ITBO950418A1 - Coppia di rotori ingrananti a dentatura elicoidale, in particolare per compressori a vite - Google Patents

Abstract

Una coppia di rotori dentati elicoidali ingrananti, in particolare compressori a vite, comprende un rotore maschio (4) ed un rotore femmina (5) destinati a ruotare, ingranando, attorno a due rispettivi assi fra loro paralleli. Ciascun rotore presenta una pluralità di denti (6, 7) e il profilo del rotore maschio è coniugato a quello del rotore femmina. Il centro di curvatura del profilo del rotore maschio, in un punto di intersezione (16) con il cerchio primitivo (8), si trova all'esterno del dente. Il profilo dei denti (7) del rotore femmina (5) è definito da una funzione spline naturale passante per una pluralità di punti nodali definiti a partire da una corrispondente pluralità di punti di riferimento predeterminati. Il profilo dei denti dell'altro rotore è ricavato applicando una funzione di coniugazione alla funzione spline naturale.(Figura 1)

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Coppia di rotori ingrananti a dentatura elicoidale, in particolare per compressori a vite"

La presente invenzione riguarda una coppia di rotori ingrananti a dentatura elicoidale, del tipo impiegato in particolare,ma non esclusivamente, nei compressori a vite.

Un tipo noto di rotori del tipo sopra indicato ed un compressore a vite in cui tali rotori sono impiegati sono descritti ad esempio nel brevetto italiano per invenzione industriale n. 1153426, corrispondente al brevetto britannico GB-2092 676. In tali documenti è descritto il profilo geometrico del fianco di un dente di un rotore, comprendente tre tratti consecutivi aventi geometria differente, in particolare un primo tratto definito da un arco di cerchio, un secondo tratto epitrocoidale ed un terzo tratto ancora ad arco di cerchio.

In generale, i compressori a vite realizzati con i profili di tipo noto presentano un rendimento non del tutto soddisfacente, soprattutto in quelle applicazioni in cui la differenza di pressione del fluido fra l'ingresso e l'uscita del compressore, cioè a monte ed a valle della coppia di rotori, sia di valore elevato.

Scopo della presente invenzione è quello di fornire una coppia di rotori, in particolare per compressori a vite, di semplice ed economica fabbricazione e che consentano di raggiungere un rendimento elevato della macchina volumetrica rotativa in cui sono impiegati, garantendo nel contempo un elevata affidabilità e resistenza nel tempo alle sollecitazioni e all'usura.

Per raggiungere tale scopo, la presente invenzione ha per oggetto una coppia di rotori dentati elicoidali ingrananti, comprendenti un rotore maschio ed un rotore femmina destinati a ruotare, ingranando, attorno a due rispettivi assi fra loro paralleli, ciascun rotore presentando una pluralità di denti, il profilo dei denti del rotore maschio, in una sezione trasversale rispetto agli assi di rotazione, essendo coniugato al profilo dei denti del rotore femmina, caratterizzata dal fatto che il centro di curvatura del profilo del rotore maschio, in almeno uno dei suoi punti di intersezione con il diametro primitivo del rotore, è disposto all'esterno del dente.

Secondo un'altra caratteristica dell'invenzione, il tratto di profilo del rotore maschio compreso fra il primo fianco ed il secondo fianco di due denti adiacenti definisce una zona di fondo la cui distanza minima dal centro del rotore è di poco inferiore al raggio primitivo del rotore. In particolare, il rapporto fra la distanza massima della zona di fondo ed il primitivo e l'altezza massima di un dente del rotore maschio, misurate lungo direzioni radiali, è inferiore ad 1/10. Questa caratteristica fa si che la coniugazione fra la testa del rotore femmina ed il profilo del rotore maschio riduca al minimo la zona di fuga del fluido da comprimere tra i rotori e la scatola che li contiene.

Secondo un'ulteriorecaratteristica dell'invenzione, ciascun dente del rotore femmina presenta un primo fianco concavo ed un secondo fianco convesso, il profilo del fianco convesso presentando in una zona sostanzialmente mediana un tratto di lunghezza ridotta con curvatura molto più marcata (cioè con raggio di curvatura inferiore) rispetto a quella dei tratti adiacenti. In questo modo la coniugazione tra la testa del rotore maschio ed il fondo del rotore femmina presenta profili con una osculazione più accentuata, in modo da migliorare la tenuta senza pregiudicare la cilindrata del compressore.

