ITCR20090031A1 - Organo di innesto con meccanismo di trasmissione del moto a molla elicoidale e innesco ad attrito - Google Patents
Organo di innesto con meccanismo di trasmissione del moto a molla elicoidale e innesco ad attrito Download PDFInfo
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Description
DESCRIZIONE
dell’Invenzione Industriale dal titolo:
ORGANO DI INNESTO CON MECCANISMO DI TRASMISSIONE DEL MOTO A MOLLA ELICOIDALE E INNESCO AD ATTRITO
L’invenzione si rivolge al settore degli organi di innesto per la trasmissione selettiva di un moto rotatorio da un albero motore sempre in movimento ad un albero condotto, particolarmente adatti all’uso su macchine operatrici mobili e veicoli in genere.
Più nel dettaglio, l’invenzione riguarda un organo di innesto in cui il meccanismo di trasmissione del moto è realizzato mediante una molla sostanzialmente cilindrica con sviluppo elicoidale, disposta a cavallo dei due alberi, ove mezzi di innesco ad attrito, selettivamente attivabili o disattivabili con mezzi di comando esterni, determinano il trascinamento delle due estremità di detta molla che, avvinghiandosi attorno a detti alberi, ne determina la rotazione all’unisono.
Dal brevetto US 4,440,280 è noto uno di questi dispositivi per l’uso in macchine fotocopiatrici. L’organo descritto comprende un primo tamburo associato ad un albero motore ed un secondo tamburo associato ad un albero condotto. L’albero motore e l’albero condotto sono coassiali, in modo che anche i due tamburi lo siano. Una molla elicoidale è disposta attorno ai due tamburi aventi lo stesso diametro esterno. Una estremità della molla è fissata al primo tamburo e l’altra estremità è fissata ad un primo manicotto disposto attorno ad essa. Un secondo manicotto è girevolmente montato sul primo manicotto e comprende un anello di gomma affacciato ad una flangia del secondo tamburo. Nello stato di folle, cioè di non trasmissione del moto, la molla non tocca i due tamburi, il primo ed il secondo manicotto e la molla elicoidale ruotano con il primo tamburo, ma il secondo tamburo è fermo. Quando il secondo manicotto è spinto contro la flangia del secondo tamburo da un disco di comando che agisce su di esso, l’anello in gomma entra in contatto con la flangia, interrompendo la rotazione solidale tra il primo ed il secondo manicotto. La molla perciò si avvolge strettamente attorno al primo ed al secondo tamburo per trasferire il movimento di rotazione del primo tamburo anche al secondo tamburo.
Un tale dispositivo presenta dei limiti e dei difetti che non lo rendono adatto all’uso su veicoli e macchine operatrici che devono trasferire elevate potenze, forze e coppie motrici tra i due alberi e che lavorano in movimento, avanzando su terreni anche molto sconnessi. Infatti, la rotazione continua anche in stato di folle della molla e dei manicotti provoca un aumento indesiderato dell’inerzia dell’albero motore, per cui, all’awiamento del motore stesso, può determinarsi la chiusura della molla attorno ai due tamburi e la conseguente trasmissione non voluta del moto all’albero condotto.
Inoltre, a causa di bruschi movimenti, urti, forti decelerazioni, orientamenti particolari nello spazio assunti dall’organo di trasmissione, ecc. può avvenire un contatto accidentale e fortuito tra il secondo manicotto e la flangia del secondo tamburo, provocando l’innesto involontario dell’organo di trasmissione.
Infine, se l’albero motore rimane a lungo in movimento senza che vi sia trasmissione del moto all’albero condotto, lo strisciamento del disco di comando sul secondo manicotto può provocare surriscaldamento dell’organo di trasmissione ed un cattivo funzionamento dell’organo stesso.
