ITMI20101875A1 - Giunto articolato - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione

La presente invenzione riguarda un giunto articolato per il collegamento di alberi di trasmissione, in particolare per il collegamento di alberi destinati a trasmettere coppie elevate anche in presenza di un angolo tra i rispettivi assi, quali ad esempio le allunghe impiegate nei laminatoi a rulli paralleli.

Nell’ ambito dei laminatoi a rulli paralleli, ciascuno dei rulli di laminazione è messo in rotazione da una apposita allunga di comando che collega il rullo al relativo gruppo motoriduttore. I laminatoi a rulli paralleli cui si fa riferimento di seguito sono riconducibili a differenti tipologie. Essi possono essere ad esempio laminatoi a caldo o laminatoi a freddo; laminatoi del tipo cossiddetto “duo” (in cui sono presenti due soli rulli di laminazione) o laminatoi del tipo cossiddetto “quarto” (in cui i due rulli che entrano in contatto con il materiale da laminare sono spinti da altri due rulli di spalla più esterni, come ad esempio è illustrato nella allegata figura 1); laminatoi per lamiere o laminatoi per nastri. Le condizioni di funzionamento del laminatoio, impongono che i rulli debbano poter traslare l’uno rispetto all’altro, in modo da definire luci di passaggio diverse per il pezzo in laminazione. Da ciò deriva che le allunghe devono poter trasmettere la coppia motrice ai rispettivi rulli in tutte le posizioni operative e durante la traslazione.

Sono note allunghe dotate di due giunti cardanici, uno posto all’estremità collegata all’asse di uscita del gruppo motoriduttore, l’altro posto all’estremità opposta, collegata all’asse del rullo di laminazione.

Il giunto cardanico, pur noto da lungo tempo, viene di seguito descritto brevemente. Esso è sostanzialmente costituito da due forcelle e una crociera. Ciascuna delle forcelle è collegata all’estremità di uno dei due alberi che devono essere collegati tra loro. Una volta allineati gli alberi, essi sono fatti ruotare di 90° l’uno rispetto all’altro in modo che le forcelle arrivino a trovarsi in due piani perpendicolari tra loro che si intersecano nell’asse comune ai due alberi. Le forcelle sono infine collegate tra loro mediante la crociera. Tale costruzione consente di trasmettere il moto dal primo albero al secondo albero anche in condizioni di un angolo variabile tra gli assi dei due alberi.

Pur ampiamente apprezzato nell’ambito delle allunghe di comando per i laminatoi, il giunto cardanico non è però esente da difetti.

Innanzitutto il giunto cardanico, in modo in sé noto, determina condizioni di trasmissione del moto che variano al variare dell’angolo tra i due assi. Tale caratteristica intrinseca del giunto cardanico determina una perdita di efficienza della trasmissione che, per la particolare applicazione, diventa inaccettabile per angoli anche piuttosto piccoli, ad esempio attorno ai 5°. Per tali angoli infatti la coppia e la velocità angolare trasmesse dal giunto cardanico assumono un andamento pulsante.

Inoltre il giunto cardanico, che dimostra un comportamento altamente regolare ed efficiente quando lavora nelle sue condizioni ottimali, mostra una drastica riduzione dell’efficienza a seguito di piccoli danneggiamenti che possono facilmente intercorrere con l’uso. Tipicamente, l’andamento pulsante della coppia trasmessa dai giunti cardanici in presenza di un angolo tra gli assi, sollecita in modo severo i quattro cuscinetti volventi che definiscono il collegamento tra la crociera e le due forcelle. Tali cuscinetti sono dunque soggetti a cedimenti che possono facilmente determinarne il grippaggio. A seguito del grippaggio di un cuscinetto, l’intero giunto cardanico non è più in grado di assolvere al suo compito, determinando così il fermo dell’intero laminatoio.

Infine, la complessità del giunto cardanico si traduce necessariamente in un costo iniziale piuttosto elevato.

Gli inconvenienti illustrati sopra sono stati parzialmente superati da un altro tipo di giunto, chiamato di seguito giunto a pattini ( slipper joint). Tale giunto, noto ad esempio dal documento brevettale EP 0 172 959, è descritto di seguito con riferimento alle allegate figure da 3 a 11. Nella descrizione che segue si fa riferimento per maggior chiarezza alla condizione in cui l’asse Xi del primo albero 10 e Tasse X2del secondo albero 20 siano coincidenti in un unico asse X. Rispetto a tale asse X si definiscono poi altri due assi Y e Z in modo da definire, in modo usuale, una tema di assi ortogonali XYZ. Naturalmente, se viene introdotto un angolo tra i due alberi 10 e 20, non ha più senso riferirsi alla tema XYZ cui si è accennato sopra e occorre fare riferimento a due terne distinte, una terna X Y Z solidale al primo albero 10 e una terna X2Y2Z2solidale al secondo albero 20. Tali terne hanno comunque in comune l’origine O, che coincide con il centro cinematico del giunto 100.

Il giunto a pattini 100 comprende una spatola 104, collegata all’estremità del primo albero 10, e una forcella 202 collegata all’estremità del secondo albero 20. Qui e di seguito si considera che Tasse Y sia perpendicolare al piano medio della spatola 104 e che Tasse Z sia parallelo a tale piano. Naturalmente nulla cambierebbe se fosse scelta una convenzione differente.

