ITMI981176A1

ITMI981176A1 - Unita' albero-mozzo

Info

Publication number: ITMI981176A1
Application number: IT98MI001176A
Authority: IT
Inventors: Wolfang Manfred Beigang
Original assignee: Wolfang Manfred Beigang
Priority date: 1997-05-31
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 1999-11-29
Also published as: DE19722917C1; WO1998054476A1; ES2151821B1; JPH11514079A; CN1115498C; GB9901654D0; CN1228144A; ES2151821A1; GB2331573A; GB2331573B; FR2764014B1; JP3194049B2; KR20000029702A; KR100309980B1; PL186012B1; US6142033A; BR9804928A; FR2764014A1; PL326543A1

Description

andamento costante del cerchio di troncatura della dentatura del mozzo (7), laddove delle rispettive due zone vicine la zona rivolta verso il gambo (4) dell'albero presenta il maggiore diametro del cerchio di fondo della dentatura d'albero (5) e il maggiore diametro del cerchio di troncatura della dentatura (8) del mozzo, laddove inoltre di rispettivamente due vicine zone, quella rivolta verso il gambo (4) dell'albero presenta un profilo dei denti della dentatura d'albero (5), che è in copertura con una sezione di testa della zona vicina formante la parte superiore del profilo dei denti. (Figura 1)

Descrizione del trovato

L'invenzione riguarda una unità albero-mozzo con una disposizione di dentature per trasmettere coppie, comprendente un albero con una dentatura d'albero ed un mozzo con una dentatura del mozzo, che ingranano reciprocamente, laddove vengono trasmesse coppie tramite un gambo dell'albero, alla cui estremità è ricavata la dentatura d'albero, e il profilo dei denti della dentatura d'albero in direzione longitudinale presenta un andamento variabile.

Unità albero-mozzo di questo tipo vengono impiegate specialmente per accoppiamenti solidali alla rotazione fra un albero dell'assale e un elemento costruttivo di articolazione di uno snodo girevole nel tratto di trasmissione motrice di un autoveicolo.

Nel brevetto tedesco DE 44 15 033 CI viene descritta una tale unità albero-mozzo, in cui il profilo dei denti della dentatura d'albero è variabile in direzione longitudinale. L'altezza del dente della dentatura d'albero diminuisce in tal caso continuamente in una zona di uscita. Poiché la dentatura d'albero è eseguita come dentatura evolvente mentre la dentatura del mozzo è eseguita come dentatura a fianchi diritti, fra di loro sussiste contatto lineare. Al disopra e al disotto del contatto lineare si ottiene pertanto un gioco dei fianchi dei denti. In una zona di uscita, in cui l'altezza del dente della dentatura d'albero è inferiore all'altezza del contatto lineare, i denti della dentatura d'albero e quelli della dentatura del mozzo non si toccano. Una trasmissione di coppia porta ad una torsione dell'albero nella zona di uscita, laddove i fianchi della dentatura d'albero, in modo crescente assialmente, poggiano sui fianchi della dentatura del mozzo. Il massimo di tensione di per sé usuale sull'estremità, lato-gambo dell'albero, di una disposizione di dentature viene in tal modo ridotto e la zona di elevati valori di tensione viene estesa ad una maggiore lunghezza della disposizione di dentature. In questa unità albero-mozzo è svantaggioso che la zona di uscita può essere fabbricata soltanto mediante un'aggiuntiva lavorazione ad asportazione di truciolo.

Nel brevetto francese FR 1 581 658 viene illustrato un albero con una dentatura d'albero per una unità albero-mozzo, in cui il diametro del cerchio di fondo e il diametro del cerchio di troncatura in direzione longitudinale sono situati rispettivamente su un cono, laddove l'altezza del dente è costante sull'intera lunghezza della disposizione di dentature. Il diametro del cerchio di fondo e il diametro del cerchio di troncatura aumentano verso quel lato dell'albero in corrispondenza del quale viene trasmessa la coppia. Tuttavia una tale dentatura non può essere realizzata né per mezzo di affermati procedimenti di produzione con direzione di avanzamento assiale, come la brocciatura o trafilatura e nemmeno mediante dentatura a creatore con traverse parallele di dentature a creatore. Inoltre la posizione assiale del mozzo sull'albero dipende dalle tolleranze del cono. Nel caso di un angolo di apertura piatto delle superfici mantellari coniche, modesti scostamenti dell'angolo hanno una grande influenza sulla posizione assiale del mozzo. Ciò è inaccettabile per molte applicazioni.

