ITTO20010440A1

ITTO20010440A1 - Ruota motrice a denti flessibili multistrato.

Info

Publication number: ITTO20010440A1
Application number: IT2001TO000440A
Authority: IT
Inventors: Thomas E Oertley
Original assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2002-11-09
Also published as: DE10121333A1; US20030083166A1; JP2002002560A; ITTO20010440A0

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Ruota motrice a denti flessibili multistrato"

Campo tecnico

La presente invenzione si riferisce in generale ad una ruota motrice a denti e più in particolare ad una ruota motrice a denti avente denti di ruota larghi formati da strati multipli di denti di ruota relativamente sottili e mobili separatamente.

Sfondo tecnico

I veicoli di movimento terra e da cantiere, che hanno gruppi catena di cingoli auto-posanti ad anello per il supporto e la propulsione, utilizzano in generale una ruota a denti per impegnarsi con, ed azionare la catena del cingolo. In passato sono stati utilizzati vari tipi differenti di ruote a denti, compreso un unico elemento di ruota avente una molteplicità di denti integrali, un elemento di supporto circolare per supportare un certo numero di segmenti di ruota, in cui ciascun segmento comprende vari denti di larghezza piena, ed elementi di mozzo che ricevono una molteplicità di singoli denti separati di larghezza piena. Tuttavia, molte strutture di ruota motrice a denti anteriori erano inefficaci, o abbastanza limitate, per quanto riguarda la loro capacità di ridurre i livelli di rumore durante una operazione di azionamento su un gruppo catena di cingolo ad anello.

Un tentativo di realizzare un gruppo di ruota a denti di rumorosità ridotta è descritto nel brevetto statunitense N. 4.881.930 dal titolo "SPROCKET ASSEMBLY" (Gruppo di ruota a denti) , rilasciato il 21 Novembre 1989 a Thomas E. Oertley, l'inventore della presente invenzione, e ceduto alla cessionaria della presente invenzione. Il gruppo di ruota a denti descritto nel brevetto di Oertley citato produce bassi livelli di rumore utilizzando strutture di dente di larghezza piena sostituibili separatamente che sono isolate elasticamente dalla carcassa di supporto e da strutture di dente adiacenti. Questa disposizione richiede molti componenti, compresi cuscinetti ammortizzatori elastici tra denti disposti in posizioni adiacenti, elementi di ritegno e perni per trattenere in posizione i cuscinetti ammortizzatori elastici, ed una fascia ammortizzatrice elastica posizionata tra il mozzo della ruota motrice a denti e le strutture di dente.

La presente invenzione è diretta al superamento di uno o più dei problemi delle strutture anteriori, come precedentemente menzionato.

Enunciazione dell'invenzione

Secondo un aspetto della presente invenzione, un gruppo di ruota motrice a denti comprende una carcassa avente una porzione di mozzo circolare, ed una molteplicità di strutture motrici di dente separate disposte in posizioni adiacenti montate sulla porzione di mozzo. Ciascuna delle strutture motrici separate di dente ha una porzione di base formante una superficie curva destinata ad accoppiarsi con una superficie radialmente esterna della porzione di mozzo della carcassa ed almeno una porzione di dente elastica in grado di subire una limitata flessione.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, un gruppo di ruota motrice a denti per un veicolo a cingoli avente un cingolo ad anello comprende una carcassa avente un mozzo circolare, ed una molteplicità di segmenti formanti strutture motrici separate di dente disposti in relazione affiancata sulla porzione di mozzo. Ciascuno dei segmenti ha almeno un dente motore formato su ciascuno dei segmenti destinato ad impegnarsi con una porzione predefinita di un cingolo ad anello del veicolo a cingoli.

Secondo ancora un altro aspetto della presente invenzione, un dente di ruota multistrato destinato al montaggio su un mozzo di una ruota motrice a denti comprende una molteplicità di strutture di dente separate disposte in una relazione affiancata.

Breve descrizione dei disegni

Una comprensione più completa della struttura e del funzionamento della presente invenzione si può avere facendo riferimento alla descrizione dettagliata seguente considerata in unione con i disegni annessi, nei quali:

la Fig. 1 rappresenta una vista schematica in elevazione laterale di un veicolo comprendente il gruppo di ruota a denti che attua la presente invenzione;

la Fig. 2 rappresenta una vista schematica ingrandita in elevazione laterale, parzialmente in sezione, del gruppo di ruota a denti che attua la presente invenzione;

la Fig. 3 rappresenta una vista in sezione schematica generalmente lungo la linea 3-3 della Fig. 2;

la Fig. 4 rappresenta una vista tridimensionale schematica di segmenti multistrato a denti motori che rappresentano una forma di attuazione della presente invenzione; e la Fig. 5 rappresenta una vista schematica in elevazione laterale che illustra una seconda forma di attuazione di segmenti multistrato a denti motori che attuano la presente invenzione.