La forcella 202 definisce dunque una cavità 204 che consente di accogliere la spatola 104. La trasmissione della coppia tra la spatola 104 del primo albero 10 e la cavità 204 del secondo albero 20 è concettualmente riconducibile alla trasmissione della coppia tra la lama di un cacciavite e l’intaglio di una vite. La spatola 104 è dunque accolta nella cavità 204, ma non entra in contatto direttamente con le pareti della cavità. Tra le pareti della spatola e le pareti della cavità sono infatti frapposti dei corpi opportunamente sagomati o pattini 40. Tali pattini 40 sono piani su un lato e sono sagomati a segmento cilindrico convesso sull’altro lato. Più in particolare, le superi! ci cilindriche 426 dei pattini 40, quando questi ultimi sono correttamente montati nel giunto 100, definiscono un cilindro con asse coincidente con Tasse Z. La cavità 204 interna alla forcella 202 del secondo albero 20 comprende anch’essa superi! ci cilindriche concave 206, complementari a quelle convesse dei pattini 40. Si vedano a questo riguardo le allegate figure da 3 a 6.

Come si può notare bene nelle figure 9 e 10, i due pattini 40 sono uniti tra loro sul lato delle superi! ci piane 416 per mezzo di un pilastrino 402, così da formare un unico elemento chiamato di seguito gruppo-pattini 400. Tale soluzione comporta alcuni vantaggi che verranno evidenziati oltre, ma resta inteso che, anziché un unico gruppo-pattini 400, potrebbero essere impiegati due pattini 40 separati.

Al fine di evitare che il gruppo-pattini 400 si sfili dalla cavità 204 (ad esempio sotto l’effetto della gravità), ciascuna delle superi! ci cilindriche 426 dei pattini 40 comprende solitamente un rigonfiamento centrale 428 adatto a definire due spallamenti contrapposti. Le superimi cilindriche concave 206 della cavità 204 devono in tal caso comprendere un canale 208 adatto ad accogliere il rigonfiamento centrale 428 e a definire rispettivi appoggi per i due spallamenti. Tale soluzione impedisce lo scivolamento del gruppo-pattini 400 lungo Tasse Z.

Analogamente a quanto fa il rigonfiamento centrale 428 per il gruppo-pattini 400, il pilastrino 402 impedisce lo scivolamento (ad esempio sotto l’effetto della gravità) della spatola 104 lungo l’asse Z tra le due superfici piane 416 del gruppo-pattini 400.

Inoltre, il pilastrino 402 mantiene i pattini 40 nelle rispettive posizioni operative all’interno della cavità 204, anche qualora venga rimossa la spatola 104, ad esempio al fine di disaccoppiare temporaneamente gli alberi 10 e 20. In assenza del pilastrino 402, i pattini 40 potrebbero facilmente uscire dal loro alloggiamento (ad esempio sotto l’azione della gravità) comportando così notevoli rischi e introducendo certamente una indesiderabile complicazione per la successiva fase di reinserimento della spatola 104.

Il giunto a pattini 100 consente la trasmissione della coppia motrice anche in presenza di un angolo tra gli assi Xi e X2dei due alberi 10 e 20, come verrà di seguito descritto con particolare riferimento alle figure 7 e 8.

In figura 7 è mostrato, a titolo di esempio, un giunto a pattini che unisce due alberi i cui assi Xi e X2formano tra loro un angolo a di 8° attorno al comune asse Z. Tale configurazione angolata può essere raggiunta partendo dalla configurazione allineata mostrata nelle figure da 3 a 6 e ruotando il secondo albero 20 di 8° rispetto all’asse Z. Come la persona esperta può certamente notare, la formazione dell’angolo a è consentita dallo strisciamento tra le superfici cilindriche convesse 426 dei pattini 40 e le superfici cilindriche concave 206 della cavità 204 definita dalla forcella 202. In tale movimento l’intero gruppo-pattini 400 rimane invece solidale rispetto alla spatola 104 del primo albero 10.

In figura 8 è mostrato lo stesso giunto a pattini di figura 7, in cui però l’angolo a di 8° è formato dagli assi Xi e X2attorno all’asse Y. Tale configurazione angolata può naturalmente essere raggiunta partendo dalla configurazione allineata mostrata nelle figure da 3 a 6 e ruotando il secondo albero 20 di 8° rispetto all’asse Y. Come la persona esperta può certamente notare, la formazione dell’angolo a è consentita dallo strisciamento tra le superfici piane 416 dei pattini 40 e quelle della spatola 104. In tale movimento l’intero gruppopattini 400 rimane invece solidale rispetto alla cavità 204 del secondo albero 20

Ciò che più interessa notare qui è però che la configurazione angolata di figura 8 può essere raggiunta anche partendo dalla configurazione angolata di figura 7 e imponendo una rotazione di 90° ad uno dei due alberi, ad esempio il primo albero 10, attorno al rispettivo asse longitudinale Xi. Una ulteriore rotazione di 90° imposta al primo albero 10 attorno all’asse Xi, porterebbe il giunto 100 in una configurazione assolutamente identica a quella di figura 7, anche se capovolta. La simmetria del giunto 100 permette infatti di non fare distinzione alcuna tra due posizioni distanziate angolarmente di 180° attorno all’asse X. Alla luce di ciò, sarà chiaro come, durante la rotazione degli alberi 10 e 20, il giunto 100 possa continuare a trasmettere il moto grazie alla composizione di successivi strisciamenti tra i pattini 40 e la spatola 104 da un lato e tra i pattini 40 e la cavità sagomata 204 dall’altro lato.

