ITMC20080213A1 - Profilo dentato per rotori di pompe volumetriche ad ingranaggi a dentatura esterna. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

“PROFILO DENTATO PER ROTORI DI POMPE VOLUMETRICHE AD INGRANAGGI A DENTATURA ESTERNA”.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente domanda di brevetto per invenzione industriale ha per oggetto un profilo dentato per rotori di pompe volumetriche ad ingranaggi a dentatura esterna. In particolare per pompe volumetriche silenziose, ad alto rendimento e ad elevata cilindrata specifica.

Le pompe ad ingranaggi sono dispositivi comunemente impiegati in numerosi settori industriali, quali quello automobilistico, delle macchine a movimento terra, automazione e controllo. Come mostrato nelle Fig. 1a ed 1b, una pompa ad ingranaggi generalmente comprende due rotori provvisti di dentature che ingranano tra loro. I rotori sono disposti entro una carcassa in modo da definire una zona di aspirazione ed una zona di mandata di un fluido. Uno dei due rotori è condotto da un albero motore.

Le pompe ad ingranaggi sono pompe di tipo volumetrico, in quanto il volume compreso tra i vani dei denti dei due rotori ingrananti e la carcassa esterna viene trasferito dalla zona di aspirazione a quella di mandata. Il fluido adottato può essere di diversa natura, come pure differenti possono essere le pressioni di mandata ed aspirazione e la portata associata alla pompa stessa, ma nelle applicazioni più correnti ed in particolare nella applicazione cui fa riferimento questa invenzione, il fluido impiegato è olio, parzialmente incomprimibile, mentre le pressioni di riferimento sono tipicamente la pressione ambiente di alimentazione e la pressione di mandata con valori tipici massimi fino a 300bar.

La portata risulta variabile e dipendente dalla cilindrata della pompa, e quindi dalle dimensioni dell'ingranaggio, e dalla velocità massima di rotazione dei rotori, valori tipici

n = 1000÷4000 rpm.

L'ingranaggio impiegato è costituito da due ruote dentate a dentatura esterna, dentatura diritta od elicoidale, di eguale dimensionamento e rapporto di trasmissione unitario. Il rendimento totale associato a questo dispositivo varia tipicamente nel campo η = 70%-90%, in dipendenza dalla geometria dell'ingranamento (rendimento volumetrico), dalle perdite meccaniche degli accoppiamenti (rendimento meccanico) e dalle condizioni operative di funzionamento. Le Figg. 1a ed 1b riportano un esempio costruttivo tipico di tale dispositivo.

Tra i parametri più significativi, idonei a caratterizzare le prestazioni di tali dispositivi, vi sono il rumore di funzionamento della pompa in condizioni nominali di funzionamento, le variazioni di pressione (pressure ripple) generate in aspirazione e mandata in corrispondenza dell'ingranamento in condizioni nominali di funzionamento, il rendimento volumetrico e quello totale, la cilindrata (o volume trasferito per ciclo) della pompa.

Come illustrato in Fig. 2, nelle applicazioni classiche note di questo dispositivo, il profilo dentato risulta definito da un evolvente di circonferenza nel tratto attivo (fianchi destro e sinistro del dente), e profili circolari in corrispondenza di testa e piede del dente, raccordati ai profili laterali attivi. Il centro dei profili circolari coincide con il centro di rotazione della ruota dentata.

Il profilo di testa e piede comunemente adottato e normalizzato nelle diverse normative internazionali (e.g. ISO; UNI, AGMA) ed impiegato comunemente nella maggioranza dei profili dentati di ingranaggi relativi a contesti differenti da quelli delle pompe volumetriche, prevede che la sezione del dente in corrispondenza della testa non risulti coincidente con quella del vano di piede nelle stesse condizioni di riferimento, al fine di assicurare che il contatto avvenga esclusivamente nella porzione di profilo ad evolvente.

La scelta di profili ad evolvente garantisce che i profili a contatto dei denti di due ruote costituenti l'ingranaggio siano coniugati, ed in ogni configurazione di ingranamento risulti costante un rapporto di trasmissione unitario; inoltre tale scelta permette un corretto funzionamento in condizioni di leggere variazioni dell'interasse teorico tra le due ruote dentate, dovute ad esigenze costruttive o di montaggio.

