ITMI980905A1 - Dispositivo di tenuta per ottenere la lubrificazione a vita degli elementi mobili delle varie articolazioni di un cingolo per veicoli da - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di tenuta per ottenere la lubrificazione a vita degli elementi mobili delle varie articolazioni di un cingolo per veicoli da movimento terra e simili, ed equilibrare la durata di detto dispositivo a quella degli altri particolari del cingolo stesso.

Come è noto la durata dei cingoli di una macchina movimento terra, sia essa ad uso civile che militare è praticamente determinata dal grado di usura dei perni e/o delle boccole che compongono detto cingolo. Quando tale usura ha raggiunto valori non più tollerabili è necessario effettuare un intervento di ricondizionamento che richiede la sostituzione dei pezzi usurati che purtroppo comporta il totale smontaggio del cingolo, ovvero di ogni articolazione ovvero di ogni dispositivo di tenuta in quanto tutte le articolazioni (nessuna esclusa) devono essere riportate ai valori dimensionali originari. In considerazione del peso, delle dimensioni dei due cingoli di ogni macchina e delle attrezzature specifiche necessarie allo smontaggio (ad esempio almeno una pressa di tipo adeguato) l'operazione può essere svolta praticamente solo in officine specializzate ove è necessario trasportare la macchina od almeno i due cingoli. Per quantizzare l'onerosità di detta operazione si sappia che dopo il costo del carburante l'ammortamento della cingolatura, sommando il costo di manutenzione e sostituzione periodica della stessa, è la spesa di gestione che incide maggiormente rispetto a tutte le altre.

Va da sé che i dispositivi di tenuta in quanto organi preposti ad impedire la penetrazione dei corpi estranei abrasivi nelle articolazioni ed eventualmente a mantenere lubrificante all'interno delle stesse assumono una importanza fondamentale per la durata del cingolo. In pratica la penetrazione di corpi estranei nell'articolazione comporta l'usura delle superfici in moto relativo comprese quelle del dispositivo di tenuta. La conseguenza è che il dispositivo di tenuta è sempre meno in grado di impedire la fuoriuscita dalla articolazione del lubrificante e la penetrazione tra le superfici in moto relativo dì ulteriori corpi estranei abrasivi. In tal modo si spiega il motivo per cui nella maggioranza dei casi i fenomeni di usura, una volta iniziati, si evolvono poi in modo relativamente rapido e progressivamente sempre più celere. Nel tentativo di dare una soluzione al summenzionato problema tecnico la tecnica nota comprende svariati dispositivi di tenuta e tra questi anche quello descritto nel brevetto italiano per invenzione N° 1 230 329 depositato Γ 11 luglio 1989, rispetto al quale il dispositivo di tenuta secondo l'invenzione può essere considerato una evoluzione. Per facilitare la comprensione dell'invenzione nella descrizione che segue sono dunque stati utilizzati dei riferimenti numerici coerenti con il summenzionato brevetto italiano.

Lo scopo della presente invenzione è dunque quello di provvedere un dispositivo di tenuta migliorato in modo da aumentare il più possibile la sua resistenza all'usura e di conseguenza la vita utile del relativo cingolo indipendentemente dalla struttura dell'articolazione a cui esso è associato ovvero indipendentemente dal fatto che il cingolo sia del tipo a boccole fisse o rotanti.

Tali scopi sono raggiunti da un dispositivo di tenuta operante tra le parti mobili di un veicolo movimento terra di cui alla rivendicazione 1 a cui si rimanda per brevità.

L'esperienza sino ad ora fatte hanno dimostrato che l'obiettivo è stato raggiunto, tuttavia in considerazione del fatto che l'usura delle articolazioni del cingolo (nella accezione più ampia del termine) è dovuta alla manifestazione casuale e più o meno contemporanea di più cause, è difficile spiegare in modo scientificamente dettagliato perché si ritiene che detto obiettivo sia stato raggiunto, nonostante come ben noto e certo, l'usura non sarà mai totalmente eliminabile. Si sappia solo che l'usura può dipendere o dipende ad esempio: dal materiale con cui il dispositivo viene in contatto (tipo di terra argillosa o meno, secca o umida, impregnata o meno con inquinanti, corrosivi chimici ecc.) temperatura ambiente, tipo di funzionamento (continuo od intermittente), urti ed interazioni accidentali, tolleranze (sia di montaggio che di costruzione) tempi di inattività e così via.

L’invenzione è illustrata a solo titolo esemplificativo, ma non limitativo, nelle figure delle allegate tavole di disegno.

