ITRM980073A1 - Meccanismo atto ad ottenere una variazione continua del rapporto di trasmissione del giri fra albero conduttore e albero condotto - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

“Meccanismo atto ad ottenere una variazione continua del rapporto di trasmissione dei giri fra albero conduttore ed albero condotto"

La presente invenzione riguarda un meccanismo atto ad ottenere una variazione continua del rapporto di trasmissione dei giri fra albero conduttore ed albero condotto.

Più in particolare, l'invenzione riguarda un meccanismo del tipo detto che consente di adeguare automaticamente il rapporto di trasmissione al variare della resistenza applicata all’albero condotto.

Come è noto, esistono diversi sistemi atti a modificare automaticamente ed in modo continuo il rapporto del numero dei giri da albero motore ad albero utilizzatore in funzione della resistenza opposta dall'albero utilizzatore.

Tra di questi si possono menzionare, ad esempio, i variatori a pulegge mobili, conduttrice e condotta, a mezzo di apposita cinghia di trasmissione.

Un altro sistema già noto nella tecnica, è quello che prevede un variatore di giri mediante una ruota di attrito con asse di rotazione perpendicolare a quello di due dischi fra i quali la ruota si sposta radialmente impegnando nello spostamento radiale una circonferenza di diametro diversa, quindi con variazione continua del rapporto di trasmissione.

Sono noti inoltre i cambi automatici a rapporti prefissati (3 - 4), generalmente accoppiati ad un convertitore idraulico costituito da un rotore a palette che spinge olio con una particolare direzione data da uno statore a palette, contro le palette di una turbina collegata ad un sistema di coppia di ingranaggi e diversi rapporti, le cui coppie sono impegnate con singole frizioni a comando centrifugo ed idraulico.

Alla luce della tecnica nota, il richiedente ha studiato e messo a punto una soluzione innovativa rispetto a quelle già utilizzate, in grado di essere prodotta con dimensioni estremamente ridotte.

Un altro vantaggio della soluzione che viene proposta secondo la presente invenzione è quello di poter essere prodotta con costi di produzione estremamente bassi.

Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un meccanismo atto ad ottenere una variazione continua del rapporto di trasmissione di giri fra un albero conduttore ed un albero condotto coassiali fra loro, e fra di loro indipendenti e supportati girevolmente, comprendente una apparecchiatura fissa tale da opporre una resistenza di valore dipendente direttamente dal numero di giri dell’albero conduttore e dalla coppia motrice ad esso applicata, nonché dalla resistenza applicata all’albero condotto, detta apparecchiatura essendo solidale ad almeno un satellite libero di ruotare in appositi recessi ricavati in un rotore portasatellite, detto rotore portasatelliti essendo solidale all’albero motore conduttore o solidale all’albero condotto utilizzatore, detto almeno un satellite essendo supportato girevolmente e libero di ruotare in detto recesso del portasatellite, ed essendo collegato solidalmente ad un primo ingranaggio, che ingrana con un secondo ingranaggio solidale all'albero condotto o all’albero conduttore.

In particolare, nel caso in cui detto rotore portasatelliti è solidale all'albero condotto utilizzatore, il rotore portasatelliti può essere sia folle su detto albero, o solidale su detto albero.

Preferibilmente, secondo l'invenzione, l'apparecchiatura fissa sul satellite è costituita da un cilindro con le estremità chiuse con tappi ermetici fissi, nel cui interno può scorrere liberamente un elemento mobile di determinata massa, opportunamente sagomato.

Sempre secondo l'invenzione, l’apparecchiatura fissa sul satellite può essere costituita da uno o più cilindri, disposti secondo la configurazione più conveniente (paralleli, a triangolo con baricentro sul perno di rotazione del satellite, ecc.), ognuno di detti cilindri essendo chiuso alle estremità e dotato di elementi mobili all’interno di massa e forma predeterminata.

Ulteriormente, l’apparecchiatura fissa sul satellite può essere costituita da cilindri chiusi alle estremità con elemento mobile all’interno, e riempiti di un fluido (ad esempio olio), con uno o più serbatoi di compensazione dotati di sistema tale da compensare le variazioni di volume (ad esempio, un pistone scorrevole sigillato controllato da elemento elastico)dovute al moto dell’elemento mobile nell’interno del cilindro, e da compensare eventuali trafilaggi all'esterno del fluido, e variazione di volume dovuta alla temperatura.

Secondo l'invenzione, le estremità di detto cilindro possono essere anche provviste di estremità di chiusura ermetica, ma scorrevoli che portano delle espansioni a frizione che possono strisciare contro il diametro interno del recesso ricavato nel portasatelliti provocando una forza frenante per contatto a frizione. Questo tipo di apparecchiatura è indicato specialmente per la costruzione del meccanismo nel quale il portasatelliti non è collegato solidalmente all’albero conduttore o motore.

Sempre secondo l'invenzione, detta apparecchiatura solidale al satellite, atta ad opporre una resistenza di valore dipendente e proporzionale al numero dei giri ed alla coppia fornita dall’albero conduttore o motore, e dipendente dalla coppia richiesta dall’albero condotto o utilizzatore, può essere anche costituita da almeno una pompa idraulica, per esempio ad ingranaggi, alloggiata in apposite sedi del portasatellite, con l'albero principale della pompa supportato girevolmente sul portasatellite, e collegato solidalmente ad un ingranaggio che ingrana con un ingranaggio coassiale all'albero condotto e all’albero conduttore.