Gli svantaggi derivanti dall'uso di questi profili negli ingranaggi a denti diritti, dentatura esterna, sono ben noti, e sono stati richiamati in numerose pubblicazioni tecniche di riferimento (Henriot, Traité théorique et pratique des engrenages, Dunod ; 1977, vol. II), e brevetti (US 2.159.744 (Maglott); US 3.164.099 (Hitoshi) ed US 3.209.611(Hitoshi)). Tali svantaggi possono essere riassunti nei seguenti punti:

1) Come mostrato in Fig. 3, il volume intrappolato in corrispondenza dell'ingranamento in mandata, isolato e successivamente ridotto nelle configurazioni cinematiche successive al primo contatto, porta alla compressione del fluido, con generazione di forti sovrapressioni, rumore di funzionamento e portata negativa di riflusso dalla mandata alla aspirazione, con riduzione del rendimento volumetrico e totale.

2) Se z è il numero dei denti di ciascun rotore, la portata di fluido garantita alla mandata risulta discontinua, poiché discontinua è la modalità di trasferimento dei 2*z volumi compresi tra i vani dei denti e la carcassa esterna, e tale discontinuità genera oscillazioni di pressione.

3) La cilindrata della pompa, e quindi la portata complessiva, risultano limitati a parità di ingombro della pompa dal valore del numero di denti minimo zminrealizzabili sui rotori: la condizione di non interferenza di taglio e di funzionamento comporta che z > zmin= 10-11 in corrispondenza delle diverse tecnologie costruttive e di progetto (correzione del profilo), come riportato in Dudley's Gear handbook, McGraw-Hill, 1992.

Sono state proposte numerose soluzioni tecniche per risolvere i problemi summenzionati.

Un’architettura ben nota è quella che prevede rotori cosiddetti “a lobi”, i cui profili risultano però non coniugati e quindi inadatti alla trasmissione del moto. La trasmissione del moto viene quindi generalmente assicurata da una coppia supplementare di ruote dentate a dentatura tradizionale, rapporto di trasmissione unitario, calettate sugli stessi assi delle ruote a lobi, al fine di garantire la trasmissione continua del moto. Tale architettura comporta costi di realizzazione molto elevati, ed un ingombro assiale pure elevato, rendendo la stessa non compatibile con le esigenze di mercato.

Altre architetture sono quelle che prevedono dentatura elicoidale in luogo di diritta: in questo modo, mediante la adozione di un fattore di ricoprimento εbd'elica o frontale prossimo ad 1, si possono ridurre le oscillazioni di pressione legate alla discontinuità della portata di fluido. Esempi di una tale soluzione sono riportati in Henriot, Traité théorique et pratique des engrenages, Dunod; 1977, vol. II e F. Masi, Manuale di Cinematica applicata, Zanichelli, Bologna, 1890.

Tuttavia i problemi legati alle sovrappressioni, rumore e portata negativa non sono risolti, mentre in generale i problemi relativi alla cilindrata possono essere risolti adottando dentature fortemente ribassate e caratterizzate da ricoprimento di profilo molto basso, come nell'esempio riportato in Prontuario dell'ingegnere 1999, Hoepli, pag. 440, che evidenzia un ingranaggio a dentatura elicoidale, z = 7.

Tra gli altri problemi legati alla soluzione dentatura elicoidale, si cita il maggiore costo di fabbricazione e il minore isolamento tra camera di mandata e aspirazione, virtualmente in comunicazione diretta se la larghezza di fascia e il numero di denti impiegato risultano ridotti. Inoltre l’adozione di dentature elicoidali causa la trasmissione di componenti assiali trasmesse dalle dentature, tanto più marcate quanto maggiore risulta l'angolo d'elica, ed in generale tali da richiedere una modifica della carcassa della pompa e la adozione di soluzioni costruttive idonee a garantire la equilibratura delle spinte assiali, quali ad esempio le architetture indicate nel brevetto US 3.658.452 (Yasuo Kita) e nel brevetto italiano n. 1.124.357 a nome della stessa richiedente.