La figura 1 è una vista parziale ed in sezione di un primo elemento anulare.

La figura 2 è una vista parziale ed in sezione di un secondo elemento anulare.

La figura 3 è una vista parziale ed in sezione del primo e del secondo elemento anulare assemblati ovvero della guarnizione anulare.

La figura 4 illustra la guarnizione anulare in fase di montaggio nella sua sede.

Con riferimento alle summenzionate figure il dispositivo di tenuta secondo l'invenzione è montato in una articolazione a giunto, ad esempio per veicoli cingolati, genericamente indicata con 10. Il dispositivo di tenuta opera dunque tra le parti meccaniche mobili 11, 12, 14 di un cingolo per veicoli movimento terra in cui, due di dette parti meccaniche 11, 14 ed un perno 13, che le collega con possibilità di rotazione secondo il suo asse 36, definiscono una camera anulare 15 per la distribuzione nella zona di tenuta del lubrificante prevalentemente contenuto in una cavità assiale appositamente ricavata mediante foratura di diametro opportuno nel perno 13, e distribuito nelle varie aree di contatto della boccola 14 con il perno 13 mediante apposite forature radiali opportunamente dimensionate e disposte anch'esse nel perno 13, così da porre in collegamento la cavità assiale e la superficie cilindrica esterna di detto perno. La camera anulare 15 è delimitata da una superficie di tenuta assiale 24 ed una superficie di tenuta radiale 25. Nella camera 15 sono alloggiati coassialmente una guarnizione anulare 16 ed un elemento distanziatore 17 delle parti meccaniche 11, 14. La guarnizione anulare 16 circonda l'elemento distanziatore 17, che a sua volta circonda il perno 13. La guarnizione anulare 16 è composta da un elemento anulare di tenuta 18 e da un elemento anulare elastico 19. L'elemento anulare di tenuta 18 (vedi figura 1) ha una porzione sostanzialmente cilindrica 20 alla quale si raccorda una porzione sostanzialmente radiale 21, in modo da formare una sezione trasversale sostanzialmente a J od L delimitata da un lato da una superficie inclinata sostanzialmente conica 32. L'elemento anulare elastico 19 comprende una superficie radiale esterna 23 che riscontra la superficie di tenuta radiale 25 della camera 15 e abbraccia esternamente l'elemento anulare di tenuta 18. L'elemento anulare elastico 19 è atto a premere l'elemento anulare di tenuta 18, in posizione di tenuta contro una superficie radiale di tenuta 31 di una delle due parti meccaniche 11, 14 accoppiate. L'elemento anulare di tenuta 18 presenta la porzione sostanzialmente cilindrica 20 delimitata da una superficie cilindrica interna 33. Esso inoltre presenta la porzione sostanzialmente radiale 21, che è destinata a fare tenuta, realizzata in materiale di elevata durezza e delimitata da una superficie cilindrica estesa ad angolo retto 34. L'elemento anulare di tenuta 18 presenta inoltre almeno una superficie di tenuta 30 che comprende una porzione o banda di tenuta che è la parte di superficie frontale dell'elemento anulare di tenuta rigido 18 su cui effettivamente grava la pressione necessaria alla tenuta impedendo al contempo e la fuoriuscita del lubrificante e la penetrazione dei contaminanti esterni strisciando sulla superficie frontale della boccola 14. La banda di tenuta è una corona circolare che per un diametro nominale di circa 60 mm ha uno spessore compreso tra 1,5 e 2,00 mm. Lo spessore della banda di tenuta è dimensionato principalmente in base da considerazioni di carattere tribologico. La rugosità superficiale della banda di tenuta per materiali di tipo metallico ad esempio è indicativamente di 0,00510,003. Il materiale utilizzato per realizzare l'elemento anulare di tenuta 18 può. essere metallico o ceramico oppure sintetico composito o di altra natura ancora. In ogni caso è importante che detto materiale sia inossidabile per resistere alle aggressioni chimiche e di adeguata rigidezza meccanica. Nel caso in cui esso sia metallico buoni risultati sono stati ottenuti utilizzando una ghisa alto legata a base di cromo, molibdeno, vanadio, indicativamente avente la seguente composizione chimica indicativa: 3,5% Carbonio, 1% Silicio, 1,00% Manganese, 15% Cromo, 2% Molibdeno, 1% Vanadio. Tale ghisa possiede buone caratteristiche di inossidabilità e raggiunge dopo trattamento termico durezze superiori a 65 HRC.

L'elemento anulare di tenuta 18 ha la porzione sostanzialmente cilindrica 20 che si raccorda alla porzione sostanzialmente radiale 21 secondo un piano di raccordo incidente 35 all'asse 36 ovvero al perno 13.