L’invenzione si propone di superare questi limiti, realizzando un organo d’innesto particolarmente adatto all’uso su mezzi mobili e veicoli in genere, che renda sicuro l’uso delle macchine per gli operatori, che non provochi azionamenti indesiderati dell’albero condotto, che non generi attriti, che sia affidabile, di semplice costruzione e che non richieda particolari interventi di manutenzione. Tali scopi sono raggiunti con un organo di innesto con meccanismo di trasmissione del moto a molla elicoidale e innesco ad attrito comprendente:
- un primo tamburo associato ad un albero motore;
- un secondo tamburo associato ad un albero condotto;
in cui detto primo e detto secondo tamburo hanno lo stesso diametro esterno e detti alberi motore e condotto sono coassiali nella direzione di un asse principale;
- una molla elicoidale di trasmissione disposta attorno ai due tamburi, avente una prima ed una seconda estremità;
- un primo manicotto disposto attorno a detta molla;
- un secondo manicotto girevolmente associato al primo manicotto;
- una flangia associata a detto primo tamburo;
- una leva di comando agente su detto secondo manicotto per spostare detti primo e secondo manicotto verso detta flangia che è atta a fungere da spallamento per detti primo e secondo manicotto;
caratterizzato dal fatto che la prima estremità della molla elicoidale è fissata al primo manicotto e la seconda estremità è fissata al secondo tamburo e detto primo manicotto è scorrevolmente associato a detto albero condotto.
Secondo un aspetto dell'invenzione, l’organo d’innesto comprende un elemento elastico atto a generare una forza diretta secondo l’asse di detti alberi motore e condotto, con verso che si oppone allo spostamento di detti primo e secondo manicotto verso detta flangia. Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, detto elemento elastico comprende una molla antagonista disposta tra detto secondo tamburo e detto primo manicotto.
Secondo altri aspetti dell’invenzione, detto secondo manicotto è girevolmente associato al primo manicotto mediante l’interposizione di mezzi di riduzione dell’attrito di strisciamento e detto primo manicotto è girevolmente associato a detto primo tamburo mediante ulteriori mezzi di riduzione dell’attrito di strisciamento.
Preferibilmente è il primo manicotto ad entrare in contatto con la flangia del primo tamburo e tra le rispettive superfici in contatto può essere interposto un tampone di materiale ad elevato coefficiente d'attrito.
Secondo un aspetto ulteriormente preferito, l’angolo formato tra le superfici di contatto e l’asse degli alberi è diverso da 90°.
Secondo una prima variante preferita dell’invenzione, utile nel caso in cui l’organo di innesto sia normalmente aperto, cioè in folle, sono previsti mezzi di azionamento esterni di tipo noto, attivabili selettivamente dall’operatore, agenti sulla leva di comando per generare una forza superiore alla somma tra la forza della molla antagonista e la forza minima atta a produrre l’innesco dell’organo stesso, in modo da spostare il primo manicotto contro detta flangia e provocare l’innesco dell’organo stesso.
Secondo una variante equivalente dell’invenzione, utile nel caso in cui l’organo di innesto sia utilizzato come frizione normalmente chiusa, è prevista una molla agente costantemente sulla leva di comando con una forza superiore alla somma tra la forza della molla antagonista e la forza minima atta a provocare l’innesco dell’organo stesso, in modo da mantenere il primo manicotto contro detta flangia. In tale variante sono previsti inoltre mezzi di trazione agenti sulla stessa leva di comando, azionabili selettivamente dall’operatore, atti a vincere la forza esercitata da detta molla e ad allontanare detta leva di comando da detto secondo manicotto, provocando il disinnesco dell’organo di trasmissione del moto.
L’invenzione presenta numerosi vantaggi:
- grazie al fatto che la prima estremità della molla elicoidale è fissata al primo manicotto, mentre la seconda è fissata al secondo tamburo, non c’è mai rotazione della molla e del primo e secondo tamburo quando non c’è trasmissione del moto tra i due alberi;
- grazie all’azione di contrasto della molla antagonista disposta tra il secondo tamburo ed il primo manicotto è impossibile un azionamento non voluto del meccanismo di trasmissione;
- grazie alla nota relazione che lega la forza minima necessaria a provocare l’awinghiamento della molla elicoidale ai due tamburi, alla forza massima trasmessa, al numero di spire della molla di trasmissione stessa, nonché al coefficiente d’attrito tra le superfici dei piani che vengono in contatto, basta scegliere in modo opportuno tali componenti per ridurre a piacere detta forza minima iniziale di azionamento, anche in presenza di forze massime trasmesse di elevato valore;
- grazie alla possibilità di scegliere l’ampiezza dell’angolo formato tra l’asse di rotazione e le superfici dei piani in contatto della flangia e del primo manicotto, è possibile ridurre ulteriormente la forza iniziale di azionamento dell’organo di innesto;
- grazie alla presenza di un cuscinetto tra il primo ed il secondo manicotto, tra di essi non c’è mai strisciamento e generazione di calore;
- grazie al fatto che la leva di azionamento agisce sul secondo manicotto senza che questo ruoti assieme ai congegni di trasmissione, non c’è attrito e generazione di calore tra la leva ed il secondo manicotto, anche se l’organo rimane in presa a lungo o è normalmente chiuso.
I vantaggi dell’invenzione saranno maggiormente evidenti nel seguito, in cui vengono descritte modalità preferite di realizzazione, a titolo esemplificativo e non limitativo, e con l’aiuto delle figure, dove: le Figg. 1 e 2 rappresentano, in sezione secondo un piano longitudinale, un organo di innesto con meccanismo di trasmissione del moto a molla elicoidale ed innesco ad attrito secondo l’invenzione, raffigurato rispettivamente in condizioni di non trasmissione e di trasmissione del moto, nella versione adatta a lavorare in modo normalmente aperto;
la Fig. 3 rappresenta un particolare dell’organo d’innesto secondo una variante realizzativa dell’invenzione;
le Figg. 4 e 5 rappresentano, in sezione secondo un piano longitudinale, un organo di innesto con meccanismo di trasmissione del moto a molla elicoidale ed innesco ad attrito secondo l’invenzione, raffigurato rispettivamente in condizioni di trasmissione e di non trasmissione del moto, nella versione adatta a lavorare in modo normalmente chiuso.
Con riferimento alle Figg. 1-2, è mostrato organo di innesto con meccanismo di trasmissione del moto a molla elicoidale e innesco ad attrito, del tipo normalmente aperto, comprendente un primo tamburo 1 associato ad un albero motore 2 ed un secondo tamburo 3 associato ad un albero condotto 4, in cui detto primo e detto secondo tamburo hanno lo stesso diametro esterno e detti alberi motore e condotto sono coassiali, cioè sono disposti lungo uno stesso asse X.
Il meccanismo di trasmissione comprende una molla elicoidale 5 disposta attorno ai due tamburi 1 e 3, un primo manicotto 6 disposto attorno a detta molla 5, scorrevolmente associato a detto albero condotto 4, un secondo manicotto 7 girevolmente associato al primo manicotto 6, una flangia 8 associata a detto primo tamburo 1 , una leva di comando 9 agente su detto secondo manicotto 7 per spostare detti primo e secondo manicotto verso detta flangia 8, in contrasto con una forza elastica resistente generata da una molla antagonista 18. La molla elicoidale 5 è realizzata con filo a sezione sostanzialmente quadra e comprende una prima estremità 10 fissata a detto primo manicotto 6 ed una seconda estremità 11 fissata a detto secondo tamburo 3.
Il primo manicotto 6 è girevolmente associato al primo tamburo 1 per effetto di un cuscinetto a sfere 12 interposto tra di essi. Detto cuscinetto a sfere 12 può essere omesso nel caso in cui non si preveda contatto tra il primo manicotto 6 ed il primo tamburo 1 .
Il secondo manicotto 7 è girevolmente associato al primo manicotto 6 per effetto di un cuscinetto a sfere 13 interposto tra di essi.
La flangia 8 comprende un piano 14 di spallamento, cui può essere applicato un tampone 15 di materiale ad alto coefficiente d’attrito, ad esempio gomma, atto a cooperare per strisciamento con un piano di contatto corrispondente 16, ad esso affacciato, appartenente al primo manicotto 6. I piani 14 e 16 formano con l’asse X un angolo a che può essere di 90° circa, come illustrato nelle Figg. 1 e 2, oppure di ampiezza diversa, come illustrato in Fig. 3.
