ITTO20060407A1

ITTO20060407A1 - Perno di collegamento e metodo per la sua fabbricazione

Info

Publication number: ITTO20060407A1
Application number: IT000407A
Authority: IT
Inventors: Rene Guinard; Alain Pizon; Jean-Francois Villard
Original assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2006-12-04
Also published as: US20060275074A1; FR2889269A1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Perno di collegamento e metodo per la sua fabbricazione"

DESCRIZIONE

Campo Tecnico

La presente invenzione si riferisce ad un perno di collegamento e ad un metodo per la sua fabbricazione. Più in particolare, essa si riferisce ad un perno di collegamento per collegare due o più componenti in una macchina operatrice.

Sfondo

Le macchine operatrici quali pale caricatrici cingolate, escavatrici e simili utilizzano comunemente perni metallici per collegare tra loro due sezioni della macchina. Ciò può essere realizzato per varie ragioni, ad esempio per creare una struttura articolata o per permettere una semplificazione del montaggio e dello smontaggio di componenti quali attuatori idraulici che sono spesso provvisti specificamente di estremità ad occhiello per ricevere tali perni. Perni di questo tipo sono spesso esposti ad un'ampia gamma di elevati carichi di tipo differente, quali carichi torsionali, longitudinali e laterali. Per mantenere il perno in una posizione desiderata, un tipo comune di sistema di ritegno consiste nel prevedere un braccio di leva che è tipicamente una piastra metallica fissata perpendicolarmente al perno. Un'estremità del braccio di leva è fissata al perno, mentre un'altra estremità forma una porzione che può essere imbullonata o serrata per impedire lo spostamento del braccio di leva e quindi del perno. Il braccio di leva può essere fissato in modo da impedire sostanzialmente qualsiasi movimento, ma si preferisce che un certo grado di movimento sia ammesso. Perni aventi una struttura del tipo descritto spesso si rompono prematuramente, in particolare per il fatto che il collegamento tra il braccio di leva ed il perno è soggetto a fatica.

Si preferisce spesso dotare i componenti di un trattamento superficiale, quale un rivestimento protettivo anti-corrosione. Il processo di fabbricazione di tali perni sarebbe notevolmente migliorato se i singoli componenti ricevessero tale trattamento prima di essere uniti insieme, ma i processi normalmente utilizzati, come la saldatura, danneggiano il rivestimento e richiedono che il gruppo sia nuovamente rivestito dopo l'operazione.

La presente invenzione si propone di superare uno o più degli svantaggi precedenti.

Sintesi dell'Invenzione

In accordo con un primo aspetto della presente invenzione, si realizza un perno di collegamento comprendente un perno con un risalto allungato ad una prima estremità, in modo che il risalto allungato definisca un primo asse longitudinale. Il perno di collegamento comprende inoltre un braccio di leva che è provvisto di un'apertura corrispondente al risalto allungato in modo che il braccio di leva definisca un secondo asse longitudinale. