ITMI942454A1 - Superficie di scorrimento specialmente in una disposizione di guarnizione - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Superficie di scorrimento, specialmente in una disposizione di guarnizione”

Riassunto del trovato

L'invenzione si riferisce ad un elemento costruttivo (1) con una superficie di scorrimento (7, 25) per una disposizione di guarnizione (20), oppure per una boccola di supporto (27). Per rendere la superficie (7, 25) particolarmente resistente (resistente all'usura e alla rigatura) nonché inossidabile, la superficie è fatta di uno strato di ossiceramica (7), rispettivamente è stata prodotta mediante una estesa nitrocarburazione .

L'elemento costruttivo è adatto specialmente per l'impiego in veicoli agricoli e da cantiere. (Fig. 1)

Descrizione del trovato

L'invenzione si riferisce ad un elemento costruttivo con una superficie cilindrica sulla quale poggia una disposizione di guarnizione e/oppure un cuscinetto a scorrimento.

In generale l'invenzione si occupa di elementi costruttivi con una superficie di scorrimento per una disposizione di guarnizione e/oppure per un cuscinetto.

In veicoli di impiego agricolo e/oppure da cantiere essi vengono impiegati ad esempio in assali sterzanti e rigidi o meccanismi di trasmissione. I veicoli di impiego agricolo vengono impiegati soprattutto in terreni agricoli sabbiosi ed argillosi, su strade di campagna polverose nonché in aree fangose per la coltivazione del riso. Le macchine da cantiere vengono impiegate parimenti in aree sabbiose, saline, umide o polverose e nelle più diverse tipologie di terreno. Poiché questi veicoli pertanto sono soggetti alle condizioni più accidentate vengono richieste disposizioni di guarnizione garantenti una perfetta chiusura a tenuta sotto condizioni esterne difficili.

Spesso si verificano problemi in seguito ad un danneggiamento della superficie di scorrimento, accompagnati da fughe di olio per difetto di tenuta e grippaggio dei cuscinetti. A causa di particelle di sudiciume trascinate si producono rigature di rotazione, ov ero di assestamento, sulla superficie di scorrimento. La formazione di rigature e di usura viene incrementata dall'umidità: sudiciume, sabbia ed altri materiali vengono legati così da formare una pasta abrasiva. Le rigature di assestamento possono essere accentuate aggiuntivamente in seguito a nuclei di ruggine. Si hanno condizioni particolarmente sfavorevoli quando l'elemento costruttivo oltre ad un movimento rotatorio esegue anche un movimento lineare.

Per contrastare questi inconvenienti le superfici di scorrimento di questi elementi costruttivi per mezzo di una tempra ad induzione o cementazione vengono portati ad una durezza prescritta e successivamente ad una prescritta rugosità superficiale. In tal modo è possibile in verità una fabbricazione economicamente conveniente, tuttavia non è garantita una elevata durata utile con le illustrate condizioni di impiego.

Dalla domanda di brevetto internazionale WO 91/13277 è divenuta nota una disposizione di guarnizione, in cui si utilizza una boccola di scorrimento, la cui superficie è stata resa particolarmente resistente mediante procedimento di bonderizzazione o di nitrurazione/oppure mediante rivestimento superficiale galvanico.

La presente invenzione si pone il compito di realizzare la superficie di scorrimento per una disposizione di guarnizione e/oppure di supporto, in modo che questa risulta particolarmente resistente all'usura e alla corrosione.

Secondo l'invenzione il problema posto viene risolto per il fatto che la superficie presenta una struttura superficiale esente da orientamento, con una rugosità superficiale < - 2 ym, e mediante nitrocarburazione in un bagno salino con raffreddamento intermedio di ossidazione, è sottoposta ad una seguente lavorazione intermedia, specialmente lucidatura, e a un posttrattamento in una massa fusa salina oppure, alternativamente a ciò, per il fatto che la superficie è formata da uno strato di ossiceramica con una struttura superficiale priva di orientamento con una rugosità superficiale < = 2 ym. Con una superficie ricavata mediante un'estesa nitrocarburazione, rispettivamente mediante rivestimento con uno strato di ossiceramica, si ottiene una superficie di scorrimento, particolarmente resistente all'usura e alla corrosione, per disposizioni di guarnizione e/oppure di supporto. Le combinazioni: elementi costruttivi e/oppure disposizione di guarnizione e cuscinetto a scorrimento si adattano eccellentemente per l'impiego in dispositivi di azionamento, specialmente in veicoli di impiego agricolo o da cantiere.