La presente invenzione si pone il compito di realizzare una unità albero-mozzo, in cui, per una coppia assegnata, sono il più possibile modeste le tensioni sull'estremità lato-gambo dell'albero di una disposizione di dentature e le relative dentature possono essere fabbricate con semplici procedimenti di produzione.

La soluzione consiste nel fatto che la dentatura d'albero in direzione longitudinale presenta un andamento costante del diametro del cerchio di troncatura mentre la dentatura del mozzo in direzione longitudinale presenta un andamento costante del diametro del cerchio di fondo, e che la disposizione di dentature presenta almeno due zone di estensione assiale con rispettivamente andamento costante del diametro del cerchio di fondo della dentatura ad albero e andamento costante del diametro del cerchio di troncatura della dentatura del mozzo, laddove di rispettivamente due zone vicine quella rivolto verso il gambo dell'albero presenta il maggiore diametro del cerchio di fondo della dentatura d'albero e il maggiore diametro del cerchio di troncatura della dentatura del mozzo, e che di rispettivamente due zone vicine quella rivolta verso il gambo dell'albero presenta un profilo di dente della dentatura d'albero che è in copertura con una sezione di testa della zona vicina formante la parte superiore del profilo del dente.

Con l'ingrandimento del diametro del cerchio di fondo da una zona all'altra verso il gambo dell'albero aumenta la coppia resistente dell'albero. In tal modo si riducono le tensioni nell'estremità della disposizione delle dentature lato-gambo dell'albero. Poiché di rispettivamente due zone vicine quella che è rivolta verso il gambo dell'albero presenta un profilo dei denti della dentatura d'albero che è in copertura con la sezione di testa formante la parte superiore del profilo del dente della zona vicina e pertanto i denti su un diametro di circonferenza a piacere sull'intera esposizione di dentature presentano l'uguale spessore, è possibile fabbricare sia le dentature d'albero sia anche <'>le dentature del mozzo mediante procedimenti di produzione con direzioni di avanzamento assiali.

Una possibilità di esecuzione consiste nel fatto che il numero delle zone si estende verso infinito, cosicché nella considerazione a livello pratico il diametro del cerchio di fondo della dentature d'albero e il diametro del cerchio di troncatura della dentature del mozzo in direzione longitudinale sono situati su un cono.

Una forma di realizzazione vantaggiosa prevede che dei profili di dente, rispettivamente di due zone vicine quello della dentatura d'albero della zona non rivolta verso il gambo dell'albero, al disotto della sezione di testa che forma la parte superiore del profilo del dente e il cui profilo è in copertura con il profilo del dente della zona vicina, è allargato gradualmente, e inoltre che i fianchi dei denti della dentatura d'albero di quella zona che è situata all'estremità dell'albero, soltanto in una sezione del piede del dente formante la parte inferiore del profilo del dente si trovano in contatto con i fianchi dei denti della dentatura del mozzo. Ad eccezione della zona situata all'estremità lato-gambo dell'albero della disposizione di dentature, tutte le zone presentano pertanto gradini di spessore di dente della dentatura d'albero. Al riguardo soltanto la sezione inferiore, formante la parte inferiore del profilo del dente, della dentatura d'albero di quella zona massimamente distanziata dal gambo dell'albero, ingrana senza gioco con la dentatura del mozzo. In tutte le ulteriori zone i fianchi delle dentature d'albero presentano gioco rispetto ai fianchi della dentatura del mozzo. Di conseguenza nel caso di una trasmissione di coppia l'albero è in grado di torcersi nelle zone in cui non si toccano i fianchi dei denti della dentatura d'albero e quelli della dentatura del mozzo, fino a quando i fianchi sono in contatto in tutte le zone. Poiché i fianchi della dentatura d'albero, in maniera crescente assialmente, si portano in contatto con i fianchi della dentatura del mozzo, la zona attiva per la trasmissione della coppia viene estesa ad una maggiore lunghezza della disposizione di dentature. Rispetto ad una disposizione di dentature, i cui diametri del cerchio di fondo della dentatura d'albero e i cui diametri del cerchio di troncatura della dentatura del mozzo sono costanti sull intera lunghezza della disposizione di dentature, con questa forma di realizzazione si ottengono minori tensioni massime.

