IT202100017096A1 - Cuscinetto di rotolamento per alte velocità equipaggiato con una gabbia ottimizzata per ridurre la rumorosità a basse velocità - Google Patents

Cuscinetto di rotolamento per alte velocità equipaggiato con una gabbia ottimizzata per ridurre la rumorosità a basse velocità Download PDF

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Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: CUSCINETTO DI ROTOLAMENTO PER ALTE VELOCIT? EQUIPAGGIATO CON UNA GABBIA OTTIMIZZATA PER RIDURRE LA RUMOROSIT? A BASSE VELOCIT?
DESCRIZIONE
Settore Tecnico dell?Invenzione
L La presente invenzione ? relativa ad un cuscinetto di rotolamento disegnato per operare ad alte velocit? ed equipaggiato con una gabbia di trattenimento per i corpi volventi ottimizzata per ridurre la rumorosit? a basse velocit?.
Qui e di seguito per ?alte velocit?? si deve intendere una velocit? di rotazione del cuscinetto compresa tra valori del fattore di velocit? del cuscinetto compresi tra 1,2 e 3 milioni di ndm, mentre per ?basse velocit?? si deve intendere una velocit? di rotazione del cuscinetto con fattore di velocit? sotto i 600.000 ndm.
Per fattore di velocit? o ?ndm? si intende il prodotto del diametro medio di un cuscinetto, espresso in mm per la velocit? di rotazione del cuscinetto (dell?anello in uso rotante dello stesso), espressa in giri/min (o rpm).
Tecnica Nota
Da JP2011074999 ? noto un cuscinetto di rotolamento comprendente un anello esterno, un anello interno ed una pluralit? di corpi volventi (sfere) interposti tra gli anelli interno ed esterno per renderli relativamente girevoli con basso attrito. I corpi volventi sono trattenuti nella corretta posizione da una gabbia includente un corpo anulare provvisto di una pluralit? di tasche o sedi radiali, passanti, atte ad alloggiare le sfere. La gabbia ? realizzata interamente in un materiale plastico sintetico, nel quale sono stati inseriti dei monomeri polifunzionali, che reticolano durante lo stampaggio, migliorando la resistenza della gabbia. Questa gabbia ? guidata, cio? appoggia (a meno di un gioco prefissato e relativamente piccolo) in rotazione sui corpi volventi; essa, pertanto, trattiene i corpi volventi nella corretta posizione, assicurando un funzionamento dolce e privo di rumorosit?. Tuttavia, per applicazioni a velocit? elevate (ad esempio pari o maggiori di 10-20.000 giri/min), l?attrito che si sviluppa in uso tra sfere e gabbia ? eccessivo ed aumenta, da una parte, il consumo di energia e, dall?altra parte, la temperatura interna del cuscinetto, che pu? raggiungere livelli non compatibili con un corretto funzionamento operativo del cuscinetto.
Per risolvere il problema del surriscaldamento, si pu? realizzare una gabbia guidata sull?anello esterno del cuscinetto, qualora esso sia l?anello stazionario. In questo caso, per?, soprattutto a basse velocit? ed in fase di accelerazione, i corpi volventi non risultano perfettamente trattenuti in posizione e si creano rumorosit? e vibrazioni indesiderate.
Per applicazioni ad alte velocit? ? anche nota da US2011/0229067 una gabbia anulare realizzabile sia in metallo stampato, sia in plastica, conformata in sezione trasversale ad U, che guida i corpi volventi solamente sui fianchi laterali, lasciandoli liberi sia radialmente sull?esterno, sia radialmente sull?interno. Tuttavia una tale gabbia ? utilizzabile con efficacia solo con corpi volventi costituiti da rulli.
Sintesi dell?Invenzione
Scopo della presente invenzione ? dunque quello di superare gli inconvenienti dell?arte nota ed in particolare di fornire un cuscinetto di rotolamento dotato di una gabbia che permetta di trattenere correttamente i corpi volventi, eliminando ogni rumorosit? a basse velocit? e che, al contempo, non causi la generazione di un attrito e di una temperatura non tollerabili ad alte velocit?.
? inoltre uno scopo dell?invenzione fornire un cuscinetto di rotolamento del tipo sopra indicato e che sia disegnato per applicazioni di alta precisione e ad alte velocit?.
In base all?invenzione viene dunque fornito un cuscinetto di rotolamento di precisione per alte velocit?, come definito nelle rivendicazioni annesse.
Breve Descrizione dei Disegni
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, effettuata con riferimento alle figure dei disegni annessi, nelle quali:
- la figura 1 illustra una vista ortogonale in elevazione ed in sezione radiale di un cuscinetto di rotolamento realizzato secondo l?invenzione;
- la figura 2 illustra in scala ingrandita una vista in elevazione ed in sezione radiale del cuscinetto di rotolamento di figura 1 a cui ? stato rimosso un anello radialmente esterno, in uso stazionario, per una migliore comprensione;
- la figura 3 illustra in scala ulteriormente ingrandita una vista in sezione radiale di un dettaglio del cuscinetto di rotolamento di figura 1; e - la figura 4 illustra in scala ulteriormente ingrandita un dettaglio della figura 2.