Nel caso in cui il rotore portasatelliti è solidale con l’albero motore, l’ingranaggio coassiale all’albero condotto sarà fissato solidalmente su questo, e viceversa.

Ancora secondo l’invenzione, possono essere previsti mezzi per l’adduzione di olio alle pompe idrauliche, in particolare costituiti da un condotto ricavato in detto albero condotto.

Preferibilmente, ciascuna pompa idraulica può prevedere uno o più cilindri connessi con la mandata in pressione della pompa, e sono previsti una pluralità di fori calibrati di passaggio dell'olio quando i fori non sono coperti dal mantello del pistone, essendo prevista una molla tarata che contrasta il moto del pistone.

Ancora secondo l'invenzione, possono essere previsti mezzi di parzializzazione della fuoriuscita della mandata della pompa, in particolare costituiti da una spina conica, disposta centralmente in detto pistone, assialmente lungo il cilindro, la chiusura del cilindro divenendo ermetica, allorché il pistone ha accolto nel suo recesso conico, la detta spina conica senza permettere alcun trafilaggio di olio, per cui la pompa idraulica avrà raggiunto la pressione richiesta dalle attuali condizioni di funzionamento richieste dal’utilizzatore.

Ulteriormente, secondo l’invenzione, l’olio in pressione può essere inviato dalle pompe idrauliche al cilindro (o ai cilindri) che hanno il loro asse disposto radialmente sul rotore portasatellite solidale, il condotto connettendosi al cilindro dal basso, la massa del pistone, sollecitata dalla forza centrifuga, regolando con sufficiente precisione il bloccaggio dell’unità della mandata.

In una forma di realizzazione del meccanismo secondo l'invenzione, l'apparecchiatura fissa sul satellite avente la funzione di opporre una resistenza di valore dipendente dal numero dei giri e dalla coppia fornita dall'albero conduttore o motore e dalla resistenza al moto opposta dall'albero utilizzatore è inserita in un cinematismo costituito da un rotore portasatelliti, da satelliti fulcrati girevolmente entro recessi ricavati in detto rotore e recanti l’apparecchiatura della sopra detta e specificata nelle precedenti rivendicazioni, da ingranaggi solidali all’albero dei satelliti che ingranano con un ingranaggio coassiale con l’albero conduttore e l'albero condotto che si trovano sullo stesso asse ma sono indipendenti fra loro.

La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista schematica del funzionamento del meccanismo secondo l'invenzione;

la figura 2 è una vista in sezione del meccanismo di figura 1 ; la figura 3 mostra le varie fasi del funzionamento del meccanismo di figura 1 ;

la figura 4 è una vista in sezione di un meccanismo secondo l’invenzione in una sua realizzazione;

la figura 5 mostra un particolare di una seconda forma di realizzazione del meccanismo secondo l’invenzione;

la figura 6 è una sezione lungo la linea VI-VI di figura 5;

la figura 7 mostra un particolare di un elemento di figura 6; la figura 8 mostra un particolare di una terza forma di realizzazione del meccanismo secondo l'invenzione;

la figura 9 è una sezione lungo la linea IX-IX di figura 8; e la figura 10 mostra un particolare di un elemento di figura 5. Riferendosi inizialmente alle figure 1 - 3, è mostrata una soluzione di base del meccanismo secondo l'invenzione che consente di individuare il funzionamento del meccanismo. Il meccanismo inventivo comprende, nella forma più semplice, un rotore portasatelliti 1, solidale all'albero motore o conduttore 2, uno o più satelliti 3 che possono ruotare in appositi recessi del rotore 1, supportati girevolmente e collegati solidalmente ad un ingranaggio 4, pur essendo liberi di ruotare attorno al proprio asse, un albero condotto o utilizzatore 5, coassiale con l'albero motore 2 e indipendente da questo.

Detto albero 5 è solidalmente collegato con l'ingranaggio 6, che ingrana con l’ingranaggio 4.

Per ottenere un buon bilanciamento dinamico, i satelliti 3 saranno previsti in numero pari ad almeno due, o comunque un numero maggiore per ragioni di dimensionamento della potenza da trasmettere.

Per quanto riguarda il tipo di satellite ed il meccanismo che costituisce la parte più importante dell'invenzione, esso è studiato in maniera tale da avere la proprietà di esercitare una forza che si oppone al moto di rotazione del satellite, determinando dapprima un trascinamento poi il bloccaggio del moto del satellite, talché il portasatelliti 1 diverrà solidale con l’albero secondario 5.

Osservando in particolare la figura 2, si deve prendere in considerazione per motivi di semplicità di descrizione, il funzionamento di un solo satellite 3, in quanto gli altri "n" satelliti 3 si comportano come quello descritto.

Dalla figura si riconoscono il rotore portasatelliti 1 sull'albero condotto 5, il satellite 3, l'ingranaggio 4 solidale al satellite 3, l'albero condotto o utilizzatore 5, l’ingranaggio 6 solidale con l’albero condotto 5. Inoltre con il riferimento numerico 7 è indicato il cilindro, chiuso alle estremità e con il riferimento numerico 8 un elemento mobile, di massa precalcolata, libera di spostarsi nell’interno del cilindro 7.

Nella valutazione di quanto segue, si deve tenere presente che si considerato un solo cilindro il cui asse incrocia l’asse di rotazione del satellite, ed è chiaro che tutti i ragionamenti che seguiranno sono altresì validi per un numero “n" di cilindri, ognuno con elemento mobile, i quali possono essere disposti secondo lo schema ritenuto più razionale (per esempio 3 cilindri con gli assi dei cilindri disposti come i lati di un triangolo equilatero e con il baricentro sull’asse di rotazione del satellite), collegati solidalmente col satellite 3.