La soluzione proposta in US 2.159.744 (Maglott) prevede l'adozione di un profilo ad evolvente ribassato, con ricoprimento trasversale εt= 0.5, e una dentatura elicoidale con ricoprimento d'elica εβ= 0.5, in modo che il ricoprimento totale ε = εt+ εβ= 1 e la continuità del moto sia assicurata. Tale soluzione permette di diminuire le oscillazioni di pressione legate alla discontinuità della mandata ed in generale, anche se non espressamente indicato, l'adozione di εt=0.5 consente di diminuire il valore minimo di denti zmina valori più ridotti (zmin< 6 in dipendenza dell'angolo di pressione trasversale (αt) del profilo ad evolvente adottato). Il valore di εt=0.5 consente inoltre di risolvere i problemi legati a sovrappressioni erumore, poiché in questo caso non viene intrappolato o chiuso alcun volume di fluido.

Inoltre, Maglott propone di raccordare i profili ribassati ad evolvente dei fianchi dei denti con profili circolari della testa e del piede dei denti aventi centro in posizione rispettivamente superiore ed inferiore rispetto alla circonferenza primitiva per la testa ed il piede del dente. Ciò consente di minimizzare la portata negativa di fluido dalla mandata alla aspirazione, e quindi di aumentare il rendimento volumetrico del dispositivo. Tuttavia non viene data alcuna indicazione circa:

- l'entità dello scostamento del centro dei profili circolari di testa e piede dalle curve (circonferenze) primitive del moto,

- il valore ottimale dell'angolo di pressione dell'evolvente attivo,

- il numero di denti, e

- soluzioni idonee alla equilibratura delle spinte assiali.

La soluzione proposta da US 3.164.099 (Hitosi) si differenzia principalmente da quella proposta da Maglott per l'adozione di una dentatura elicoidale con ricoprimento d'elica εβpari ad 1.0, in modo che il ricoprimento totale sia

ε = εt+ εβ=1.5 mantenendo il ricoprimento trasversale dell’evolvente εt= 0,5. La continuità del moto risulta assicurata completamente dal solo ricoprimento d'elica.

Tale scelta permette di eliminare le oscillazioni di coppia trasmessa dall'ingranaggio in condizioni di funzionamento uniformi, tuttavia le componenti assiali di sforzo trasmesse risultano più elevate, e possono risultare compromesse le condizioni di isolamento tra camera di aspirazione e mandata. Il profilo impiegato per la definizione analitica del fianco del dente risulta quello ad evolvente con εt=0.5, come in Maglott, anche se viene descritto l'utilizzo di altri profili (cicloidale; profilo arbitrario di estremi i punti definiti dal profilo ad evolvente, εt=0.5).

Il profilo circolare di testa e piede risulta in questo caso completamente definito, a differenza del brevetto Maglott, dalle condizioni di simmetria, con centro delle circonferenze di testa e piede appartenente alla circonferenza primitiva, e due punti estremi del profilo (i punti estremi individuati dal profilo del fianco attivo del dente con condizione εt=0.5). Tuttavia poiché il profilo di piede e testa risultano segmenti circolari di eguale raggio, il profilo così ottenuto può dare luogo a condizioni di interferenza e quindi di non funzionamento in condizioni operative a causa delle tolleranze di fabbricazione.

Come il brevetto Maglott, il brevetto Hitosi non fornisce alcuna indicazione circa il valore ottimale dell'angolo di pressione del profilo attivo ad evolvente, il numero di denti e soluzioni idonee alla equilibratura delle spinte assiali; non vengono inoltre date indicazioni sulla definizione analitica di profili alternativi a quello ad evolvente per i fianchi dei denti.

US 3.209.611 (Hitosi) definisce i criteri per la scelta del numero di denti di una pompa i cui fianchi attivi siano caratterizzati da ricoprimento εt=0.5, e in cui il profilo di testa e piede siano segmenti circolari, mostrando che il numero minimo di denti risulta zmin=3. In tale brevetto è previsto l'utilizzo di profili ellittici per la definizione del fianco del dente. Tuttavia tali profili non sono coniugati, e quindi non è in generale garantita la uniformità della trasmissione del moto.