Per semplificare la fabbricazione e garantire la durevolezza è vantaggioso applicare lo strato di ossiceramica in una rientranza tornita cilindrica dell'elemento costruttivo.

Le superfici secondo l'invenzione sono adatte particolarmente per elementi costruttivi, come una forcella snodata oppure un albero scorrevole oppure una boccola di scorrimento di un assale di un veicolo agricolo e/oppure da cantiere.

In tal caso la superficie forma la superficie di scorrimento per una disposizione di guarnizione e/oppure per un cuscinetto a scorrimento.

Si è dimostrato opportuno stabilire lo spessore dello strato di ossiceramica a circa 0,3 mm.

La nitrocarburazione estesa è adatta specialmente per elementi costruttivi fatti di un acciaio inossidabile con una percentuale di massa di cromo superiore all'11%. Per il rivestimento al plasma con uno strato di ossiceramica si sono dimostrati particolarmente adatti acciai bonificati alligati.

Per aumentare la durevolezza della superficie ricavata mediante il rivestimento con ossiceramica è opportuno prevedere una zona marginale temprata, sulla quale viene applicato il rivestimento.

Per assali di veicoli agricoli è opportuno scegliere la disposizione di guarnizione in modo che essa presenta un labbro di tenuta di materiale poliuretanico, rivolto verso il lato dello sporco e almeno un labbro di tenuta di materiale elastomero rivolto verso il lato dell'olio.

Nel caso di un albero scorrevole oppure di una forcella snodata di un assale sterzante di trattore è vantaggioso guidare l'albero scorrevole, rispettivamente la forcella snodata, in una boccola di supporto fatta di una lega di rame e zinco. Questa lega ha preferibilmente una durezza di 135 fino a 180 HB. Fra la superficie e la boccola di supporto esiste un gioco di supporto di 0,065 fino a 0,150 min.

In disposizioni di guarnizione con labbri di guarnizione e/oppure antipolvere, poggianti esternamente si è dimostrato assai opportuno impiegare come controsuperficie di scorrimento una boccola di scorrimento. La superficie prodotta mediante nitrocarburazione o rivestimento ceramico rappresenta quindi un componente di questa boccola di scorrimento.

Ulteriori sostanziali caratteristiche dell'invenzione e i vantaggi da ciò risultanti sono desumibili dalla seguente descrizione di più esempi di realizzazione in base ai disegni.

In particolare:

la Fig. 1 mostra un elemento costruttivo per una disposizione di guarnizione e/oppure di supporto, parzialmente in sezione longitudinale,

la Fig. 2 mostra un ulteriore elemento costruttivo formato da una boccola di scorrimento,

la Fig. 3 mostra una disposizione di guarnizione rotante, i cui labbri di tenuta poggiano su un elemento costruttivo localmente fisso,

la Fig. 4 mostra un'ulteriore esecuzione della disposizione secondo la Fig. 3, e

la Fig. 5 mostra un elemento costruttivo all'interno di un tratto di trasmissione motrice di una trasmissione assiale. Nella Fig. 1 un elemento costruttivo 1, un albero cavo 2 della forcella snodata è rappresentato in vista longitudinale parzialmente sezionata. La forcella snodata 2 fa parte di un tratto di trasmissione motrice di un assale sterzante motore di un veicolo agricolo, specialmente di un trattore. L'assale sterzante motore stesso non è rappresentato .

La Fig. 1 mostra due forme di realizzazione fra di loro differenti. Al di sopra di un asse di mezzeria longitudinale 3 è disegnata una forcella snodata 2, che presenta una zona marginale temprata 4 nell'ambito di una disposizione di guarnizione. La zona marginale temprata 4, ad esempio può essere prodotta mediante tempra ad induzione.