Forma migliore per l'attuazione dell'Invenzione

Con riferimento specifico alla Fig. 1 dei disegni, un veicolo 10, quale un trattore a cingoli 10, comprende un sistema di propulsione motorizzato 12, un gruppo elastico di ruota motrice a denti 14 che attua la presente invenzione, una prima ed una seconda ruota tendicingolo 16, 18 ed un gruppo catena di cingolo ad anello 20 che circonda il, gruppo di ruota a denti 14 e le ruote tendicingolo 16, 18. Il gruppo di ruota a denti 14 è destinato a trasmettere potenza dal veicolo 10 al gruppo di cingolo 20. Si deve comprendere che molti dei componenti del veicolo, compreso il gruppo di ruota a denti 14, le ruote tendicingolo 16, 18 ed il gruppo catena di cingolo 20 sono duplicati sul lato del veicolo 10 che non è illustrato. Poiché questi componenti duplicati funzionano nello stesso modo di quelli rappresentati, la descrizione ed il funzionamento dei componenti illustrati vale su entrambi i lati del veicolo.

Il gruppo elastico di ruota motrice a denti 14 ruota intorno ad un asse centrale 22, come indicato nelle Figg. 1 e 2. Con riferimento anche alla Fig. 3, il gruppo elastico di ruota motrice a denti 14 che attua una forma di attuazione preferita della presente invenzione comprende una carcassa 24 avente una porzione di montaggio 26, una porzione di mozzo circolare 28, ed una flangia circolare 30 che si estende radialmente verso l'esterno dalla porzione di mozzo, tutte disposte concentricamente intorno all'asse di rotazione 22.

Come illustrato nelle Figg. 3 e 4, il gruppo di ruota motrice a denti 14 che attua la presente invenzione comprende inoltre una molteplicità di strutture multistrato, circonferenzialmente adiacenti, a denti motori che sono generalmente identificate nelle Figg. 2-4 dal numero di riferimento 34. Le strutture a denti motori 34 sono formate da strati multipli di segmenti curvi 35, ciascuno dei quali ha una porzione di base 36 che ha una superficie di fondo curva 38 destinata ad accoppiarsi con una superficie radialmente esterna 40 della porzione di mozzo 28. Se lo si desidera, le strutture a denti motori 34 potrebbero essere realizzate sotto forma di una molteplicità di segmenti 35 ciascuno dei quali è sagomato come una circonferenza completa .

Ciascuno dei segmenti curvi 35 delle strutture a denti motori 34 ha anche almeno una, e preferibilmente due o più, porzioni elastiche di dente 42. Ciascuna delle porzioni di dente 42 è in grado di subire una limitata flessione come risultato di un'anima di sezione trasversale ridotta 44 tra una superficie radialmente esterna 46 di impegno con il gruppo di cingolo e la porzione di base 36 dei segmenti a denti motori 42, e della separazione prevista tra porzioni multistrato di dente 42 circonferenzialmente adiacenti.

Una molteplicità, ad esempio cinque, come rappresentato nella forma di attuazione illustrata, di segmenti curvi 35 sono disposti in posizioni adiacenti, in relazione affiancata, sulla porzione di mozzo 28 della carcassa 24.

Così, le porzioni elastiche separate di dente 42 di una molteplicità di segmenti curvi 35 cooperano per formare un singolo dente motore largo 37 delle strutture multistrato a denti motori 34 come illustrato da una parentesi graffa nella Fig. 4.

Una molteplicità di fori equidistanziati 48 si estendono rispettivamente attraverso la flangia 30. La porzione di base 36 di ciascuno dei segmenti curvi 35 presenta anche almeno un foro 50 che è allineato con un rispettivo foro 48 previsto nella flangia 30. Il gruppo elastico di ruota motrice a denti 14 comprende anche una molteplicità di bulloni 52 estendentisi attraverso i fori allineati 48 nella flangia 30 ed un rispettivo foro 50 nella porzione di base 36 di ciascuno dei segmenti curvi 35. I bulloni 52, e di conseguenza i segmenti curvi 35 da essi imprigionati, sono trattenuti rigidamente in posizione mediante un dado 48 applicato per avvitamento sull'estremità distale di ciascuno dei bulloni 52.