Il brevetto EP 1.371.848 (Morselli) definisce una serie di profili mediante le coordinate di punti riportati in tabelle, in corrispondenza di un numero di denti z = 5, 6, 7, 8, 9, 10. La definizione analitica delle curve dei profili è da ottenersi per interpolazione dei punti mediante spline naturali. Il profilo dentato del rotore è elicoidale con ricoprimento d’elica εβpari ad 1.0, come in Hitosi. Tuttavia il profilo ottenuto per interpolazione non garantisce che due profili accoppiati così ottenuti soddisfino la condizione di coniugio, come pure la condizione di non incapsulamento, risultando così in un profilo teorico tale da non consentire il funzionamento della pompa oggetto dell'invenzione. Le forti oscillazioni di profilo ottenute mediante interpolazione rendono inoltre il profilo teorico irrealizzabile dal punto di vista costruttivo.

Il brevetto EP1.132.618 (Morselli) descrive generici profili senza incapsulamento, con ricoprimento d'elica εβsostanzialmente uguale ad uno, numero di denti pari a 7 e sistema per la compensazione delle spinte assiali. Tuttavia, non vi sono indicazioni circa il tipo di profilo ed il valore del ricoprimento trasversale impiegato, mentre l'adozione di un ricoprimento d’elica εβ=1 e il valore z=7 del numero di denti risultano già citati nella letteratura tecnica precedente ed il sistema di compensazione delle spinte assiali risulta coincidente con quello già descritto in US 3.658.452 (Yasuo Kita).

Scopo della presente invenzione è di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota, fornendo un profilo dentato per rotori di pompe volumetriche ad ingranaggi che sia atto a rendere la pompa silenziosa, ad alto rendimento e consenta di ottenere un’elevata cilindrata specifica.

Altro scopo della presente invenzione è di definire un profilo dentato analitico che sia funzionante e perfettamente riproducibile.

Questi scopi sono raggiunti in accordo all’invenzione, con le caratteristiche elencate nell’annessa rivendicazione indipendente 1.

Realizzazioni vantaggiose appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita a una sua forma di realizzazione puramente esemplificativa e quindi non limitativa, illustrata nei disegni annessi, in cui:

la Fig. 1a è una vista in sezione assiale di una pompa ad ingranaggi secondo la tecnica nota;

la Fig. 1b è una vista in sezione trasversale della pompa ad ingranaggi di Fig. 1a;

la Fig. 2 è una vista di un profilo tradizionale di una dentatura di una pompa ad ingranaggi secondo la tecnica nota; la Fig. 3 è una vista schematica di una pompa ad ingranaggi secondo la tecnica nota, illustrante il volume di fluido intrappolato tra i denti dei rotori;

la Fig. 4 illustra un profilo dentato con un numero di denti z=4 avente profilo dei fianchi ad evolvente e profilo di testa e piede ad arco di circonferenza;

la Fig. 5 riporta alcuni profili di denti ottenuti in corrispondenza di diversi valori dell’angolo di pressione dell’evolvente αt, con un fattore di ricoprimento trasversale εt=0.45;

la Fig. 6 illustra un profilo di denti con fattore di ricoprimento trasversale εt=0.5;

le Figg. 7 – 9 illustrano tre profili di denti ottenuti con diversi valori di un parametro adimensionale ζ =20, ζ =5 e ζ =1.25 utilizzato per il calcolo del profilo ad arco di circonferenza di testa del dente;

le Figg. 10a, 10b illustrano rispettivamente il profilo di un dente e l'ingranaggio di un primo esempio di realizzazione dell’invenzione;

le Figg. 11a, 11b illustrano rispettivamente il profilo di un dente e l'ingranaggio di un secondo esempio di realizzazione dell’invenzione; e

le Figg. 12a, 12b illustrano rispettivamente il profilo di un dente e l'ingranaggio di un terzo esempio di realizzazione dell’invenzione.