Al fine di agevolare questi continui strisciamenti, i giunti a pattini comprendono preferibilmente un apposito circuito di lubrificazione. Tale circuito comprende condotti che, correndo lungo uno dei due alberi, giungono al gruppo-pattini 400 e forniscono lubrificante in pressione ad una rete di canali che percorrono le superfici di strisciamento dei pattini 40. In tal modo è garantita una sensibile riduzione dell' attrito di strisciamento e dell’usura che ne deriva.

Il giunto a pattini 100 appena descritto comporta alcuni vantaggi rispetto al giunto cardanico descritto precedentemente.

Un primo vantaggio riguarda la semplicità costruttiva e il conseguente minor costo che esso comporta. Un secondo vantaggio riguarda una certa libertà di movimento che il giunto consente ai due alberi anche in direzione assiale. Il vantaggio più considerevole è però di tipo funzionale. Il giunto a pattini 100 è infatti estremamente resistente e robusto. In altre parole, il giunto è resistente in quanto non ha parti meccanicamente complesse e/o delicate che risultino quindi facilmente soggette a danni, come sono i cuscinetti volventi del giunto cardanico. Il giunto a pattini è inoltre robusto poiché, anche in presenza di un danno e/o di segni di usura, esso può continuare a lavorare con una ridottissima perdita di efficienza rispetto alla condizione ottimale.

Il giunto a pattini di tipo noto, pur ampiamente apprezzato per quanto detto sopra, non è però esso stesso privo di inconvenienti.

L’inconveniente maggiore riguarda l’impossibilità di recuperare i giochi che si vengono a creare nel senso della mutua rotazione dei due alberi 10 e 20 attorno all’asse X. La presenza di tali giochi, pur senza impedire al giunto 100 di assolvere la propria funzione, determina comunque una trasmissione irregolare del moto e, alla lunga, un fattore di rischio per l’intero laminatoio.

Un aspetto particolarmente insidioso di questo problema viene di seguito descritto con particolare riferimento alla figura 11, in cui è schematicamente riportato l’andamento teorico degli sforzi che si generano nella trasmissione di una coppia motrice in assenza di giochi. Gli sforzi rappresentati in figura e che verranno considerati di seguito sono gli sforzi di compressione che l’azione della spatola 104 genera sulle superfici piane 416 dei pattini 40. Sforzi complessivamente equivalenti, per i quali valgono dunque considerazioni analoghe, sono generati dai pattini 40 sulle superfici cilindriche concave 206 della cavità 204.

Come si può notare la distribuzione teorica degli sforzi è triangolare e parte da zero in corrispondenza dell’asse X per raggiungere il suo massimo nel punto di contatto più lontano dall’asse X che è quindi il più sollecitato. Come ben noto alla persona esperta, tale distribuzione degli sforzi determina una risultante F posta a 2/3 dell’estensione del contatto partendo dall’asse X. Tanto i picchi di sforzo quanto l’usura, tendono a deformare le superfici di contatto, in particolar modo quelle più sollecitate. Vengono così a crearsi giochi via via crescenti tra le superfici di contatto. La presenza di un gioco tra la spatola 104 e il pattino 40, nel punto di contatto più lontano dall’asse X, determina quindi una limitazione allo sforzo effettivamente sopportato da tale punto. All’atto pratico, in presenza di un gioco, la distribuzione degli sforzi non sarà più triangolare come nello schema teorico, ma comporterà contributi maggiori da parte delle zone di contatto più vicine all’asse X. Naturalmente tale ridistribuzione degli sforzi comporta, rispetto alla distribuzione iniziale teorica, uno spostamento verso Tasse X della risultante F. A sua volta, lo spostamento della risultante F verso Tasse X implica una riduzione del braccio della coppia rispetto all’asse X. Per poter mantenere costante la coppia trasmessa dal giunto 100, condizione questa che è necessaria per il corretto funzionamento del laminatoio, deve essere quindi aumentato il modulo della risultante F stessa. L’aumento del modulo della risultante F comporta necessariamente un aumento degli sforzi trasmessi tra le superi! ci di contatto del giunto 100. Come già riportato sopra, i picchi di sforzo e l’usura tendono a deformare soprattutto le superi! ci di contatto più sollecitate, introducendo quindi ulteriori giochi. A differenza di quanto descritto sopra però il punto di contatto più sollecitato non è più quello più lontano dall’asse X, ma si è leggermente spostato verso l’interno. Come si può facilmente notare il fenomeno descritto sopra è tale da autoalimentarsi, portando alla lunga alla formazione di giochi rilevanti lungo tutta la superficie di contatto.

Il giunto a pattini 100 ha la peculiarità, a differenza del giunto cardanico, di poter continuare a trasmettere il moto tra i due alberi 10 e 20, nonostante i danni che possono intercorrere. Il funzionamento del laminatoio è dunque pressoché garantito, ma l’irregolarità del moto trasmesso rappresenta un fattore di disturbo e di rischio per l’intero laminatoio.