La figura 3 mostra il funzionamento del meccanismo secondo l'invenzione, considerando per semplicità di disegno, un solo satellite, nelle varie posizioni che assume quando il rotore 1 è posto per esempio in rotazione lenta (1000 giri/min).

L’elemento mobile 8, di massa “m” è contenuto nel cilindro 7. Allorché il rotore portasatelliti 1 comincia a ruotare, l’ingranaggio 4 del satellite 3 impegnato dalla dentatura sull’ingranaggio 6 dell’albero condotto 5, che supponiamo dapprima frenato e quindi fermo, comincia a ruotare allo stesso numero di giri del portasatellite 3.

Se indichiamo con N e S le due estremità opposte del cilindro 7, solidale con il satellite, osserviamo che la massa “m” è soggetta a due diverse forze centrifughe:

Fc1 = la prima forza centrifuga, diretta verso l’esterno del cilindro 7, lungo l’asse del cilindro 7, dovuta alla rotazione del satellite 3 attorno al proprio asse e pari a

in cui r è espresso in metri e m in Kg massa

F c2 = la seconda forza centrifuga dovuta alla rotazione del satellite 3 attorno all’asse motore (che è anche l’asse di rotazione del rotore portasatelliti 1), diretta lungo la congiungente del baricentro della massa e l’asse di rotazione del rotore 1.

Si osservi che, essendo il cilindro 7 fisso sul satellite 2, detto oc l’angolo percorso dal perno dell’ingranaggio 4 del satellite, rispetto alle coordinate x e y dell’ingranaggio 6 dell’albero condotto 5, l’asse del cilindro individuato come già detto con le direzioni N - S (ossia lungo y), si sposterà rispetto ad y di un angolo pari a 2 a°, supponendo il numero dei denti degli ingranaggi 4 e 6 di numero uguale.

Ciò significa che per α° = 180° l’asse del cilindro 7, ossia gli estremi N - S dello stesso, avranno compiuto una rotazione pari a 2 a° = 360°.

Nel seguito si valuta il comportamento dell'elemento mobile 8 all'interno del cilindro 7 per a° = 90°, ovverosia in quella zona che sarà indicata come primo quadrante.

L'elemento mobile 8 sarà sottoposto alla forza centrifuga Fc1 rivolta l’estremo Nord ed alla forza centrifuga Fc2, che agisce lungo la congiungente baricentro della massa-asse di rotazione dell’albero motore 2.

Questa forza si può scomporre in due, una lungo l’asse del cilindro 7, l’altra perpendicolare all'asse del cilindro 7, ciò che provoca l’insorgere di una coppia che si oppone alla rotazione del satellite 3, perché i denti dell'ingranaggio 4 si appoggiano, esercitando una forza, sul fianco dei denti dell’ingranaggio condotto 6.

Allorché l’ingranaggio 4 compie l’angolo ai rispetto ad y maggiore di a la componente della Fc2 lungo l'asse del cilindro che a sua volta ha ruotato di un angolo 2α1 rispetto ad y, si troverà ad opporsi alla forza Fc1. L’arco sotteso dall'angolo αi sarà indicato come fase “positiva”.

Si verificherà una condizione, in corrispondenza del numero di giri “ni” dell’albero motore, per cui, nel quadrante secondo (fra 90° e 180°), in cui la componente della Fc2 è di direzione opposta, cosicché, prima che il perno satellite compia l’angolo a = 180°, l’elemento mobile 8 si sarà spostato da N a S, vincendo le forze di attrito durante lo spostamento e la resistenza dell’eventuale fluido contenuto nel cilindro 7.

Al momento in cui l’elemento mobile 8 ha invertito la sua posizione da N a S, la componente perpendicolare all’asse del cilindro 7 avrà direzione tale che la coppia da essa generata rispetto all’asse di rotazione del satellite 3, sarà favorevole alla rotazione del satellite 3. L'arco sotteso dell’angolo in cui si manifesta questa coppia sarà indicato come fase “negativa".

Si dimostra, matematicamente e graficamente in figura 3, che la fase “positiva” è molto maggiore della fase “negativa”, che quest’ultima si manifesta per un arco limitato nel ΙΓ e IV° quadrante, ed inoltre che questo arco si riduce facendo muovere l'elemento mobile 8 in un fluido (p.e. olio idraulico) e mediante un opportuno disegno dell’elemento mobile 8.

Inoltre, come mostrato in figura 2, il cilindro 7 è collegato con uno o più serbatoi compensatori 9 che hanno la funzione doppia sia per mantenere sempre completo il volume del fluido nel cilindro 7, sia di servire quale polmone compensatore quando l’elemento mobile 8 inizia il suo trasferimento da un estremo all’altro del cilindro 7, e tutto ciò grazie al pistoncino 10 sollecitato dalla molla 11.

La dimostrazione matematica dell’angolo a per il quale avviene l’inversione della massa, facendo riferimento alla figura 3, è la seguente:

in cui ω = 2πη, n = numero dei giri al secondo del rotore 1, m = la massa dell’elemento mobile 7 espressa in kilomassa

r = la distanza del baricentro della massa dell’asse di rotazione del rotore.

Questa distanza varia in funzione dell’angolo a cos a

dove R è l’interasse degli ingranaggi 4 e 6, di valore prefissato, b = spostamento del baricentro della massa.