L'elemento anulare elastico 19 comprende una prima porzione anulare avente in sezione forma rigonfia 37 ed una seconda porzione anulare avente in sezione forma di protuberanza 38. La prima porzione anulare 37 è delimitata da una superficie anulare di contatto 41 che a guarnizione anulare 16 assemblata forma con il piano di raccordo incidente 35 un angolo "a” compreso tra 0° e 30°. Il piano di raccordo incidente 35 forma un angolo un angolo "β" compreso tra 22° e 38° con l'asse di imperniamento 36.

La seconda porzione anulare 38 comprende una prima coppia di piani incidenti esternamente 39 formanti una prima cuspide 40 avente diametro superiore a quello interno della camera anulare 15 ovvero della sua superficie di tenuta assiale 24. In tale modo durante il montaggio dell'articolazione a giunto 10 e dunque del dispositivo secondo l'invenzione (che avviene posizionando verticalmente i pezzi 11, 12 da collegare), l'elemento anulare elastico 19 può rimanere all'interno della camera anulare 15 vincendo la forza di gravità. La prima porzione anulare 37 comprende una seconda superficie anulare 42 avente in sezione forma piana incidente alla prima superficie anulare 41 in modo da formare una seconda cuspide 43 destinata ad essere rivolta verso l'esterno della camera anulare 15.

La prima porzione anulare 37 comprende una terza superficie anulare 44 avente in sezione forma circolare incidente ad una quarta superficie anulare 45 piana appartenente alla seconda porzione anulare 38 in modo da delimitare una rientranza 46 destinata ad essere rivolta verso l'interno della camera anulare 15. Il materiale con cui è fatto l'elemento anulare elastico 19 è un elastomero chimicamente resistente ai lubrificanti ed all'acqua e di elevata resistenza all'abrasione e lacerazione, e con bassi valori di "permanent set".

Buoni risultati sono stati ottenuti con mescole elastomeriche di tipo nitrilico con durezza compresa tra 55 e 75 SH."A". E' possibile anche utilizzare mescole siliconiche oppure un elastomero comunemente noto come "Viton" od altro ancora a seconda delle diverse condizioni di impiego. Come si può notare il dispositivo qui descritto differisce dal dispositivo noto in quanto gli elementi contrassegnati con i riferimenti 22, 26, 27, 28 e 29 nel precedente brevetto italiano non compaiono più o se assimilabili hanno forma diversa.

Il montaggio del dispositivo di tenuta (inteso come il complesso della guarnizione anulare 16 inserita nella sua sede 15 e dell'elemento distanziatore 17) avviene contemporaneamente a quello della articolazione a giunto 10 utilizzando una opportuna pressa che forza contemporaneamente il-perno 13 in impegno con la parte meccanica 11 e la boccola 14 con la parte meccanica 12, determinando nella parte finale di detto montaggio lo schiacciamento assiale del dispositivo di tenuta da parte della superficie frontale della boccola 14 fino al limite determinato dall'anello distanziatore 17. Nel caso in cui l'elemento anulare di tenuta 18 sia di tipo metallico, la spinta assiale sviluppata dal dispositivo al termine dell'assemblaggio descritto, dipende sostanzialmente in generale dalla natura dei materiali prescelti.

Questa spinta si scarica sulla superficie di tenuta della boccola 14. Nel caso in cui l'elemento anulare di tenuta 18 sia di tipo metallico, la spinta assiale sviluppata dal dispositivo in fase di assemblaggio è indicativamente di 200 Kg. Nel corso della operazione di montaggio l'elemento anulare elastico 19 si deforma progressivamente. In particolare la seconda porzione anulare avente sezione in forma di protuberanza 38 si flette ruotando attorno alla rientranza 46 in modo che la quarta superficie anulare piana 45 risulti compressa contro la terza superficie anulare 44.

Così facendo l'elemento anulare elastico 19 si assesta, assumendo la configurazione in posizione di lavoro, deformandosi in modo da disporre la superficie 41 lungo il piano di raccordo incidente 35 dell'elemento anulare di tenuta rigido 18.

