IT201900016145A1

IT201900016145A1 - Ammortizzatore di un sistema assialmente iperstatico

Info

Publication number: IT201900016145A1
Application number: IT102019000016145A
Authority: IT
Inventors: Andrea Donnini; Ivan Borra
Original assignee: Ge Avio Srl
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-03-12
Also published as: US20210079951A1; US11286976B2; CN112483616A

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “AMMORTIZZATORE DI UN SISTEMA ASSIALMENTE IPERSTATICO”

CAMPO TECNICO

L’invenzione riguarda in generale un sistema per ammortizzare gli effetti di condizioni iperstatiche in trasmissioni meccaniche aventi parti statiche e girevoli. BACKGROUND

Una coppia elevata attraverso collegamenti calettati con attrito crea un collegamento assiale rigido tra elementi girevoli accoppiati. Quando questi elementi sono già supportati mediante un elemento di ritenuta assiale dedicato (ad esempio, cuscinetti a sfera), l’ulteriore collegamento assiale crea un sistema iperstatico che può sovraccaricare le parti statiche e girevoli con carichi esterni e in particolare con un effetto sulla temperatura.

È nota la gestione di sistemi iperstatici dimensionando i componenti per tener conto del sovraccarico. Ad esempio, l’iperstaticità e il disallineamento di parti statiche e girevoli possono essere parzialmente gestiti mediante dischi grandi sottili installati sulle parti girevoli (anche noti come giunti a dischi flessibili o “flettori”) collegati al sistema mediante scanalature centrate con diametri pilota accoppiati.

BREVE DESCRIZIONE

In un aspetto, l’invenzione riguarda una trasmissione avente un componente statico e un componente girevole. Il componente girevole è montato sul componente statico per la rotazione attorno a un asse mediante un cuscinetto avente una pista esterna e una pista interna con sfere o rulli tra le piste esterna e interna. La pista esterna è montata sul componente statico e la pista interna è montata sul componente girevole. Un ammortizzatore di sistema è disposto nel componente statico in cui la pista esterna è disposta tra un primo e un secondo elemento di spinta in un manicotto rigido.

In un altro aspetto, l’invenzione riguarda un ammortizzatore di sistema per una trasmissione avente un componente statico e un componente girevole collegati mediante un cuscinetto soggetto a condizioni iperstatiche. Un manicotto rigido è atto a essere fissato al componente statico e ha una prima e una seconda parete opposte. Una pila lineare di uno spessore e un primo e un secondo elemento di spinta è disposta tra la prima e la seconda parete opposte. Una porzione fissa del cuscinetto è disposta tra il primo e il secondo elemento di spinta.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Nei disegni:

La figura 1 è un diagramma schematico che illustra flettori della tecnica anteriore per gestire un sistema iperstatico.

La figura 2 è un diagramma schematico di un ammortizzatore per un sistema iperstatico secondo vari aspetti descritti nella presente.

La figura 3 è una forma di realizzazione di un ammortizzatore per un sistema assialmente iperstatico secondo vari aspetti descritti nella presente.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

Aspetti della descrizione descritta nella presente sono ampiamente rivolti a un apparecchio per gestire il movimento relativo di componenti statici per ammortizzare condizioni iperstatiche in una trasmissione meccanica avente componenti statici e girevoli. Una struttura o sistema è considerata/o iperstatica/o quando le equazioni di equilibrio statico normali sono inadeguate per determinare le forze interne e le reazioni su tale struttura o sistema. In altri termini, la struttura o sistema è considerata/o indeterminata/o dal punto di vista della staticità. A scopo illustrativo, un ambiente esemplificativo in cui un sistema o una struttura possono diventare iperstatici è una turboelica o aerogiro dove un albero girevole allungato formato da due componenti calettati insieme in un alloggiamento statico è sottoposto ad una coppia elevata e a un gradiente di temperatura elevato.