Il profilo per rotori dentati di pompe ad ingranaggi a dentatura esterna, secondo l’invenzione garantisce funzionamento silenzioso e minimizzazione delle vibrazioni e delle sovraoscillazioni di pressione generate in condizioni operative (fluido operativo olio incomprimibile ed elevata differenza di pressione tra aspirazione e mandata, ∆pmax= 300bar). Tale profilo dentato è caratterizzato da i seguenti parametri:

- fianchi del dente ad evolvente ribassato con ricoprimento trasversale εt=[0.4÷0.45] in modo da garantire l’assenza di volume di olio intrappolato e successivamente ridotto,

- dentatura elicoidale con ricoprimento d'elica εβinferiore ad 1.0, preferibilmente compreso nell'intervallo εβ= [0.60÷0.85], in modo da garantire la continuità del moto, da minimizzare le spinte assiali e da garantire l'isolamento tra le camere di aspirazione e mandata anche in corrispondenza di un valore minimo di denti.

Le spinte assiali indotte dalla dentatura elicoidale possono essere equilibrate mediante il ben noto sistema di compensazione delle spinte assiali descritto nel già citato brevetto US 3.658.452 (Yasuo Kita).

Vantaggiosamente per ottenere un’elevata cilindrata specifica si utilizza un numero di denti z = [6÷8].

Vantaggiosamente i profili attivi dei fianchi destro e sinistro del dente sono simmetrici, e definiti da profili coniugati ad evolvente di circonferenza, e caratterizzati da un valore elevato dell'angolo di pressione trasversale αt=[27º÷40º].

I profili dei fianchi del dente sono ad evolvente, pertanto vengono riportate sotto le equazioni parametriche di un punto Pevappartenente ad una curva evolvente di circonferenza:

dove

R è il raggio della circonferenza primitiva,

αtè l'angolo di pressione trasversale, e

è l'angolo di costruzione

dell'evolvente (angolo di rotolamento della retta di costruzione dell'evolvente sulla circonferenza di base di raggio Rb= R ⋅cos(αt )).

I profili della testa e del piede del dente sono segmenti circolari; pertanto vengono riportate sotto le equazioni parametriche di un punto Pf,tappartenente alle circonferenze di piede (f) e testa (t):

l'angolo ϕ<∈>[ϕmin<,>ϕmax ], e ϕmin<,>ϕmaxsono definiti dalla condizione di passaggio per i punti estremi

P<′>=(Px<′>, Py<′>), P<′′>=(Px<′′>, Py<′′>)dei segmenti circolari stessi:

Le circonferenze di testa e piede hanno diversi centri e diversi raggi di curvatura (il raggio della circonferenza di testa risulta inferiore a quello di piede).

A titolo esemplificativo, in Fig. 4 viene illustrato il profilo di una dentatura avente un numero di denti z=4. La dentatura è definita da profili ad evolvente nel fianco destro e nel fianco sinistro del dente raccordati a rispettivi archi di circonferenza nella testa e nel piede del dente.

Con O viene indicato il centro del rotore sul quale viene ricavata la dentatura e viene tracciata a tratteggio una circonferenza primitiva p della dentatura.

Il profilo ad evolvente è definito tra due punti estremi Pfe Pt.

Gli archi di circonferenza corrispondenti al profilo di piede e testa hanno rispettivi centri Of, Ote rispettivi raggi rf, rt.

Viene individuato un punto Kfdalla intersezione fra la normale al profilo dell'evolvente in corrispondenza dell'estremo Pfdel segmento di evolvente in prossimità dell'inizio del tratto di piede e la direzione radiale r-v di mezzeria del vano fra due denti successivi.

Analogamente sul dente il punto Ktrisulta individuato dalla intersezione fra la normale al profilo dell'evolvente in corrispondenza dell'estremo Ptdel segmento di evolvente in prossimità dell'inizio del tratto di testa e la direzione radiale r-d di mezzeria del dente.