La componente assiale di Fc2 lungo l’asse del cilindro risulta chiaramente uguale a Ca Fc2 .

per cui, sviluppando si ha

n è il numero dei giri al secondo del rotore 1.

Il valore di r è maggiore di R nel primo e terzo quadrante perché cos a è di valore positivo. Il valore di r è inferiore ad R nel secondo e quarto quadrante perché cos a è negativo, osservando che il sistema è simmetrico ipsetto all'asse y, in quanto, allorché il portasatelliti compie 180°, il cilindro compie 360° , e quindi il comportamento dell'elemento mobile del cilindro è analogo nel I e III quadrante, così come nel II e IV quadrante.

Analogamente C„ F& ha valore negativo nel ΙΓ e IV<0 >quadrante, quindi in questi quadranti vale la relazione er l’angolo ax° per cui si ha equilibrio dell'elemento mobile 8. Per valori dell’angolo superiori ad ax° e fino a 180° si hanno le fasi combinate di “traslazione” e “negativa".

Avvalendoci di opportuni mezzi o mediante un opportuno disegno dell'elemento mobile 8, del tipo di fluido, di valvole direzionali, si può aumentare la fase di “traslazione” dell’elemento mobile 8 e diminuire la fase “negativa”.

La componente della Fc2 che dà luogo alla forza che si oppone al moto rotatorio del satellite 3, fino a bloccarlo è la componente normale all’asse del cilindro 7. Essa ha luogo nella fase “positiva” e nella fase "negativa", e può essere indicata con CN F^

l’angolo per cui l’elemento mobile 8 ha iniziato la traslazione dall’estremo N all’estremo S (e viceversa per il susseguente mezzo giro), e definisce la fase “positiva”.

Sapendo che la fase negativa inizia dopo che la traslazione è completata, per cui l’elemento mobile si trova in S, e indicando con ocy, l'angolo corrispondente, la fase “negativa” sarà definita dalla relazione

Dato che l’arco di traiettoria da oty° a 180° è uguale a quello da 0° a β, ove β è l’angolo uguale come valore a (180° - ay°), risulta logico che:

'positiva” netta

Per trovare la potenza trasmessa per un determinato regime di giri n del rotore 1 si deve innanzitutto definire il valore della coppia, ossia conoscendo già l’espressione algebrica che dà in ogni istante il valore netto della CnFc2, si deve definire l’espressione del “braccio”. Avendo scomposto Fc2 in CN, componente normale all'asse del cilindro, e CA, componente assiale, il braccio sarà uguale a b/2, per cui la

Sviluppando si ottiene

La potenza trasmessa sarà:

Nm x Coppia = dove nm è il numero dei giri/sec dell’integrale precedente.

E’ evidente che i valori di a° dipendono dalla posizione angolare del cilindro 7, quindi dal satellite 3 e quindi dal numero dei giri del satellite 3 ed essendo evidente la relazione (supposto il numero dei denti degli ingranaggi 4 e 6 uguale)

numero dei giri del satellite, nn = numero dei giri delfingranaggio 6 del'abero condotto 5, nm = numero dei giri del motore, si ha che il rapporto di trasmissione fra albero motore 2 (o rotore 1) e albero condotto varierà da 1 : 0 a 1 : 1

Si avrà l'accoppiamento solidale fra l’albero motore 2 e albero condotto 5, dal momento in cui l’espressione relativa alla coppia sarà uguale o maggiore alla coppia richiesta dall’utilizzatore ed alla coppia fornita dall’albero motore 2.

E' evidente altresì che indicando con Pm1 Cm e nm : potenza, coppia e numero dei giri dell’albero motore; Pu1 Cu1 nu1 potenza, coppia e numero dei giri dell’utilizzatore, Pa la potenza sprecata per attrito, si ha P la potenza motore netta da perdite di attrito del meccanismo secondo l'invenzione.

Pa è la potenza sprecata per attriti del meccanismo secondo l'invenzione a causa degli attriti interni del meccanismo, principalmente l’attrito degli ingranaggi 4 e 6, e l’attrito interno al cilindro 7 dovuto al moto di traslazione.

Pa è praticamente nulla nello stato di rotore 1 solidale con ('utilizzatore 5.

Considerando che per cui supponendo Pm costante si può rappresentare graficamente la condizione Cu x n„ = cost con il seguente diagramma:

in cui il punto 1 individua l'accoppiamento solidale fra rotore 1 e albero utilizzatore 5.

Facendo ora riferimento alle figure da 4 a 7, vengono descritte ulteriori forme di realizzazione del meccanismo secondo l'invenzione.

Osservando dapprima la figura 4, si possono vedere l’albero conduttore 101 e l’albero condotto 102.

Nello stato di quiete i due alberi 101 e 102 sono indipendenti fra loro, supportati nella scatola del cambio 103 e nel suo coperchio 104 rispettivamente dai supporti a rotolamento 105 e 106.

L’albero 101 è collegato con il motore (non mostrato), mentre l’albero 102 collegato con l’utilizzatore (anch’esso non mostrato) (ad esempio le ruote di un veicolo attraverso opportuno meccanismo) mentre gli alberi 101 e 102 sono indipendenti fra di loro.

Sull’albero conduttore 101 si trova fulcrato folle un rotore 107 che è supportato da cuscinetti 106 e 108. Detto rotore 107 è solidale con l’albero condotto 102 mentre sull’albero motore 101 è fissato solidale un ingranaggio 109 che quindi gira con la stessa velocità di rotazione dell’albero motore 101.