Un ulteriore problema che affligge il giunto a pattini di tipo noto è quello delle fratture da fatica che coinvolgono in modo relativamente frequente la forcella 202. Come la persona esperta può ben notare osservando lo schema di figura 11, la pressione esercitata dai pattini 40 genera nella forcella 202 uno stato di sforzo piuttosto complesso. Tale stato di sforzo comprende anche una componente di sollecitazione a flessione, rispetto all’asse X, in ciascun lato della forcella. Più precisamente, ancora con riferimento al caso di figura 11, sono sollecitate a flessione la metà superiore destra e la metà inferiore sinistra. Come si può notare, la sezione resistente che si oppone a tale sforzo di flessione è particolarmente ridotta, anche a motivo della presenza del canale 208. Inoltre, come ben noto alla persona esperta, la forma del canale 208 determina una concentrazione locale degli sforzi in prossimità della gola.

La condizione di sollecitazione descritta sopra si rivela particolarmente gravosa in vista del fatto che la coppia trasmessa dal giunto, e quindi tutte le sollecitazioni che ne derivano, non è perfettamente costante nel tempo ma contiene una componente pulsante che cresce al crescere dell’usura. L’effetto complessivo dei fenomeni descritti sopra è che il giunto a pattini 100 secondo l’arte nota è relativamente spesso soggetto a cedimento strutturale dovuto alla frattura da fatica (indicata con /in figura 11) che si verifica in corrispondenza della gola del canale 208.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello si superare almeno parzialmente gli inconvenienti riportati sopra con riferimento alla tecnica nota. In particolare, un compito della presente invenzione è quello di rendere disponibile un giunto per il collegamento di due alberi che presenti una distribuzione degli sforzi più regolare e priva di pericolose concentrazioni locali.

Inoltre, un compito della presente invenzione è quello di rendere disponibile un giunto che risulti più robusto rispetto alle fratture da fatica rispetto ai giunti noti.

Ancora, un compito della presente invenzione è quello di rendere disponibile un giunto per il collegamento di due alberi che sia di semplice realizzazione e che implichi quindi costi limitati.

Infine, un compito della presente invenzione è quello di rendere disponibile un giunto che consenta di compensare internamente la formazione di giochi, specialmente nel senso della mutua rotazione dei due alberi rispetto all’asse X. Lo scopo e i compiti sopra indicati sono raggiunti da un giunto per il collegamento di due alberi in accordo con quanto rivendicato nella rivendicazione 1.

Le caratteristiche e gli ulteriori vantaggi dell’ invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di alcuni esempi di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.

- La figura 1 rappresenta una vista complessiva di un laminatoio a rulli paralleli;

- La figura 2 rappresenta il dettaglio delle allunghe di comando del laminatoio, dettaglio indicato con II in figura 1 ;

- La figura 3 rappresenta una vista schematica di un giunto a pattini secondo la tecnica nota;

- La figura 4 rappresenta una vista del giunto di figura 3 ruotato di 90°;

- La figura 5 rappresenta una vista dettagliata del giunto di figura 3;

- La figura 6 rappresenta una vista dettagliata del giunto di figura 4;

- La figura 7 rappresenta il giunto di figura 5 in cui i due alberi sono stati disassati;

- La figura 8 rappresenta il giunto di figura 6 in cui i due alberi sono stati disassati;

- La figura 9 rappresenta una vista in esploso del giunto di figura 5;

- La figura 10 rappresenta una vista in esploso del giunto di figura 6;

- La figura 11 rappresenta una vista schematica della distribuzione degli sforzi in un giunto a pattini secondo l’arte nota;

- La figura 12 rappresenta una vista schematica della distribuzione degli sforzi in un giunto secondo l’invenzione;

- La figura 13 rappresenta una vista schematica dettagliata di un giunto secondo l’invenzione;

- La figura 14 rappresenta una vista del giunto di figura 13 ruotato di 90°;

- La figura 15 rappresenta il giunto di figura 13 in cui i due alberi sono stati disassati;

- La figura 16 rappresenta il giunto di figura 14 in cui i due alberi sono stati disassati;

- La figura 17 rappresenta una vista in esploso del giunto di figura 13;

- La figura 18 rappresenta una vista in esploso del giunto di figura 14;

- La figura 19 rappresenta un giunto secondo l’invenzione in una vista simile a quella di figura 16;

- La figura 20 rappresenta il giunto di figura 19 in una vista ruotata di 90°; - La figura 21 rappresenta una vista in sezione lungo la traccia XXI-XXI di figura 19;

- La figura 22 rappresenta il dettaglio indicato con ΧΧΠ in figura 21;

- La figura 23 rappresenta un’altra forma di realizzazione del giunto secondo l’invenzione in una sezione simile a quella di figura 21;

- La figura 24 rappresenta una vista in sezione lungo la traccia XXTV-XXIV di figura 23

- La figura 25 rappresenta il dettaglio indicato con XXV in figura 24;

- Le figure 26 rappresentano tre differenti viste, rispettivamente in prospettiva, laterale e in pianta, di un primo tipo di pattino secondo l’invenzione;

- Le figure 27 rappresentano tre differenti viste, rispettivamente in prospettiva, laterale e in pianta, di un secondo tipo di pattino secondo l’invenzione;

- La figura 28 rappresenta un’altra forma di realizzazione del giunto secondo l’invenzione in una sezione simile a quella di figura 23;

- La figura 29 rappresenta parte del giunto di figura 28 in una vista simile a quella della parte sinistra di figura 18; e

- La figura 30 rappresenta una vista in sezione lungo la traccia XXX-XXX di figura 28.