Come precedentemente descritto, ciascuno dei denti motori elastici 42 ha una limitata flessibilità, ossia elasticità o mobilità, come risultato dell'area in sezione trasversale ridotta dell'anima 44. Ruote a denti tradizionali su un sistema di carrello di un trattore à·cingoli hanno tipicamente denti monolitici molto larghi, e di conseguenza ogni dente ha una massa elevata. L'impatto su larghi denti monolitici produce un rumore considerevole come risultato dell 'impatto singolo tra il dente largo ed un componente di boccola del gruppo di cingolo. A causa delle normali tolleranze di fabbricazione, i profili delle porzioni elastiche di dente 42 dei segmenti curvi 35 nel gruppo di ruota motrice a denti 14 che attua la presente invenzione varieranno normalmente, e l'impatto tra le superfici separate 46 di impegno con il gruppo di cingolo in ciascuna struttura multistrato a denti 34 e la boccola del gruppo di cingolo non avviene simultaneamente, come nel caso di un largo dente monolitico. Così, la realizzazione multistrato delle strutture a denti motori 34 che attuano la presente invenzione produce impatti multipli, potenzialmente un impatto per ogni strato. Inoltre, la flessibilità indipendente di ciascuna porzione di dente 42 nella realizzazione multistrato è inferiore a quella di un singolo largo dente monolitico.

Inoltre, le strutture multistrato a denti motori 34 forniscono un maggiore smorzamento per attrito in modo che il gruppo di ruota a denti 14 presenti una trasmissione inferiore del rumore e dei suoni dovuti agli impatti.

Come precedentemente menzionato, ciascuna delle porzioni elastiche di dente 42 varierà rispetto alle altre come risultato di normali tolleranze di fabbricazione. Come conseguenza di tale variazione, la rigidezza di ciascuno dei denti motori elastici 42 varierà leggermente rispetto ai denti motori 42 formati su un segmento curvo 35 disposto in posizione adiacente.

Se lo si desidera, la variazione di rigidezza può essere ulteriormente aumentata mediante una modifica di proposito, ad esempio mediante riduzione o aumento dell'area della sezione trasversale delle anime 44, 44<1 >di segmenti curvi 35, 35' disposti in posizioni adiacenti, come illustrato nella Fig. 5. Nella Fig. 5, un primo segmento curvo 3 5 ed i componenti ad esso associati sono identificati dai numeri di riferimento utilizzati nella descrizione precedente, ed i componenti visibili di un secondo segmento curvo modificato 35' sono identificati con gli stessi numeri di riferimento con l'aggiunta di un apice ('). Come illustrato nella Fig. 5, la forma del profilo delle porzioni elastiche di dente 42, 42' può anche essere intenzionalmente modificata per assicurare un impatto non simultaneo delle superfici di impegno con il cingolo 46, 46' con il gruppo di cingolo 20. In tale configurazione, i denti modificati 52' non soltanto hanno una maggiore flessibilità, come conse7 guenza di un'area ridotta della sezione trasversale dell'anima 44', ma la loro superficie di impegno con il cingolo 46' sporge anche sopra la superfìcie di impegno con il cingolo 46 del dente meno flessibile 42 disposto in posizione adiacente. Ciò fa sì che la boccola del cingolo si impegni inizialmente sui denti modificati più flessibili 42' che assorbono buona parte dell'energia cinetica prima dell 'impatto sui denti motori elastici meno flessibili 42 in una struttura multistrato.

Le strutture elastiche a denti motori possono anche essere realizzate in materiali differenti o altrimenti progettate in modo da avere costanti elastiche variabili per ottenere proprietà carico/deformazione specifiche. Ciascuno dei segmenti curvi 35, 35' può comprendere un unico dente motore elastico nel modo descritto nel brevetto statunitense N. 4.881.930 precedentemente menzionato, o, in modo più vantaggioso, una molteplicità di denti motori elastici distanziati circonferenzialmente 42, 42', ad esempio tre o più denti.

