ITMI20100370U1 - Sistema di trasmissione a ingranaggi con ripartizione dei carichi - Google Patents

Description

“SISTEMA DI TRASMISSIONE A INGRANAGGI CON RIPARTIZIONE DEI CARICHI”

L’invenzione si riferisce a dispositivi di trasmissione a ingranaggi in cui la ripartizione dei carchi rotazionali è consentita attraverso l’uso di alberi di rinvio multipli che collegano un albero di entrata ad un albero di uscita.

Per migliorare la capacità portante all’interno di sistemi di trasmissione a ingranaggi ad albero fisso di una data dimensione, un carico rotazionale di entrata su un albero di entrata può essere trasmesso fino ad un albero di uscita per mezzo di più alberi intermedi (anche noti come alberi di rinvio o contralberi) piuttosto che un albero più grande. Questo consente una riduzione della dimensione complessiva della scatola di trasmissione, poiché i carichi possono essere trasmessi più efficacemente su due alberi più piccoli che non su un albero più grande. Imperfezioni negli ingranaggi, tuttavia, possono far sì che un ingranaggio ingrani prima degli altri, portando ad una proporzione maggiore del carico che viene assorbita da un singolo albero di rinvio. Questo comporta che gli alberi di rinvio devono essere progettati con fattori di sicurezza accresciuti, riducendo il beneficio dell’uso di tali alberi multipli.

Con due alberi di rinvio è possibile garantire che il carico sia distribuito equamente tra gli alberi di rinvio usando una configurazione come quella divulgata in US1759689, in cui squilibri di carico tra i due alberi di rinvio possono essere contrastati automaticamente attraverso il movimento assiale di una coppia di ingranaggi elicoidali sull’albero di ingresso.

Per ulteriori miglioramenti nella ripartizione dei carichi si potrebbero usare più di due alberi di rinvio. Questo tuttavia rende difficile la ripartizione del carico di entrata in modo equo tra gli alberi di rinvio, poiché la stessa tecnica usata per due alberi di rinvio non può più essere usata.

In applicazioni in cui ci si aspetta una combinazione di carichi elevati con forze assiali elevate, come ad esempio nelle turbine eoliche, nelle applicazioni marine e altre applicazioni industriali per lavori pesanti, le soluzioni convenzionali al problema della ripartizione dei carichi tra alberi di rinvio multipli possono dare come risultato un’usura aumentata e la rottura prematura dei componenti. Questo è in gran parte dovuto a forze assiali elevate che applicano carichi di usura eccessivi sui componenti di supporto. Questo problema potrebbe essere affrontato attraverso l’uso di un overengineering del sistema di trasmissione, ma questo tenderà ad aumentare la dimensione degli ingranaggi usati e a dare come risultato costi aumentati.

Un obiettivo dell’invenzione è quello di superare gli svantaggi nei sistemi di trasmissione a ingranaggi esistenti, in particolare quelli relativi a forze assiali elevate che causano una ridotta vita utile per i componenti di supporto, mantenendo nel contempo una dimensione ridotta delle dimensioni radiali di tali sistemi di trasmissione a ingranaggi.

Secondo l’invenzione è fornito un sistema di trasmissione a ingranaggi comprendente:

un albero di entrata avente un ingranaggio di entrata a lisca di pesce;

tre alberi di rinvio aventi ciascuno rispettivi ingranaggi di entrata a lisca di pesce e ingranaggi di uscita, gli ingranaggi di entrata ingranati con l’ingranaggio di entrata dell’albero di entrata per la trasmissione di rotazione dall’albero di entrata agli alberi di rinvio; e

un albero di uscita avente un ingranaggio di uscita impegnato con gli ingranaggi di uscita su ciascuno degli alberi di rinvio per la trasmissione della rotazione dagli alberi di rinvio all’albero di uscita,

in cui l’ingranaggio di entrata dell’albero di entrata è mobile radialmente per consentire la ripartizione dei carichi di un carico rotazionale di entrata tra gli alberi di rinvio.