La leva di comando 9 è girevolmente associata ad un perno fisso 17 in modo da poter trasmettere, a discrezione dell’operatore che agisce su di essa con mezzi di azionamento non illustrati, una forza sul secondo manicotto 7 sostanzialmente diretta lungo l’asse X e con verso tale da provocare lo spostamento dei manicotti 6 e 7 verso la flangia 8.
Tra il secondo tamburo 3 ed il primo manicotto 6 è interposta una molla antagonista 18, atta a generare detta forza elastica resistente che si oppone allo spostamento di detti primo e secondo manicotto verso detta flangia 8.
Tra il primo tamburo 1 ed il secondo tamburo 3 è interposto un cuscinetto 19, atto a consentire la rotazione reciproca senza strisciamento tra i due organi.
Con riferimento alle Figg. 4-5, è mostrato organo di innesto con meccanismo di trasmissione del moto a molla elicoidale e innesco ad attrito, del tipo normalmente chiuso, comprendente tutti i componenti già illustrati in precedenza e con le medesime funzioni, oltre ad una molla 20 agente sulla leva di comando 9 in modo continuo, con una forza superiore a quella data dalla somma tra la forza esercitata dalla molla antagonista 18 e quella minima necessaria all’innesco dell’organo stesso, in modo da mantenere costantemente in contatto tra loro la flangia 8 ed il primo manicotto 6, garantendo una presa continua all’organo di trasmissione.
L’organo di innesto illustrato comprende inoltre un cavo 21 collegato tra la leva 9 e mezzi di azionamento 22, ad esempio del tipo a pedale, atto a trasmettere sulla leva 9 una forza di trazione che, opponendosi alla forza generata dalla molla 20, provoca la separazione tra la flangia 8 ed il primo manicotto 6, ed il conseguente disinnesco dell’organo di trasmissione.
Anche in questa variante dell’invenzione la forza esterna da applicare per disinnescare l’organo di trasmissione può essere molto piccola e sostanzialmente indipendente dalla forza trasmessa tra i due alberi.
Il funzionamento dell’organo di innesto è il seguente.
Nel caso di innesto normalmente aperto, all’avviamento del motore il tamburo 1, collegato all’albero motore 2, entra in rotazione assieme alla flangia 8, mentre il tamburo 3, l’albero condotto 4, la molla 5, il primo manicotto 6, il secondo manicotto 7 ed i componenti ad essi collegati rimangono fermi.
Allorché con la leva di comando 9 si esercita sul secondo manicotto 7 una forza idonea, parallelamente alla direzione dell’asse di rotazione X, cioè tale da vincere la forza resistente rappresentata dalla forza elastica sviluppata dalla molla antagonista 18, si determina uno spostamento assiale del primo manicotto 6 fino a che il piano di contatto 16 viene a toccare il tampone 15 eventualmente associato al piano di spallamento 14 della flangia 8.
Poiché la flangia 8 è in rotazione continua assieme all’albero motore 2, essa tende a trascinare in rotazione il primo manicotto 6 per effetto della forza d’attrito che si genera tra il tampone 15 ed il piano di spinta 16. La rotazione del primo manicotto 6 provoca la rotazione del primo estremo 10 della molla elicoidale 5, che di conseguenza si chiude stringendo tra le sue spire i due tamburi di uguale diametro esterno 1 e 3, essendo il senso di avvolgimento della molla 5 concorde con il senso di rotazione dell’albero motore 2.
La chiusura così ottenuta rende solidali l’albero motore 2 e l’albero condotto 4 e li costringe a ruotare con la stessa velocità angolare, in un tempo transitorio che dipende dal carico agente sull’albero condotto 4 e dalle caratteristiche geometriche e dei materiali della molla 5, dei tamburi 1 e 3, del tampone 15, della superficie di spinta 16, ecc..