Un ulteriore forma di realizzazione vantaggiosa prevede zone di raccordo, nelle quali il valore del diametro del cerchio di fondo della dentatura d'albero in direzione longitudinale si estende rispettivamente in maniera continua dal diametro del cerchio di fondo di una zona vicina al diametro del cerchio di fondo dell'altra zona vicina e nelle quali il valore del diametro del cerchio di troncatura della dentatura del mozzo in direzione longitudinale si estende di volta in volta in maniera continua dal diametro del cerchio di troncatura di una zona al diametro del cerchio di troncatura dell'altra zona. Di conseguenza si evitano gradini a spigolo vivo fra le zone. Ciò impedisce svantaggiosi massimi di tensione in seguito ad azioni di taglio e semplifica la produzione delle dentature.

Una possibilità di esecuzione consiste nel fatto che nella zona di raccordo il diametro del cerchio di fondo della dentatura d'albero e il diametro del cerchio di troncatura della dentatura del mozzo si estendono rispettivamente su un cono.

In un ulteriore sviluppo per la sicurezza assiale del mozzo sull'albero è prevista una cava anulare nella dentatura d'albero e una cava anulare, fronteggiante questa cava anulare, nella dentatura del mozzo, che insieme alloggiano mezzi di sicurezza assiali, specialmente un anello elastico a sezione tonda. Per evitare un indesiderato slittamento dell'anello elastico a sezione tonda in seguito ad altezze di dente troppo modeste, le cave .anulari si trovano nella zona che è massimamente agli antipodi del gambo dell'albero. Di conseguenza si garantisce un sicuro appoggio dell'anello elastico a sezione tonda contro i fianchi delle cave anulari. La posizione assiale del mozzo rispetto all'albero in tal caso viene influenzata soltanto dalle tolleranze delle cave anulari e da quelle del mezzo di sicurezza assiale.

Esempi di realizzazione preferiti vengono descritti in base ai seguenti disegni.

In particolare:

la figura 1 mostra una sezione longitudinale attraverso una unità albero-mozzo secondo l'invenzione;

la figura 2 mostra una sezione trasversale attraverso una unità albero-mozzo secondo l'invenzione conformemente alla figura 1, nella . zona non rivolta verso il gambo dell'albero;

la figura 3 mostra una sezione trasversale attraverso una unità albero-mozzo secondo l'invenzione conformemente alla figura 1 nella zona rivolta verso il gambo dell'albero; la figura 4 mostra una sezione trasversale attraverso una unità albero-mozzo nella zona non rivolta verso il gambo dell'albero, ovvero opposta al detto gambo, laddove la dentatura dell'albero presenta gradini di spessore di denti;

la figura 5 mostra una sezione trasversale attraverso una unità albero-mozzo nella zona rivolta verso il gambo dell'albero;

la figura 6 mostra un andamento della tensione sull'intera lunghezza di una disposizione di dentature conformemente alle figure 2 e 3;

la figura 7 mostra un andamento della tensione sull'intera lunghezza di una disposizione di dentature conformemente alle rivendicazioni 4 e 5.