Un vantaggio dell’invenzione è che la ripartizione dei carichi si ottiene tra i tre alberi di rinvio mantenendo basso nel contempo il caricamento assiale del sistema di trasmissione, poiché i carichi assiali non sono trasmessi attraverso il sistema di trasmissione dall’albero di entrata. Il sistema di trasmissione è pertanto particolarmente utile in applicazioni che comportano carichi di coppia elevati come nelle turbine eoliche.

In generale, il sistema di trasmissione a ingranaggi è configurato in modo tale che il movimento radiale dell’ingranaggio di entrata a lisca di pesce può ridurre eventuali squilibri nella ripartizione dei carichi tra gli alberi di rinvio.

L’ingranaggio di entrata a lisca di pesce è montato preferibilmente sull’albero di entrata per consentire il movimento assiale e radiale rispetto all’albero di entrata, mentre è montato fisso per trasmettere il movimento rotazionale. Un mezzo di montaggio preferito per l’ingranaggio di entrata a lisca di pesce è in forma di una scanalatura sull’albero di entrata.

Un ingranaggio a lisca di pesce a cui è consentito muoversi assialmente bilancerà le forze assiali subite dai suoi bracci opposti quando ingranato in presa con altri ingranaggi. Un’uguale ripartizione dei carichi si ottiene usando angoli di elica uguali di bracci opposti.

L’ingranaggio di entrata a lisca di pesce attaccato all’albero di entrata può essere o un ingranaggio interno o un ingranaggio esterno.

L’ingranaggio di entrata a lisca di pesce attaccato all’albero di entrata può comprendere un primo ingranaggio elicoidale di un primo braccio e un secondo ingranaggio elicoidale di un secondo braccio opposto al primo braccio, il primo e il secondo ingranaggio elicoidale essendo forniti o come un singolo componente o come ingranaggi separati che sono rigidamente collegati tra loro, ad esempio tramite saldatura o altri mezzi di fissaggio.

Le relative posizioni degli assi longitudinali dei tre alberi di rinvio sono preferibilmente fissate, in modo tale che il movimento radiale relativo dell’ingranaggio di entrata a lisca di pesce cambi un carico applicato a ciascuno degli alberi di rinvio.

Un vantaggio dell’invenzione è quello di migliorare la capacità di un carico di trasmissione applicato agli ingranaggi, di eliminare o ridurre le forze assiali nel sistema di trasmissione a ingranaggi e di migliorare le condizioni di lavoro dei cuscinetti nel sistema di trasmissione. L’invenzione è particolarmente adatta per sistemi di trasmissione per lavori pesanti come ad esempio nelle scatole di trasmissione marine e delle turbine eoliche.

Aspetti e forme di realizzazione dell’invenzione sono descritti in maggior dettaglio sotto a titolo di esempio e in riferimento ai disegni allegati in cui:

la figura 1 è un diagramma schematico di una parte di un sistema di trasmissione a ingranaggi secondo l’invenzione;

la figura 2 è un diagramma schematico di un sistema di trasmissione a ingranaggi alternativo;

la figura 3 è un diagramma schematico di un ulteriore sistema di trasmissione a ingranaggi alternativo; e

la figura 4 è un diagramma schematico di una disposizione alternativa del sistema di trasmissione a ingranaggi di figura 3.

Per i sistemi di trasmissione a ingranaggi conformi all’invenzione, la potenza viene immessa attraverso un albero di entrata (o maestro). Un ingranaggio di entrata a lisca di pesce si collega rigidamente con questo albero di entrata. Tre alberi di rinvio sono collegati singolarmente con un albero di uscita su un albero di uscita e hanno ciascuno un ingranaggio di entrata a lisca di pesce in presa con l’ingranaggio di uscita nello stesso tempo. La posizione degli assi geometrici dei tre alberi di rinvio è fissata. La potenza viene trasmessa attraverso i tre alberi di rinvio fino all’albero di uscita. Gli ingranaggi di entrata dei tre alberi di rinvio possono essere fissati dopo la regolazione assiale o essere liberamente mobili assialmente. L’ingranaggio di entrata a lisca di pesce può essere spostato radialmente al fine di ottenere l’effetto di ripartizione dei carichi su ciascun albero di rinvio all’interno del dispositivo.

