ITRM20130630A1 - Sistema per la trasformazione del moto - Google Patents

Description

Sistema per la trasformazione del moto

Stato della tecnica

I sistemi rigidi di trasmissione del moto sono costituiti da sistemi a leva che formano una catena cinematica. Tali sistemi sono costituiti in generale da un insieme di aste collegate fra loro da coppie cinematiche e possono consentire sia la trasmissione di movimenti circolari sia la trasformazione di questi in movimenti rettilinei e viceversa. Tipicamente sono costituiti da alberi a manovella e bielle. Un’estremità della biella è collegata tramite un perno ad una prima estremità della manovella, mentre l’altra estremità della biella è collegata ad esempio ad un pistone e compie un movimento traslatorio oscillante secondo un asse che passa per la seconda estremità’ della manovella rigidamente collegata ad un albero il cui asse è perpendicolare a quello della manovella. In questo modo il movimento traslatorio oscillante del pistone viene trasformato in movimento rotatorio dell’albero. In una bicicletta ad esempio la biella può essere considerata la gamba con il ginocchio che compie un movimento traslatorio oscillante e trasmette questo movimento al pedale che è imperniato sulla manovella, o in questo caso pedivella. Ad un giro completo della pedivella corrisponde un giro completo del movimento centrale che a sua volta fa compiere un giro completo alla moltiplica o corona. Il sistema di trasmissione trasferisce la potenza esercitata dal ciclista mediante la corona al pignone della ruota motrice con un certo rapporto di trasmissione. Altri sistemi sono costituiti da aste collegate mediante cerniere che costituiscono delle coppie rotoidali. Una comune catena cinematica è composta da quattro aste che formano un quadrilatero articolato. Se le aste sono uguali a due a due il sistema prende il nome di parallelogramma articolato o antiparallelogramma articolato se le aste si incrociano durante il moto. Un sistema particolare è quello in cui alcune aste sono provviste di feritoie all’interno delle quali può scorrere un cursore; tali sistemi sono detti a glifo, dal nome dell’asta provvista di feritoia. In generale tutti questi sistemi non funzionano anche da moltipliche. Un eccezione è un quadrilatero articolato con due lati corti adiacenti di cui uno è fisso al telaio e con il vertice dei due lati lunghi libero di muoversi lungo una circonferenza. Chiamiamo A’ il lato fisso al telaio e B’ l’altro lato corto, C’ il lato lungo incernierato su un estremo di B’ e D’ il lato lungo incernierato per un estremo a C’ e per l’altro estremo ad A’ a chiudere il quadrilatero. E’ facile vedere che quando il lato D’ avrà compiuto un giro, il lato B’ avrà compiuto due giri. Un tale sistema ha bisogno di tenere il lato A’ vincolato al telaio. Più interessante potrebbe essere un sistema che possa funzionare da manovella e da moltiplica allo stesso tempo. Un tale sistema applicato ad esempio ad una bicicletta al posto della pedivella potrebbe consentire direttamente un maggior spazio percorso per ogni giro di pedali, ovvero si potrebbe, avendone la forza, ottenere una velocità maggiore ottimizzando la trasformazione in energia meccanica della forza del ciclista. Più in generale una simile realizzazione potrebbe applicarsi in tutti quei sistemi costituiti essenzialmente da alberi a gomito e da bielle che trasformano il moto rettilineo in moto rotatorio dell’albero.

Breve descrizione dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema del tipo a più aste collegate fra loro mediante cerniere che abbia le funzioni contemporaneamente di trasformazione trasferimento e moltiplicazione del moto. Lo scopo è quello di realizzare un meccanismo che consente ad una manovella di fungere lei stessa da moltiplica. Tale scopo è raggiunto mediante la realizzazione di un sistema secondo la rivendicazione 1, per la trasmissione del moto di rotazione da una prima manovella ad una seconda manovella aventi rispettivi assi di rotazione paralleli tra loro, comprendente:

quattro aste che definiscono un quadrilatero articolato, e

quattro coppie rotoidali aventi i rispettivi assi di rotazione paralleli agli assi di rotazione delle prima e seconda manovella,

in cui una prima ed una seconda asta hanno una prima lunghezza tra loro, e in cui una terza e quarta asta hanno una seconda lunghezza uguale tra loro, in cui la prima lunghezza è maggiore della seconda lunghezza,

in cui la prima e seconda asta sono costituite da due glifi incrociati collegati trasversalmente mediante un cursore in modo tale che la prima e seconda asta possono scorrere longitudinalmente rispetto a detto cursore,