Come usato nella presente, il termine “avanti” o “a monte” si riferisce allo spostamento in una direzione verso l’ingresso del motore o un componente che è relativamente più vicino all’ingresso di motore rispetto a un altro componente. Il termine “dietro” o “a valle” usato insieme a “avanti” o “a monte” si riferisce a una direzione verso la parte posteriore o uscita del motore o che è relativamente più vicina all’uscita del motore rispetto a un altro componente. In aggiunta, come usati nella presente, i termini “radiale” o “radialmente” si riferiscono a una dimensione che si estende tra un asse longitudinale centrale del motore e una circonferenza di motore esterna. Inoltre, come usato nella presente, il termine “insieme” o un “insieme” di elementi può essere qualsiasi numero di elementi, incluso solo uno.

Tutti i riferimenti direzionali (ad esempio, radiale, assiale, prossimale, distale, superiore, inferiore, verso l’alto, verso il basso, a sinistra, a destra, laterale, frontale, posteriore, sommità, fondo, sopra, sotto, verticale, orizzontale, in senso orario, in senso antiorario, a monte, a valle, avanti, dietro, eccetera) sono usati solo a scopi di identificazione per agevolare la comprensione da parte del lettore della presente descrizione e non creano limitazioni, in particolare per quanto riguarda la posizione, l’orientamento o l’uso degli aspetti della descrizione descritti nella presente. I riferimenti di collegamento (ad esempio, attaccato, accoppiato, collegato e unito) devono essere interpretati in senso ampio e possono includere elementi intermedi tra una serie di elementi e il movimento relativo tra gli elementi salvo altrimenti indicato. Pertanto, i riferimenti di collegamento non presumono necessariamente il fatto che due elementi sono collegati direttamente e in relazione fissa tra loro. I disegni esemplificativi sono solo scopo a illustrativo e le dimensioni, le posizioni, l’ordine e le relative dimensioni riflesse nei disegni allegati possono variare.

La figura 1 illustra schematicamente una delle soluzioni convenzionali per gestire condizioni iperstatiche in una trasmissione 10. La trasmissione 10 comprende un componente statico 12 quale un alloggiamento e componente girevole 14 quale un albero. Il componente girevole 14 comprende un albero di entrata 16 impegnato con un elemento conduttore 18 quale una scatola di ingranaggi, ad esempio, e un albero di uscita 20 impegnato con un carico di uscita 21. L’albero di entrata 16 è calettato o fissato in altro modo all’albero di uscita 20 in corrispondenza del giunto 19. L’alloggiamento 12 e il componente girevole 14 possono presentare una certa flessione intrinseca naturale, prevedibile rappresentata nelle figure 1 e 2 con il riferimento 23. Il componente girevole 14 è montato sul componente statico con uno o più cuscinetti 22 per la rotazione attorno a un asse 24 rispetto al componente statico. In un ambiente in cui esiste un gradiente termico tra i componenti statico e girevole 12, 14 o in cui vi è un urto esterno a uno dei componenti statico o girevole 12, 14 o in cui vi è un gradiente termico tra la posizione dell’elemento conduttore 18 e la posizione di uscita 21, rappresentate ad esempio da ΔT, un certo movimento assiale di uno rispetto all’altro crea un sistema iperstatico che può sovraccaricare uno o entrambi i componenti statico e girevole 12, 14. Le soluzioni della tecnica anteriore includono l’aggiunta di massa ai componenti statico o girevole 12, 14 per renderli abbastanza forti da assorbire l’iperstaticità, o l’aggiunta di flettori 26 al componente girevole per assorbire l’iperstaticità. I problemi diventano evidenti, tuttavia, con l’aumento delle dimensioni e del peso concessi alla prima soluzione. Non solo richiede potenza aggiuntiva per spostare la massa aumentata, ma influisce sulla durata dei componenti per via dell’aumento di carichi. La seconda soluzione illustrata in figura 1 è costosa, difficile da produrre e richiede un monitoraggio. Cambia anche il comportamento dinamico del componente girevole 14.

La figura 2 illustra schematicamente lo stesso sistema di figura 1, ma con l’aggiunta di un miglioramento descritto nella forma di realizzazione della presente. Parti simili nelle figure 1 e 2 saranno indicate in modo identico. Si comprenderà che nella figura 2 non vi è un giunto a dischi flessibili e la massa dei componenti non deve essere aumentata per adattarsi all’iperstaticità. Piuttosto, un ammortizzatore assiale regolabile 100 è introdotto nel componente statico 12 per tener conto di un sistema iperstatico.

