IT202000005509A1 - Unita’ cuscinetto con sistema di serraggio ottimizzato - Google Patents

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unit
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Fausto Baracca
Andrea Bertolini
Fabio Falaschi
Pasquale Frezza
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Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: UNITA? CUSCINETTO CON SISTEMA DI SERRAGGIO OTTIMIZZATO
DESCRIZIONE
Settore tecnico dell?invenzione
La presente invenzione ? relativa ad un?unit? cuscinetto, provvista di un collare per il serraggio dell?anello radialmente interno su di un albero rotante. L?unit? cuscinetto siffatta ? idonea per applicazioni nell?industria manifatturiera e soprattutto per l?industria agricola in quanto di semplice ed economica realizzazione.
In particolare, l?unit? cuscinetto secondo la presente invenzione ? provvista di elementi di rotolamento ed ? dotata di un sistema di serraggio ottimizzato che prevede l?uso di un collare che pu? aggraffare e serrare sull?albero una pluralit? di segmenti di settore circolare intervallati da gole dell?anello radialmente interno.
Tecnica nota
Sono note unit? cuscinetto provviste di elementi di rotolamento e di sistemi di serraggio dell?unit? stessa su di un albero rotante.
Le unit? cuscinetto sono utilizzate per consentire il movimento relativo di un componente o gruppo rispetto a un altro componente o gruppo. L?unit? cuscinetto in genere ha un primo componente, ad esempio un anello radialmente interno, che ? fissato ad un primo componente, ad esempio un albero rotante, e un secondo componente, ad esempio un anello radialmente esterno, che ? fissato ad un secondo componente, ad esempio un alloggiamento stazionario. Tipicamente, come da esempi sopra menzionati, l'anello radialmente interno ? girevole mentre l?anello radialmente esterno ? stazionario, ma molte applicazioni prevedono che l'elemento esterno ruoti e l'elemento interno sia stazionario. In ogni caso, nelle unit? cuscinetto di rotolamento la rotazione di un anello rispetto all?altro ? consentita da una pluralit? di elementi di rotolamento che sono posizionati tra la superficie cilindrica di un componente e la superficie cilindrica del secondo componente, normalmente denominate piste di rotolamento. Gli elementi di rotolamento possono essere sfere, rulli cilindrici o conici, rullini e elementi di rotolamento similari.
Sono altres? note le unit? cuscinetto dotate di un collare di serraggio per il montaggio su un albero rotante. Questa soluzione risulta essere pi? semplice ed economica rispetto a quella che prevede l?accoppiamento forzato per interferenza dell?anello radialmente interno sull?albero rotante. L?utilizzo del collare di serraggio per? presenta inconvenienti legati al rumore generato e alle eccessive vibrazioni che possono danneggiare l'albero su cui sono installati. Nel tentativo di risolvere questi problemi, una soluzione nota consiste nel sagomare la porzione terminale dell?anello radialmente interno con una pluralit? di segmenti di settore circolare intervallati da gole, ovvero una serie di ?dita scanalate? sulle quali si impegna il collare di serraggio. La flessibilit? maggiore di questi segmenti di settore circolare agevola la flessione dei segmenti medesimi contro l'albero quando il collare di bloccaggio ? installato e serrato.
Questa soluzione non ? risultata efficace in quanto lo spessore dei segmenti di settore circolare non poteva essere ridotto a sufficienza per garantire la necessaria flessibilit? poich? si correva il rischio di indebolire eccessivamente la porzione terminale dell?anello radialmente interno e di portarlo a rottura a causa di un serraggio eccessivo.
Altre soluzioni, ad esempio dotare il collare di un doppio diametro interno, oppure realizzare una gola interna nella porzione terminale dell?anello interno non hanno ugualmente prodotto risultati soddisfacenti.
Esiste pertanto l?esigenza di definire un?unit? cuscinetto provvista di un collare di serraggio in modo tale che il serraggio risulti affidabile dal punto di vista della resistenza meccanica, renda concentrici l?albero e l?anello radialmente interno e non provochi rumori e/o vibrazioni eccessive.
Sintesi dell?invenzione
Scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un?unit? cuscinetto comprendente un collare di serraggio provvista di caratteristiche che rendano il serraggio pi? efficace e che quindi sia esente dagli inconvenienti sopra descritti.