La zona marginale 4 è dotata di una rientranza tornita cilindrica 5 della profondità di circa 0,25 mm. Questa nella zona della forcella termina con un raggio 6. La rientranza tornita cilindrica 5 è rivestita con uno strato di ossiceramica dello spessore di circa 0,25 mm contrassegnato con 7. Questo strato di ossiceramica 7 applicato ad iniezione possiede una struttura superficiale, senza orientamento, con una rugosità superficiale di < = 2 ym. Fra la zona marginale temprata 4 e lo strato di ossiceramica 7 all'occorrenza può essere applicato un fondo adesivo 8 fatto di un materiale con proprietà antiruggine. Per l'applicazione dello strato di ossiceramica 7 è adatto preferibilmente un procedimento di spruzzatura al plasma, in cui questo strato di ossiceramica, con uno spessore di circa 0,2 fino a 0,5 mm viene spruzzato sull'elemento costruttivo 1. L'elemento costruttivo 1 in particolare può essere fatto preferibilmente di acciaio bonificato di bassa alligatura. Si prendono in considerazione anche acciai a cementazione, quando relativamente all'elemento costruttivo 1 si tratta di un elemento meccanico che non debba trasmettere coppia oppure soltanto una coppia modesta.

E' risultato che si ottengono ottimi risultati di scorrimento con strati applicati a spruzzo e fatti di ossido di alluminio-titanio oppure ossido di cromo. Lo strato di ossiceramica 7 può cooperare con materiali di guarnizione e/oppure boccole di supporto fatte di un bronzo a base di rame e zinco.

La superficie dello strato di ossiceramica 7 è ottimamente adatta per labbri di tenuta resistenti all'usura, quando questa superficie viene lavorata finemente e senza orientamento. La lavorazione della superficie dura può avvenire ad esempio mediante rettifica con speciali mole a disco diamantate. Può far seguito una lappatura o lucidatura .

Infine la superficie finita può essere migliorata con un sigillante a base di silicone. Un sigillante di tale tipo liscia la superficie chiudendo pori eventualmente presenti. In elementi costruttivi che non sono soggetti ad elevata sollecitazione, come ad esempio piccole parti protettive tubolari, è vantaggioso un acciaio non legato (forma tubolare oppure forma a lamiera come pezzo imbutito) e ciò per motivi economici. L'applicazione dello strato di ossiceramica 7 - eventualmente su uno strato adesivo -nonché la lavorazione della superficie, vantaggiosamente possono essere automatizzate, per cui si riducono i costi di fabbricazione.

Concentricamente alla linea di mezzeria longitudinale 3 della forcella snodata 2 è situato un foro lavorato 9, e inoltre un profilo a mozzo dentato 10 con un diametro di centraggio 11 ed una cava 12 per alloggiare un coperchio di chiusura qui non rappresentato. Perpendicolarmente all'asse di mezzeria longitudinale 3 è situato un foro trasversale 13 con un intaglio 14. Il foro serve ad alloggiare una boccola ad aghi, non rappresentata, con una crociera.

Nell'esempio di realizzazione disegnato al di sotto della linea di mezzeria longitudinale 3 l'elemento costruttivo 1 è stato prodotto con un acciaio privo di ruggine e di acidi, laddove esso è stato sottoposto ad una estesa nitrocarburazione. Secondo l'invenzione l'elemento costruttivo è fatto di un acciaio bonificato di alta alligatura con un tenore di cromo superiore all'11%.

La estesa nitrocarburazione avviene in un bagno salino, in cui oltre ad azoto anche carbonio penetra per diffusione nella superficie dell'elemento costruttivo 1, con un raffreddamento intermedio di ossidazione, una lavorazione intermedia della superficie del pezzo leggermente irruvidita, mediante un adatto procedimento, ad esempio mediante lucidatura, finitura a getto con un agente di lavorazione a getto relativamente fine nonché con un successivo post-trattamento di ossidazione in un bagno di raffreddamento in una massa fusa salina. Lo spessore dello strato di collegamento in tal caso ottenuto, in dipendenza della durata del trattamento è di circa 0,008 fino a 0,015 mm. La superficie 25 di questo strato di collegamento possiede una elevatissima resistenza all'usura, alla rigatura e alla corrosione. Questa superficie 25 è adatta eccellentemente per la cooperazione con materiale di corrosione resistente all'abrasione. Questi possono presentare una durezza di circa 70 fino a 100 Shore A.

