ITPZ960003A1 - Variatore di velocita sincrono - Google Patents

Description

E' noto che la trasmissione del moto da un motore primo ad un utilizzatore avviene sempre mediante l'interposizÌone di opportuni meccanismi, denominati solitamente cambi o riduttori, costituiti da una serie di ingranaggi aventi dimensioni tali da realizzare la desiderata riduzione o moltiplicazione della velocità angolare e della coppia motrice fornita dal motore primo. Questi cambi offrono un numero limitato di rapporti di variazione della velocità. Basti pensare alle applicazioni automobilistiche in cui la scelta è comunemente limitata a cinque rapporti (trasmissioni meccaniche) per tutto il campo di utilizzo del motore e del veicolo. Tentativi per eliminare i problemi connessi all'uso di trasmissioni meccaniche, a limitato numero di rapporti di trasmissione, sono stati effettuati mediante l'adozione dei cosiddetti variatori di velocità a pulegge. Questi variatori sfruttano il principio secondo cui una cinghia di trasmissione a sezione trapezoidale, può essere posta in rotazione mediante due pulegge coniche (puleggia trascinante e puleggia trascinata) aventi la possibilità di variare la distanza tra i due piatti conici costituenti la puleggia. Variando tale distanza, la cinghia trapezoidale si incunea nella puleggia ad una distanza (raggio di rotazione) più o meno elevata dall'asse della puleggia. In pratica queste trasmissioni possono variare simultaneamente la distanza tra i piatti conici delle due pulegge costituenti la trasmissione stessa, in maniera da lasciare invariata la lunghezza massima della cinghia che vi si avvolge. Variando la distanza tra i piatti delle due pulegge si costringe la cinghia di trasmissione del moto a percorrere raggi diversi sulle due pulegge realizzando la desiderata variazione del rapporto di trasmissione tra la puleggia motrice e quella trascinata.

Tale schema di trasmissione variabile, anche se ha trovato numerose applicazioni sia industriali che nell'ambito delle trasmissioni automobilistiche, presenta alcuni inconvenienti strutturali che ne limitano l'applicabilità. Il primo inconveniente è quello della coppia massima trasmissibile mediante tale sistema. Coppia massima limitata dal fatto che la trasmissione del moto viene assicurata dalle forze di attrito che si sviluppano tra i piatti conici delle pulegge ed i fianchi della cinghia di trasmissione e non dalla resistenza al taglio dei denti costituenti gli ingranaggi di una comune trasmissione meccanica. La forza massima trasmissibile è ulteriormente limitata dalla resistenza a trazione della cinghia utilizzata. Cinghia che può essere costituita in materiale sintetico, per applicazioni più economiche, oppure in materiale metallico. In quest'ultimo caso, ricorrendo ad una particolare conformazione utilizzando mastri e tasselli metallici costituenti la cinghia stessa. Nel caso della cinghia metallica, anche se aumenta la coppia trasmissibile, a causa dell’aumento di resistenza a trazione di queste cinghie rispetto a quelle in materiale sintetico, si riscontrano ulteriori inconvenienti causati dalla estrema rigidezza dei tasselli metallici che richiedono, per incunearsi nelle gole delle pulegge senza slittamenti, precisioni di lavorazione decisamente superiori a quelle richieste dai modelli con cinghia in materiale sintetico. In ogni caso per entrambi i tipi di cinghia sono inevitabili degli slittamenti tra cinghia e puleggia, slittamenti che sono la causa di usure precoci e rotture delle cinghie. Anche la velocità massima di rotazione delle pulegge (e quindi la potenza massima trasmissibile) è limitata a causa della forze centrifughe che si sviluppano tendendo a disimpegnare la cinghia dalla gola delle pulegge.

Il trovato ovvia a queste difficoltà utilizzando una normale catena a maglie e rulli per la trasmissione del moto tra due rotismi (rotismo motore e rotismo mosso) costituiti da comuni ingranaggi per catene posti su circonferenze a raggio variabile. La catena si innesta negli ingranaggi, opportunamente sincronizzati, eliminando i problemi di slittamento (realizzando una trasmissione sincrona) ed incrementando notevolmente la forza tangenziale trasmissibile.

Per una migliore comprensione del trovato viene ora data una descrizione non limitativa di un esempio di realizzazione del medesimo con riferimento ai disegni annessi, che illustra una vista in pianta ed una vista in prospetto schematica semplificata del variatore di velocità sincrono secondo i dettami dell'invenzione.