Descrizione Dettagliata
Con riferimento alle figure da 1 a 4, ? indicato nel suo complesso con 1 un cuscinetto di rotolamento 3 di precisione per alte velocit?. Il cuscinetto di rotolamento 3 comprende un anello esterno 4, in uso stazionario, un anello interno 5, in uso rotante, una pluralit? di corpi volventi 2 interposti tra l?anello esterno 4 e l?anello interno 5 per rendere gli stessi relativamente girevoli con basso attrito, ed una gabbia 1 per il trattenimento dei corpi volventi 2 nella corretta posizione.
La gabbia 1 ? realizzata in un unico pezzo per stampaggio di una materia plastica sintetica ed ? definita preferibilmente da un singolo corpo anulare 6, avente asse di simmetria A (figura 1), disposto in uso coassiale tra l?anello esterno 4 e l?anello interno 5, e provvisto in corona di una pluralit? di sedi o tasche 7 radialmente passanti, atte ciascuna ad alloggiare un rispettivo corpo volvente 2.
Secondo un aspetto dell?invenzione, le sedi 7 sono definite/costituite ciascuna da un semplice foro radiale passante di profilo circolare e quindi sono delimitate internamente da rispettive superfici laterali cilindriche 8 disposte radialmente in corona intorno all?asse A.
La gabbia 1 ? realizzata in un unico pezzo in un materiale plastico sintetico, ad esempio per stampaggio ad iniezione, per cui ? costituita dal solo corpo anulare 6 provvisto radialmente delle sedi o tasche 7.
Secondo un aspetto preferito dell?invenzione, il corpo anulare 6 e, dunque, l?intera gabbia 1) ? realizzato/a in una resina fenolica.
Inoltre, il corpo anulare 6 ? delimitato assialmente tra due sue opposte facce frontali 10 (figura 4).
Secondo un ulteriore aspetto dell?invenzione, i corpi volventi 2 sono costituiti da sfere e la gabbia 1 presenta una singola corona di sedi o tasche 7 per le sfere 2.
Secondo un ulteriore aspetto dell?invenzione, la gabbia 1 viene dimensionata in modo che il corpo anulare 6 presenta un diametro radialmente esterno Dh (figura 1) tale da determinare tra il corpo anulare 6 ed una superficie laterale radialmente interna 9 (figura 3) dell?anello esterno 4 un primo gioco prefissato G1 diretto radialmente e configurato per guidare in appoggio, in uso, la gabbia 1 sull?anello esterno 4, in particolare contro la superficie laterale 9 cilindrica radialmente interna dell?anello esterno 4, che serve come superficie di spallamento per la gabbia 1 e che presenta un diametro interno dk.
Qui e di seguito, il termine ?guidare in appoggio? indica dove la gabbia 1 si appoggia durante la rotazione del cuscinetto 3 per mantenere sostanzialmente costante la propria posizione radiale
In particolare, la gabbia 1 e, quindi, il corpo anulare 6, ? delimitata verso l?anello esterno 4 da una superficie laterale cilindrica radialmente esterna 12 (figura 4).
Il gioco radiale G1 ? pertanto delimitato tra le superfici laterali 9 e 12.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, inoltre, tra le sedi o tasche 7 ed i corpi volventi 2 ? presente verso ciascuna faccia frontale 10 del corpo anulare 6 un secondo gioco prefissato G2 diretto assialmente (figura 4).
Secondo un importante aspetto dell?invenzione, ed in combinazione con il fatto che i corpi volventi sono sfere, i giochi G2 e G1 vengono dimensionati, cio? sono tali che, tra essi ? definito un primo rapporto numerico ?c? che secondo l?invenzione deve essere sempre compreso tra 0,4 e 1.
Il particolare, nel caso in cui le sedi o tasche 7 sono costituite da semplici fori radiali cilindrici, come nell?esempio non limitativo illustrato, tale primo rapporto numerico c ? definito dalla seguente formula:
[1]
c = (Dc-Dw) / (dk ? Dh)
dove:
Dc ? il diametro dei fori radiali costituenti le sedi o tasche 7 (figura 2);
Dw ? il diametro delle sfere costituenti i corpi volventi 2 (figura 3); dk ? il diametro radialmente interno dell?anello esterno 4;
Dh ? il diametro radialmente esterno del corpo anulare 6.
Le sedi o tasche 7 presentano dunque un primo diametro prefissato Dc, mentre i corpi volventi presentano un secondo diametro prefissato Dw.
Secondo una possibile variante dell?invenzione, non illustrata per semplicit?, le sedi o tasche 7 potrebbero anche avere forma quadrata, cio? essere costituite da fori radiali prismatici a base quadrata, anzich? da fori radiali cilindrici, in quanto anche in tal caso ? possibile definire il parametro c, dove nella formula [1] sopra indicata Dc non ? il diametro di un foro circolare ma la misura del lato del foro a base quadrata costituente in tal caso la tasca o sede 7.
Secondo l?invenzione, in combinazione con il primo rapporto numerico c, il primo e secondo diametro prefissato Dc e Dw sono tali che tra di essi ? definito un secondo rapporto numerico ?k? che, secondo l?invenzione, deve sempre essere compreso tra 1,03 e 1,08.
