IT202000027029A1 - Dispositivo smorzatore assiale ad elastomeri - Google Patents

Description

Descrizione dell?Invenzione Industriale avente per titolo:

?DISPOSITIVO SMORZATORE ASSIALE AD ELASTOMERI?

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo atto ad isolare e smorzare delle vibrazioni uniassiali.

Sono noti dispositivi smorzatori, atti a smorzare le vibrazioni uniassiali.

Ad esempio nel caso di sospensioni di veicoli, le sospensioni stesse guidano i movimenti delle ruote, rispetto alla carrozzeria, in modo tale che la traiettoria di dette ruote sia sostanzialmente rettilinea. In questi casi il molleggio ? ottenuto, di solito, tramite elementi a molla in acciaio e lo smorzamento ? invece ottenuto tramite ammortizzatori a gas o a olio.

Nel caso delle biciclette, in particolare delle mountain bike, la forcella anteriore ? spesso ammortizzata. Anche in questo caso si utilizzano molle in acciaio e smorzamento mediante olio o gas.

Un particolare tipo di smorzamento ? ottenuto tramite l?impiego di elastomeri, che svolgono contemporaneamente la funzione di molleggio e di smorzamento.

Secondo la tecnica nota, la dissipazione delle vibrazioni ed il conseguente isolamento sono ottenuti per mezzo di cicli di isteresi di blocchi in materiale elastomerico.

? noto che gli elastomeri, sottoposti a cicli di isteresi uniassiali esibiscono un singolare comportamento noto come Mullin Effect. Tale effetto ? indotto dalla micro-struttura tipica dei materiali polimerici che, soggetti a cicli di carico e scarico, tendono ad allineare i propri monomeri esibendo un aumento della rigidezza (hardening) e della capacit? dissipativa del materiale.

Detti dissipatori della tecnica nota presentano un inconveniente quando si voglia ottenere una corsa elevata. Questo risultato non ? ottenibile con i dispositivi noti, in quanto gli elastomeri sono caricati a compressione e, per evitare instabilit?, detti blocchi sono tozzi e, come tali, poco deformabili in quanto ad una determinata deformazione percentuale, corrisponde un limitato spostamento delle estremit? del blocco stesso.

Scopo della presente invenzione ? quello di fornire un dispositivo dissipatore atto a smorzare vibrazioni uniassiali aventi un?elevata ampiezza.

Il suddetto ed altri scopi e vantaggi dell?invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un dispositivo per isolare e smorzare vibrazioni uniassiali come quello descritto nella rivendicazione 1.

Detto dispositivo, che si interpone tra elementi rigidi in moto relativo, ? del tipo comprendente mezzi smorzanti e isolanti in materiale elastomerico ed ? atto a svolgere detta funzione di isolamento e smorzamento attraverso deformazioni ripetute e conseguente isteresi di detto materiale elastomerico, ed ? caratterizzato dal fatto di comprendere:

- una prima testata;

- almeno due manicotti solidali a detta prima testata;

- una seconda testata;

- almeno due barre che si inseriscono con una prima estremit? in detti manicotti e sono collegati con una seconda estremit? con detta seconda testata;

- almeno una camicia stabilizzatrice, scorrevole su dette barre;

- un elemento elastico di forma prismatica che si interpone tra dette prima testata e seconda testata, reagendo a compressione quando, per effetto dell?applicazione del carico, detto dispositivo smorzatore si accorcia, in cui detta almeno una camicia stabilizzatrice ha la funzione di impedire sbandamenti laterali di detto elemento elastico di forma prismatica.

Secondo una forma preferita di attuazione, detto dispositivo smorzante ? una biella collegata a detti elementi rigidi tramite cerniere sferiche applicate alle estremit? di detta biella.

Nel dispositivo secondo l?invenzione, l?elemento dissipante ? un prisma di neoprene, soggetto a cicli di isteresi in regime di compressione. Il dispositivo sar? preferibilmente montato applicando un precarico in modo che detto elemento dissipante risulter? sempre compresso. Al termine del suo ciclo di vita, detto elemento dissipante potr? essere sostituito mediante un semplice intervento di apertura del dispositivo.

I principali vantaggi conseguenti all?utilizzo dell?invenzione sono i seguenti.

Un primo vantaggio consiste nell?aumento della vita utile del prodotto in quanto, al termine del ciclo di vita dell?elastomero, non ? richiesta la sostituzione dell?intero dispositivo ma solo di detto elastomero.

Un secondo vantaggio consiste nella adattabilit? e progettualit?: un?opportuna scelta delle caratteristiche geometriche della biella e dell?elemento prismatico elastomerico permette infatti di coprire un amplio range di rigidezze (0,01?10 kN/mm).