Sul rotore 107 sono montati, folli, uno o più ingranaggi (in figura ne sono mostrati due, rispettivamente indicati con i riferimenti numerici 110 e 111) che ingranano con l’ingranaggio 109 e sono liberi di ruotare, senza che il rotore 107 sia costretto a seguirne la rotazione, a meno che non intervenga qualcosa, come verrà descritto in maggiore dettaglio nel seguito.

In ogni caso, a prescindere dalla soluzione specifica adottata, che potrà anche essere differente da quelle che verranno illustrate e descritte, è necessario opporre una resistenza crescente in funzione deH'aumento dei giri dell'albero motore 101, così da mettere dapprima in rotazione il rotore 107, e quindi, in funzione dell’aumento di resistenza alla rotazione del rotore 107, il moto del rotore e dell'ingranaggio 110 si blocca, rendendo solidale il rotore 107 con l’albero conduttore 101.

Si osservi che gli ingranaggi 105 e 106 sono sostenuti da propri alberi 107 - 108 rispettivamente sui supporti 109 e 110, e sono collegati a mezzo degli alberi stessi con i rotori secondari 111 e 112 muniti di frizione centrifughe, come indicate nel disegno B in scala maggiorata.

Facendo ora riferimento anche alle figure da 5 a 7 dei disegni allegati è illustrata una forma di realizzazione del meccanismo secondo l’invenzione.

Gli ingranaggi 110 e 111 sono sostenuti da propri alberi 112 e 114 rispettivamente sui supporti 113 e 115, e sono collegati a mezzo degli alberi 112 e 114 stessi con i satelliti 116 e 117 muniti di frizione centrifuga.

L'albero 112 sul supporto 113 è illustrato in particolare in figura 6, (così come l’albero 114 sul supporto 115). All’albero 107 è solidale il rotore 116, mentre all’albero 108 è solidale il rotore 117.

Ognuno dei due satelliti 116 e 117 è costituito, come bene illustrato in figura, da un blocco collegato all’albero 112 o 114, con un cilindro 118.

Fra gli estremi del cilindro 118 può spostarsi liberamente un elemento 119, che può essere realizzato di forma più conveniente (una sfera o un pistone con estremità rastremate a cono, ecc.).

Il cilindro 118 è chiuso alle estremità da apposite espansioni 120, 121 con coduli che fungono da pistoni, dotati di guarnizioni ermetiche e di frizione, e all’interno del cilindro 118 si trova un fluido (ad esempio olio idraulico).

A causa della rotazione del rotore 116, 117 le espansioni 120, 121, spinte dalla forza centrifuga, premono sulle corone circolari 122 e 123, ricavate nel rotore 117 determinando il trascinamento del rotore 107 per la resistenza che i denti degli ingranaggi 110 e 111 esercitano sui denti dell'ingranaggio 109 dell’albero motore 101.

Allorché aumenta la coppia motrice dell’albero 101, e conseguentemente la velocità angolare dell’ingranaggio 109 aumenta il numero dei giri degli ingranaggi 110 e 111, e conseguentemente dei satelliti 116 e 117.

L’aumento del numero dei giri fa aumentare la forza di attrito fra le espansioni 120 e 121 e le corone circolari 122 e 123. Ciò comporta un aumento della velocità del rotore 107, e diminuisce così il differenziale fra il numero dei giri ni dell’albero conduttore 101 e n2 dell’albero condotto 102.

Si arriverebbe così ad una condizione di equilibrio, con un rapporto di trasmissione specifico per le date condizioni di coppia motrice e coppia resistente, così come accade per qualsiasi trasmissione mediante accoppiamento di frizione, a meno che non intervenga qualche altra forza diversa da quella derivante dall’attrito.

Questa nuova forza è dovuta alla rotazione del rotore 107. Ricordando che accoppiati ai satelliti 116 e 117, dentro il cilindro 118 può muoversi l’elemento 119 dotato di propria massa, si nota che, allorché il rotore 107 comincia a ruotare, sulla massa dell’elemento 119 agisce una seconda forza centrifuga, dovuta alia rotazione del rotore 107 attorno all’asse A - A di figura 4, comune all’albero 101 e all’albero 102, e quindi un determinato valore della coppia che si oppone alla rotazione, come già descritto con riferimento alle figure 1 - 3.

La differenza tra la soluzione della forma di realizzazione delle figure 1 - 3 e quello descritto e illustrato nelle figure 4 - 7 consiste nel fatto che nella seconda soluzione il moto del rotore 107, portasatelliti, è provocato dall'effetto della forza di frizione dovuta alle espansioni centrifughe 120 e 121 , che fanno anche da chiusura delle estremità del cilindro, che producono l’effetto i mettere in rotazione il rotore 107.

Tale effetto è causato dal fatto che a seguito detrazione di freno dovuta alla forza di attrito delle espansioni 120 (e 121) sulla corona circolare 122 (123) il numero dei giri del satellite 116 (117) diminuisce, e poiché il braccio di azione della forza centrifuga nel caso della massa 119, rispetto all’asse motore, è molto maggiore del braccio delle espansioni 120 (121) rispetto all’asse dell’albero del satellite 116 (117), mentre aumenta il numero dei giri il rotore 107.

Come è noto, la formula del Momento dovuto alla Forza centrifuga è:

in cui r è il raggio del baricentro della massa 119 messa in rotazione, espresso in mt, b è il braccio, ossia la distanza del punto di applicazione della forza centrifuga espressa in mt (nel caso delle espansioni di attrito 120 e 121 è la distanza della superficie di contatto di strisciamento), m è la massa d’inerzia = peso in kg diviso 9,81.