in cui la prima manovella ha una terza lunghezza inferiore a detta seconda lunghezza ed è fissata in modo solidale ad una sua prima estremità vincolata con una estremità della terza asta dove questa è incernierata con la prima asta ed alla sua seconda estremità libera è atta a ricevere una coppia o una forza per azionare il sistema di trasmissione,

in cui la seconda manovella ha una quarta lunghezza inferiore a detta seconda lunghezza ed è fissata in modo solidale ad una sua prima estremità vincolata con una estremità della quarta asta dove questa è incernierata con la seconda asta ed è fissata solidalmente ad una sua seconda estremità (3) con un albero di trasmissione del moto rotatorio generato dalla detta coppia o forza sulla prima manovella e

dove le estremità vincolate della terza asta e della prima manovella sono collegate tramite un primo perno su cui è incernierata una prima ruota libera solidale con la prima asta , tale prima ruota libera essendo obbligata da un nottolino ancorato alla prima manovella a ruotare obbligatoriamente in un solo senso, e dove

le estremità vincolate della quarta asta e della seconda manovella sono collegate tramite un secondo perno su cui è incernierata una seconda ruota libera solidale con la seconda asta, tale seconda ruota libera essendo obbligata da un nottolino ancorato alla seconda manovella a ruotare obbligatoriamente in un solo senso , senso che è opposto al senso di rotazione della prima ruota libera.

Grazie a questa configurazione, durante la rotazione, la prima manovella E rimane sempre parallela a se stessa e tale sistema è in grado per ogni giro di 360° percorso dalla prima manovella intorno al fulcro dove è infulcrato detto albero di trasmissione di far compiere due giri di 720º alla seconda manovella intorno allo stesso fulcro.

Breve descrizione delle Figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce di una descrizione dettagliata di una forma preferita di realizzazione ma non esclusiva, descritta in funzione dell’applicazione ad una bicicletta a pedali illustrata a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la Fig. 1 rappresenta schematicamente una prima realizzazione del sistema secondo l’invenzione,

la Fig. 2 è una rappresentazione del movimento del sistema rappresentato in Fig. 1,

La Fig. 3 è una rappresentazione in dettaglio del movimento di rotazione del sistema rappresentato in Fig.1

La Fig.4 mostra altre possibili configurazioni del sistema secondo l’invenzione. La La Fig. 5 è una rappresentazione del sistema secondo l’invenzione applicato ad una bicicletta vista di fianco.

La Fig.6 mostra la pedivella di sinistra vista di fronte.

La Fig.7 mostra la pedivella di destra vista di fronte.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.