Quando la leva di comando 9 non esercita più alcuna forza di spinta sul secondo manicotto 7, la superficie di spinta 16 si stacca dal tampone 15, grazie anche alla forza elastica di richiamo generata dalla molla antagonista 18, la molla elicoidale 5 tende a riallargarsi ed a rendere perciò nuovamente indipendente la rotazione dell’albero motore 2 dall’albero condotto 4 che si ferma in breve tempo.
La peculiarità dell’organo d’innesto sta nel fatto che la forza tangenziale necessaria a chiudere la molla 5 attorno ai due tamburi 1 e 3, cioè quella da esercitare al capo 10 della molla stessa per provocare l’innesco dell’organo meccanico, è molto inferiore alla forza che viene a nascere sulla spira centrale della molla, cioè la spira che in effetti fa da collegamento fra tamburo dell’albero motore e tamburo dell’albero condotto e che trasmette appunto la forza massima.
Se la molla 5 è simmetrica rispetto ai due tamburi 1 e 3, il valore della forza d’innesco è identico per i due estremi 10 e 11. Il suo valore molto ridotto permette anche di collegare facilmente detti estremi della molla 5 ai rispettivi componenti dell’organo di trasmissione.
Di fatto, più sono le spire che separano il centro della molla 5 dalla sua periferia, più piccola è la forza di innesco che bisogna esercitare tra piano di spinta 16 e tampone d’attrito 15 affinchè la molla si stringa sui tamburi 1 e 3 e sulla spira centrale si determini la forza necessaria alla trasmissione della forza motrice. Tale forza di innesco è correlata al diametro esterno del tamburo 1 dell’albero motore 2 ed al coefficiente d’attrito tra tampone 15 e superficie di spinta 16.
La forza To da esercitare al primo estremo 10 della molla 5, che è pari alla forza di innesco, è espressa dalla formula seguente:
ove:
T0è la forza d’innesco;
TM è la forza massima agente sulla spira centrale della molla 5; f è il coefficiente d’attrito tra la superficie interna della molla 5 e la superficie esterna del tamburo 1 (se entrambe sono in ferro, vale circa
n è il numero delle spire contate da quella centrale.
Osservando la formula è evidente che più spire separano la spira centrale della molla 5 dalla sua periferia, minore sarà la forza necessaria aH’azionamento dell’innesto, perchè il valore delle forze agenti sulle singole spire decresce dal centro verso la periferia con legge esponenziale, e tale forza (To) può essere enormemente inferiore a quella (TM) che determina il valore della coppia motrice realmente da trasmettere.
Ciò è molto importante se le macchine operatrici nelle quali si utilizza l’organo d’innesto secondo la prima variante dell’invenzione necessitano di una frizione sempre aperta, che debba essere inserita solo mediante azione volontaria dell’operatore su una leva di manovra. Nell’organo d’innesto secondo l’invenzione la forza necessaria all’azionamento può essere talmente ridotta da non provocare alcun affaticamento all’operatore che, ad esempio, semplicemente tenendo in mano le stegole di guida della macchina operatrice, già esercita tale forza senza nemmeno avvertirla.
Nel caso di innesto normalmente chiuso, l’organo agisce come una qualsiasi frizione di una trasmissione meccanica tra alberi rotanti, in cui l’albero condotto è sempre in rotazione all’unisono con l’albero motore.
Se i due alberi devono essere scollegati, ad esempio per fermare il veicolo, o per cambiare marcia, o per togliere potenza agli utensili da lavoro, è sufficiente esercitare sulla leva di comando 9, tramite i mezzi di azionamento a pedale 22 ed il cavo 21 tra di essi collegato, una forza adeguata a vincere la forza opposta della molla 20, in modo da provocare il distacco del primo manicotto 6 dalla flangia 8 ed il conseguente disinnesco dell’organo di innesto.
Come è evidente al tecnico del ramo, l’invenzione è stata descritta facendo riferimento a titolo esemplificativo a macchine operatrici e veicoli in movimento, ma potrà essere utilizzata in tutte quelle applicazioni in cui occorre avere un organo d’innesto normalmente aperto o normalmente chiuso di facile azionamento, sempre raggiungendo i vantaggi che sono stati più sopra evidenziati.