La figura 1 mostra un dettaglio di una sezione longitudinale attraverso una unità albero-mozzo secondo l'invenzione, formata da un albero 1, da un mozzo 2 e da un anello elastico 3 a sezione tonda. L'albero 1 presenta un gambo 4 tramite il quale vengono trasmesse coppie nell'unità albero-mozzo. Inoltre l'albero 1 in corrispondenza dell'estremità dell'albero opposta al gambo 4 presenta una dentatura ad albero 5 e una cava anulare 6. Il mozzo 2 presenta una dentatura 2 del mozzo ed una cava anulare 8. La disposizione di dentature formata da dentature d'albero 5 e dentatura 7 del mozzo presenta una prima zona 9, una seconda zona 10 e una zona di raccordo 11, laddove il diametro del cerchio di troncatura della dentatura d'albero in tutte e tre le zone assume il valore costante Dw. Il diametro del cerchio di fondo della dentatura del mozzo è parimenti costante in tutte e tre le zone e presenta il valore dn· La prima zona 9 non rivolta verso il gambo 4 dell'albero ha la lunghezza L1, laddove la dentatura d'albero 5 possiede un diametro del cerchio di fondo con il valore dwl e la dentatura 7 del mozzo possiede un diametro del cerchio di troncatura con il valore D ,. La seconda zona 10 di lunghezza L2 è rivolta verso il gambo 4 dell'albero. In questa zona 10 la dentatura d'albero 5 possiede un diametro del cerchio di fondo con il valore d r che è superiore al valore del diametro del cerchio di fondo dwl della prima zona 9. La dentatura 7 del mozzo nella seconda zona 10 possiede un diametro del cerchio di troncatura con il valore °n2 » superiore al valore del diametro del cerchio di troncatura D , della prima zona 9. Fra le zone 9 e 10 precedentemente menzionate si trova la zona di raccordo 11 di lunghezza L3, in cui il diametro del cerchio di fondo della dentatura d'albero 5 e il diametro del cerchio di troncatura della dentatura 7 del mozzo in direzione longitudinale aumentano continuamente dalla prima zona 9 verso la seconda zona 10. Al riguardo il diametro del cerchio di fondo in direzione longitudinale si estende dal valore d , al valore d _ e il diametro del cerchio di troncatura della dentatura del mozzo si estende dal valore Dni al valore Dn2„. Nella prima zona 9 si trovano le cave anulari 6, 8, nelle quali è inserito l'anello elastico 3 a sezione tonda per assicurare assialmente il mozzo 2 rispetto all'albero 1.

Nella figura 2 è rappresentata la sezione trasversale parziale attraverso una unità albero-mozzo secondo l'invenzione nella prima zona 9 conformemente alla figura 1. I denti 14 della dentatura d'albero 5 presentano fianchi convessi 12, mentre i denti 15 della dentatura 7 del mozzo sono eseguiti con fianchi diritti 13. I fianchi 12, 13 dei denti in particolare si toccano nella zona del diametro del cerchio primitivo D^,. La dentatura d'albero 5 possiede un diametro del cerchio di fondo di valore dWl, e un diametro del cerchio di troncatura di valore Dw. La dentatura 7 del mozzo possiede un diametro del cerchio di fondo di valore d„n e un diametro del cerchio di troncatura di valore Dni,. La figura 3 rappresenta una sezione trasversale parziale attraverso una unità albero-mozzo secondo l'invenzione nella zona 10 secondo la figura 1. I fianchi 23 di dente della dentatura d'albero 5 toccano i fianchi 24 di dente della dentatura 7 del mozzo nella zona del diametro del cerchio primitivi D^. Le altezze dei denti 16, 17 nella zona 10 sono inferiori che nella zona 9 conformemente alla figura 1. A parità di diametro del cerchio di troncatura della dentatura d'albero 5, e a parità di diametro del cerchio di fondo della dentatura 7 del mozzo, il diametro del cerchio di fondo della dentatura d'albero 5 e il diametro del cerchio di troncatura della dentatura 7 del mozzo . nella zona 10 possiedono rispettivamente un valore maggiore dei confrontabili diametri dei cerchi nella zona 9 secondo la figura 2. I denti 16 della dentatura d'albero 5 in particolare hanno la stessa sezione trasversale dei denti 14 secondo la figura 2 fra il diametro D^,del cerchio primitivo e il diametro D del cerchio di troncatura. I denti 17 della dentatura 7 del mozzo fra il diametro DT del cerchio primitivo e il diametro dn del cerchi di fondo presentano la stessa sezione trasversale dei denti 15 secondo la figura 2.