Il profilo di almeno un dente di uno dei due rotori è definito da una funzione spline naturale passante per una pluralità di punti nodali aventi coordinate prestabilite. In questo modo è possibile applicare alla funzione spline una funzione di coniugazione per ricavare il profilo dell'altro rotore, secondo le modalità indicate nella domanda di brevetto italiana n. B095A000280 della stessa richiedente.

In particolare, i punti nodali sono definiti da due valori X'', Y" espressi in un sistema di coordinate cartesiane aventi origine nel centro del cerchio primitivo,ciascun punto nodale ricadendo in un intorno circolare centrato su un corrispondente punto di riferimento avente coordinate Χ', Y' ed avente raggio pari a Rp^/lOO dove Rp^x è la distanza del punto di riferimento più distante dal centro del rotore. L'interasse di funzionamento (a„) dei rotori è definito dalla relazione

in cui il valore k è compreso fra 0,9 ed 1,1 ed i valori zm e zr sono rispettivamente il numero di denti del rotore maschio e del rotore femmina. Più specificamente, nel caso di rotore femmina a cinque denti le coordinate Χ', Y' dei punti di riferimento sono omotetiche ai valori X, Y della seguente tabella:

La presente invenzione ha altresì per oggetto un compressore a vite comprendente una coppia di rotori come definita nella presente descrizione e nei disegni allegati.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno dalla descrizione che segue di una forma di attuazione preferita, con riferimento ai disegni annessi, dati a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

la figura 1 è una sezione trasversale di una coppia di rotori secondo la presente invenzione, e - la figura 2 è una sezione analoga a quella di figura 1, illustrante la medesima coppia di rotori in una diversa posizione di ingranamento.

Con riferimento ora alle figure, il numero di riferimento 1 indicata una rappresentazione schematica di sezione trasversale di una scatola o carter di un compressore a viti. All'interno della scatola I è ricavata ima cavità assiale costituita da due porzioni cilindriche comunicanti 2, 3 di diametro differente. Un rotore maschio 4 ed un rotore femmina 5 a dentatura elicoidale sono rispettivamente alloggiati nelle porzioni cilindriche 2, 3 in modo che quattro denti 6 del rotore maschio 4, nel suo moto di rotazione senso della freccia A, ingranino con cinque denti 7 del rotore femmina 5, trascinandolo in un moto di rotazione secondo la freccia B. II moto di rotazione dei rotori 3, 4 è anche definibile come il rotolamento di un cerchio primitivo 8 del rotore maschio su un cerchio primitivo 9 del rotore femmina 5.

Ciascun dente 7 del rotore femmina 5 presenta un fianco concavo 10 ed un fianco convesso 11. Sul fianco convesso 11 si può identificare un tratto mediano 12 avente profilo con curvatura molto più marcata, cioè con raggio di curvatura minore, di quella dei due tratti adiacenti 13a, 13b. Il punto o il tratto di profilo più esterno 14 di ciascun dente 7 del rotore femmina 5 è situato ad una distanza radiale Rf^x di poco superiore al raggio RfP del cerchio primitivo e sostanzialmente coincidente con il raggio della cavità cilindrica 3, a meno del gioco e delle tolleranze necessarie per consentire la rotazione del rotore femmina 5 all'interno della scatola 1.