Secondo la presente invenzione, l?anello radialmente interno ? provvisto in una porzione terminale, quella che viene a contatto con il collare di serraggio, di una pluralit? di segmenti di settore circolare intervallati da gole. Tali segmenti comprendono un labbro e sono irrobustiti da un bordo terminale inspessito, chiamato nel seguito anche gradino. Il gradino di ciascun segmento di settore circolare rappresenta la zona dei segmenti di settore circolare soggetta al contatto con il collare di serraggio. Con questo nuovo profilo ? possibile conferire ai segmenti di settore circolare un?adeguata resistenza meccanica per resistere a elevate coppie di serraggio e al contempo l?adeguata flessibilit? che garantisca un serraggio preciso e non rumoroso.
Il dimensionamento adeguato del labbro e del gradino terminale ottimizza ulteriormente la presente soluzione.
Secondo la presente invenzione viene realizzata un?unit? cuscinetto provvista di un collare di serraggio e comprendente un anello radialmente interno avente le caratteristiche enunciate nelle rivendicazioni annesse.
Breve descrizione dei disegni
L?invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi dell?elemento di alloggiamento, in cui:
- la figura 1 mostra, in sezione trasversale, un?unit? cuscinetto provvista di collare di serraggio, secondo un modo di attuazione della presente invenzione,
- la figura 2 mostra, in vista assonometrica, l?unit? cuscinetto di figura 1 privata del collare, in modo che siano visibili i segmenti di settore circolare dell?anello radialmente interno,
- la figura 3 ? un dettaglio dell?estremit? dell?anello radialmente interno che mostra il labbro e il gradino dei segmenti di settore circolare, e - la figura 4 ? una vista assonometrica dell?unit? cuscinetto provvista di collare, come in figura 1, nella quale sono visibili i mezzi di serraggio del collare intorno ai segmenti di settore circolare dell?anello radialmente interno.
Descrizione dettagliata
Facendo ora riferimento alle suddette figure, di seguito si descrive a titolo puramente esemplificativo una forma di attuazione di un?unit? cuscinetto secondo la presente invenzione.
Con riferimento particolare alla figura 1, l?unit? cuscinetto 10 per applicazioni nel settore agricolo e/o nell?industria manifatturiera - ad esempio l?industria tessile, mineraria, automobilistica, alimentare ? potr? essere interposta, ad esempio, tra un albero rotante ed un elemento di alloggiamento, non facenti parte della presente invenzione, e comprende:
- un anello radialmente esterno 31, stazionario,
- un anello radialmente interno 33, girevole attorno ad un asse di rotazione centrale X dell?unit? cuscinetto 10,
- una corona di elementi di rotolamento 32, in questo esempio sfere, interposta tra l'anello radialmente esterno 31 e l?anello radialmente interno 33,
- una gabbia 34 di contenimento dei corpi di rotolamento per mantenere in posizione gli elementi di rotolamento della corona di corpi di rotolamento 32,
- un collare 20 per il serraggio dell?anello radialmente interno sull?albero.
In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, i termini e le espressioni indicanti posizioni ed orientamenti quali ?radiale? e ?assiale? si intendono riferiti all?asse di rotazione centrale X dell?unit? cuscinetto 30. L?anello radialmente esterno 31 ? provvisto di una pista di rotolamento radialmente esterna 31?, mentre l?anello radialmente interno 33 ? provvisto di una pista di rotolamento radialmente interna 33? per permettere il rotolamento della corona degli elementi di rotolamento 32 interposta tra l?anello radialmente esterno 31 e l?anello radialmente interno 33. Per semplicit? di rappresentazione grafica il riferimento 32 sar? attribuito sia alle singole sfere, sia alla corona di sfere. Sempre per semplicit?, si potr? utilizzare il termine ?sfera? in modo esemplificativo nella presente descrizione e negli allegati disegni al posto del termine pi? generico ?elemento di rotolamento? (e si utilizzeranno altres? gli stessi riferimenti numerici).
L?unit? cuscinetto 10 ? altres? provvista di mezzi di tenuta 35 per sigillare l?unit? cuscinetto dall?ambiente esterno. Nel seguito i mezzi tenuta 35 potranno essere indicati anche pi? semplicemente come tenute 35, intendendosi evidentemente lo stesso componente.