Nel movimento complessivo di rotazione e deformazione per schiacciamento dell'elemento anulare elastico 19, l'angolo "a" inizialmente presente tra la superficie anulare 14 dell'anello elastico 19 ed il piano di raccordo incidente 35 dell'elemento di tenuta rigido 18 va progressivamente riducendosi fino ad azzerarsi completamente nella fase finale del montaggio del giunto, eseguito secondo le modalità precedentemente descritte. Per la funzionalità e la durata in esercizio del dispositivo di tenuta in discorso è chiaramente fondamentale che il valore delle spinte (sia radiali che assiali) sviluppate in condizione di lavoro risulti stabilmente entro i parametri di progetto ed inoltre che risenta il meno possibile delle alterazioni (rispetto a detti parametri) indotte dalle tolleranze dimensionali inevitabili nella esecuzione delle varie parti meccaniche costituenti il giunto. Ciò si può ottenere in misura maggiore o minore in ragione della forma del diagramma di carico, inteso come grafico della spinta esercitata in funzione della corsa di compressione del dispositivo, una volta inserito in sede.

Quanto più limitata risulta la variazione dei valori di spinta al variare della compressione imposta al dispositivo, tanto più è possibile mantenere in tutte le condizioni i parametri effettivi a ridosso dei valori ottimali. Un mezzo efficace per agire sulla forma del diagramma di carico suddetto è stato trovato nella sagomatura, secondo forme adeguate a tal fine, delle sezioni trasversali dei due anelli, elastico 19 e rigido 18, ed in questo contesto viene ad assumere una rilevanza particolare il valore imposto in sede di progetto all'angolo "a" precedentemente descritto. Detto angolo "a" pertanto risulta essere un parametro progettuale di estrema importanza nel determinare il risultato prestazionale del dispositivo.

Secondariamente, riducendo la sensibilità del dispositivo di tenuta alle variazioni dimensionali della sede entro cui lo stesso deve operare, consente la realizzazione di dette sedi secondo tolleranze costruttive più ampie, con conseguente significativo vantaggio economico nella produzione delle parti meccaniche 11, 14, 17, 12. Data l'elevata quantità di queste parti necessaria per la realizzazione di un cingolo, il vantaggio economico globale conseguente non è affatto trascurabile.