Nella Tavola 1 è possibile osservare il trovato costituito da un rotismo motore (1); da un rotismo trascinato (2); da una catena primaria a maglie e rulli (3) di collegamento tra i due rotismi (1) e (2); da una ruota folle di recupero del gioco (4). Il singolo rotismo è costituito da una serie di ruote folli (5); da almeno due coppie di ingranaggi (6) e (7) aventi passo compatibile con la catena primaria di collegamento (3), costituite ciascuna da due ingranaggi gemelli collegati tra di loro assialmente aventi la possibilità di ruotare liberamente sul loro asse, denominati ingranaggi primari quelli ingrananti con la catena primaria (3), ingranaggi secondari di sincronizzazione quelli ingrananti con la catena secondaria (8) di sincronizzazione; da una catena secondaria (8) di sincronizzazione dei rotismi gemelli (6) e (7); da due terminali (9) e (10) di comando della catena secondaria (8); da un ruotismo folle di compensazione dello sfasamento (11).

Il funzionamento del variatore di velocità sincrono è il seguente: partendo dal rotismo motore (1) è possibile osservare come la catena principale (3) si avvolga sia su due ingranaggi dei due rotismi (6) e (7) che su parte dei rotismi folli (5). La catena secondaria di sincronizzazione (8) ingranerà a sua volta sui restanti due ingranaggi dei rotismi (6) e (7) e sulla parte di ruote folli (5). Avendo sia la catena principale (3) che quella di sincronizzazione (8) passo uguale, tra i due rotismi (6) e (7) saranno compresi lo stesso numero di maglie per le due catene. La catena primaria (3) e la secondaria di sincronizzazioe (8) giaciono su piani paralleli. Ipotizzando una rotazione del rotismo (1) in senso antiorario, osservando la Tavola 1, tale da portare il rotismo (6) ad abbandonare la catena primaria dalla zona denominata "A”, il collegamento e quindi la coppia motrice viene assicurata dal rotismo (7) ancora in presa con la catena primaria (3). A tale proposito la ruota folle di recupero del gioco (4) deve garantire un grado di avvolgimento della catena primaria su entrambi i rotismi (1) e (2) tale che l'arco lasciato libero dalla catena primaria (3) sui due rotismi (1) e (2) deve essere inferiore all’arco compreso tra i due rotismi di sincronizzazione (6) e (7). Continuando la rotazione del rotismo (1) si porterà l'ingranaggio primario del rotismo (6) nuovamente a contatto con la catena primaria (3) nella zona denominata "B". Supponendo ora che il diametro del rotismo (1) sia tale che su di esso si possa avvolgere un numero intero di maglie della catena primaria (in pratica si possa dividere la circonferenza costituente il perimetro del rotismo (1) per il passo della catena ottenendo un numero intero) in tali condizioni è come se i denti della parte esposta alla catena primaria degli ingranaggi primari dei rotismi (6) e (7) facessero parte di una corona dentata che circondasse completamente il rotismo (1) ed ingranasse nella catena (3). In tale ipotesi l'ingranaggio primario del rotismo (6) ruotando il rotismo (1) ingranerebbe perfettamente nella catena (3) ad ogni rivoluzione del rotismo (1) garantendo la trasmissione del moto tra il rotismo (1) e la catena (3) con regolarità. Risulta ovvio che se l’ingranaggio primario di (6) ingrana regolarmente in (3) dopo aver abbandonato (3) durante una rotazione in senso antiorario di (1), anche l'ingranaggio primario di (7) ingranerà perfettamente in (3) in ogni condizione di funzionamento. Il funzionamento appena descritto vale anche per il rotismo (2). Occorre ricordare come i ruotismi (1) e (2) possono essere costituiti anche da dispositivi tali che ne assicurino una forma perfettamente circolare (ad esempio adottando una conformazione con due piatti conici a distanza variabile in cui alloggiare la catena) contrariamente a quanto mostrato nelle tavole 1 e 2, in cui per maggiore chiarezza è stata adottata una soluzione con rotismi situati ai vertici di un ottagono.