Come si ? detto, il collare 20 di serraggio ha la funzione di serrare una porzione terminale 33a dell?anello radialmente interno 33 su un albero rotante. Secondo la presente invenzione e con particolare riferimento alle figure 2 e 3, l?anello radialmente interno 33 ? provvisto, nella sua porzione terminale 33a, di una pluralit? di segmenti 40 di settore circolare intervallati da gole 41. Tali segmenti 40 sono presenti almeno in un numero pari a due, preferibilmente in un numero compreso tra sei e otto; di conseguenza anche il numero delle gole 41 sar? il medesimo.
Ciascun segmento 40 comprende un labbro 42 di spessore s ed ? irrobustito da un gradino 43 di spessore s+s1, con s1 che rappresenta lo spessore incrementale del gradino 43 rispetto al labbro 42. Il gradino 43 di ciascun segmento di settore circolare 40 rappresenta la zona dei segmenti di settore circolare soggetta al contatto con il collare di serraggio 20. Questo profilo realizzato sui segmenti di settore circolare 40 rende pi? agevole realizzare il requisito che il collare di serraggio 20 rimanga in posizione durante la procedura di montaggio sull'albero. Infatti, solitamente durante la procedura di montaggio, il collare di serraggio si sposta da solo e scivola sui segmenti 40.
Una prima caratteristica rilevante per il dimensionamento dei segmenti di settore circolare 40 ? lo spessore s dei labbri 42. Lo spessore s dovr? essere piccolo in modo da consentire a ciascun segmento di settore circolare 40 di essere pi? flessibile. Questa caratteristica, unitamente al fatto che il materiale non ? indurito, ma ? tenero, garantisce un migliore bloccaggio dell?anello radialmente interno 33, riducendo le vibrazioni e consentendo una maggiore trasmissione di potenza.
A titolo esemplificativo la seguente tabella riporta lo spessore s dei labbri 42 in funzione della taglia dell?unit? cuscinetto:
In generale, se indichiamo con h lo spessore dell?anello radialmente interno 33, il rapporto tra lo spessore s dei labbri 42 e lo spessore h dell'anello radialmente interno ? compreso tra il 27% e il 40%. Valori inferiori al 27% renderebbero i segmenti di settore circolari 40 poco resistenti soprattutto in caso di applicazioni che richiedono elevate coppie di serraggio. Viceversa valori del rapporto s/h superiori al 40% inficerebbero la ricercata flessibilit? dei segmenti di settore circolare 40. Normalmente, questa percentuale aumenta al crescere della taglia dell?unit? cuscinetto.
Una seconda caratteristica importante per il dimensionamento dei segmenti di settore circolare 40 ? la lunghezza assiale a dei gradini 43. Vantaggiosamente, tale dimensione dovr? essere compresa tra il 25% e il 35% della lunghezza assiale b dei segmenti di settore circolare 40. Valori inferiori al 25% renderebbero i gradini 43 poco resistenti nei confronti dell?azione di serraggio esercitata dal collare 20. Viceversa valori del rapporto a/b superiori al 35% ridurrebbero la lunghezza assiale dei labbri 42 e quindi, anche in questo caso, pregiudicherebbero la flessibilit? dei segmenti di settore circolare 40. Normalmente, anche questo rapporto aumenta al crescere della taglia dell?unit? cuscinetto.
Lo spessore dei gradini 43, come si ? detto, ? costituito dallo spessore s dei labbri 42 incrementato di una quota s1. Questa spessore incrementale s1, rappresenta un parametro che pu? essere adattato al tipo di collare 20 che si deve utilizzare. In altre parole l?incremento di spessore s1 dei gradini 43 ? calcolato per ridurre al minimo il numero di collari 20 di serraggio da utilizzare, potendosi cos? utilizzare lo stesso collare 20 per unit? cuscinetto di taglia leggermente diversa. Si pensi, ad esempio, a taglie abbastanza vicine tra loro ma non identiche perch? la prima ? espressa in unit? metriche e la seconda in unit? imperiali britanniche.
Vantaggiosamente, il valore dello spessore incrementale s1 del gradino 43 non dovr? superare il 50% del valore dello spessore s del labbro 42.