Nella Fig. 2, in sezione parziale longitudinale è rappresentata una parte di un assale sterzante motore di un trattore. Una non rappresentata presa di moto terminale (testa di ruota) rispetto ad un ponte 15 dell'assale tramite un supporto di fuso a snodo 16 superiore (e inferiore) è supportata orientabile con un perno 17 del fuso a snodo.

Il tratto di albero motore è formato da un albero scorrevole 18, da un giunto cardanico doppio 19 e da un albero condotto, che non è rappresentato completamente e può essere una forcella snodata 2 oppure un albero scorrevole 18. Viene stabilito un accoppiamento motore da una ruota conica assiale parimenti non rappresentata, di un differenziale di una trasmissione assiale portante ad una trasmissione a satelliti, nella presa di moto finale supportata orientabile. L'albero scorrevole 18 in corrispondenza della propria estremità a sinistra nel disegno è eseguito a forcella. Esso è fatto di acciaio bonificato. Nell'ambito di una disposizione di guarnizione 20 l'albero scorrevole 18 presenta una struttura superficiale priva di orientamento. La rugosità superficiale è inferiore a 2 ym.

La rappresentazione corrispondente alla Fig. 2 illustra di nuovo due esempi di realizzazione. Al di sopra di una linea di mezzeria longitudinale 21 l'albero scorrevole 18 è eseguito come albero massiccio in un unico pezzo della forcella snodata. Una zona marginale 22 è temprata mediante tempra ad induzione, rispettivamente cementazione. Sul diametro di alloggiamento 23 è applicata a pressione una boccola di.scorrimento 24. La boccola di scorrimento 24 o è rivestita con uno strato di ossiceramica 7 conformemente al procedimento di fabbricazione illustrato all'inizio oppure è sottoposta ad una estesa nitrocarburazione utilizzando un acciaio di alta alligatura con un tenore di cromo > = 11%. I labbri di tenuta della disposizione di guarnizione 20 poggiano ermeticamente sullo strato di ossiceramica 7 oppure sulla superficie 25. In un foro 50 della scatola del ponte 15 dell'assale è introdotta a pressione una boccola di supporto 27. Questa boccola di supporto 27 presenta cave di lubrificazione interna 28, rispettivamente sacche di lubrificazione 29, a forma di calotta. La boccola di supporto 27 con un gioco di supporto 30 racchiude a involucro la zona marginale temprata dell'albero scorrevole 18.

La forma di realizzazione mostrata al di sotto della linea di mezzeria longitudinale 21 utilizza una boccola di scorrimento passante 31.

Questa boccola di scorrimento è applicata a pressione sull'albero scorrevole 18. In tal caso è possibile fare a meno di una zona marginale temprata.

La superficie 25 della boccola di scorrimento 31 è soggetta ad un esteso procedimento di nitrocarburazione, rispettivamente è rivestita con uno strato di ossiceramica 7. Essa presenta una struttura superficiale senza orientamento, con modesta rugosità.

La disposizione rappresentata parzialmente in sezione longitudinale nella Fig. 3 si serve di una disposizione di guarnizione 20 con labbri di tenuta esterni. Questi poggiano sul cilindro interno 32 di una boccola di scorrimento 33 introdotta a pressione nel foro 26 della scatola del ponte 15 dell'assale. Al di sopra di una linea di mezzeria longitudinale 34, si utilizza una boccola di scorrimento 33, che è stata sottoposto ad un esteso procedimento di nitrocarburazione.