Guardando ora la forma di realizzazione di figura 3, un componente statico 102, ad esempio un alloggiamento, è preferibilmente formato da un materiale in lega leggera. Un manicotto rigido 104 è fissato al o fa parte del componente statico 102. Il manicotto rigido 104 è preferibilmente formato in acciaio e include una prima parete 106 e una seconda parete 108 in modo tale che si formi un involucro rigido. La prima o la seconda parete 106, 108 possono essere solidali con il manicotto rigido 104 o una o entrambe possono essere un fermo assiale discreto 105 che si estende dal componente statico 102 per consentire l'installazione di componenti nell’involucro (in questa forma di realizzazione da destra a sinistra). La prima e la seconda parete 106, 108 vincolano una pila 110 che include l'ammortizzatore assiale 100.

La pila comprende uno spessore 112 adiacente alla prima parete 106 per regolare il precarico del pacco molle e il raggio d’azione e per compensare le tolleranze di fabbricazione. Accanto allo spessore 112 vi è il primo elemento di spinta 114, quale una molla. Accanto al primo elemento di spinta 114 vi è una pista esterna 116 di un cuscinetto 118, quale un cuscinetto a sfere o combinazione di rulli e sfere. Preferibilmente, il cuscinetto 118 è un cuscinetto a due file di sfere. Infine, tra la pista esterna 116 e la seconda parete 108 vi è un secondo elemento di spinta 120, quale un’altra molla. Lo spessore 112 e il primo e il secondo elemento di spinta 114, 120 comprendono l’ammortizzatore assiale 100.

Un componente girevole 122 include una pista interna 124 del cuscinetto 118, che è fissata a un primo albero girevole 126 quale una flangia rotante, che ruota attorno a un asse 128, ad esempio, nella direzione A. Il primo albero girevole 126 tipicamente ha una serie di prime scanalature 130 che impegnano in modo fisso una serie di seconde scanalature 132 su un secondo albero girevole 134 atto a ruotare attorno all’asse 128. L’accoppiamento ad impegno scanalato del primo e del secondo albero girevole 126, 134 completa la struttura che, sotto una coppia conseguente a un gradiente termico ΔT o a un urto esterno F, può dar luogo a un sistema iperstatico.

Il primo e il secondo elemento di spinta 114, 120 consentono un movimento assiale controllato del componente statico 102 rispetto al componente girevole 122 in una condizione iperstatica. In altri termini, la struttura evita il sovraccarico dovuto agli effetti di temperatura e ai disallineamenti e consente l’uso di cuscinetti più piccoli, componenti statici e girevoli più sottili e quindi una soluzione globalmente più leggera e più compatta.

Preferibilmente, la struttura funzionerà in un ambiente umido per facilitare lo scorrimento assiale del componente statico 102 rispetto al componente girevole 122 all’interno di uno spazio vuoto radiale minimo tra la pista esterna 116 e un diametro interno del manicotto rigido 104. Uno spazio vuoto minimo consente al sistema di disallinearsi; pertanto, è necessario uno spazio vuoto stretto per non introdurre un ulteriore disallineamento nel sistema rispetto alle applicazioni attuali. La forma di realizzazione descritta nella presente è applicabile a tutti gli alberi con una trasmissione di coppia pura che possano trarre vantaggio dalla divisione del sistema in più di un albero. Può essere particolarmente utile nelle applicazioni di turboelica o aerogiro poiché esse utilizzano tipicamente collegamenti di albero lunghi tra aree che possono subire forti cambiamenti in termini di temperatura e dove è richiesto il controllo di spostamento assiale di flangia di collegamento (entrambe le direzioni) sotto carichi esterni.