Un terzo vantaggio consiste nella possibilit? di sfruttare appieno il regime di deformazione assiale, pi? performante di un regime tagliante o flettente; ci? permette, a parit? di volumi ed ingombri, di ridurre la quantit? del materiale pi? oneroso, ovvero il neoprene. Pensando ad un prodotto commerciale in neoprene di rigidezze orizzontali e verticali, rispettivamente, Ko = 7 kN/mm e Kv = 5000 kN/mm, l?analogo prodotto secondo l?invenzione mantiene lo stesso volume e lo stesso peso ma, permette di abbattere di un ordine di grandezza la quantit? di materiale elastomerico a scapito dell?incremento di acciaio (il primo quattro volte pi? costoso del secondo).

Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l?oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione.

Risulter? immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalit? equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione, come appare dalle rivendicazioni allegate.

La presente invenzione verr? meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo. La descrizione far? riferimento ad un dispositivo smorzatore che fa uso della biella secondo l?invenzione, detto dispositivo essendo illustrato nei disegni allegati, nei quali:

- le FIGG. 1 e 2 sono due viste di un dispositivo smorzatore che fa uso delle bielle secondo la presente invenzione;

- la FIG. 3 mostra il dispositivo smorzatore sotto l?effetto di un carico verticale applicato; - la FIG. 4 mostra la struttura di base del dispositivo secondo l?invenzione;

- le FIGG. 5 e 6 mostrano due possibili realizzazioni della biella secondo l?invenzione.

Facendo riferimento alle FIGG. 1, 2 e 3, con (1) ? indicato un dispositivo smorzatore che fa uso di bielle (5) secondo la presente invenzione.

Secondo una forma preferita di attuazione dell?invenzione, detto dispositivo (1) comprende: - una piastra inferiore (2) che, con l?interposizione di una lastra di materiale elastomerico (2a) poggia su un supporto (2b);

- una piastra superiore (3) che, con l?interposizione di una lastra di materiale elastomerico (3a) funge da supporto ad una massa (3b);

- almeno tre tralicci (4), ciascuno costituito da almeno dette tre bielle (5), deformabili assialmente, ciascuna delle quali ? collegata con la sua estremit? inferiore (5a) con detta piastra inferiore (2) tramite prime cerniere sferiche (6) e con la sua estremit? superiore (5b), con detta piastra superiore (3), tramite seconde cerniere sferiche (7).

Secondo una forma preferita di attuazione, illustrata nelle figure allegate, detti tralicci (4) sono in numero di quattro per ciascuno smorzatore, e ciascuno di detti tralicci (4) comprende quattro bielle (5). Nella FIG. 2, le bielle (5) sono indicate attraverso il loro asse, in modo da non complicare eccessivamente il disegno.

Inoltre ? preferibilmente presente una pluralit? di sfere di distanziamento o guide lineari (8), alloggiate in corrispondenti sedi (8a), la cui funzione verr? descritta nel seguito.

Secondo una forma preferita di attuazione, mostrata nelle figure allegate, detti tralicci sono in numero di quattro per ciascun dispositivo smorzatore (1) e le bielle (5) sono in numero di quattro per ciascun traliccio (4).

Le bielle (5) dei tralicci (4) sono disposte secondo gli spigoli di una piramide con la base poggiata sulla piastra inferiore (2).

Quando la massa da supportare non ? poggiata sul dispositivo smorzatore (1), le bielle (5) sono inclinate rispetto alle piastre (2, 3) di un angolo ? compreso fra 0 e 60?. Quando viene applicato il carico, ovvero quando la massa supportata (3a) viene poggiata sulla piastra superiore (3), le bielle (5), a causa dell?inclinazione, sono sottoposte a compressione ed, essendo deformabili assialmente, si accorciano, permettendo alla piastra superiore (3), e quindi alla massa supportata (3a) di scendere, fino a che le sfere di distanziamento (8) non vadano in appoggio contro la piastra superiore (3) (FIG. 3).

Dette sfere distanziatrici o guide lineari (8) sono di dimensioni tali per cui, a seguito dell?abbassamento della piastra superiore (3), le bielle (5) si pongono in posizione sostanzialmente parallela a dette piastre (2) e (3). In questo modo scorrimenti reciproci fra dette piastre (2) e (3) danno luogo a variazioni di lunghezza delle bielle (5), escludendo quindi sollecitazioni di taglio negli elementi elastomerici.

In FIG. 4 ? mostrato uno di detti tralicci (4). Secondo una forma preferita di attuazione, dette cerniere sferiche inferiori (6) comprendono una sfera in acciaio (6a) alloggiata in una sede (6b) collegata con detta piastra inferiore (2), mentre dette cerniere sferiche superiori (7) comprendono una sfera in acciaio (7a) alloggiata in una sede (7b) collegata con detta piastra superiore (3).

Le bielle (5) sono, a loro volta, collegate con dette cerniere sferiche inferiori (6) e superiori (7) tramite dei perni filettati (10) che si avvitano a dette sfere (6a) e (7a) e ad una prima ed una seconda testata (11) e (12) di dette bielle (5), come mostrato nei particolari ingranditi di FIG. 4.