Ciascun dente 6, del rotore maschio 4 presenta un primo fianco 14, più ripido di un secondo fianco 15. Il profilo dei fianchi 14, 15 interseca il cerchio primitivo 8 in due punti 16 e 17, in corrispondenza dei quali il centro di curvatura del profilo è disposto all'esterno del dente: In altre parole, nei punti di intersezione 16 e 17, il fianco dei denti 6 presenta una concavità di raccordo con una zona di fondo 18. La distanza radiale minima Rm^ della zona di fondo 18 è di poco inferiore al raggio Rmp del cerchio primitivo 8 del rotore maschio, mentre la distanza massima D,,,, della zona di fondo 18 dal cerchio primitivo 8, misurata lungo una direzione radiale, è molto inferiore all'altezza massima del dente 6 rispetto al cerchio primitivo stesso. Preferibilmente, il rapporto fra la distanza D* e l'altezza Η,^χ è inferiore a 1/10. ;La tangente al profilo del rotore maschio 4 nel punto di intersezione 16 del fondo del fianco più ripido 14 con il cerchio primitivo 8 forma un angolo el con una retta radiale passante per il punto 16 stesso. Il raggio di curvatura del profilo nel punto di intersezione 16 è inferiore al prodotto del seno dell'angolo el per il raggio Rmp del cerchio primitivo 8. ;La tangente al profilo del rotore maschio 4 nel punto di intersezione 17 del fondo del fianco meno ripido 15 con il cerchio primitivo 8 forma un angolo e2 con una retta radiale passante per il punto 17 stesso. L'ampiezza di tale angolo è superiore a 0,8 radianti. ;I profili dei due rotori maschio 4 e femmina 5 sono fra loro coniugati e consentono di ridurre al minimo le zone di fuga 19 del fluido da comprimere, comprese tra i rotori 4, 5 e la scatola 1 che li contiene, in particolare in corrispondenza degli spigoli 20 in cui la parete della cavità cilindrica 2 incontra la parete della cavità cilindrica 3. Il profilo del rotore femmina, in particolare di ciascun dente 7, è definito da una funzione spline naturale passante per una pluralità di punti nodali definiti da due valori X'', X'' espressi in un sistema di coordinate cartesiane di assi X*, Y, aventi origine nel centro Or del cerchiò primitivo 9. Le coordinate X" , Y'' di ciascun punto nodale ricadono in un intorno o zona circolare avente centro di coordinate Χ', Υ' , coincidenti con le coordinate di un corrispondente punto di riferimento, ed avente raggio pari a Rp^x/lOO dove Rpmax è la distanza del punto di riferimento più distante dal centro 0, del cerchio primitivo 9 del rotore femmina. Le coordinate X', Y' dei punti di riferimento sono omotetiche ai valori di coordinata X, Y indicati nella Tabella I riportata più sopra. La selezione del punto di riferimento più distante dal centro 0£ consente anche di determinare l'interasse di funzionamento a, dei rotori, che è definito dalla relazione generale

in cui il valore k è compreso fra 0,9 ed 1,1 ed 1,1 ed i valori z, e zf sono rispettivamente il numero di denti del rotore maschio e del rotore femmina. Nel caso della forma di attuazione illustrata nelle figure, la relazione precedente diventa