Applicabilità industriale

Il gruppo di ruota motrice a denti elastico multistrato 14 che attua la presente invenzione è particolarmente utile con macchine di movimento terra, e più in particolare veicoli a cingoli auto-posanti come il veicolo 10. La potenza dal motore del veicolo 10 è trasmessa al sistema di propulsione 12 che fa quindi ruotare il gruppo di ruota a denti 14. Con la rotazione del gruppo di ruota a denti 14, i denti motori elastici separati 42 nella struttura multistrato a denti 34 entrano in contatto con porzioni del gruppo catena di cingolo 20 in impatti singoli non simultanei, producendo così la propulsione del veicolo 10. Le boccole di cingolo del gruppo di cingolo 20 si impegnano così con i denti elastici multistrato 42, potenzialmente uno per volta. Poiché ciascuno dei denti motori elastici 42 ha una rigidezza inferiore a quella di un'unica struttura a largo dente motore monolitico, i denti motori elastici 42 che entrano in contatto per primi assorbiranno almeno una porzione dell'energia cinetica prima che la boccola del cingolo entri in contatto con altri denti motori elastici 42 nelle strutture multistrato a denti motori 34. Questa proprietà permette l'uso di porzioni di dente 42 molto flessibili senza una sollecitazione eccessiva dei denti motori in condizioni di carico elevato.

Il gruppo di ruota motrice a denti elastica 14 che attua la presente invenzione fornisce così un gruppo di ruota a denti avente un livello di rumorosità ridotto per l'azionamento di un gruppo di cingolo 20 utilizzando una molteplicità di strutture multistrato a denti motori 34 che distribuiscono l'impatto del gruppo di cingolo 20 su ciascuna struttura a denti motori 34 tra contatti multipli invece che un unico contatto. Inoltre, i componenti del carrello e della catena cinematica del veicolo 10 subiranno una tensione minore poiché l'elasticità del gruppo di ruota motrice a denti 14 che attua la presente invenzione distribuirà carichi d'urto tra denti multipli. La struttura multistrato a denti fornisce anche un maggiore smorzamento per attrito, e la ruota motrice a denti 14 genera di conseguenza suoni inferiori a causa di impatti, contribuendo così ulteriormente alla riduzione della rumorosità.