Si comprenderà che la struttura descritta non è usata per ottenere o gestire il precarico del cuscinetto. Tipicamente, in un precarico del cuscinetto, l’angolo di contatto di cuscinetto è alterato. Qui, l’ammortizzatore di sistema 100 consente uno spostamento controllato relativo tra i componenti statico e girevole 102, 122 senza alterare l’angolo di contatto di cuscinetto. Il precarico del cuscinetto è ottenuto da una combinazione di geometria interna di cuscinetto e precarico assiale ottenuto, ad esempio, impilando con un controdado 125 la pista interna di supporto 124 (divisa in due parti) stretto sull’albero girevole 126.

Tra gli altri vantaggi tecnici della forma di realizzazione descritta, il sistema è centrato e lo spostamento è controllato. Esso consente la spinta inversa come un carico esterno e può gestire carichi indeterminati (in base al dimensionamento del primo e del secondo elemento di spinta 114, 120) perché non influisce sul né azzera il precarico di cuscinetto.

Nella misura non ancora descritta, caratteristiche e strutture diverse dei vari aspetti possono essere usate in combinazione o in sostituzione l’una all’altra come desiderato. Il fatto che una caratteristica non sia illustrata in tutti gli esempi non significa che possa essere così illustrata, ma viene fatto per brevità di descrizione. Pertanto, le varie caratteristiche dei differenti aspetti possono essere mescolate e abbinate come si desidera per formare nuovi aspetti, indipendentemente dal fatto che i nuovi aspetti siano descritti espressamente. Tutte le combinazioni o permutazioni delle caratteristiche descritte nella presente sono coperte dalla presente descrizione.

Ad esempio, si ritiene che una qualsiasi combinazione delle seguenti caratteristiche contribuisca ai vantaggi tecnici menzionati sopra:

un ammortizzatore di sistema nel componente statico, in cui la pista esterna è disposta tra un primo e un secondo elemento di spinta in un involucro rigido;

uno spessore tra uno tra il primo o secondo elemento di spinta e l’involucro rigido;

lo spessore essendo dimensionato per precaricare il primo e il secondo elemento di spinta;

il primo e il secondo elemento di spinta essendo dimensionati per regolare l’azione di ammortizzazione assiale;

il cuscinetto essendo un cuscinetto a due file di sfere; il cuscinetto essendo un cuscinetto a rulli;

il componente statico essendo formato da un materiale in lega leggera;

il componente statico essendo un alloggiamento;

il componente girevole includendo un primo albero fissato su un secondo albero con il primo albero o il secondo albero montato sul componente statico;

il componente girevole includendo un primo albero fissato a un secondo albero mediante scanalature;

il componente statico includendo l’involucro rigido formato in acciaio e l’ammortizzatore di sistema è vincolato all’interno dell’involucro rigido;

l’ammortizzatore del sistema consentendo il movimento assiale del componente statico rispetto al componente girevole senza cambiare un angolo di contatto del cuscinetto;

il primo e il secondo elemento di spinta essendo molle; l’involucro rigido avendo una prima e una seconda parete;

una delle pareti dell’involucro rigido essendo un fermo assiale.

