di ricezione 110 e, contemporaneamente, l’elemento rotante 125’ si impunta sulla parete esterna dell’elemento di ricezione 110’. Viceversa avviene quando l’elemento di trasmissione 105 ruota in senso orario. In tal modo, la via di ingresso può trasmettere sia coppia che velocità angolare ad entrambe le vie di uscita contemporaneamente ed in entrambi i versi di rotazione.

È ovviamente possibile disporre solo

uno degli elementi rotanti 125,125’ in contatto con una via di uscita, lasciando l’altro in posizione non impegnata, in modo che il dispositivo 100 funga in modo analogo alla variante di figura 2A.

In figura 2C è mostrata un’ulteriore variante della forma realizzativa di figura 2, in cui sono presenti due elementi rotanti 125 e 125’ entrambi di tipo a “C”.

In particolare, ciascun elemento rotante a “C” può essere disposto nelle tre posizioni mostrate in figura con linea continua e tratteggio:

- in contatto con un elemento di ricezione con il profilo a spirale in un primo verso;

- in contatto con un elemento di ricezione con il profilo a spirale nel verso opposto;

- non in contatto con un elemento di ricezione. Pertanto, posizionando opportunamente gli elementi rotanti 125 e 125’, è possibile connettere la via di ingresso alternativamente alla prima via di uscita, alla seconda via di uscita, a entrambe le vie di uscita o a nessuna, sia in un senso di rotazione che nell’altro.

Per quanto non siano mostrate in figura per semplicità, si intendono qui descritte tutte le varianti in cui vengono combinate le forme realizzative degli elemento rotanti 125 e 125’ mostrate nelle figure precedenti. È possibile infatti sostituire ciascun elemento rotante 125 o 125’ con un elemento rotante singolo, a “C” o a “S”, posizionandolo nella maniera più opportuna, in modo da permettere la trasmissione selettiva della coppia Q e della velocità angolare ω all’uscita o alle uscite desiderate.

In figura 3 è mostrata un’ulteriore forma realizzativa del dispositivo 100, in cui vi sono due elementi di ricezione 110 e 110’, e in cui i mezzi di connessione comprendono un albero 126 su cui sono disposti due elementi rotanti 125a e 125b. L’albero ruota intorno all’asse di rotazione x′ in modo da poter far ruotare gli elementi rotanti 125a e 125b intorno a tale asse.

Come meglio visibile in figura 3A, i due elementi 125a e 125b possono essere di tipo differente, ad esempio uno a “C” ed uno a “S”. Alternativamente possono essere dello stesso tipo, ma aventi verso opposto. L’albero 126 può traslare lungo l’asse x′ in modo da disporre nella posizione di impegno un elemento rotante 125 o l’altro o nessuno dei due.

È possibile inoltre disporre più di due elementi rotanti 125 sullo stesso albero 126, di ogni tipo e con ogni verso suddetto, in modo da creare una molteplicità di configurazioni di trasmissione del modo, mediante la traslazione dell’albero 126.

In figura 4 è mostrata una forma realizzativa del dispositivo 100 che unisce le forme realizzative di figura 2 e 3, prevedendo che vi siano 4 elementi rotanti 125a, 125b, 125a’ e 125b’, montati su due alberi 126 e 126’ disposti in maniera simmetrica rispetto all’asse x. In tal modo, è possibile aumentare ulteriormente le possibili configurazioni di trasmissione del moto tra via di entrata e vie di uscita, combinando la traslazione degli alberi 126 e 126’ lungo i rispettivi assi x′ e x′′ e disponendo i vari elementi rotanti 125 in differenti posizioni angolari.

Nelle figure 5 e 6 sono mostrate altre forme realizzative del dispositivo 100 che prevedono la presenza di 4 elementi di ricezione 110a, 110b, 110a’, 110b’, ossia 4 vie di uscita. In figura 5 è presente un albero 126, mentre in figura 6 sono presenti due alberi 126 e 126’.

Utilizzando opportunamente le molte combinazioni sopra dette, le forme realizzative del dispositivo 100 mostrate nelle figure 5 e 6 permettono di connettere l’elemento a ciascuno degli elementi di ricezione 110 o a più elementi di ricezione 110, sia in un senso sia nell’altro.

Come evidente, è inoltre possibile realizzare dispositivi 100 per la trasmissione selettiva di coppie motrici che abbiano un qualsiasi numero di vie di uscita, e connettere la via di ingresso ad un numero desiderato di tali vie di uscita, semplicemente combinando e disponendo opportunamente i mezzi di connessione 120 descritti nelle forme esemplificative delle figure da 1 a 6.

Nelle figure 7 e 7A è mostrata una possibile realizzazione meccanica del dispositivo 100. Come visibile, in tale forma realizzativa i mezzi di connessione 120 comprendono una pluralità di alberi 126, su ciascuno dei quali è disposto un rispettivo elemento di connessione 125 di tipo a “C”.

Nelle figure da 8A a 8C, sono mostrati i mezzi di connessione 120 utilizzabili nel dispositivo 100 di figure 7 e 7A.

In particolare, la figura 8C mostra chiaramente che si tratta di un elemento rotante 125 di tipo a “C”, mentre le figure 8A e 8B mostrano che l’elemento comprende una gola 127 atta a permettere un montaggio più stabile dell’elemento rotante all’interno del dispositivo 100 di figure 7 e 7A.