In FIG 5 ? mostrato un primo esempio di realizzazione della biella (5). Detta biella (5) comprende:

- detta prima testata (11);

- almeno due manicotti (11a) solidali a detta prima testata (11);

- detta seconda testata (12);

- almeno due barre (13) che si inseriscono con una prima estremit? in detti manicotti (11a) e sono collegati con una seconda estremit? con detta seconda testata (12);

- almeno una camicia stabilizzatrice (14), scorrevole su dette barre (13);

- un elemento elastomerico di forma prismatica (15).

Su dette testate (11) e (12) sono realizzati due fori filettati, rispettivamente (11b) e (12a), nei quali vengono avvitati detti perni filettati (10) che hanno la funzione di collegamento con le cerniere sferiche (6) e (7).

Detto elemento elastomerico prismatico (15) collega tra loro le due testate (11) e (12) e reagisce accorciandosi alle sollecitazioni di compressione conseguenti all?accorciamento dovuto all?applicazione del carico.

Quando ? applicato il carico di compressione, a causa dell?elevata snellezza di detto componente elastomerico (13), esso tende a sbandare lateralmente. Questo inconveniente viene eliminato dalle camicie antisbandamento (14), scorrevoli su dette barre (13), che circondano detto elemento elastomerico prismatico (15) e ne impediscono sbandamenti laterali. Il numero di camicie antisbandamento (14) viene calcolato in modo da ridurre la lunghezza libera di inflessione del prisma elastomerico al di sotto dei valori critici.

In FIG. 6 ? mostrata una biella (20), concettualmente analoga alla biella (5), in quanto composta dai medesimi componenti. Detta biella (20) ? meno snella rispetto alla biella (5), in modo da conferire al dispositivo (1) una maggior rigidezza orizzontale. Il numero di camicie antisbandamento della biella (5) e della biella (20) dipende dai livelli di carico orizzontale previsti sull?isolatore.

Secondo una forma preferita di attuazione (non rappresentata), dette bielle (5, 20) sono gi? montate nella posizione che avrebbero dopo l?applicazione del carico. Ovviamente ? opportuno effettuare il montaggio applicando un opportuno precarico, in modo che la sollecitazione sia sempre di compressione, in qualsiasi caso di calcolo e carico dell?isolatore.

Si sono descritte delle forme preferite di attuazione dell?invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell?ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione, come evidenziato nelle rivendicazioni allegate nelle quali i segni di riferimento posti tra parentesi non possono essere interpretati nel senso di limitare le rivendicazioni stesse. Inoltre, la parola "comprendente" non esclude la presenza di elementi e/o fasi diversi da quelli elencati nelle rivendicazioni. L?articolo ?un?, ?uno? o ?una? precedente un elemento non esclude la presenza di una pluralit? di tali elementi. Il semplice fatto che alcune caratteristiche siano citate in rivendicazioni dipendenti diverse tra loro non indica che una combinazione di queste caratteristiche non possa essere vantaggiosamente utilizzata.

Claims (5)

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo (5, 20) per isolare e smorzare vibrazioni uniassiali interponendosi tra elementi rigidi (2, 3) in moto relativo, del tipo comprendente mezzi smorzanti e isolanti (15) in materiale elastomerico, atto a svolgere detta funzione di isolamento e smorzamento attraverso deformazioni ripetute e conseguente isteresi di detto materiale elastomerico, caratterizzato dal fatto di comprendere:

- una prima testata (11);

- almeno due manicotti (11a) solidali a detta prima testata (11);

- una seconda testata (12);

- almeno due barre (13) che si inseriscono con una prima estremit? in detti manicotti (11a) e sono collegati con una seconda estremit? con detta seconda testata (12);

- almeno una camicia stabilizzatrice (14), scorrevole su dette barre (13);

- un elemento elastico di forma prismatica (15) che si interpone tra dette prima testata (11) e seconda testata (12), reagendo a compressione quando, per effetto dell?applicazione del carico, detto dispositivo smorzatore (5, 20) si accorcia.

2. Dispositivo (5, 20) per isolare e smorzare vibrazioni uniassiali, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo ? una biella (5, 20) collegata a detti elementi rigidi (2, 3) tramite cerniere sferiche (6, 7) applicate alle estremit? di detta biella (5, 20).

3. Dispositivo (5, 20) per isolare e smorzare vibrazioni uniassiali, secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che dette bielle (5, 20) sono collegate con dette cerniere sferiche (6, 7) tramite un perno (10) che si avvita su dette testate (11, 12) e sulle sfere (6a, 7a) di dette cerniere sferiche (6, 7).

4. Dispositivo (5, 20) per isolare e smorzare vibrazioni uniassiali, secondo le rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che dette bielle (5, 20) sono montate nella posizione di lavoro applicando un opportuno precarico, in modo che la sollecitazione sull?elemento prismatico elastomerico (15) sia sempre di compressione, in qualsiasi situazione di lavoro dovuta alle vibrazioni.

5. Dispositivo (5, 20) per isolare e smorzare vibrazioni uniassiali, secondo le rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detto elemento prismatico (15) ? realizzato in neoprene.