Se il ricoprimento trasversale εt=0.5, Kf≡Hfe Kt≡Ht, dove i punti Hf, Htappartengono rispettivamente all'intersezione tra la circonferenza primitiva p e le rette r-v e rd, e vale inoltre |Pt-Ht|=|Pf-Hf| , mentre in generale risulta |Pt-Kt|≠|Pf-Kf|.

Posto<∆>R= 0.5* (|Ht-Kt|+|Hf-Kf|), il centro delle circonferenza di piede si trova nel punto Of, ed il raggio di tale circonferenza risulta rf:

mentre il centro delle circonferenza di testa Oted il raggio della circonferenza di testa rtrisultano individuati da:

dove ζ=[1.1÷1.6] è un coefficiente adimensionale.

Il valore del parametro ζ deve essere tale da garantire la condizione di non interferenza tra i profili di testa e piede (ζ>1) e la minimizzazione del meato generato tra testa e piede nelle diverse configurazioni cinematiche di funzionamento (<ζ ↓>). Il profilo del dente così ottenuto (fianco sinistro-testafianco destro-piede), risulta continuo di classe<0C>, con discontinuità della tangente in corrispondenza del raccordo tra fianco e testa.

Le soluzioni adottate permettono di soddisfare tutte le specifiche indicate, e la scelta dei parametri di progetto risulta tale da ottimizzare diverse specifiche in contrasto tra loro.

Nel seguito si discutono i vantaggi associati alla scelta dei diversi parametri di progetto.

● Il campo dei numeri di denti z = [6÷8] permette di aumentare la cilindrata specifica e quindi di ottenere pompe particolarmente compatte a parità di portata, oppure di aumentare la portata di una pompa ad ingombro assegnato. Il valore minimo z=6 risulta compatibile con la condizione di tracciabilità del profilo (il profilo ad evolvente non può estendersi inferiormente alla circonferenza di base Rb, di raggio pari al raggio della primitiva R per il coseno dell'angolo di pressione trasversale αt, Rb= R ⋅cos(αt )) a causa del valore ridotto del fattore di ricoprimento di profilo impiegato (εt=[0.4÷0.45]).

Viene riportata sotto un’equazione che individua il legame tra angolo di pressione trasversale αt, il numero di denti minimo (zmin) e il fattore di ricoprimento trasversale (εt):

(6)

dove Int() è l'operatore di arrotondamento al numero intero immediatamente superiore o eguale al valore dell'argomento.

Ad esempio, posto αt=30 , εt= 0.45 ⇒ zmin= Int(2.7)= 3. ● Il valore del fattore di ricoprimento trasversale scelto è εt=[0.4÷0.45]. Tale valore assicura l’assenza di volume intrappolato, in quanto εt<0.5. Inoltre tale valore assicura che i diversi profili impiegati per definire i profili di testa e piede (segmenti circolari di diverso raggio e centro) non diano luogo a condizioni di interferenza nelle diverse configurazioni cinematiche di funzionamento, e che il meato individuato tra testa e piede sia minimo e tale da massimizzare il rendimento volumetrico della pompa.

● Il valore del fattore di ricoprimento d’elica εβ= [0.6÷0.85] della dentatura elicoidale è stato selezionato sensibilmente minore di uno, e tale da garantire la continuità del moto, poiché εt+εβ≥1. Tale scelta risulta associata ai valori minimi del parametro εβtali da minimizzare le spinte assiali e da garantire l'isolamento tra le camere di aspirazione e mandata, anche in corrispondenza di valori ridotti del numero di denti (z=6).

● Il profilo attivo utilizzato per la definizione del fianco del dente è ad evolvente di circonferenza. La condizione di coniugio tra i denti di due rotori è rispettata, garantendo uniformità della trasmissione del moto. Tale profilo assicura inoltre insensibilità a piccole variazioni di interasse dei rotori dovute ad esigenze costruttive e di montaggio, ed elevata resistenza meccanica alle sollecitazioni di rottura e crisi superficiale. La scelta di un ridotto fattore di ricoprimento trasversale εt=[0.4÷0.45] del profilo ad evolvente, tuttavia rende tali profili ad evolvente fortemente ribassati, i.e. addendum e dedendum del dente risultano più elevati rispetto ai valori standard.