Al di sotto della linea di mezzeria longitudinale 34 è rappresentata una boccola di scorrimento 33 con colletto 35 presentante uno strato di ossiceramica 7 nella zona marginale interna 36. Anche qui si può impiegare uno strato adesivo. Il diametro interno è lavorato senza orientamento e presenta una rugosità superficiale < = 2 ym.

L'albero scorrevole 18 è supportato movibile radialmente e linearmente in un cuscinetto ad aghi 37. La disposizione di guarnizione 20 insieme all'albero scorrevole 18 e all'anello interno del cuscinetto ad aghi esegue un movimento rotatorio e/oppure lineare.

La disposizione rappresentata in Fig. 4 in via di principio coincide con quella secondo la Fig. 3. E' prevista una boccola di scorrimento 38 a forma di U. Questa è realizzata in lamiera,di acciaio inossidabile con un tenore di cromo > = 11% e presenta parimenti una struttura superficiale, priva di orientamento, con modesta rugosità. La boccola di scorrimento 38, riprodotta al di sotto dell'asse di mezzeria longitudinale, è realizzata con una lamiera di acciaio non alligata. La parete interna cilindrica 40 è rivestita con uno strato di ossiceramica 7 ed eventualmente con uno strato adesivo. Lo strato di ossiceramica 7 è lavorato parimenti senza orientamento con una rugosità superficiale < = 2 ym.

Tre labbri di tenuta della disposizione di guarnizione 20 chiudono a tenuta radialmente verso l'esterno contro la parete interna cilindrai 40 della boccola di scorrimento fissa 38. La disposizione di guarnizione 20 con l'albero scorrevole 18 esegue un movimento rotatorio e/oppure lineare. Un canale 41 garantisce una compensazione della pressione in caso di spostamento lineare della disposizione di guarnizione.

La Fig. 5 mostra una trasmissione assiale 42 in sezione. La trasmissione assiale 42 presenta un differenziale 43 e una coppia conica 44, laddove al di sopra di un asse 45 del pignone è rappresentato il montaggio di un freno a disco 46 e al di sotto dell'asse 45 del pignone è rappresentato il montaggio di una trasmissione a flangia 47.

Sulla rientranza tornita cilindrica 49 uno strato di ossiceramica 7 è spruzzato su uno strato adesivo portato su una struttura superficiale, senza orientamento, con una rugosità < = 2 p , Una disposizione di guarnizione 20 con un labbro di tenuta per l'olio e due labbri di protezione oppure con due labbri di tenuta rivolti l'uno verso l'altro stabilisce la chiusura a tenuta contro la superficie dello strato di ossiceramica 7.

Una ruota dentata 48 della trasmissione a flangia 47 contiene, radialmente all'esterno del fissaggio a flangia, un'ulteriore rientranza tornita cilindrica 49 con uno strato adesivo e uno strato di ossiceramica 7. Questo presenta una fine struttura superficiale priva di orientamento, che costituisce la controsuperficie di scorrimento per un labbro di tenuta dell'olio e due labbri di protezione della guarnizione della disposizione 20.

Per proteggere la superficie 7, rispettivamente 25, contro danneggiamenti meccanici è vantaggioso schermare la boccola di scorrimento 24, rispettivamente 31, mediante una lamiera di protezione 51 verso il lato dello sporco.

Legenda

1 Elemento costruttivo

2 Forcella snodata

3 Asse di mezzeria longitudinale

4 Zona marginale

5 Rientranza tornita

6 Raggio

7 Strato di ossiceramica

8 Fondo adesivo

9 Foro

10 Profilo a mozzo dentato

11 Diametro di centraggio

12 Cava

13 Foro trasversale

14 Intaglio

15 Ponte dell'assale

16 Supporto del fuso a snodo

17 Perno del fuso a snodo

18 Albero scorrevole

19 Giunto cardanico doppio

20 Disposizione di guarnizione

21 Linea di mezzeria longitudinale 22 Zona marginale

23 Diametro esterno

24 Boccola di scorrimento

25 Superficie

26 Foro della scatola

27 Boccola di supporto

28 Cava di lubrificazione

29 Sacca di lubrificazione

30 Gioco di supporto

31 Boccola di scorrimento

32 Cilindro interno

33 Boccola di scorrimento

34 Linea di mezzeria longitudinale 35 Colletto

36 Zona marginale

37 Cuscinetto ad aghi

38 Boccola di supporto

39 Linea di mezzeria longitudinale 40 Parete interna

41 Canale

42 Trasmissione assiale

43 Differenziale

44 Coppia conica

45 Asse del pignone

46 Freno a disco

47 Trasmissione a flangia

48 Ruota dentata

49 Rientranza tornita

50 Foro della scatola

51 Lamiera

Claims (14)