Questa descrizione scritta usa esempi per descrivere aspetti dell’invenzione descritta nella presente, inclusa la modalità migliore, e anche per consentire a un esperto nella tecnica di mettere in pratica gli aspetti della descrizione, inclusi realizzare e usare qualsiasi dispositivo o sistema ed eseguire un qualsiasi metodo incorporato. L’ambito di protezione brevettabile degli aspetti dell’invenzione è definito dalle rivendicazioni e può includere altri esempi che si presentano gli esperti nella tecnica. Tali altri esempi intendono rientrare nell’ambito di protezione delle rivendicazioni se hanno elementi strutturali che non differiscono dal linguaggio letterale delle rivendicazioni o se includono elementi strutturali equivalenti con differenze irrilevanti dal linguaggio letterale delle rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Trasmissione comprendente: un componente statico, un componente girevole montato sul componente statico per la rotazione attorno a un asse mediante un cuscinetto avente una pista esterna e una pista interna con uno tra sfere e rulli tra le piste esterna e interna, in cui la pista esterna è montata sul componente statico e la pista interna è montata sul componente girevole, e un ammortizzatore di sistema nel componente statico, in cui la pista esterna è disposta tra un primo e un secondo elemento di spinta in un involucro rigido.
2. Trasmissione secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre uno spessore tra uno tra il primo e il secondo elemento di spinta e l’involucro rigido.
3. Trasmissione secondo la rivendicazione 2, in cui lo spessore è dimensionato per precaricare il primo e il secondo elemento di spinta.
4. Trasmissione secondo la rivendicazione 1, in cui il primo e il secondo elemento di spinta sono dimensionati per regolare l’azione di ammortizzazione assiale.
5. Trasmissione secondo la rivendicazione 1, in cui il cuscinetto è un cuscinetto a due file di sfere.
6. Trasmissione secondo la rivendicazione 1, in cui il componente statico è formato da un materiale in lega leggera.
7. Trasmissione secondo la rivendicazione 1, in cui il componente girevole include un primo albero calettato ad un secondo albero e il primo albero è montato sul componente statico.
8. Trasmissione secondo la rivendicazione 1, in cui il componente statico include l’involucro rigido formato in acciaio e l’ammortizzatore di sistema è vincolato all’interno dell’involucro rigido.
9. Trasmissione secondo la rivendicazione 1, in cui l’involucro rigido include una prima e una seconda parete e l’ammortizzatore di sistema è vincolato tra la prima e la seconda parete.
10. Trasmissione secondo la rivendicazione 1, in cui l’ammortizzatore di sistema consente il movimento assiale del componente statico rispetto al componente girevole senza modificare un angolo di contatto del cuscinetto.
11. Trasmissione secondo la rivendicazione 1, in cui il primo e il secondo elemento di spinta sono molle.
12. Ammortizzatore di sistema per una trasmissione avente un componente statico e un componente girevole collegati mediante un cuscinetto soggetto a condizioni iperstatiche comprendente: un involucro rigido atto a essere fissato al componente statico e avente una prima e una seconda parete opposte, e una pila lineare di uno spessore e di un primo e un secondo elemento di spinta tra la prima e la seconda parete opposte, in cui una porzione fissa del cuscinetto è disposta tra il primo e il secondo elemento di spinta.
13. Ammortizzatore di sistema secondo la rivendicazione 12, in cui lo spessore è dimensionato per precaricare il primo e il secondo elemento di spinta.
14. Ammortizzatore di sistema secondo la rivendicazione 12, in cui il primo e il secondo elemento di spinta sono dimensionati per regolare l’azione di ammortizzazione assiale.
15. Ammortizzatore di sistema secondo la rivendicazione 12, in cui il cuscinetto è un cuscinetto a due file di sfere.
16. Ammortizzatore di sistema secondo la rivendicazione 12, in cui il componente statico è formato da un materiale in lega leggera.
17. Ammortizzatore di sistema secondo la rivendicazione 12, in cui il componente girevole include un primo albero calettato ad un secondo albero e il primo albero è montato sul componente statico.
18. Ammortizzatore di sistema secondo la rivendicazione 12, in cui il primo e il secondo elemento di spinta consentono il movimento assiale del componente statico rispetto al componente girevole senza cambiare un angolo di contatto del cuscinetto.
19. Ammortizzatore di sistema secondo la rivendicazione 12, in cui il primo e il secondo elemento di spinta sono molle.
20. Trasmissione comprendente un componente statico e un componente girevole montati tra loro mediante un cuscinetto avente una pista esterna e una pista interna con uno tra sfere e rulli tra le piste esterna e interna, in cui la pista esterna è montata sul componente statico e la pista interna è montata sul componente girevole, caratterizzata da: un ammortizzatore di sistema nel componente statico, in cui la pista esterna è disposta tra un primo e un secondo elemento di spinta in un involucro rigido.
21. Trasmissione secondo la rivendicazione 20, in cui l’ammortizzatore di sistema include uno spessore tra uno tra il primo e il secondo elemento di spinta e l’involucro rigido.
22. Trasmissione secondo la rivendicazione 18, in cui il primo e il secondo elemento di spinta consentono il movimento assiale del componente statico rispetto al componente girevole senza cambiare un angolo di contatto del cuscinetto.