● Per massimizzare l’estensione del profilo attivo dei denti, in modo da diminuire l'usura del profilo ed aumentare la durata del dispositivo, è stato scelto un valore dell'angolo di pressione trasversale αt=[27º÷40º], sensibilmente superiore al valore standard normalizzato αt=20º. La Fig. 5 riporta alcuni profili di denti ottenuti in corrispondenza di diversi valori di αt, con εt=0.45. Come si evince da Fig. 5 la soluzione migliore si ottiene per αt=[27º÷40º].

● I profili non attivi del dente in corrispondenza di testa e piede sono segmenti circolari. Se il centro di tali circonferenze (centro teorico Ot,f) appartiene alla circonferenza primitiva p, e l'estensione del profilo ad evolvente risulta definita da εt=0.5, le porzioni circolari di testa e piede risultano di eguale raggio, e completamente sovrapponibili in corrispondenza di alcune configurazioni cinematiche come mostrato in Fig. 6. Tuttavia tale profilo teorico può portare ad interferenza di profilo a causa di tolleranze di lavorazione, e la adozione di profili circolari di diverso raggio e diversa posizione del centro associato, in generale causa interferenza di profilo in alcune configurazioni cinematiche di funzionamento.

Nella soluzione secondo l’invenzione, la scelta dei punti estremi (Pte Pf) di raccordo dei profili di testa e piede con i profili ad evolvente dei fianchi sono definiti dalla condizione εt=[0.4÷0.45]. Il centro (Of) della circonferenza del profilo di piede è univocamente definito dall’equazione (4), mentre il centro (Ot) della circonferenza del profilo di testa è definito dalla equazione (5), con ζ>1, in modo che il raggio di testa rtrisulti in generale superiore al raggio di piede rf.

La Fig. 7 riporta una dentatura in cui Z=7, εt=0.4, ed αt= 35°, ottenuta nel caso estremo in cui ζ= 20. Il valore di ζ viene scelto in dipendenza della qualità di lavorazione associata alla realizzazione di tale profilo, ed al valore massimo di meato tollerato tra i profili di testa e piede. L'altezza caratteristica h di meato può essere valutata con la seguente equazione:

(7)

Secondo la presente invenzione, vengono scelti valori ottimali del parametro ζ, in particolare ζ=[1.1÷1.6]. Tale campo di valori assicura che sia verificata la condizione di non interferenza e che il meato generato tra testa e piede nelle diverse configurazioni cinematiche di funzionamento risulti minimo, e tale da garantire elevati valori del rendimento volumetrico.

Il profilo del dente così ottenuto (fianco sinistro-testafianco destro-piede), risulta continuo di classe<0C>, con discontinuità della tangente in corrispondenza del raccordo tra fianco e testa e tra fianco e piede, come mostrato negli esempi di Fig. 7 (ζ=20), Fig. 8 (ζ=5), e Fig. 9 (ζ=1.28).

Tale discontinuità risulta minima nel campo di valori ζ=[1.1÷1.6] come mostrato in Fig. 9. In ogni caso, la discontinuità riguarda la porzione di profilo non attivo, e dunque non influenza la corretta trasmissione del moto.

In seguito sono riportati i parametri e le specifiche di tre esempi di profili di dentatura, secondo l’invenzione, atti a consentire la realizzazione di una coppia di ruote dentate per impiego in una pompa ad ingranaggi esterni.

Esempio 1

z= 6; numero di denti;

αt=37º angolo di pressione trasversale;

R= 20.048 mm Raggio della circonferenza primitiva; εt= 0.45 ricoprimento trasversale;

εβ= 0.80 ricoprimento d'elica;

ζ= 1.26 fattore adimensionale per la definizione del profilo di testa;

L= 30 mm larghezza di dentatura.