1. Rivendicazioni 1. Elemento costruttivo (1) con una superficie cilindrica (25), sulla quale poggia una disposizione di guarnizione (20) e/oppure un cuscinetto a scorrimento (27), caratterizzato dal fatto che la superficie (25) presenta una struttura superficiale, priva di orientamento, con una rugosità superficiale < = 2 ym, e mediante nitrocarburazione in un bagno di sale con raffreddamento intermedio di ossidazione è sottoposta ad una successiva lavorazione intermedia, specialmente lucidatura, e ad un posttrattamento in una massa fusa salina.
2. 2. Elemento costruttivo (1) secondo la definizione introduttiva della rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la superficie è formata mediante uno strato di ossiceramica (7) con una struttura superficiale, senza orientamento, con una rugosità superficiale < 2 ym.
3. 3. Elemento costruttivo (1) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che lo strato di ossiceramica (7) è applicato in una rientranza tornita cilindrica (5) dell'elemento costruttivo (1).
4. 4. Elemento costruttivo (1) secondo la rivendicazione 1 oppure 2 e 3, caratterizzato dal fatto che l'elemento costruttivo (1) è una forcella snodata (2) oppure un albero scorrevole (18) oppure una boccola di scorrimento (24, 31, 33, 38) di un assale di un veicolo agricolo oppure da cantiere.
5. 5. Elemento costruttivo (1) secondo le rivendicazioni da 1 fino a 4, caratterizzato dal fatto che la superficie (7, 25) forma la superficie di scorrimento per una disposizione di guarnizione (20) e/oppure per un cuscinetto a scorrimento (boccola di supporto 27).
6. 6. Elemento costruttivo (1) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che lo strato di ossiceramica (7) ha uno spessore di circa 0,3 mm.
7. 7. Elemento costruttivo (1) secondo le rivendicazioni 1, 4 e 5, caratterizzato dal fatto che esso è fatto di un acciaio inossidabile con una percentuale di massa di cromo > = 11%.
8. 8. Elemento costruttivo (1) secondo le rivendicazioni 2, 4 e 5, caratterizzato dal fatto che esso è fatto con un acciaio bonificato alligato.
9. 9. Elemento costruttivo (1) secondo la rivendicazione 1 e 3, caratterizzato dal fatto che esso presenta una zona marginale temprata (4).
10. 10. Elemento costruttivo (1) secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la disposizione di guarnizione (20) presenta un labbro di tenuta, rivolto verso il lato dello sporco, di materiale poliuretanico e almeno un labbro di tenuta, rivolto verso il lato dell'olio, di materiale elastomero.
11. 11. Elemento costruttivo (1) secondo la rivendicazione 1 oppure 2 e 5, caratterizzato dal fatto che la boccola di supporto (27) è fatta con una lega di rame e zinco con una durezza di 135 fino a 180 HB.
12. 12. Elemento costruttivo (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che fra la superficie (7, 25) e la boccola di supporto (27) esiste un gioco di supporto (30) di 0,065 fino a 0,150 mm.
13. 13. Elemento costruttivo (1) secondo le rivendicazioni 1, 2, 3 e 5 fino a 12, caratterizzato dal fatto che la superficie (7, 25) fa parte di una boccola di scorrimento (24, 31, 33 e 38).
14. 14. Elemento costruttivo (1) secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che la superficie (7, 25) della boccola di scorrimento (24, 31, 33 e 38) è schermata contro il lato dello sporco per mezzo di una lamiera di protezione (51).