Inoltre, nella figura 8C sono mostrati alcuni possibili parametri geometrici, quali l’angolo di apertura α = 60° e la curva a spirale logaritmica, segnata con tratto più spesso. <In particolare, tale curva ha equazione:>

dove R0 è mostrato graficamente in figura.

La descrizione di cui sopra di alcune forme realizzative specifiche è in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un dispositivo (100) per la trasmissione selettiva di coppie motrici, detto dispositivo (100) comprendendo: - una via di ingresso atta a fornire una coppia di ingresso Q, detta via di ingresso comprendendo un elemento di trasmissione (105) atto a ruotare con velocità ω attorno ad un asse di rotazione x; - un predeterminato numero m di vie di uscita atte ad esprimere, rispettivamente, coppie di uscita T i, con i = 1,2, … , m, ciascuna via di uscita comprendendo un elemento di ricezione (110,110’,110a,110b, 110a’,110b’) atto a ruotare con velocità attorno a detto asse di rotazione x; detto dispositivo (100) essendo caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di connessione (120) atti a passare tra una configurazione di disimpegno ed una configurazione di impegno, in detta configurazione di disimpegno detta via di ingresso essendo svincolata da detta o ciascuna via di uscita in modo tale che

in detta configurazione di impegno detta via di ingresso <essendo vincolata ad un numero n di vie d’uscita, con >1 ≤ n ≤ m, e detto elemento di trasmissione (105) essendo connesso per attrito ad un numero n di rispettivi elementi di ricezione (110,110’,110a,110b,110a’,110b’) in modo tale che
2. Il dispositivo (100), secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di connessione (120) comprendono almeno un elemento rotante (125,125a,125b) vincolato a detto elemento di trasmissione (105) e atto a ruotare intorno ad un asse di rotazione x′ per far passare detto dispositivo (100) tra detta configurazione di disimpegno, in cui detto o ciascun elemento rotante (125,125a,125b) non è in contatto con detto o ciascun elemento di ricezione (110,110’,110a,110b,110a’,110b’), e detta configurazione di impegno, in cui detto o ciascun elemento rotante (125,125a,125b) si impunta per attrito su detto o ciascun elemento di ricezione (110,110’,110a,110b,110a’,110b’).
3. Il dispositivo (100), secondo la rivendicazione 1, in cui detto o ciascun elemento rotante (125,125a,125b) ha almeno un profilo fatto a spirale logaritmica.
4. Il dispositivo (100), secondo la rivendicazione 1, in cui m ≥ 2 e in cui sono previste almeno: - una prima via di uscita atta ad esprimere una coppia di uscita T1, detta prima via di uscita comprendendo un primo elemento di ricezione (110) atto a ruotare con velocità attorno a detto asse di rotazione x; - una seconda via di uscita atta ad esprimere una coppia di uscita T2, detta seconda via di uscita comprendendo un secondo elemento di ricezione (110’) atto a ruotare con velocità attorno a detto asse di rotazione x;
5. Il dispositivo (100), secondo la rivendicazione 1, in cui in detta configurazione di impegno detti mezzi di connessione (120) sono atti a disporsi alternativamente in: - una prima posizione in cui detto elemento di trasmissione (105) è connesso per attrito a detto <primo elemento di ricezione (110) in modo tale che >

- una seconda posizione in cui detto elemento di trasmissione (105) è connesso per attrito a detto secondo elemento di ricezione (110’) in modo tale <che >

- una terza posizione in cui detto elemento di trasmissione (105) è connesso per attrito sia a detto primo elemento di ricezione (110) che a detto secondo elemento di ricezione (110’) in modo tale che
6. Il dispositivo (100), secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detto elemento di trasmissione (105), detto primo elemento di ricezione (110) e detto secondo elemento di ricezione (110’) sono elementi anulari concentrici e in cui detto elemento di trasmissione (105) è interposto tra detto primo elemento di ricezione (110) e detto secondo elemento di ricezione (110’).
7. Il dispositivo (100), secondo la rivendicazione 4 e 5, in cui detti mezzi di connessione (120) comprendono un primo elemento rotante (125a) ed un secondo elemento rotante (125b) atti a ruotare intorno a detto asse di rotazione x′ in modo tale che: - in detta prima posizione detto primo elemento rotante (125a) si impunta per attrito con detto primo elemento di ricezione (110); - in detta seconda posizione detto primo elemento rotante (125a) si impunta per attrito con detto secondo elemento di ricezione (110’); - in detta terza posizione detto secondo elemento rotante (125b) si impunta per attrito con detto primo elemento di ricezione (110) e con detto secondo elemento di ricezione (110’).
8. Il dispositivo (100), secondo la rivendicazione 7, in cui detti mezzi di connessione (120) comprendono inoltre almeno un albero (126) su cui sono disposti detto primo elemento rotante (125a) e detto secondo elemento rotante (125b), detto albero (126) essendo atto a compiere un moto roto-traslatorio rispetto a detto asse di rotazione x′ per portare alternativamente detti elementi rotanti (125a,125b) in dette prima, seconda e terza posizione.
9. Il dispositivo (100), secondo la rivendicazione 8, in cui detti mezzi di connessione (120) comprendono almeno due alberi (126,126’).
10. Il dispositivo (100), secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui detta o ciascuna via di uscita è connessa ad almeno un giunto rotazionale atto a permettere una rotazione relativa tra due link robotici.