Naturalmente, i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione, così come descritto, illustrato e rivendicato.
Claims (12)
- RIVENDICAZIONI 1. Organo di innesto con meccanismo di trasmissione del moto a molla elicoidale e innesco ad attrito comprendente: - un primo tamburo (1 ) associato ad un albero motore (2); - un secondo tamburo (3) associato ad un albero condotto (4); in cui detto primo e detto secondo tamburo (1 , 3) hanno lo stesso diametro esterno e detti alberi motore (2) e condotto (4) sono coassiali nella direzione di un asse principale (X); - una molla (5) elicoidale di trasmissione disposta attorno ai due tamburi (1 , 3), avente una prima ed una seconda estremità (10, 11); - un primo manicotto (6) disposto attorno a detta molla (5); - un secondo manicotto (7) girevolmente associato al primo manicotto (6); - una flangia (8) associata a detto primo tamburo (1 ); - una leva di comando (9) agente su detto secondo manicotto (7) per spostare detti primo e secondo manicotto (6, 7) verso detta flangia (8) che è atta a fungere da spallamento per detti primo e secondo manicotto (6, 7); caratterizzato dal fatto che la prima estremità (10) della molla (5) elicoidale è fissata al primo manicotto (6) e la seconda estremità (11 ) è fissata al secondo tamburo (3) e detto primo manicotto (6) è scorrevolmente associato a detto albero condotto (4).
- 2. Organo di innesto secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che comprende un elemento elastico atto a generare una forza diretta secondo l’asse principale (X) di detti alberi motore e condotto (2, 4), con verso che si oppone allo spostamento di detti primo e secondo manicotto (6, 7) verso detta flangia (8).
- 3. Organo di innesto secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto elemento elastico comprende una molla antagonista (18) disposta tra detto secondo tamburo (3) e detto primo manicotto (6).
- 4. Organo di innesto secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detto secondo manicotto (7) è girevolmente associato al primo manicotto (6) mediante l’interposizione di mezzi (13) di riduzione dell’attrito di strisciamento.
- 5. Organo di innesto secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detto primo manicotto (6) è girevolmente associato a detto primo tamburo (1) mediante mezzi (12) di riduzione dell’attrito di strisciamento.
- 6. Organo di innesto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo manicotto comprende un piano di spinta (16) atto a cooperare con detto piano di spallamento (14) di detto primo tamburo (1), ove detti piani sono ortogonali all’asse principale (X).
- 7. Organo di innesto secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che tra detto piano di spinta (16) e detto piano di spallamento (14) è interposto un tampone (15) di materiale a diverso coefficiente d’attrito.
- 8. Organo di innesto secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detti piani (14, 16) formano un angolo (a) con l’asse principale (X) diverso da 90°.
- 9. Organo di innesto secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi di azionamento esterni attivabili selettivamente dall’operatore, agenti sulla leva di comando (9) per generare una forza superiore alla somma tra la forza della molla antagonista (18) e la forza minima atta a produrre l’innesco dell’organo stesso, in modo da spostare il primo manicotto (6) contro detta flangia (8) e provocare l’innesco dell’organo stesso.
- 10. Organo di innesto secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi elastici (20) agenti costantemente sulla leva di comando (9) con una forza superiore alla somma tra la forza della molla antagonista (18) e la forza minima atta a provocare l’innesco dell’organo stesso, in modo da mantenere il primo manicotto (6) contro detta flangia (8) e comprende mezzi di trazione (21, 22) agenti sulla stessa leva di comando (9), azionabili selettivamente dall’operatore, atti a vincere la forza esercitata da detta molla (20) e ad allontanare detta leva di comando (9) da detto secondo manicotto (7), provocando il disinnesco dell’organo di trasmissione del moto.
- 11. Macchina operatrice mobile caratterizzata dal fatto di comprendere un organo di innesto secondo una o più delle rivendicazioni precedenti.
- 12. Veicolo caratterizzato dal fatto di comprendere un organo di innesto secondo una o più delle rivendicazioni precedenti.
Priority Applications (2)
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