La figura 4 rappresenta una sezione trasversale parziale attraverso una unità albero-mozzo nella zona 9 secondo la figura 1. La dentatura 7 del mozzo in tal caso è eseguita esattamente come la dentatura del mozzo nella figura 2. I denti 18 della dentatura d'albero 5 invece presentano una sezione trasversale che si allarga gradualmente dal cerchio di troncatura verso il cerchi di fondo. In particolare il gradino 21 si trova nella zona del diametro DT del cerchi primitivo. La sezione trasversale dei denti 18 fra il diametro DT del cerchio primitivo e il diametro dwl del cerchio di fondo è in copertura con la confrontabile sezione trasversale dei denti 14 in figura 2. Pertanto i fianchi 20 dei denti 18 della dentatura d'albero 5 toccano i fianchi 13 dei denti 15 della dentatura del mozzo 7 nella zona del diametro D^, del cerchio primitivo. I fianchi 19 dei denti 18 della dentatura d'albero 5 fra il diametro DT del cerchio primitivo e il diametro Dw del cerchio di troncatura non toccano i fianchi 13 dei denti 15.

Nella figura 5 è rappresentata una sezione trasversale parziale attraverso una unità albero-mozzo nella zona 10 secondo la figura 1. La dentatura 7 del mozzo è identica alla dentatura del mozzo in figura 3. I denti 22 della dentatura d'albero 5 hanno la stessa sezione trasversale dei denti 18 in figura 4 fra il diametro DT del cerchio primitivo e il diametro Dw del cerchio di troncatura. Pertanto senza sollecitazione di coppia i fianchi 19 e 13 dei denti non si toccano e viene resa possibile una torsione dell'albero 1 nel caso di una trasmissione di coppia, fino a quando a partire da una coppia definita l'albero 1 è torto in misura tale che i fianchi 19 e 13 dei denti si portano in appoggio.

La figura 6 mostra andamenti di tensione sulla lunghezza di disposizioni di dentature. Al riguardo la curva A rappresenta l'andamento della tensione di una unità albero-mozzo secondo l'invenzione conformemente alle figure 2 e 3. La curva B rappresenta l'andamento della tensione risultante in una disposizione di dentature conforme all'attuale stato della tecnica, in cui i diametri dei cerchi di troncatura e i diametri dei cerchi di fondo sia della dentatura del mozzo sia anche della dentatura d'albero sono costanti sull'intera lunghezza della disposizione di dentature.

È riconoscibile che entrambi gli andamenti di tensione, partendo da un valore minore all'estremità, non rivolta verso il gambo dell'albero, della disposizione di dentature aumentano continuamente fino ad un massimo e diminuiscono quindi di nuovo leggermente. Con l'esecuzione secondo l'invenzione della disposizione di dentatura il massimo della tensione nella zona della trasmissione della coppia, in seguito all'aumento della coppia resistente dell'albero, è minore del massimo della curva B.

La figura 7 mostra due andamenti di tensione sulla lunghezza di disposizioni di dentature. Al riguardo la curva C rappresenta l'andamento di tensione di una unità albero-mozzo secondo le figure 4 e 5. La curva B rappresenta l'andamento della tensione risultante in una disposizione di dentature conforme all'attuale stato della tecnica e presenta lo stesso andamento della curva B secondo la figura 6. L'andamento della curva C, partendo da un valore basso all'estremità, non rivolta verso il gambo d'albero, della disposizione di dentature, aumenta continuamente fino ad un primo massimo, diminuisce quindi leggermente e aumenta fino ad un secondo massimo. Al riguardo entrambi i massimi rappresentano le tensioni in entrambe le zone secondo le figure 4 e 5. Poiché la trasmissione della coppia viene distribuita su queste due zone, i valori di tensioni di entrambi i massimi sono rispettivamente minori del massimo di tensione della curva A in figura 6.