L’ingranaggio di entrata a lisca di pesce sull’albero di entrata può essere o un ingranaggio interno o un ingranaggio esterno. Il dente a lisca di pesce potrebbe essere realizzato con o senza una scanalatura. Gli ingranaggi a lisca di pesce possono essere in forma di strutture monopezzo o essere fabbricati separatamente e poi combinati come struttura monopezzo essendo collegati rigidamente tra loro. La direzione dell’angolo elicoidale su entrambi i lati dell’ingranaggio a lisca di pesce è opposta. Tuttavia, gli angoli possono essere o uguali o diversi. Un ingranaggio ad angolo elicoidale variabile può anche essere possibile.

La direzione della potenza di entrata e uscita può essere opposta a quella definita nelle rivendicazioni, ovvero l’entrata e l’uscita possono essere invertite.

L’uso di ingranaggi a lisca di pesce consente la riduzione o l’eliminazione di forze assiali sui cuscinetti all’interno del sistema di trasmissione, migliorando in tal modo la vita utile dei cuscinetti. La ripartizione dei carichi si può ottenere tramite il movimento radiale dell’ingranaggio di entrata a lisca di pesce sull’albero di entrata nonché tramite la regolazione o movimento assiale sugli ingranaggi degli alberi di rinvio. Questo tipo di configurazione migliora l’affidabilità del sistema di ingranaggi e mantiene una dimensione radiale ridotta del sistema. Tre forme di realizzazione esemplificative sono illustrate nei disegni allegati, che illustrano forme selezionate di sistemi di trasmissione per descrivere le caratteristiche principali dell’invenzione.

La prima forma di realizzazione è mostrata nella figura 1. Il sistema di trasmissione a ingranaggi 100 nella figura 1 comprende un albero di entrata principale 101, un ingranaggio a lisca di pesce interno di entrata 105 attaccato all’albero di entrata 101, alberi di uscita (o di rinvio) 121, 122 e 123 e ingranaggi a lisca di pesce di uscita 131, 132 e 133. L’albero di entrata 101 è fissato in posizione e lasciato libero di ruotare con un cuscinetto messo a terra 102. L’ingranaggio anulare a lisca di pesce 105 è montato sull’albero di entrata 104 in modo tale che ne sia consentito il gioco radiale rispetto all’albero 101 con un collegamento tramite scanalatura 103. Gli alberi di uscita 121, 122 e 123 sono fissati in posizione e lasciati liberi di ruotare con rispettivi cuscinetti messi a terra 141, 142, 143, 151, 152 e 153. Le tre coppie di ingranaggi a lisca di pesce 131, 132 e 133 sono impegnate ciascuna con il cuscinetto anulare a lisca di pesce 105 e lasciate con un gioco assiale sui tre alberi di uscita 121, 122 e 123 per mezzo di collegamenti tramite scanalatura 161, 162 e 163.

In questa disposizione l’ingranaggio a lisca di pesce con gioco radiale 105 consente di distribuire equamente la coppia tra i tre alberi di uscita 121, 122 e 123. Gli ingranaggi a lisca di pesce con gioco assiale 131, 132 e 133 assicurano che ogni metà delle coppie di ingranaggi a lisca di pesce assorba la sua quota della coppia e che non venga esercitata forza assiale sui cuscinetti.

Le posizioni relative degli alberi di uscita 121, 122, 123 nella forma di realizzazione di figura 1 sono preferibilmente disposte intorno all’albero di entrata 101 a intervalli di 120°, formando un triangolo equilatero tra gli assi degli alberi 121, 122, 123. Piccole deviazioni da questa uguale spaziatura come ad esempio entro 1 o 2 gradi possono essere accolte senza allontanarsi sostanzialmente dalla funzionalità del sistema, ma deviazioni maggiori darebbero come risultato una ripartizione dei carichi meno equa per via di un equilibrio irregolare dei carichi intorno all’albero di entrata 101.