Per ottenere il Momento di attrito si moltiplicherà Mc per Ya dove Ya è il coefficiente di attrito che nel caso bronzo su acciaio, in presenza di olio, è approssimativamente uguale a

Si deve inoltre osservare come n = numero dei giri compare nella formula al quadrato.

Quindi il rapporto di trasmissione fra albero motore 101 e albero condotto 102, (come nel caso della prima forma di realizzazione illustrata), è variabile con continuità fra 1:0 e 1:1, secondo le condizioni di coppia fornita dal motore e richieste dall'utilizzatore.

Il fluido che riempie il cilindro 118 ha lo scopo di rallentare il moto dell’elemento 119 al suo interno, quando il moto planetario del satellite 116 nelle condizioni di rapporto di trasmissione fra 1:0 e 1:1, costringe l’elemento 119 a traslare (iniziando da 90° dopo la posizione di lontananza massima del suo baricentro dall’asse di rotazione del rotore 107).

Per ottenere tali effetti si possono adottare diverse soluzioni, come ad esempio quella mostrata in figura 6, in cui l’elemento 119 ha l’estremità conica, in modo da attutire l’urto dell’elemento 119 contro l’espansione 120 o 121, quando queste ultime si trovano nella posizione di distanza massima, o quasi nella posizione di massima distanza, dall’asse di rotazione e l’elemento 119 ha percorso il cilindro 118.

Tra le altre soluzioni che possono essere adottate, si possono menzionare gli accorgimenti in uso negli ammortizzatori idraulici per smorzare le vibrazioni delle masse oscillanti e nelle sospensioni dei veicoli.

Osservando particolarmente la figura 5, si può comprendere come è possibile recuperare lievi trafilaggi di fluido per imperfetta tenuta delle guarnizioni sui coduli-pistone delle espansioni 120, 121.

All'interno del serbatoio 124 si trova il pistone 125, munito di guarnizione ermetica, spinto da una molla tarata 126.

Il serbatoio 124 è chiuso ermeticamente. In caso di trafilaggio, il pistone 125 mantiene il pieno riempimento del cilindro 118, per l'azione della molla 126 sul pistone 125.

Sono previste altresì le canalizzazioni 127 sull'elemento 119, ed il pistoncino 125 può facilitare il moto dell'elemento 119, allorché alle alte velocità di rotazione del rotore 107 le inversioni di moto dell’elemento 119 assumono un’alta frequenza.

infatti il fluido può spostarsi velocemente dalla parte frontale dell'elemento 119 alla parte terminale dello stesso.

Venendo ora ad osservare in particolare le figure da 8 a 10, è mostrata una ulteriore forma di realizzazione del meccanismo secondo l’invenzione, che prevede un albero conduttore 201 portante solidalmente un ingranaggio 209, un rotore 207, particolarmente lavorato, solidale con l’albero condotto 202.

Il rotore 207 contiene una o più pompe idrauliche, in figura ne sono mostrate due, indicate rispettivamente con i numeri di riferimento 216 e 217. Dette pompe possono essere ad esempio pompe ad ingranaggi.

Le pompe 216, 217 sono alloggiate in appositi recessi ricavati nel rotore 207, il quale a sua volta è collegato opportunamente e solidalmente con il coperchio 207’, solidale con l'albero condotto 202. Nella soluzione mostrata nelle figure, l’ingranaggio conduttore della pompa idraulica è collegato tramite l'albero 230 all’ingranaggio 231 che è condotto dall’ingranaggio 209 dell’albero motore 201.

Con il riferimento numerico 232 sono indicati i supporti degli alberi pompa 216 e 217 e con il riferimento numerico 233 le guarnizioni di tenuta.

Una apposito condotto 234 porta l’olio dal serbatoio alla pompa 216, mediante il foro assiale 235 realizzato sull’albero condotto 202.

La pompa 216 prevede un canale 236 di mandata per l’olio in pressione che comunica con un cilindro 237 collegato con il rotore 207 e con il coperchio 207’.

Detto cilindro 237 presenta alcuni fori calibrati 238, attraverso i quali può defluire liberamente l'olio in pressione, a meno che essi non siano coperti dal mantello di un pistone 239, il quale può scorrere all’interno del cilindro 237 stesso, contrastato da una molla tarata 240 che è situata fra il pistone 239 ed il tappo 241 a chiusura ermetica del cilindro.

Nel seguito verrà ora descritto il funzionamento della forma di realizzazione illustrata in precedenza e rappresentata nelle figure da 8 a 10.

L’albero motore 201 conduttore, aziona l’ingranaggio 231 , che mette in moto la pompa idraulica 216, contenuta, nell’esempio illustrato, nel rotore 207.

Come è noto, la pompa 216, come ogni pompa idraulica, è contraddistinta da alcune caratteristiche, peculiari per ogni diverso tipo, che sono portata, pressione massima, rendimento, in funzione del numero dei giri.

Nella tabella seguente, si riportano per comodità le caratteristiche di una serie di pompe costruite da un fabbricante specializzato in pompe per uso industriale.

ha una portata di ca. 1 It al minuto a 1000 giri/min., massimo numero di giri consigliato 5000 giri/min., pressione massima raggiungibile 190 bar.

Nel caso di portate inferiori occorre modificare le dimensioni degli ingranaggi mentre per limitare le dimensioni occorre usare altri tipi di supporto, per esempio cuscinetti a sfera.