Altri aspetti, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione si possono ottenere dallo studio della presente descrizione e dei disegni, insieme con le rivendicazioni annesse.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Gruppo di ruota motrice a denti destinato a ruotare intorno ad un suo asse e comprendente: una carcassa avente una porzione di mozzo circolare disposta concentricamente intorno all'asse suddetto; e almeno una struttura a denti motori avente una molteplicità di segmenti curvi disposti in posizioni adiacenti e posizionati assialmente lungo l'asse suddetto del gruppo di ruota motrice a denti, in cui ciascuno dei segmenti suddetti comprende una porzione di base con una superficie curva destinata ad accoppiarsi con una superficie radialmente esterna della porzione di mozzo suddetta della carcassa ed almeno una porzione elastica di dente in grado di subire una limitata flessione, estendentesi radialmente verso l'esterno dalla porzione di base suddetta.
2 . Gruppo di ruota motrice a denti secondo la rivendicazione 1, in cui le porzioni di dente della molteplicità suddetta di segmenti curvi disposti in posizioni adiacenti sono mobili separatamente e cooperano per formare un singolo dente motore multistrato del gruppo di ruota a denti suddetto.
3 . Gruppo di ruota motrice a denti secondo la rivendicazione 2, in cui 1'almeno una porzione di dente motore suddetta di un segmento predefinito tra i segmenti curvi suddetti disposti in posizioni adiacenti ha una prima rigidezza predefinita e la porzione di dente motore di un segmento disposto in posizione adiacente tra i segmenti curvi suddetti ha una seconda rigidezza predefinita differente dalla prima rigidezza predefinita suddetta.
4. Gruppo di ruota motrice a denti secondo la rivendicazione 2, in cui 1'almeno una porzione di dente motore di un segmento predefinito tra i segmenti curvi suddetti disposti in posizioni adiacenti ha una prima forma di profilo predefinita e la porzione di dente motore di un segmento disposto in posizione adiacente tra i segmenti curvi suddetti ha una seconda forma di profilo predefinita differente da quella della prima forma di profilo predefinita suddetta.
5 . Gruppo di ruota motrice a denti secondo la rivendicazione 1, in cui la carcassa suddetta comprende una flangia circolare che si estende radialmente verso l'esterno dalla porzione di mozzo e che presenta una molteplicità di fori equidistanziati che si estendono rispettivamente attraverso tale flangia, e la porzione di base di ciascuno dei segmenti curvi suddetti presenta almeno un foro che si estende attraverso tale porzione ed allineato con un rispettivo foro nella flangia suddetta, ed il gruppo di ruota motrice a denti suddetto comprende una molteplicità di bulloni ciascuno dei quali si estende rispettivamente attraverso uno dei fori nella flangia suddetta ed un rispettivo foro allineato nelle porzioni di base della molteplicità suddetta di segmenti curvi disposti in posizioni adiacenti.
6. Gruppo di ruota motrice a denti secondo la rivendicazione l, in cui il gruppo di ruota motrice a denti suddetto comprende una molteplicità di strutture a denti motori adiacenti disposte circonferenzialmente.
7. Gruppo di ruota motrice a denti per un veicolo a cingoli, in cui il veicolo suddetto comprende un gruppo di cingolo ad anello, ed il gruppo di ruota a denti suddetto è destinato a trasmettere potenza dal veicolo al gruppo di cingolo, in cui il gruppo di ruota motrice a denti suddetto comprende : una carcassa avente una porzione di mozzo circolare; e una molteplicità di segmenti disposti in relazione affiancata sulla porzione di mozzo suddetta, in cui ciascuno dei segmenti suddetti comprende almeno una porzione di dente motore destinata ad impegnarsi con una porzione predefinita del gruppo di cingolo ad anello suddetto.
8 . Gruppo di ruota motrice a denti secondo la rivendicazione 7, in cui 1<1 >almeno una porzione di dente suddetta di un segmento della molteplicità suddetta di segmenti è mobile separatamente rispetto all<1 >almeno una porzione di dente suddetta di segmenti disposti in posizioni adiacenti e coopera con l<1>almeno una porzione di dente dei segmenti suddetti disposti in posizioni adiacenti in modo da formare un unico dente motore multistrato del gruppo di ruota a denti suddetto.
9. Gruppo di ruota motrice a denti secondo la rivendicazione 7, in cui la porzione di dente motore di uno dei segmenti suddetti disposti in posizioni adiacenti ha una prima rigidezza predefinita e la porzione di dente motore di un altro dei segmenti suddetti disposti in posizioni adiacenti ha una seconda rigidezza predefinita differente dalla prima rigidezza predefinita suddetta.
10. Gruppo di ruota motrice a denti secondo la rivendicazione 7, in cui la porzione di dente motore di uno dei segmenti suddetti disposti in posizioni adiacenti ha una prima forma di profilo predefinita e la porzione di dente motore di un altro dei segmenti suddetti disposti in posizioni adiacenti ha una seconda forma di profilo predefinita differente dalla prima forma di profilo predefinita suddetta.
11. Gruppo di ruota motrice a denti secondo la rivendicazione 7, in cui la carcassa suddetta comprende una flangia circolare che si estende radialmente verso l'esterno dalla porzione di mozzo e che presenta una molteplicità di fori eguidistanziati estendentisi rispettivamente attraverso tale flangia, e ciascuno dei segmenti suddetti comprende una porzione di base destinata ad accoppiarsi con una superficie esterna della porzione di mozzo circolare suddetta, in cui la porzione di base di ciascuno dei segmenti suddetti presenta almeno un foro che si estende attraverso tale porzione ed allineato con un rispettivo foro nella flangia, ed il gruppo di ruota motrice a denti suddetto comprende una molteplicità di bulloni ciascuno dei quali si estende attraverso uno dei fori nella flangia suddetta ed un rispettivo foro allineato nelle porzioni di base della molteplicità suddetta di segmenti disposti in relazione affiancata .
12. Dente multistrato per una ruota a denti destinato al montaggio su un mozzo di una ruota motrice a denti, in cui il dente multistrato suddetto della ruota a denti comprende una molteplicità di segmenti disposti in relazione affiancata e sui quali è formata almeno una porzione di dente flessibile.
13 . Dente multistrato per una ruota a denti secondo la rivendicazione 12, in cui la porzione di dente flessibile di uno dei segmenti disposti in relazione affiancata ha una prima rigidezza predefinita e la porzione di dente flessibile di un altro dei segmenti suddetti disposti in relazione affiancata ha una seconda rigidezza predefinita differente dalla prima rigidezza predefinita suddetta.
14 . Dente multistrato per una ruota a denti secondo la rivendicazione 12, in cui la porzione di dente flessibile di uno dei segmenti disposti in relazione affiancata ha una prima forma di profilo predefinita e la porzione di dente flessibile di un altro dei segmenti suddetti disposti in relazione affiancata ha una seconda forma di profilo predefinita differente dalla prima forma di profilo predefinita suddetta.