Con riferimento alla figura 4, il serraggio del collare 20 attorno ai segmenti di settore circolare 40 avviene secondo metodi noti e cio? utilizzando mezzi a vite 21, ad esempio una vite a testa cilindrica con esagono incassato di tipo ?torx?. Il collare 20 ? inoltre provvisto di una scanalatura 22 in rilievo. Il collare, installato sopra l'anello radialmente interno 33 ed in particolare sopra i segmenti di settore circolare 40, blocca l?anello radialmente interno 33 dell?unit? cuscinetto 10 sull'albero in modo concentrico, senza provocare danni e/o sbavature e fornisce una forza di serraggio a 360? sull'albero con una corsa minima dei suoi bracci 23, 24 in modo da ridurre al minimo le vibrazioni.
In definitiva, questo nuovo profilo dei segmenti di settore circolare consente, rispetto alla tecnica nota, migliori prestazioni del sistema di serraggio in termini di potenza trasmissibile e di livelli di vibrazione. Il nuovo profilo dei segmenti di settore circolare ? pi? flessibile e ci? consente, con la stessa coppia di serraggio delle viti che agiscono sul collare, di aumentare la chiusura dei segmenti del settore circolare.
L?invenzione proposta, da un punto di vista funzionale, consente di ottenere una soluzione ?concentrica? con tutti i vantaggi indotti: coincidenza tra l'albero e l'asse dell?unit? cuscinetto; la velocit? e i carichi nominali limite non sono dipendenti dalla tolleranza dell'albero; ? possibile utilizzare un verso di rotazione costante o alternato; il ridotto livello di vibrazioni non crea nessun danno per l'albero; riduzione della corrosione per sfregamento; facilit? e velocit? di montaggio.
Inoltre, la soluzione illustrata consente un risparmio dei costi di produzione ed in particolare dei costi relativi ai diversi trattamenti termici (cementazione, tempra a induzione, ecc.) essendo ridotta la superficie da sottoporre ad indurimento alle sole piste di rotolamento, dove gli elementi di rotolamento sono in contatto con l?anello radialmente interno.
Oltre ai modi di attuazione dell?invenzione, come sopra descritti, ? da intendere che esistono numerose ulteriori varianti. Deve anche intendersi che detti modi di attuazione sono solo esemplificativi e non limitano l?oggetto dell?invenzione, n? le sue applicazioni, n? le sue configurazioni possibili. Al contrario, sebbene la descrizione sopra riportata rende possibile all?uomo di mestiere l?attuazione della presente invenzione almeno secondo una sua configurazione esemplificativa, si deve intendere che sono concepibili numerose variazioni dei componenti descritti, senza che per questo si fuoriesca dall?oggetto dell?invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate, interpretate letteralmente e/o secondo i loro equivalenti legali.

Claims (5)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Unit? cuscinetto (10) comprendente: - un anello radialmente esterno (31), stazionario, - un anello radialmente interno (33), girevole attorno ad un asse (X) di rotazione centrale dell?unit? cuscinetto (10), provvisto, in una sua porzione terminale (33a), di almeno due segmenti (40) di settore circolare separati da almeno due gole (41), - una corona di elementi di rotolamento (32) interposta tra l'anello radialmente esterno (31) e l?anello radialmente interno (33), - un collare (20) per operare il serraggio dell?anello radialmente interno (33) su un albero girevole, l?unit? cuscinetto (10) essendo caratterizzata dal fatto che ciascun segmento (40) di settore circolare comprende un labbro (42) avente uno spessore (s) e un gradino (43) avente uno spessore (s+s1), laddove lo spessore (s+s1) del gradino (43) ? maggiore dello spessore (s) del labbro (42).
  2. 2. Unit? cuscinetto (10) secondo la rivendicazione 1, laddove il rapporto tra lo spessore (s) del labbro (42) e uno spessore (h) dell?anello radialmente interno (33) ? compreso tra il 27% e il 40%.
  3. 3. Unit? cuscinetto (10) secondo la rivendicazione 1 o 2, laddove una lunghezza assiale (a) del gradino (43) ? compresa tra il 25% e il 35% di una lunghezza assiale (b) del segmento (40) di settore circolare.
  4. 4. Unit? cuscinetto (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove il valore di uno spessore incrementale (s1) del gradino (43) ? minore o uguale al 50% del valore dello spessore (s) del labbro (42).
  5. 5. Unit? cuscinetto (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove i segmenti (40) di settore circolare e le gole (41) sono in numero compreso tra sei e otto.
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