Il secondo rapporto numerico k ? pertanto definito dalla seguente formula:
[2]
k = Dc / Dw
dove Dc e Dw sono, rispettivamente, il diametro interno dei fori radiali 7 costituenti le sedi o tasche di alloggiamento dei corpi volventi 2, e il diametro esterno delle sfere 2 costituenti i corpi volventi stessi.
Anche questo parametro k ? calcolabile nel caso in cui le sedi o tasche 7 hanno forma quadrata, cio? essere costituite da fori radiali prismatici a base quadrata, anzich? da fori radiali cilindrici. In questo caso, nella formula [2] sopra indicata Dc non sar? il diametro di un foro circolare ma la misura del lato del foro a base quadrata costituente in tal caso la tasca o sede 7 che contiene una sfera 2 di diametro esterno Dw.
Rispettando i parametri dimensionali sopra indicati ed operando in combinazione con una gabbia 1 incapace di esercitare una guida in appoggio sui corpi volventi 2 in quanto le sedi 7 sono fori cilindrici o prismatici di diametro/lato maggiore di quello delle sfere costituenti i corpi volventi 2, si ? sperimentalmente e sorprendentemente determinato che la gabbia 1 viene guidata in appoggio sempre sull?anello esterno 4, in uso stazionario, contro la superficie laterale di spallamento 9, per cui vi ? basso attrito sulle sfere 2 e quindi risparmio energetico e bassa produzione di calore, ma al contempo non si producono rumorosit? di sorta alle basse velocit? (ndm pari o inferiore a 600.000).
Quest?ultimo aspetto si ? rivelato molto importante per gli utenti finali, in quanto una rumorosit? a basse velocit?, anche se non ha nessuna conseguenza pratica, d? l?impressione che l?intero cuscinetto di rotolamento 3 presenti una bassa qualit? operativa, cosa che invece non ?.
Tutti gli scopi dell?invenzione sono dunque raggiunti.

Claims (7)

RIVENDICAZIONI
1. Cuscinetto di rotolamento (3) per alte velocit? comprendente un anello esterno (4), un anello interno (5), una pluralit? di corpi volventi (2) interposti tra l?anello esterno e l?anello interno per rendere gli stessi relativamente girevoli intorno ad un comune asse di simmetria (A), ed una gabbia (1) di trattenimento per i corpi volventi (2) definita da un corpo anulare (6) disposto coassiale tra l?anello esterno e l?anello interno, delimitato tra sue opposte facce frontali (10) di estremit? e provvisto in corona di una pluralit? di sedi o tasche (7) radialmente passanti atte ciascuna ad alloggiare un rispettivo corpo volvente; caratterizzato dal fatto che, in combinazione:
i) il corpo anulare (6) presenta un diametro radialmente esterno (Dh) tale da determinare tra esso ed una superficie laterale radialmente interna (9) dell?anello esterno (4) un primo gioco prefissato (G1) diretto radialmente e configurato per guidare in appoggio, in uso, la detta gabbia (1) sull?anello esterno (4);
ii) tra le sedi o tasche (7) ed i corpi volventi (2) ? presente verso ciascuna faccia frontale (10) del corpo anulare (6) un secondo gioco prefissato (G2) diretto assialmente;
iii) detti secondo gioco (G2) e primo gioco (G1) prefissato essendo tali che tra essi ? definito un primo rapporto numerico (c) sempre compreso tra 0,4 e 1.
2. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che:
iv) i corpi volventi (2) sono sfere;
v) dette sedi o tasche (7) sono costituite da semplici fori radiali passanti, circolari o quadrati, praticati attraverso il corpo (6) della gabbia (1).
3. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto primo rapporto numerico (c) ? definito dalla seguente formula:
[1] c = (Dc-Dw) / (dk ? Dh)
dove:
Dc ? il diametro o lato dei fori radiali (7) costituenti dette sedi o tasche;
Dw ? il diametro delle sfere (2) costituenti i corpi volventi;
dk ? il diametro radialmente interno dell?anello esterno (4);
Dh ? il diametro radialmente esterno del detto corpo anulare (6).
4. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che le sedi o tasche (7) presentano un primo diametro o lato di dimensioni prefissate (Dc), mentre i corpi volventi (2) presentano un secondo diametro prefissato (Dw); detti primo diametro o lato e detto secondo diametro prefissato essendo tali che tra di essi ? definito un secondo rapporto numerico (k) sempre compreso tra 1,03 e 1,08.
5. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il secondo rapporto numerico (k) ? definito dalla seguente formula:
[2] k = Dc / Dw
dove Dc e Dw sono, rispettivamente, il diametro interno dei fori radiali (7) circolari o il lato dei fori radiali quadrati costituenti le sedi o tasche e il diametro esterno delle sfere (2) costituenti i corpi volventi.
6. Cuscinetto di rotolamento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta gabbia (1) ? realizzata in un unico pezzo per stampaggio di una materia plastica sintetica.
7. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la gabbia (1) ? realizzata in una resina fenolica.
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