Descrizione in dettaglio di una forma di realizzazione preferita dell’invenzione La Fig.1 rappresenta una catena cinematica secondo l’invenzione. Il sistema 100, che rappresenta un ellissometro anti parallelogramma, è costituito da quattro aste A,B,C,D, di cui le aste C e D, dette prima e seconda, di eguale lunghezza sono costituite da due glifi incrociati e liberi di scorrere rispetto ad un cursore 1 che serve anche da distanziatore e che è situato nel punto dove si incrociano dette aste. La prima C e la seconda D asta sono collegate tramite le loro estremità ad altre due aste A e B , detta terza e quarta, di uguale lunghezza ma più corte rispetto alle prime due aste C e D, formando così quattro coppie rotoidali i cui assi di rotazione sono sempre paralleli fra loro. Il sistema 100 descritto forma così un quadrilatero articolato. Secondo l’invenzione il sistema 100 è completato con l’inserimento di due apposite manovelle, una prima manovella E, che è solidale tramite un primo estremo alla terza asta A nel punto di cerniera fra detta asta e la prima asta C, ed una seconda manovella F che è solidale tramite un primo estremo alla quarta asta B nel punto di cerniera fra detta asta e la seconda asta D. Il secondo estremo libero della prima manovella E, che è più corta rispetto alla terza asta A, è atto a ricevere una coppia o una forza che serve ad azionare il sistema 100. Mentre su un secondo estremo libero della seconda manovella F, che è a sua volta più corta rispetto alla quarta asta B, è infulcrato 3 un albero di trasmissione 2. Lo scopo dell’invenzione è quello di far compiere due giri alla seconda manovella F e quindi all’albero di trasmissione 2, per ogni giro della prima manovella E. Affinché ciò avvenga è necessario come si vede dalla Fig. 2 che la prima manovella E che serve per imprimere il movimento rotante al sistema 100, durante la rotazione rimanga sempre parallela a se stessa. Per far questo la prima asta C è solidale con una prima ruota libera 11 il cui asse di rotazione coincide con l’asse della coppia rotoidale formata dalla prima asta C e dalla prima manovella E. La ruota libera 11 è incernierata su un primo perno 4 che collega la prima manovella E con la terza asta A. Tramite detta prima ruota libera 11 che è obbligata da un nottolino 5 imperniato sulla prima manovella E a girare in un solo senso di rotazione, la prima asta C che è solidale con detta prima ruota libera 11 è a sua volta obbligata a ruotare solo in un senso obbligato rispetto alla prima manovella E. Nelle figure 1, 2 e 3 tale senso è il senso di rotazione orario, il senso di rotazione opposto essendo impedito dal sistema ruota libera 11- nottolino 5. Analogamente la seconda asta D è solidale con una seconda ruota libera 12 il cui asse di rotazione coincide con l’asse della coppia rotoidale formata da detta seconda asta D e dalla seconda manovella F. Detta seconda ruota libera 12 è a sua volta incernierata su un secondo perno 7 che collega solidamente la seconda manovella F con la quarta asta B. Tramite detta seconda ruota libera 12 che è bloccata in un senso di rotazione da un nottolino 8 imperniato 9 sulla seconda manovella E, la seconda asta D è forzata a ruotare solo in un senso obbligato rispetto a detta seconda manovella F. Nelle figure 1, 2 e 3 tale senso è il senso di rotazione antiorario, il senso di rotazione opposto essendo impedito dal sistema ruota libera 12 – nottolino 8. Da notare che il senso di rotazione della prima asta C rispetto alla prima manovella E, senso orario, è opposto al senso di rotazione della seconda asta D rispetto alla seconda manovella F, senso antiorario. Quando una coppia o una forza è incidente sull’estremo libero della prima manovella E, tutto il sistema 100 può ruotare intorno al fulcro 3, intorno a cui ruotano anche la terza asta A e la seconda manovella F, mentre la prima manovella E ruota anch’essa intorno al fulcro 3 rimanendo però sempre parallela a se stessa. Grazie a questa configurazione il sistema 100 può funzionare da moltiplica. Il sistema 100 può essere agganciato ad un telaio mediante un albero o movimento centrale 2 infulcrato sull’estremo libero 3 della seconda manovella F, detto estremo libero funge anche da fulcro 3 del sistema 100, vedi figure 1,2, 3 e 4. L’ albero 2 ruoterà seguendo la rotazione della seconda manovella F compiendo due giri di 720º per ogni giro di 360º compiuto dalla prima manovella E intorno al fulcro 3. Le figure 2 e 3 rappresentano del moto del sistema 100 a vari angoli di rotazione. Se la prima manovella E viene obbligata a rimanere durante la rotazione del sistema (100) intorno al fulcro 3 sempre parallela a stessa è facile vedere che quando il sistema (100) ha ad esempio ruotato di 90º rispetto alla posizione iniziale, la seconda manovella F avrà ruotato di 180º, infatti quando la prima manovella E avrà compiuto una rotazione di 90º intorno al fulcro 3 si troverà necessariamente allineata con la seconda manovella F che avrà necessariamente eseguito una rotazione di 180º come si può vedere dalla figura 2. La figura 3 mostra la scomposizione della rotazione più in dettaglio. In pratica con l’accorgimento di obbligare la prima manovella E a rimanere sempre parallela a se stessa viene realizzata una moltiplicazione del moto rotatorio, ovvero per ogni giro completo della prima manovella E vengono realizzati 2 giri completi della seconda manovella F intorno al proprio fulcro 3 che è anche il fulcro del sistema 100. Vi è comunque da notare che la rotazione del sistema 100 sul fulcro 3 non descrive esattamente una circonferenza ma piuttosto un ellisse. Più gli elementi A e B sono corti rispetto agli elementi C e D e più l'ellisse tende ad una circonferenza. Le due manovelle E ed F oltre al posizionamento già descritto possono essere posizionate tutte e due all'estremità dell'elemento C oppure D, senza inficiare il funzionamento del sistema (100) descritto, mantenendo ovviamente tutte le obbligazioni per quel che riguarda i sensi di rotazione, come descritto, e spostando opportunamente le ruote libere come si può vedere dalla Fig. 4. Su di una manopola inserita nell’ estremo libero 10 della prima manovella E potrà essere montata l’estremità di una biella. L’altra estremità della biella può essere collegata ad un dispositivo che fa compiere a tale estremità un movimento rettilineo oscillante, realizzando così un meccanismo biella-manovella per la trasformazione del moto da rettilineo in rotatorio in cui il sistema 100 funge contemporaneamente da manovella e da moltiplica. Il sistema 100 può essere applicato, come esempio, ad una bicicletta. In questo caso il sistema 100 viene usato come pedivella. In fig. 5 è rappresentata una sezione di bicicletta su cui sono montate due pedivelle costruite secondo l’invenzione, dove Ps indica la pedivella di sinistra e Pd la pedivella di destra. Con 1 viene indicato il cursore distanziatore che si trova all’incrocio della prima e seconda asta C e D. Con T viene indicato il telaio solidale con la scatola 13 dove viene infilato il movimento centrale 2. Le pedivelle Ps e Pd sono inserite sul movimento centrale 2 rispettivamente tramite la seconda manovella F e la guarnitura G, che in questo caso sostituisce la seconda manovella F. Sulla guarnitura G è imbullonata la corona 14. L’asse del pedale è inserito sull’estremo libero delle prime manovelle E della pedivella di destra Pd e di sinistra Ps. Le Fig.6 e 7 mostrano le pedivelle di sinistra e di destra viste di fronte. Il sistema rappresentato permette alla corona 14 di compiere due giri completi per ogni giro completo dei pedali.