La figura 2 illustra una seconda forma di realizzazione. L’insieme di ingranaggi 200 nella figura 2 comprende un albero di entrata 201 con un ingranaggio a lisca di pesce 204, tre alberi di rinvio 221, 222 e 223 con rispettivi ingranaggi a lisca di pesce 231, 232, 233 e ingranaggi cilindrici di uscita 261, 262 e 263 impegnati con un albero di uscita 211 aventi un ingranaggio cilindrico centrale 213. L’albero di entrata 201 è fissato in posizione e allo stesso tempo è lasciato libero di ruotare con un cuscinetto messo a terra 202. L’ingranaggio a lisca di pesce 204 è montato sull’albero di entrata 201 in modo tale che ne sia consentito il gioco radiale con un collegamento tramite scanalatura 203. Alberi di rinvio 221, 222 e 223 sono fissati in posizione e lasciati liberi di ruotare con i cuscinetti messi a terra 241, 242 e 243. Le tre coppie di ingranaggi a lisca di pesce 231, 232 e 233 sono impegnate con l’ingranaggio di entrata a lisca di pesce 204, e a ciascuna è consentito un gioco assiale sui tre alberi di rinvio 221, 222 e 223 per mezzo di collegamenti tramite scanalatura 251, 252 e 253. I tre ingranaggi cilindrici di uscita 261, 262 e 263 sono impegnati con l’ingranaggio cilindrico centrale 213 sull’albero di uscita 211 e sono fissati sui tre alberi di rinvio 221, 222 e 223. L’ingranaggio cilindrico centrale 213 montato sull’albero di uscita 211 è fissato in posizione e lasciato libero di ruotare con un cuscinetto messo a terra 212.

Nella disposizione di figura 2, l’ingranaggio a lisca di pesce con gioco radiale 204 consente un’equa ripartizione della coppia tra i tre alberi di rinvio 221, 222 e 223. Gli ingranaggi a lisca di pesce con gioco assiale 231, 232 e 233 su ciascuno degli alberi di rinvio 221, 222, 223 assicurano che ciascuna metà delle coppie di ingranaggi a lisca di pesce assorba la propria quota di coppia e che non sia esercitata forza assiale sui cuscinetti 241, 242, 243.

Come nel caso degli alberi di uscita 121, 122, 123 della forma di realizzazione di figura 1, gli alberi di rinvio 221, 222, 223 della forma di realizzazione di figura 2 sono preferibilmente disposti per essere montati con spaziature uguali intorno all’albero di entrata 201, ovvero avendo i loro assi distanziati a 120° gli uni rispetto agli altri.

Una forma di realizzazione ulteriore è illustrata nella figura 3. L’insieme di ingranaggi 300 nella figura 3 comprende un albero di entrata 301 con un ingranaggio anulare a lisca di pesce 305, tre alberi di rinvio 321, 322 e 323 con rispettivi ingranaggi di entrata a lisca di pesce 331, 332, 333 e con rispettivi ingranaggi a lisca di pesce di uscita 371, 372 e 373 e un albero di uscita 311 con un ingranaggio centrale a lisca di pesce 315. L’albero di entrata 301 è fissato in posizione ed è lasciato libero di ruotare con un cuscinetto messo a terra 302. L’ingranaggio anulare interno a lisca di pesce 305 è montato sull’albero di entrata 301 in modo tale che ne sia consentito il gioco radiale rispetto all’albero di entrata 301 con un collegamento tramite scanalatura 303. Nella forma di realizzazione mostrata, l’ingranaggio anulare 305 è montato all’interno di un anello 304 che è collegato all’albero di entrata 301 per mezzo di un collegamento tramite scanalatura 303, che consente all’anello 304 e all’ingranaggio anulare 305 di muoversi radialmente rispetto all’albero di entrata.