Con riferimento alle figure allegate, con 100 è indicato un giunto articolato per il collegamento di testa di due alberi di trasmissione 10 e 20. Il giunto articolato 100 comprende:

- una pluralità di pattini 30 ciascuno dei quali comprende una superficie piana 316 e una superficie convessa 326;

- una spatola 104 solidale al primo albero 10 e comprendente superfici piane 106 adatte a definire un contatto esteso con le superfici piane 316 dei pattini 30; e - una forcella 202 solidale al secondo albero 20 conformata in modo tale da definire una cavità 204 comprendente superfici concave 206 adatte a definire un contatto esteso con le superficie convesse 326 dei pattini 30.

La cavità 204 è adatta ad accogliere la spatola 104 e i pattini 30 disposti in modo tale che le superfici piane 316 dei pattini 30 siano a contatto con le superfici piane 106 della spatola 104 e che le superfici convesse 326 dei pattini 30 siano a contatto con le superfici concave 206 della cavità 204. Inoltre, nel giunto articolato 100 secondo l’invenzione, le superfici concave 206 della cavità 204 e le superfici convesse 326 dei pattini 30 hanno una curvatura doppia.

Si farà di seguito riferimento ad una tema di assi XYZ in tutto analoga a quella descritta precedentemente in relazione al giunto a pattini secondo l’arte nota. Tale terna comprende un asse X comune ai due alberi 10 e 20, un asse Y perpendicolare al piano medio della spatola 104 e un asse Z parallelo a tale piano nonché perpendicolare a X e Y. La tema ha origine O nel centro cinematico del giunto 100.

Nella descrizione del giunto a pattini secondo l’arte nota e del giunto secondo l’invenzione, per indicare parti analoghe o con funzioni analoghe sono impiegati gli stessi riferimenti.

Con l’espressione “contatto esteso” si intende che il contatto tra due superi! ci non è generalmente riconducibile ad un punto o ad un segmento ma che, a meno delle tolleranze comunemente accettate per le lavorazioni utilizzate nel settore, si estende all’intera superficie. Ad esempio, nel caso dell’appoggio tra ciascuna delle superfici piane 316 dei pattini 30 e la rispettiva superficie piana 106 della spatola 104, si considera qui che il contatto abbia estensione sostanzialmente pari a quella della superficie piana 316 del pattino 30. Ancora, nel caso dell’appoggio tra ciascuna delle superfici covesse 326 dei pattini 30 e la rispettiva superficie concava 206 della cavità 204, si considera qui che il contatto abbia estensione sostanzialmente pari a quella della superficie concava 206 della cavità 204.

Come accennato sopra, le superfici concave 206 della cavità 204 e le superfici convesse 326 dei pattini 30 hanno una curvatura doppia. In altre parole, tali superfici non sono curve solo rispetto alla direzione dell’asse Z, come già avveniva nella tecnica nota, ma anche rispetto alla direzione dell’asse X.

Tale caratteristica si può facilmente apprezzare nel confronto tra le figure Il e 12 che rappresentano i pattini 40 secondo l’arte nota e i pattini 30 secondo l’invenzione visti entrambi dal rispettivo asse X. Come si può notare, in figura 11 non appare alcuna curvatura per i pattini 40 secondo l’arte nota. Al contrario, in figura 12 appare una marcata curvatura per i pattini 30 secondo Tinvenzione.

In accordo con una forma di realizzazione, le superimi concave 206 della cavità 204 e le superimi convesse 326 dei pattini 30 sono calotte sferiche.

In accordo con una forma di realizzazione, le superimi concave 206 della cavità 204 sono conformate in modo da assumere la forma complementare a quella delle superimi convesse 326 dei pattini 30 quando la forcella 202 è sottoposta alla coppia di progetto. A tale condizione di sforzo corrisponde infatti una condizione di deformazione che varia la forma delle superimi concave 206 rispetto alla condizione di riposo in cui la forcella 202 non è sollecitata. Tale condizione di deformazione risente notevolmente del fatto che le superimi concave 206 sono ricavate su una porzione della forcella 202 che, come già descritto sopra in relazione alle fratture da fatica nei giunti a pattini di tipo noto, è sollecitata anche a flessione. Nella medesima condizione di sollecitazione, le superimi convesse 326 dei pattini 30 subiscono invece una deformazione decisamente più limitata. Tale deformazione è infatti originata da uno stato di sforzo riconducibile sostanzialmente ad una compressione semplice. Nel caso in cui la differenza tra la deformazione delle superimi concave 206 e la deformazione delle superimi convesse 326 sia ritenuta non trascurabile in sede di progetto, la forma delle superimi concave 206 può essere modificata rispetto a quella delle superimi convesse 326 in modo da diventare complementare a quest’ultima nello stato deformato di progetto. In tal modo si garantisce un appoggio ottimale tra le superimi durante le fasi operative in cui il giunto 100 trasmette la coppia di progetto.

Le figure 26 e 27 mostrano due differenti forme di realizzazione dei pattini 30 secondo Tinvenzione. In entrambe le forme di realizzazione la superficie convessa del pattino 30 è una porzione di sfera. Nella forma di realizzazione delle figure 26, la forma del pattino 30 è quella che si ottiene dall’intersezione di una sfera con un cilindro circolare retto. La superficie piana 316 che ne deriva è circolare (si veda in particolare figura 26. c). Nella forma di realizzazione delle figure 27, la forma del pattino 30 è quella che si ottiene dall’intersezione di una sfera con un prisma retto a base quadrata. La superficie piana 316 che ne deriva è sostanzialmente quadrata (si veda in particolare figura 27. c).