Il profilo del rotore maschio 4 è poi ricavabile applicando una funzione di coniugazione alla funzione spline naturale passante per i punti nodali del profilo del rotore femmina 5. Il metodo di coniugazione dei profili è generalmente noto e poiché non rientra nell'ambito della presente invenzione, non è qui discusso nel dettaglio. Si è rivelato particolarmente efficace il procedimento di coniugazione descritto nella domanda di brevetto italiana B095A000280 della stessa richiedente, mediante il quale è possibile ottenere una serie di valori rappresentativi di punti dei profili dei rotori, che possono essere impiegati in congiunzione con una macchina per il taglio di ruote dentate, in particolare per controllare la traiettoria di un utensile di una macchina a controllo numerico.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari dì realizzazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Coppia di rotori dentati elicoidali ingrananti, comprendente un rotore maschio (4) ed un rotore femmina (5) destinati a ruotare, ingranando, attorno a due rispettivi assi fra loro paralleli, ciascun rotore presentando una pluralità di denti (6, 7), il profilo del rotore maschio (4), in una sezione trasversale rispetto agli assi di rotazione,essendo coniugato al profilo del rotore femmina (5), caratterizzata dal fatto che il centro di curvatura del profilo del rotore maschio, in almeno uno dei suoi punti di intersezione (16) con il cerchio primitivo (8) del rotore, si trova all'esterno del dente (6).
2. 2. Coppia di rotori secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che in corrispondenza dell'intersezione (16) fra il profilo di un primo (14) dei due fianchi di un dente (6) del rotore maschio (4) ed il relativo cerchio primitivo (8), la tangente al profilo nel punto di intersezione (16) forma un angolo (el) con una retta radiale passante per il punto stesso (16), il raggio di curvatura del profilo nel punto d'intersezione essendo inferiore al prodotto del seno del suddetto angolo (el) per il raggio (RmP) del cerchio primitivo (8).
3. 3. Coppia di rotori secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che in corrispondenza dell'intersezione (17) fra il profilo di un secondo (15) dei due fianchi del dente (6) del rotore maschio (4) ed il relativo cerchio primitivo (8), la tangente al profilo nel punto di intersezione (17) forma un angolo (e2) con una retta radiale passante per il punto stesso (17), tale angolo essendo superiore a 0,8 radianti.
4. 4. Coppia di rotori secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il tratto di profilo (18) del rotore maschio compreso fra un primo fianco (14) ed un secondo fianco (15) di due denti (6) adiacenti definisce una zona di fondo (18) la cui distanza radiale minima (Rm^,,) dal centro del rotore è di poco inferiore al raggio (Rmp) del cerchio primitivo (8).
5. 5. Coppia di rotori secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che il rapporto fra la distanza massima (D***) della zona di fondo (18) dal cerchio primitivo (8) e l'altezza massima (H***) di un dente (6) del rotore maschio (4) rispetto al cerchio primitivo stesso, misurate lungo direzioni radiali, è inferiore ad 1/10.
6. 6. Coppia di rotori secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascun dènte (7) del rotore femmina (5) presenta un fianco convesso (11) con un tratto mediano (12) avente una curvatura più marcata di quella dei due tratti di fianco (13a, 13b) ad esso adiacenti.
7. 7. Coppia di rotori dentati elicoidali ingrananti, comprendente un rotore maschio (4) ed un rotore femmina (5) destinati a ruotare, ingranando, attorno a due rispettivi assi fra loro paralleli, il rotore maschio presentando una pluralità di denti (6) aventi ciascuno un primo ed un secondo fianco (14, 15), caratterizzata dal fatto che il tratto di profilo del rotore maschio compreso fra il primo fianco (14) ed il secondo fianco (15) di due denti adiacenti definisce una zona di fondo (18) la cui distanza radiale minima (Rm^,,) dal centro del rotore è di poco inferiore al raggio (Rm*) del cerchio primitivo (8) del rotore.
8. 8. Coppia di rotori dentati elicoidali ingrananti, comprendente un rotore maschio (4) ed un rotore femmina (5) destinati a ruotare, ingranando, attorno a due rispettivi assi fra loro paralleli, ciascun rotore presentando una pluralità di denti (6, 7), il profilo del rotore maschio (4), in una sezione trasversale rispetto agli assi di rotazione, essendo coniugato al profilo del rotore femmina (5), caratterizzata dal fatto che il profilo di almeno un dente (7) del rotore femmina (5) è definito da una funzione spiine naturale passante per una pluralità di punti nodali definiti da due valori (X'', Y" ) espressi in un sistema di coordinate cartesiane aventi origine (O,) nel centro del cerchio primitivo (9), ciascun punto nodale ricadendo in un intorno circolare centrato su un corrispondente punto di riferimento avente coordinate predeterminate (Χ', Υ') ed avente raggio pari a dove Ilp^ è la distanza del punto di riferimento più distante dal centro del rotore, l'interasse di funzionamento (a„) dei rotori essendo definito dalla relazione in cui il valore k è compreso fra 0,9 ed 1,1 ed i valori z„ e zt sono rispettivamente il numero di denti del rotore maschio e del rotore femmina.
9. 9. Coppia di rotori secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che il rotore maschio (4) ha quattro denti (6) ed il rotore femmina (5) ha cinque denti (7), le coordinate predeterminate (Χ', Y') dei punti di riferimento essendo omotetiche ai valori X,Y della Tabella I,riportata anche di seguito:
10. 10. Coppia di rotori secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il profilo di almeno un dente (7) di uno dei due rotori è definito da una funzione spline naturale passante per una pluralità di punti nodali aventi coordinate (X'', Y") predeterminate, il profilo di almeno un dente (6) dell'altro rotore essendo ricavato applicando una funzione di coniugazione alla funzione spline naturale.
11. 11. Coppia di rotori sostanzialmente secondo guanto descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.
12. 12. Compressore a vite comprendente una coppia di rotori (4, 5) secondo una qualsiasi delle rivendica zioni precedenti