Ipotizzando una variazione del raggio del rotismo (1) ottenuta con mezzi noti ed omessi per semplicità, e di conseguenza una variazione del raggio del rotismo (2) di segno opposto a quella di (1) per mantenere invariata la lunghezza della catena di collegamento, tale da avere una circonferenza che divisa per il passo della catena porta ad avere un numero non intero. In questa condizione la frazione di passo in eccesso viene compensata incrementando o riducendo lo spostamento radiale della ruota folle (11) compresa tra i rotismi (6) e (7) di una quantità tale da riportare in numero di maglie che si avvolgono attorno al rotismo (1) ad un numero intero. L'incremento dello spostamento di (11), rispetto agli altri, con la variazione del diametro di (1) è data da un rapporto fisso, infatti indicando con P il passo della catena e con R il raggio del rotismo (1) si ha che il numero di maglie comprese nella circonferenza L del rotismo (1) è dato da:

M=2nR/P [1] L'equazione [1] mostra come il numero di maglie è funzione lineare di R. In pratica al variare del diametro dei ruotismi, M diventerà un numero intero con cadenza periodica. Nel passaggio tra due interi successivi, lo spostamento radiale aggiuntivo di (11) compensa della frazione di passo P necessaria a riportare M ad un valore intero. Ovviamente lo spostamento di (11) è limitato dal fatto che il massimo scostamento che può assumere M è pari a ±P/2. Lo spostamento aggiuntivo di (11) realizzato con mezzi noti ed omessi per brevità, è sincronizzato allo spostamento radiale dei ruotismi che compongono (1). Oltre che mediante uno spostamento radiale aggiuntivo di (11) la compensazione del numero di maglie della catena può essere ottenuto semplicemente facendo effettuare una rotazione (con mezzi noti ed omessi per semplicità) del ruotismo (6) avendo per centro di rotazione un asse passante per il centro della dentatura di (6). In questo modo si ottiene una basculazione di (6) in grado di recuperare lo sfasamento della catena. La basculazione può avvenire sia in senso orario che antiorario a seconda dello sfasamento della catena e, quindi, in maniera dipendente dal raggio di (1). Con questa tecnica non vi è nessuna variazione di diametro di (1) ma la compensazione dello sfasamento della catena deve essere effettuato ad ogni rivoluzione di (1), compensazione effettabile con mezzi noti ed omessi per brevità.

Quanto asserito precedentemente è valido anche se il rotismo (I) degeneri da una circonferenza ad un poligono con N lati.

La variazione del diametro R comporta che la quantità di catena avvolta sui rotismi deve variare, in particolare deve aumentare per un aumento di R e viceversa. Per la parte di catena compresa tra i rotismi (6) e (7) questo è assicurato dalla rotazione di (6) azionata dal terminale di comando (9) e da una rotazione di (7) azionata dal terminale di comando (10) i cui movimenti (quantità chiaramente dipendente dalla variazione di R) sono collegati al meccanismo di variazione del diametro di (1) mediante mezzi noti ed omessi per semplicità.

La variazione del diametro di (1) può essere effettuata in tutte le posizioni angolari di (1) eccetto la posizione in cui si ha il simultaneo ingranamento del rotismo (6) nel tratto di catena primaria (3) nella regione B e il rotismo (7) nel tratto di catena primaria (3) nella regione A. In tale posizione ad una variazione di R non può corrispondere una variazione della quantità di catena primaria avvolta attorno ad (1) e di catena secondaria compresa tra i rotismi (6) e (7). Occorre ricordare che questa condizione riguarda solo pochi gradi di rotazione e che la variazione del raggio R può essere facilmente impedita (con mezzi noti ed omessi per semplicità) quando il rotismo (1) si trova nella posizione angolare precedentemente descritta.

Quanto fino ad ora descritto risulta valido anche per il rotismo (2) che costituisce parte integrante del trovato.

Nella Tavola 2 è possibile osservare una vista in prospetto del trovato ove si evidenzia la catena primaria e le catene secondarie, giacenti su piani paralleli.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1) Variatore di velocità sincrono, del tipo comprendente almeno una catena primaria di trasmissione del moto tra rotismi a diametro variabile.
2. 2) Variatore di velocità sincrono secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dall'avere almeno un dispositivo di sincronizzazione e compensazione del numero di maglie che si avvolgono intorno ai rotismi a diametro variabile.
3. 3) Variatore di velocità sincrono secondo la rivendicazione 1 e 2, caratterizzato dalla combinazione di più rotismi sincronizzabili con il diametro collegati mediante una catena a maglie e rulli secondaria o altro dispositivo flessibile a passo fisso.