Come si può notare dal confronto tra le figure 11 e 12, la conformazione dei pattini 30 secondo l’invenzione riduce lievemente l’estensione dell’appoggio tra la spatola 104 e i pattini 30 rispetto a quanto avviene nel giunto secondo la tecnica nota. Tale riduzione determina un proporzionale aumento dello sforzo trasmesso per unità di superficie. Inoltre, come si può notare in figura 12, la distribuzione teorica degli sforzi non è più triangolare ma è rettangolare. La differente distribuzione degli sforzi comporta, a parità di coppia trasmessa, che nel giunto secondo l’invenzione la risultante F abbia modulo lievemente maggiore e sia lievemente più vicina all’asse X rispetto a quanto previsto dalla teoria per il giunto a pattini secondo la tecnica nota. Tali differenze sono accentuate nelle figure 11 e 12 al fine di aumentare la chiarezza del confronto. La condizione di lavoro descritta sopra sembrerebbe apparentemente svantaggiosa per il giunto secondo l’invenzione rispetto a quello secondo la tecnica nota; al contrario, la particolare struttura dell’invenzione consente all’ atto pratico di ottenere grandi vantaggi. La doppia curvatura dei pattini 30 permette infatti che essi possano ruotare non solo attorno all’asse Z come nella tecnica nota, ma anche attorno ad una direzione parallela all’asse X. Tale seconda possibilità di rotazione permette il progressivo recupero dei giochi che possono venire a formarsi nel giunto 100, ad esempio a motivo dell’usura. Come si può notare bene nella sezione di figura 21 e ancor meglio nel dettaglio di figura 22, l’asse Zi del primo albero 10 e l’asse Z2del secondo albero 20 formano tra loro un angolo nel piano perpendicolare all’asse X. Tale configurazione si verifica in seguito all’effetto di un gioco che interviene nel giunto 100 e consente una minima libertà di mutua rotazione tra i due alberi, attorno all’asse X. Tale condizione si può facilmente apprezzare in figura 21, laddove la spatola 104 è mostrata nell’azione del trasmettere una coppia in senso orario alla forcella 202. Come si può notare, la spatola 104 è bene in appoggio sui pattini superiore sinistro e inferiore destro, mentre è nettamente separata dai pattini inferiore sinistro e superiore destro. Considerando poi il dettaglio di figura 21 si può ancor più facilmente notare come la spatola 104 sia bene in appoggio sul pattino superiore sinistro, mentre è nettamente separata dal pattino inferiore sinistro.

Come già ampiamente discusso precedentemente, la comparsa di giochi nel giunto a pattini secondo la tecnica nota innesca un fenomeno degenerativo che si autoalimenta. Al contrario, la presenza di giochi nel giunto 100 secondo l’invenzione non ha alcun effetto. La possibilità conferita ai pattini 30 di ruotare attorno ad una direzione parallela all’asse X, consente infatti di ottenere una immediata redistribuzione degli sforzi, senza ottenere quindi né picchi anomali né spostamenti della risultante F e senza in definitiva incrementare ulteriormente l’usura.

In accordo con alcune forme di realizzazione dell’invenzione, il giunto 100 secondo l’invenzione comprende quattro pattini 30 disposti, come mostrato nelle figure 12 e 21, a due a due su ciascun lato della spatola 104. Come si può notare, in tali forme di realizzazione i pattini 30 sono posizionati secondo una doppia simmetria, sia rispetto al piano XZ (o piano medio della spatola 104), sia rispetto al piano XY. In accordo con altre forme di realizzazione, i pattini 30 possono essere presenti in numero diverso, ad esempio possono essere otto, simmetricamente disposti a quattro a quattro su ciascun lato della spatola 104. Un maggior numero di pattini 30 può soddisfare specifiche esigenze contingenti, anche se in generale comporta lo svantaggio di una maggior complessità del giunto 100.

Il gruppo-pattini 400 secondo la tecnica nota comprende solitamente un pilastrino 402 adatto ad unire i due singoli pattini 40 così da formare un pezzo unico. Tale pilastrino 402, oltre a definire un vincolo per la spatola 104 lungo Tasse Z, definisce anche un vincolo per i due pattini 40 lungo Tasse Y.

In accordo con Tinvenzione, il vincolo per i pattini 30 lungo Tasse Y può essere ottenuto con la configurazione illustrata nelle figure da 23 a 25. In accordo con tale forma di realizzazione del giunto 100 secondo Tinvenzione, ciascuno dei pattini 30 è vincolato nella rispettiva cavità 204. Tale vincolo può ad esempio essere ottenuto mediante un tirante 304 che mantenga il pattino 30 nella rispettiva sede, in modo cioè che la superficie convessa 326 rimanga a contatto con la rispettiva superficie concava 206. Come si può notare nella sezione della figura 24 e soprattutto nel dettaglio di figura 25, il vincolo tra il pattino 30 e la cavità 204 è tale da consentire la corretta oscillazione del pattino 30. In particolare le figure 24 e 25 mostrano una configurazione del giunto 100 in cui gli assi Xi e X2formano tra loro un angolo di 6° rispetto all’asse Z. Per poter giungere a tale configurazione, il pattino 30 deve poter percorrere, nella cavità 204, un arco di ±6° rispetto alla posizione teorica iniziale in cui gli assi Xi e X2sono perfettamente allineati. In accordo con altre forme di realizzazione, il pattino 30 può percorrere attorno all’asse Z angoli maggiori, ad esempio di ±10°, in relazione all’angolo massimo di progetto che deve essere consentito tra i due assi Xi e X2.Nella forma di realizzazione delle figure allegate, per consentire la mobilità del pattino 30 rispetto alla cavità 204, è prevista nel pattino 30 stesso una sede 306 oblunga per alloggiare la testa del tirante 304.