Riferimenti numerici

10. Articolazione a giunto.

11. Parte meccanica.

12. Parte meccanica.

13. Perno.

14. Boccola.

15. Camera anulare.

16. Guarnizione anulare.

17. Distanziatore.

18. Elemento anulare.

19. Elemento anulare elastico.

20. Porzione sostanzialmente cilindrica.

21. Porzione sostanzialmente radiale.

23. Superficie radiale esterna dell'elemento anulare elastico.

24. Superficie di tenuta assiale della camera anulare.

25. Superficie di tenuta radiale della camera anulare.

30. Superficie di tenuta dell'elemento anulare di tenuta. 31. Superficie di tenuta della boccola.

32. Superficie inclinata sostanzialmente conica dell'elemento anulare di tenuta.

33. Superficie cilindrica interna dell'elemento anulare di tenuta.

34. Superficie cilindrica esterna ad angolo retto dell'elemento anulare di tenuta.

35. Piano di raccordo incidente.

36. Asse di imperniamento.

37. Prima porzione anulare avente in sezione forma rigonfia.

38. Seconda porzione anulare avente in sezione forma di protuberanza .

39. Prima coppia di piani incidenti esternamente.

40. Prima cuspide.

41. Prima superficie anulare di contatto.

42. Seconda superficie anulare.

43. Seconda cuspide.

44. Seconda superficie anulare.

45. Quarta superficie anulare piana.

46. Rientranza.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di tenuta operante tra le parti meccaniche mobili (11, 12, 14) di un cingolo per veicoli movimento terra e simili in cui, due di dette parti meccaniche (11, 14) ed un perno (13) che le collega con possibilità di rotazione secondo il suo asse (36), definiscono una camera anulare (15) per il lubrificante delimitata da una superficie di tenuta assiale (24) ed una superficie di tenuta radiale (25), in detta camera (15) sono alloggiati coassialmente una guarnizione anulare (16) ed un elemento distanziatore (17) delle parti meccaniche (11, 14), la guarnizione anulare (16) circonda l'elemento distanziatore (17), che a sua volta circonda il perno (13), la guarnizione anulare (16) è composta da un elemento anulare di tenuta rigido (18) e ,da un elemento anulare elastico (19), l'elemento anulare di tenuta ha una porzione sostanzialmente cilindrica (20) alla quale si raccorda una porzione sostanzialmente radiale (21), in modo da formare una sezione trasversale sostanzialmente a J od L delimitata internamente da una superficie inclinata sostanzialmente conica (32), l'elemento anulare elastico (19) comprende una superficie radiale esterna (23) che riscontra la superficie di tenuta radiale (25) della camera (15) e abbraccia esternamente l'elemento anulare di tenuta (18), detto elemento anulare elastico (19) è atto a premere l'elemento anulare di tenuta (18), in posizione di tenuta contro una superficie radiale di tenuta (31) di una delle due parti meccaniche (11, 14) accoppiate, l'elemento anulare di tenuta (18) presenta la porzione sostanzialmente cilindrica (20) delimitata da una superficie cilindrica interna (33), l'elemento anulare di tenuta (18) presenta la porzione sostanzialmente radiale (21), che è destinata a fare tenuta, realizzata in materiale di elevata durezza e delimitata esternamente da una superficie cilindrica estesa ad angolo retto (34) e presenta frontalmente inoltre almeno una superficie di tenuta (30), caratterizzato dal fatto che: • l'elemento anulare di tenuta (18) ha la porzione sostanzialmente cilindrica (20) che si raccorda alla porzione sostanzialmente radiale (21) secondo un piano di raccordo incidente (35) all'asse (36) ovvero al perno (13); • l'elemento anulare elastico (19) comprende una prima porzione anulare avente in sezione forma rigonfia (37) ed una seconda porzione anulare avente in sezione forma di protuberanza (38) in cui la prima porzione anulare (37) è delimitata da una superficie anulare di contatto (41) che a guarnizione anulare (16) assemblata forma con il piano di raccordo incidente (35) un angolo "a" compreso tra 0° e 30°.
2. 2. Dispositivo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il piano di raccordo incidente (35) forma un angolo un angolo "fi" compreso tra 22° e 38° con l'asse di imperniamento (36).
3. 3. Dispositivo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la seconda porzione anulare (38) comprende una prima coppia di piani incidenti esternamente (39) formanti una prima cuspide (40) avente diametro superiore a quello interno della camera anulare (15) ovvero della sua superficie di tenuta assiale (24).
4. 4. Dispositivo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la prima porzione anulare (37) comprende una seconda superficie anulare (42) avente in sezione forma piana incidente alla prima superficie anulare (41) in modo da formare una seconda cuspide (43) destinata ad essere rivolta verso l'esterno della camera anulare (15).
5. 5. Dispositivo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la prima porzione anulare (37) comprende una terza superficie anulare (44) avente in sezione forma circolare incidente ad una quarta superficie anulare (45) piana appartenente alla seconda porzione anulare (38) in modo da delimitare una rientranza (46) destinata ad essere rivolta verso l'interno della camera anulare (15).
6. 6. Dispositivo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'elemento anulare di tenuta (18) presenta almeno una superficie di tenuta (30) che comprende una porzione o banda di tenuta che è la parte di superficie frontale dell'elemento anulare di tenuta rigido (18) su cui effettivamente grava la pressione necessaria alla tenuta e che striscia sulla superficie frontale della boccola (14).
7. 7. Dispositivo di cui alla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la banda di tenuta è una corona circolare che per un diametro nominale di circa 60 mm ha uno spessore compreso tra 1,5 e 2,00 mm.
8. 8. Dispositivo di cui alla rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la rugosità superficiale della banda di tenuta è nel caso di materiali metallici indicativamente di 0,005±0,003.
9. 9. Dispositivo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il materiale utilizzato per realizzare l'elemento anulare di tenuta (18) è metallico o ceramico oppure sintetico o composito od altro.
10. 10. Dispositivo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il materiale utilizzato per realizzare l'elemento anulare di tenuta (18) è inossidabile .
11. 11. Dispositivo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il materiale utilizzato per realizzare l'elemento anulare di tenuta (18) è una ghisa alto legata a base di cromo, molibdeno, vanadio, indicativamente: 3,5% Carbonio, 1% Silicio, 1,00% Manganese, 15% Cromo, 2% Molibdeno, 1% Vanadio, la quale raggiunge dopo trattamento termico durezze superiori a 65 HRC ed una elevatissima inossidabilità .
12. 12. Dispositivo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il materiale utilizzato per realizzare l'elemento anulare elastico (19) è un elastomero chimicamente resistente ai lubrificanti ed all'acqua e di elevata resistenza all'abrasione e lacerazione, con bassi valori di "permanent set".
13. 13. Dispositivo di cui alla rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che il materiale utilizzato per realizzare l'elemento anulare elastico (19) sono mescole elastomeriche di tipo nitrilico con durezza compresa tra 55 e 75 SH."A".
14. 14. Dispositivo di cui alla rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che il materiale utilizzato per realizzare l'elemento anulare elastico (19) è una mescola siliconica oppure comunemente nota come "Viton" od altra mescola in funzione delle condizioni di impiego
15. 15. Dispositivo come descritto ed illustrato.