La pressione massima è limitata dal tipo di anelli di tenuta sull’albero e sulle flange della pompa, oltreché dalla lavorazione accurata degli ingranaggi e la loro precisione per limitare i trafi laggi.

La larghezza dei denti degli ingranaggi della pompa in esame è 4 mm, mentre il diametro dell'ingranaggio è di 23 mm.

La pressione di mandata può essere mantenuta, anche a pompa ferma, predisponendo una apposita valvola di non ritorno sul condotto di aspirazione olio, o sul condotto di mandata.

Tornando ora alla soluzione secondo l’invenzione, la mandata di olio della pompa 216 raggiunge il cilindro 237.

A basso regime dell’albero conduttore 201, la portata della pompa viene facilmente smaltita attraverso il foro del pistone 239 ed attraverso i fori 238 realizzati nel cilindro 237.

Pertanto a questo regime il meccanismo costituito dall'albero 201, dall'ingranaggio 209, dall'ingranaggio 231, e dalla pompa 216 ruota liberamente senza mettere in rotazione il rotore 207 collegato all’albero condotto e utilizzatore 202.

All’aumentare del numero dei giri dell’albero motore 201, aumenta mediante detto meccanismo, la portata della pompa 216 che non trova più libero sfogo, per cui la pressione dell’olio di mandata (che a rotore 207 fermo era praticamente nulla), aumenta costringendo il pistone 239 a spostarsi comprimendo la molla di contrasto 240.

Lo spostamento provoca la chiusura più o meno parziale dei fori 238 di scarico dell’olio, per cui, per reazione aumenta la pressione ed il rotore 207 inizia a ruotare.

La rotazione del rotore 207 aumenta, e quindi diminuisce la velocità angolare relativa all’albero della pompa 216 e ciò fino a ristabilire automaticamente una nuova condizione di equilibrio fra numero di giri della pompa, quindi portata, e pressione di mandata.

E’ evidente che l’albero 202 ruota con un rapporto di trasmissione rispetto all’albero motore 201 tale da sopperire alla richiesta di momento torcente dell’utilizzatore.

Si supponga che K è il rapporto fra il numero ni dei giri dell’albero motore 201 e n2 quello dell’albero condotto 202, K e si supponga inoltre che il meccanismo secondo l’invenzione venga installato su un veicolo. Il conducente del veicolo, manovrando il parzializzatore della miscela combustibile (ovverosia il comando dell’acceleratore), determina a seconda delle sue necessità il valore di ni. ovviamente nei limiti delle possibilità del motore.

Come è ovvio, n varia in funzione delle asperità stradali (salite, discese, pianura). Il conducente avrà quindi a sua disposizione una variazione continua ed automatica del rapporto K.

Facendo ora riferimento in particolare alla figura 9, è illustrata una soluzione, tra le vane adottabili, per la parzializzazione della fuoriuscita della mandata della pompa 216.

Nell’esempio illustrato in figura, il pistone 239 forato al centro, che prevede una spina conica 242, posta lungo l’asse del cilindro 237.

SI possono individuare inoltre i fori calibrati 238, la valvola di non ritorno 243 sul condotto di aspirazione dell’olio ed una normale pompa di invio di olio dal serbatoio alla valvola 243, dotata di limitatore di pressione appositamente tarato, per lo sblocco della valvola 243 stessa. La chiusura ermetica del cilindro 237 è realizzata, per esempio, mediante un tappo a vite 241.

Ovviamente, si deve tenere conto come sia possibile utilizzare una diversa soluzione sia per la parzializzazione della mandata, sia per il posizionamento ed il tipo della valvola di non ritorno, ed il sistema di sblocco della medesima, sia del sistema di produzione delle pompe idrauliche ed il sistema di tenuta ermetica, senza per questo uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.

Nel caso in cui la pompa non può più erogare mandata perché sono chiusi i fori 23, la pressione sale al massimo corrispondente alle condizioni richieste dall'utilizzatore, e la valvola di non ritorno 243 mantiene la pressione raggiunta dai denti della pompa, quindi la relativa coppia, e ciò avviene di caso in caso quando il momento torcente fornito dall’albero motore 201 non è sufficiente a vincere il momento resistente applicato sull’albero condotto, si ha il blocco solidale del rotore 207 (e di conseguenza dell’albero condotto e utilizzatore 202), sull’albero motore 201, verificandosi quindi una condizione di “presa diretta”.

La soluzione proposta secondo la presente invenzione sostituisce anche la frizione.

Da quanto sopra appare bene evidente come con la soluzione secondo l'invenzione si possono ottenere diversi vantaggi rispetto alla tecnica nota, con particolare riferimento alla possibilità di realizzare il meccanismo di dimensioni molto più limitate a parità di coppia trasmessa.