Il tirante 304 può vantaggiosamente comprendere mezzi elastici adatti a recuperare a loro volta i possibili giochi, in modo da garantire un adeguato sostegno per il pattino 30.

In accordo con alcune forme di realizzazione, quando il giunto 100 è correttamente montato, i pattini 30 sono allineati specularmente a due a due lungo l’asse Y. In tal caso, per ciascuna coppia di pattini 30, le rispettive superfici convesse 326 sono parte di una unica sfera. Tale caratteristica è evidenziata in figura 22.

L’eventuale vincolo tra il pattino 30 e la cavità 204 deve naturalmente consentire anche un’oscillazione del pattino 30 che sia perpendicolare alla precedente, cioè attorno ad una direzione parallela all’asse X. Tale possibilità di oscillazione può essere nettamente più limitata della prima poiché è finalizzata al solo recupero dei giochi. Tale oscillazione di recupero dei giochi può ad esempio essere compresa entro i ±1° attorno ad una direzione parallela all’asse X.

In accordo con alcune forme di realizzazione dell’invenzione, ad esempio quelle rappresentate nelle figure da 19 a 23, il giunto 100 comprende anche una sfera centrale 312. Tale sfera 312 è centrata nelTorigine O comune alle terne XYZ, X Y Z e X2Y2Z2che rappresenta anche il centro cinematico del giunto 100. La sfera 312 definisce un vincolo per la spatola 104, impedendo a quest’ultima di scivolare lungo l’asse Z e consentendo al contempo al giunto 100 nel suo complesso di recuperare i giochi attorno all’asse X. Nelle forme di realizzazione rappresentate nelle figure allegate, la sfera 312 è contemporaneamente vincolata alla spatola 104 mediante una boccola e alla forcella 202 mediante un piolo.

Come è stato detto all’inizio, il giunto a pattini secondo l’arte nota consente ai due alberi una certa libertà di movimento anche lungo la direzione dell’asse X. Nelle forme di realizzazione rappresentate nelle figure da 19 a 23, la presenza della sfera 312, oltre a stabilizzare il giunto 100, ottiene anche l’effetto di impedire agli alberi 10 e 20 ogni movimento relativo lungo la direzione dell’asse X.

Qualora i requisiti di progetto richiedano tanto la stabilizzazione del giunto 100 quanto una certa possibilità di movimento in direzione X, è possibile utilizzare una ulteriore forma di realizzazione del giunto secondo l’invenzione, rappresentata nelle figure da 28 a 30. In tale forma di realizzazione, la spatola 104 comprende inoltre una cava 114 aH’interno della quale è accolto un cassetto 112. La cava 114 è ricavata nella porzione centrale della spatola 104 ed il cassetto 112 è accolto in essa in modo tale da poter scorrere lungo Tasse X. Tra il cassetto 112 e la cava 114 è preferibilmente stabilito un accoppiamento di forma (visibile ad esempio in figura 28) tale da impedire ogni altro possibile movimento relativo. In altre parole il cassetto 112, fatti salvi i giochi comunemente previsti in questo settore tecnologico, non può compiere alcuna traslazione lungo gli assi Y o Z, né alcuna rotazione. In accordo con tale forma di realizzazione, la sfera 312 è vincolata alla spatola 104 tramite il cassetto 112 scorrevole nella cava 114.

In questo modo si ottiene un giunto 100 secondo l’invenzione in cui la presenza della sfera 312 impedisce i movimenti indesiderati della spatola 104 lungo l’asse Z e, al tempo stesso, la presenza del cassetto 112 consente un movimento relativo degli alberi 10 e 20 lungo l’asse X.

Si noti (ad esempio confrontando figura 11 con figura 12) come la sezione della forcella 202 del giunto secondo l’invenzione sia decisamente più robusta rispetto alla sezione della forcella 202 del giunto secondo l’arte nota. In particolare la sezione è decisamente più robusta nei confronti della sollecitazione di flessione introdotta rispetto all’asse X.

Si noti anche come i pattini 30 del giunto 100 secondo l’invenzione, a motivo della particolare forma delle superfici convesse 326 a doppia curvatura, non necessitano di alcuno spallamento. I pattini 30 secondo l’invenzione non possono infatti scivolare in alcuna direzione, né lungo l’asse X, né lungo l’asse Z.

Al fine di agevolare i continui strisciamenti tra i pattini 30 e la spatola 104 da un lato e tra i pattini 30 e la cavità 204 dall’altro, il giunto 100 secondo l’invenzione comprende preferibilmente un apposito circuito di lubrificazione. Tale circuito, in sé noto, comprende condotti che, correndo lungo uno dei due alberi, giungono ai pattini 30 e forniscono lubrificante in pressione ad una rete di canali che percorrono le superfici di strisciamento dei pattini 30. In tal modo è garantita una sensibile riduzione delTattrito di strisciamento e dell’usura che ne deriva.

Come la persona esperta potrà facilmente apprezzare alla luce della descrizione riportata sopra, la presente invenzione rappresenta un sensibile miglioramento rispetto al giunto a pattini di tipo noto.