Alberi di rinvio 321, 322 e 323 sono fissati in posizione lasciati liberi di ruotare con cuscinetti messi a terra 341, 342, 343, 351, 352 e 353. Le tre coppie di ingranaggi di entrata a lisca di pesce 331, 332 e 333 sono impegnate con l’ingranaggio anulare a lisca di pesce 305 e ne viene consentito il gioco assiale sui tre alberi di rinvio 321, 322 e 323 con rispettivi collegamenti tramite scanalatura 361, 362 e 363. Le tre coppie di ingranaggi a lisca di pesce di uscita 371, 372 e 373 sono impegnate con l’ingranaggio centrale a lisca di pesce 315 e ne viene altresì consentito il gioco radiale sui tre alberi di rinvio 321, 322 e 323 con i collegamenti tramite scanalatura 381, 382 e 383. L’albero di uscita 311 è fissato in posizione e lasciato libero di ruotare con cuscinetti messi a terra 312 e 313. L’ingranaggio centrale a lisca di pesce 315 è montato sull’albero di uscita 311 in modo tale che ne sia consentito il gioco radiale con un collegamento tramite scanalatura 314.

Nella disposizione di figura 3, gli ingranaggi a lisca di pesce con gioco radiale 305 e 315 consentono l’equa ripartizione della coppia tra i tre alberi di rinvio 321, 322 e 323. Gli ingranaggi a lisca di pesce con gioco assiale 331, 332, 333, 371, 372 e 373 garantiscono che ciascuna metà delle coppie di ingranaggi a lisca di pesce assorba una coppia uguale e che non venga esercitata forza assiale sui cuscinetti 341, 342, 343, 351, 352, 353.

Come nel caso degli alberi di uscita 121, 122, 123 della forma di realizzazione di figure 1 e degli alberi di rinvio 221, 222, 223 della forma di realizzazione di figura 2, gli alberi di rinvio 321, 322, 323 sono preferibilmente disposti per essere montati con spaziature uguali intorno all’albero di entrata 301, ovvero avendo i loro assi distanziati a 120° gli uni rispetto agli altri.

Una disposizione alternativa dell’insieme di ingranaggi 300 è illustrata nella figura 4, in cui un collegamento tramite scanalatura 303 è invece fornito tra l’ingranaggio anulare 305 e la porzione di anello 304 dell’albero di entrata 301. In questa forma di realizzazione il collegamento tramite scanalatura 303 consente all’ingranaggio anulare 305 di muoversi radialmente rispetto alla porzione di anello 304, che è rigidamente attaccata a, o è una porzione solidale dell’albero di entrata 301. Un anello di collegamento 306 è fornito tra l’ingranaggio anulare 305 e il collegamento tramite scanalatura 303. L’anello di collegamento 306 può essere solidale con l’ingranaggio anulare 305, ovvero sia l’ingranaggio anulare 305 sia l’anello di collegamento 306 sono formati da un pezzo singolo dove i denti dell’ingranaggio sono tagliati o formati all’interno dell’anello e i denti della parte di scanalatura esterna formati all’esterno. L’ingranaggio anulare 305, con o senza l’anello di collegamento 306, può essere formato in due parti aventi ingranaggi di durezza opposta per formare l’ingranaggio a lisca di pesce interno. La scanalatura esterna potrebbe essere tagliata sull’esterno o separatamente prima che le due parti siano collegate assialmente per realizzare l’ingranaggio a lisca di pesce, o successivamente. Dove i denti dell’ingranaggio a lisca di pesce interno di entrambi i bracci sono realizzati nello stesso pezzo di metallo, ciò potrebbe essere effettuato prima o dopo che sono realizzati i denti di scanalatura esterni. Altri componenti dell’insieme di ingranaggi 300 sono uguali alla forma di realizzazione illustrata nella figura 3 e descritta sopra.

Per le forme di realizzazione illustrate e descritte nel presente documento, dove un collegamento tramite scanalatura è fornito per consentire il movimento radiale dell’ingranaggio di entrata a lisca di pesce, la scanalatura è preferibilmente una scanalatura ad evolvente e sarà tipicamente lubrificata per prevenire l’usura dovuta al movimento relativo dell’ingranaggio di entrata e dell’albero di entrata durante l’uso.