La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Meccanismo atto ad ottenere una variazione continua del rapporto di trasmissione di giri fra un albero conduttore ed un albero condotto coassiali fra loro, e fra di loro indipendenti e supportati girevolmente, caratterizzato da una apparecchiatura fissa tale da opporre una resistenza di valore dipendente direttamente dal numero di giri dell’àlbero conduttore e dalla coppia motrice ad esso applicata, nonché dalla resistenza applicata all’albero condotto, detta apparecchiatura essendo solidale ad almeno un satellite libero di ruotare in appositi recessi ricavati in un rotore portasatellite, detto rotore portasatelliti essendo solidale all’albero motore conduttore 0 solidale all’albero condotto utilizzatore, detto almeno un satellite essendo supportato girevolmente e libero di ruotare in detto recesso del portasatellite, ed essendo collegato solidalmente ad un primo ingranaggio, che ingrana con un secondo ingranaggio solidale all’albero condotto o all’albero conduttore.
2. 2. Meccanismo secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che quando detto rotore portasatelliti è solidale all'albero condotto utilizzatore, il rotore portasatelliti può essere sia folle su detto albero, o solidale su detto albero.
3. 3. Meccanismo secondo la rivendicazione 1 0 2, caratterizzato dal fatto che l’apparecchiatura fissa sul satellite è costituita da un cilindro con le estremità chiuse con tappi ermetici fissi, nel cui interno può scorrere liberamente un elemento mobile di determinata massa, opportunamente sagomato.
4. 4. Meccanismo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che l'apparecchiatura fissa sul satellite è costituita da uno o più cilindri, disposti secondo la configurazione più conveniente (paralleli, a triangolo con baricentro sul perno di rotazione del satellite, ecc.), ognuno di detti cilindri essendo chiuso alle estremità e dotato di elementi mobili all’interno dì massa e forma predeterminata.
5. 5. Meccanismo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che l'apparecchiatura fissa sul satellite è costituita da cilindri chiusi alle estremità con elemento mobile all’interno, e riempiti di un fluido (ad esempio olio), con uno o più serbatoi di compensazione dotati di sistema tale da compensare le variazioni di volume dovute al moto dell'elemento mobile nell'interno del cilindro, e da compensare eventuali trafilaggi all’esterno del fluido, e variazione di volume dovuta alla temperatura.
6. 6. Meccanismo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto sistema per compensare le variazioni di volume prevede un pistone scorrevole sigillato controllato da elemento elastico.
7. 7. Meccanismo secondo una delle rivendicazioni precedenti 1, caratterizzato dal fatto che le estremità di detto cilindro sono provviste di estremità di chiusura ermetica, ma scorrevoli che portano delle espansioni a frizione che possono strisciare contro il diametro interno del recesso ricavato nel portasatelliti provocando una forza frenante per contatto a frizione.
8. 8. Meccanismo secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che l’apparecchiatura solidale al satellite, atta ad opporre una resistenza di valore dipendente e proporzionale al numero dei giri ed alla coppia fornita dall’albero conduttore o motore, e dipendente dalla coppia richiesta dall’albero condotto o utilizzatore, è costituita da almeno una pompa idraulica, per esempio ad ingranaggi, alloggiata in apposite sedi del portasateiiite, con l’albero principale della pompa supportato girevolmente sul portasateiiite, e collegato solidalmente ad un ingranaggio che ingrana con un ingranaggio coassiale all’albero condotto e all’albero conduttore.
9. 9. Meccanismo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che, se il rotore portasatelliti è solidale con l’albero motore, l'ingranaggio coassiale all’albero condotto sarà fissato solidalmente su questo, e viceversa.
10. 10. Meccanismo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che sono previsti mezzi per l'adduzione di olio alle pompe idrauliche.
11. 11. Meccanismo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di adduzione dell'olio alle pompe idrauliche sono costituiti da un condotto ricavato in detto albero condotto.
12. 12. Meccanismo secondo le rivendicazioni da 8 a 11 caratterizzato dal fatto che ciascuna pompa idraulica prevede uno o più cilindri connessi con la mandata in pressione della pompa, e sono previsti una pluralità di fori calibrati di passaggio dell’olio quando i fori non sono coperti dal mantello del pistone, essendo prevista una molla tarata che contrasta il moto del pistone.
13. 13. Meccanismo secondo una delle rivendicazioni da 8 a 12 caratterizzato dal fatto che sono previsti mezzi di parzializzazione della fuoriuscita della mandata della pompa. 14. Meccanismo secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di parzializzazione sono costituiti da una spina conica, disposta centralmente in detto pistone, assialmente lungo il cilindro, la chiusura del cilindro divenendo ermetica, allorché il pistone ha accolto nel suo recesso conico, la detta spina conica senza permettere alcun trafilaggio di olio, per cui la pompa idraulica avrà raggiunto la pressione richiesta dalle attuali condizioni di funzionamento richieste daH’utilizzatore.
14. 14. Meccanismo secondo le rivendicazioni da 8 a 13, caratterizzato dal fatto che l'olio in pressione viene inviato dalle pompe idrauliche al cilindro (o ai cilindri) che hanno il loro asse disposto radialmente sul rotore portasatellite solidale, il condotto connettendosi al cilindro dal basso, la massa del pistone, sollecitata dalla forza centrifuga, regolando con sufficiente precisione il bloccaggio dell'unità della mandata.
15. 15. Meccanismo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'apparecchiatura fissa sul satellite avente la funzione di opporre una resistenza di valore dipendente dal numero dei giri e dalla coppia fornita dall’albero conduttore o motore e dalla resistenza al moto opposta dall’albero utilizzatore è inserita in un cinematismo costituito da un rotore portasatelliti, da satelliti fulcrati girevolmente entro recessi ricavati in detto rotore e recanti l’apparecchiatura della sopra detta e specificata nelle precedenti rivendicazioni, da ingranaggi solidali all’albero dei satelliti che ingranano con un ingranaggio coassiale con l’albero conduttore e l’albero condotto che si trovano sullo stesso asse ma sono indipendenti fra loro.
16. 16. Meccanismo atto ad ottenere una variazione continua del rapporto di trasmissione di giri fra un albero conduttore ed un albero condotto coassiali fra loro, secondo ognuna delle rivendicazioni precedenti, sostanzialmente come illustrato e descritto.