Legenda

1 Albero

2 Mozzo

3 Anello elastico a sezione tonda

4 Gambo d'albero

5 Dentatura d'albero

6 Cava anulare

7 Dentatura del mozzo

8 Cava anulare

Prima zona

10 Seconda zona

1 Zona di raccordo

2 Fianco di dente

3 Fianco di dente

4 Dente

5 Dente

16 Dente

17 Dente

18 Dente

19 Fianco di dente 20 Fianco di dente 21 Gradino

22 Dente

23 Fianco di dente 24 Fianco di dente

Claims

Rivendicazioni 1. Unità albero-mozzo con una disposizione di dentature per trasmettere coppie, comprendente un albero (1), con una dentatura ad albero (5), e un mozzo (2), con una dentatura (7) del mozzo, che ingranano reciprocamente, laddove vengono trasmesse coppie tramite un gambo (4) dell'albero, alla cui estremità è ricavata la dentatura d'albero (5), e il profilo dei denti della dentatura ad albero (5) in direzione longitudinale presenta un andamento variabile, caratterizzata dal fatto che la dentatura d'albero (5) in direzione longitudinale presenta un andamento costante del diametro del cerchio di troncatura e la dentatura (7) del mozzo in direzione longitudinale presenta un andamento costante del diametro del cerchio di fondo, e dal fatto che la disposizione di dentature presenta almeno due zone (9, 10) di estensione assiale, di andamento rispettivamente costante del diametro del cerchio di fondo della dentatura d'albero (5) e di andamento costante del diametro del cerchio di troncatura della dentatura {7) del mozzo, laddove di rispettivamente due zone vicine quella rivolta verso il gambo (4) dell'albero presenta il maggiore diametro del cerchio di fondo della dentatura d'albero (5) e il maggiore diametro del cerchio di troncatura della dentatura (7) del mozzo, e dal fatto che di rispettivamente due zone vicine quella rivolta verso il gambo (4) dell'albero presenta un profilo dei denti della dentatura d'albero (5), che è in copertura con una sezione di testa della zona vicina formante la parte superiore del profilo di dente.
2. Unità albero-mozzo secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che, dei profili dei denti di rispettivamente due zone vicine, il profilo di dente della dentatura d'albero (5) di quella zona opposta al gambo (4) dell'albero, al disotto della sezione di testa che forma la parte superiore del profilo del dente ed il cui profilo è in copertura con il profilo del dente della vicina zona, è allargato gradualmente, e dal fatto che i fianchi dei denti della dentatura d'albero (5) della zona situata in corrispondenza dell'estremità dell'albero soltanto in una sezione del piede del dente formante la parte inferiore del profilo del dente, si trovano in contatto con i fianchi dei denti della dentatura (7) del mozzo.
3. Unità albero-mozzo secondo una delle rivendicazioni 1 oppure 2, caratterizzata dal fatto che fra rispettivamente due zone vicine è presente una zona di raccordo (11), nella quale il valore del diametro del cerchio di fondo della dentatura d'albero (5) in direzione longitudinale si estende in maniera continua dal diametro del cerchio di fondo di una zona al diametro del cerchio di fondo dell'altra zona ed in cui il valore del diametro del cerchio di troncatura della dentatura (7) del mozzo in direzione longitudinale si estende continuamente dal diametro del cerchio di troncatura di una zona al diametro del cerchio di troncatura dell'altra zona.
4. Unità albero-mozzo secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 3, caratterizzata dal fatto che nella zona (9), opposta in misura massimale al gambo (4) dell'albero, nella dentatura (7) del mozzo e nella dentatura d'albero (5) è presente rispettivamente una cava perimetrale (6, 8) per alloggiare un mezzo di sicurezza assiale, specialmente un anello elastico (3) a sezione tonda.