Claims (5)

1. Rivendicazioni 1) Sistema (100) per la trasmissione del moto di rotazione da una prima manovella (E) ad una seconda manovella (F) aventi rispettivi assi di rotazione paralleli tra loro comprendente: quattro aste (A, B, C, D) che definiscono un quadrilatero articolato (100), e quattro coppie rotoidali aventi i rispettivi assi di rotazione paralleli agli assi di rotazione delle prima (E) e seconda (F) manovella, in cui una prima (C) ed una seconda asta (D) hanno una prima lunghezza tra loro, e in cui una terza (A) e quarta asta (B) hanno una seconda lunghezza uguale tra loro, in cui la prima lunghezza è maggiore della seconda lunghezza, in cui la prima (C) e seconda (D) asta sono costituite da due glifi incrociati collegati trasversalmente mediante un cursore (1) in modo tale che la prima (C) e seconda (D) asta possono scorrere longitudinalmente rispetto a detto cursore, in cui la prima manovella (E) ha una terza lunghezza inferiore a detta seconda lunghezza ed è fissata in modo solidale ad una sua prima estremità vincolata con una estremità della terza asta (A) dove questa è incernierata con la prima asta (C) ed alla sua seconda estremità libera (10) è atta a ricevere una coppia o una forza per azionare il sistema di trasmissione (100), in cui la seconda manovella (F) ha una quarta lunghezza inferiore a detta seconda lunghezza ed è fissata in modo solidale ad una sua prima estremità vincolata con una estremità della quarta asta (B) dove questa è incernierata con la seconda asta (D), ed è fissata solidalmente ad una sua seconda estremità (3) con un albero di trasmissione (2) del moto rotatorio generato dalla detta coppia o forza sulla prima manovella (E), e dove le estremità vincolate della terza asta (A) e della prima manovella (E) sono collegate tramite un primo perno (4) su cui è incernierata una prima ruota libera (11) solidale con la prima asta (C), tale prima ruota libera (11) essendo obbligata da un nottolino (5) ancorato (6) alla prima manovella (E) a ruotare obbligatoriamente in un solo senso, e dove le estremità vincolate della quarta asta (B) e della seconda manovella (F) sono collegate tramite un secondo perno (7) su cui è incernierata una seconda ruota libera (12) solidale con la seconda asta (D), tale seconda ruota libera (12) essendo obbligata da un nottolino (8) ancorato (9) alla seconda manovella (F) a ruotare obbligatoriamente in un solo senso, senso che è opposto al senso di rotazione della prima ruota libera (11).
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione precedente in cui la terza e quarta lunghezze della prima (E) e della seconda (F) manovella sono uguali.
3. 3) Sistema secondo la rivendicazione 2, dove alla estremità libera (10) della prima manovella (E) è inserita una manopola.
4. 4) Bicicletta a pedali dove la pedivella è formata dal sistema (100) secondo le rivendicazioni precedenti.
5. 5) Bicicletta a pedali secondo la rivendicazione 4, dove ad ogni giro di 360° dei pedali corrispondono due giri di 720° della corona (13).