In particolare, la persona esperta avrà apprezzato come il giunto secondo Tinvenzione presenti una distribuzione degli sforzi nettamente più regolare rispetto al giunto a pattini secondo l’arte nota.

Inoltre, la persona esperta avrà apprezzato come il giunto secondo l’invenzione sia più robusto rispetto alle fratture da fatica di quanto siano i giunti a pattini di tipo noto.

Infine, il giunto articolato secondo l’invenzione consente di compensare internamente la formazione di giochi, specialmente nel senso della mutua rotazione dei due alberi 10 e 20 rispetto all’asse X

Alle forme di realizzazione del giunto articolato descritte sopra la persona esperta potrà, al fine di soddisfare specifiche esigenze, apportare modifiche e/o sostituzioni di elementi descritti con elementi equivalenti, senza per questo uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Giunto articolato (100) per il collegamento di un primo albero (10) avente asse longitudinale Xi e di un secondo albero (20) avente asse longitudinale X2, adatto a consentire la trasmissione di una coppia tra i due alberi (10, 20) anche in presenza di un angolo a tra i due assi Xi e X2, il giunto articolato (100) comprendendo: - una pluralità di pattini (30) ciascuno dei quali comprende una superficie piana (316) e una superficie convessa (326); - una spatola (104) solidale al primo albero (10) e comprendente superfici piane (106) adatte a definire un contatto esteso con le superfici piane (316) dei pattini (30); - una forcella (202) solidale al secondo albero (20) conformata in modo tale da definire una cavità (204) comprendente superfici concave (206) adatte a definire un contatto esteso con le superficie convesse (326) dei pattini (30); in cui la cavità (204) è adatta ad accogliere la spatola (104) e i pattini (30) disposti in modo tale che le superfici piane (316) dei pattini (30) siano a contatto con le superfici piane (106) della spatola e che le superfici convesse (326) dei pattini (30) siano in contatto con le superfici concave (206) della cavità (204); e in cui le superfici concave (206) della cavità (204) e le superfici convesse (326) dei pattini (30) hanno una curvatura doppia.
2. 2. Giunto (100) in accordo con la rivendicazione 1, in cui, quando l’asse Xi del primo albero (10) e l’asse X2del secondo albero (20) sono coincidenti in un unico asse X, sono definiti altri due assi Y e Z in modo da definire una tema di assi XYZ ortogonali fra loro, in cui l’asse Y è perpendicolare al piano medio della spatola (104) e l’asse Z è parallelo a tale piano, e in cui l’origine O della terna coincide con il centro cinematico del giunto (100).
3. 3. Giunto (100) in accordo con la rivendicazione precedente, in cui le superfici convesse (326) dei pattini (30) sono curve rispetto alla direzione dell’asse Z e rispetto alla direzione dell’asse X.
4. 4. Giunto (100) in accordo con una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui le superfici convesse (326) dei pattini (30) sono almeno parzialmente calotte sferiche.
5. 5. Giunto (100) in accordo con una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui le superfici concave (206) della cavità (204) sono almeno parzialmente calotte sferiche.
6. 6. Giunto (100) in accordo con una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui le superfici concave (206) della cavità (204) sono conformate in modo da assumere la forma complementare a quella delle superfici convesse (326) dei pattini (30) quando la forcella (202) è sottoposta alla coppia di progetto.
7. 7. Giunto (100) in accordo con una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui ciascuno dei pattini (30) è vincolato nella rispettiva cavità (204).
8. 8. Giunto (100) in accordo con la rivendicazione precedente, in cui ciascuno dei pattini (30) è vincolato nella rispettiva cavità (204) mediante un tirante (304) che mantiene il pattino (30) nella rispettiva sede, in modo che la superficie convessa (326) rimanga a contatto con la rispettiva superficie concava (206).
9. 9. Giunto (100) in accordo con la rivendicazione 7 o 8, in cui il vincolo tra il pattino (30) e la cavità (204) è tale da consentire la corretta oscillazione del pattino (30).
10. 10. Giunto (100) in accordo con una qualsiasi rivendicazione da 2 a 9, in cui, quando il giunto (100) è correttamente montato, i pattini (30) sono allineati specularmente a due a due lungo l’asse Y, e in cui, per ciascuna coppia di pattini (30), le rispettive superfìci convesse (326) sono parte di una unica sfera.
11. 11. Giunto (100) in accordo con una qualsiasi rivendicazione da 2 a 10, comprendente inoltre una sfera centrale (312) centrata nel centro cinematico del giunto (100), in cui la sfera (312) definisce un vincolo per la spatola (104) impedendo a quest’ultima di scivolare lungo l’asse Z.
12. 12 Giunto (100) in accordo con la rivendicazione precedente, in cui la spatola (104) comprende una cava (114) all’intemo della quale è accolto un cassetto (112), tra il cassetto (112) e la cava (114) essendo stabilito un accoppiamento tale da consentire lo scorrimento relativo lungo l’asse X e tale da impedire ogni altro movimento relativo, e in cui la sfera (312) è vincolata alla spatola (104) tramite il cassetto (112).
13. 13. Giunto (100) in accordo con una qualsiasi rivendicazione precedente, comprendente inoltre un circuito di lubrificazione comprendente condotti che, correndo lungo uno dei due alberi (10, 20), giungono ai pattini (30) e forniscono lubrificante in pressione ad una rete di canali che percorrono le superfìci di strisciamento (316, 326) dei pattini (30).