Possono essere valutate le seguenti grandezze caratteristiche dell'ingranaggio e della pompa:

Dt=2*Rt= 48.3 mm Diametro di testa;

a = 40.097 mm interasse;

αn= 33.326º angolo di pressione normale; β = 29.243º angolo d'elica;

rt= 4.331 mm raggio di testa;

rf= 4.305 mm raggio di fondo;

V = 33.108 cm<3>cilindrata;

h = 21.12*10<-3>mm meato caratteristico testa-piede. La Fig. 10a illustra il profilo del dente ottenuto utilizzando i parametri summenzionati e la Fig. 10b illustra l'ingranaggio tra due rotori aventi tale profilo del dente.

Esempio 2

z= 7; numero di denti;

αt=35º angolo di pressione trasversale;

R= 20.485 mm Raggio della circonferenza primitiva; εt= 0.43 ricoprimento trasversale;

εβ= 0.82 ricoprimento d'elica;

ζ= 1.2 fattore adimensionale per la definizione del profilo di testa; L= 30 mm larghezza di dentatura.

Possono essere valutate le seguenti grandezze caratteristiche dell'ingranaggio e della pompa:

Dt=2*Rt= 48.3 mm Diametro di testa;

a= 40.969 mm interasse;

αn=32.032º angolo di pressione normale; β= 26.683º angolo d'elica;

rt=3.906mm raggio di testa;

rf=3.886mm raggio di fondo;

V=29.989 cm<3>cilindrata;

h= 19.72*10<-3>mm meato caratteristico testa-piede. La Fig. 11a illustra il profilo del dente ottenuto con i parametri dell’esempio 2 e la Fig. 11b illustra l'ingranaggio tra due rotori aventi tale profilo del dente.

Esempio 3

z= 8; numero di denti;

αt=33º angolo di pressione trasversale;

R= 20.826 mm Raggio della circonferenza primitiva; εt= 0.41 ricoprimento trasversale;

εβ= 0.84 ricoprimento d'elica;

ζ= 1.17 fattore adimensionale per la definizione del profilo di testa;

L= 30 mm larghezza di dentatura.

Possono essere valutate le seguenti grandezze caratteristiche dell'ingranaggio e della pompa:

Dt=2*Rt= 48.3 mm Diametro di testa;

a= 41.653 mm interasse;

β= 24.607º angolo d'elica; αn=30.559º angolo di pressione normale; rt=3.566 mm raggio di testa;

rf=3.549 mm raggio di fondo;

V=27.483 cm<3>cilindrata;

h= 18.76*10<-3>mm meato caratteristico testa-piede. La Fig. 12a illustra il profilo del dente ottenuto utilizzando i parametri dell’esempio 3 e la Fig. 12b illustra l'ingranaggio tra due rotori aventi tale profilo del dente.

Alle presenti forme di realizzazione dell’invenzione possono essere apportate numerose variazioni e modifiche di dettaglio, alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’invenzione espresso dalle rivendicazioni annesse.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1) Profilo dentato per rotori di una pompa volumetrica ad ingranaggi a dentatura esterna, comprendente una dentatura elicoidale che presenta: - un profilo non attivo di testa del dente, - profilo non attivo di piede del dente, - un profilo attivo di fianco destro del dente ed - un profilo attivo di fianco sinistro del dente, in cui detti profili attivi di fianco destro e sinistro del dente sono profili ad evolvente ribassato, caratterizzato dal fatto che detto profilo attivo ad evolvente ribassato ha un ricoprimento trasversale (εt) compreso nell’intervallo da 0.4 a 0.45, e detta dentatura elicoidale ha un ricoprimento d'elica (εβ) compreso nell’intervallo da 0.6 a 0.85.
2. 2) Profilo dentato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto rotore comprende un numero di denti (z) compreso nell’intervallo da 6 a 8.
3. 3) Profilo dentato secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto profilo attivo ad evolvente ribassato ha un angolo di pressione trasversale αtcompreso nell’intervallo da 27º a 40º.
4. 4) Profilo dentato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti profili non attivi di testa e piede del dente sono definiti da archi circolari.
5. 5) Profilo dentato secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti archi circolari dei profili non attivi di piede e testa del dente hanno centro (Of, Ot) e raggio (rf, rt) definiti dalle seguenti equazioni:
6. 6) Pompa volumetrica ad ingranaggi a dentatura esterna comprendente due rotori aventi un profilo dentato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.