In forme di realizzazione alternative, l’ingranaggio di uscita 315 attaccato all’albero di uscita 311 può essere un ingranaggio solidale, ovvero in una forma simile a quella dell’ingranaggio di entrata 305. Il collegamento tramite scanalatura 314 può essere fornito per collegare l’albero di uscita con una porzione di anello o per collegare la porzione di anello all’ingranaggio di entrata 305 sotto forma di un ingranaggio anulare interno, come nel caso delle disposizioni di ingranaggi di entrata illustrate nelle figure 3 e 4.

Altre forme di realizzazione sono volutamente comprese nell’ambito di protezione dell’invenzione come definita dalle rivendicazioni allegate.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di trasmissione a ingranaggi comprendente: un albero di entrata avente un ingranaggio di entrata a lisca di pesce; tre alberi di rinvio ciascuno avente rispettivi ingranaggi di entrata a lisca di pesce e ingranaggi di uscita, gli ingranaggi di entrata essendo impegnati con l’ingranaggio di entrata dell’albero di entrata per la trasmissione della rotazione dall’albero di entrata agli alberi di rinvio; e un albero di uscita avente un ingranaggio di uscita impegnato con gli ingranaggi di uscita su ciascuno degli alberi di rinvio per la trasmissione della rotazione dagli alberi di rinvio all’albero di uscita, in cui l’ingranaggio di entrata dell’albero di entrata è mobile radialmente per consentire la ripartizione dei carichi di un carico rotazionale di entrata tra gli alberi di rinvio.
2. 2. Sistema di trasmissione secondo la rivendicazione 1 in cui una posizione assiale degli ingranaggi di entrata su uno o più degli alberi di rinvio è regolabile, gli ingranaggi di entrata dell’albero di rinvio essendo facoltativamente montati per avere un gioco assiale sugli alberi di rinvio.
3. 3. Sistema di trasmissione secondo la rivendicazione 1 in cui l’ingranaggio di entrata a lisca di pesce attaccato all’albero di entrata è o un ingranaggio interno o un ingranaggio esterno.
4. 4. Sistema di trasmissione secondo la rivendicazione 1 in cui l’ingranaggio di entrata a lisca di pesce attaccato all’albero di entrata comprende un primo ingranaggio elicoidale di un primo braccio e un secondo ingranaggio elicoidale di un secondo braccio opposto al primo braccio, il primo e il secondo ingranaggio elicoidale essendo formati come un singolo componente o come componenti separati rigidamente collegati tra loro.
5. 5. Sistema di trasmissione secondo la rivendicazione 4 in cui l’angolo del primo e del secondo ingranaggio elicoidale è uguale e opposto.
6. 6. Sistema di trasmissione secondo la rivendicazione 1 in cui l’ingranaggio di entrata dell’albero di entrata è montato su una scanalatura per consentire il movimento radiale rispetto all’albero di entrata.
7. 7. Sistema di trasmissione secondo la rivendicazione 1 in cui l’ingranaggio di uscita dell’albero di uscita è un ingranaggio a lisca di pesce montato sull’albero di uscita, l’ingranaggio di uscita dell’albero di uscita essendo mobile radialmente rispetto all’albero di uscita per consentire la ripartizione dei carichi di un carico rotazionale di uscita tra gli alberi di rinvio, l’ingranaggio di uscita dell’albero di uscita essendo facoltativamente montato su una scanalatura per consentire il movimento radiale in relazione all’albero di uscita.
8. 8. Sistema di trasmissione secondo la rivendicazione 7 in cui gli ingranaggi di uscita sugli alberi di rinvio sono ingranaggi a lisca di pesce montati per il movimento assiale rispetto agli alberi di rinvio.
9. 9. Sistema di trasmissione secondo la rivendicazione 8 in cui l’ingranaggio di uscita attaccato all’albero di uscita è o un ingranaggio interno o un ingranaggio esterno.
10. 10. Sistema di trasmissione secondo la rivendicazione 8 o la rivendicazione 9 in cui l’ingranaggio a lisca di pesce di uscita attaccato all’albero di uscita comprende un primo ingranaggio elicoidale di un primo braccio e un secondo ingranaggio elicoidale di un secondo braccio opposto al primo braccio, il primo e il secondo ingranaggio elicoidale essendo formati come un singolo componente o come componenti separati rigidamente collegati tra loro.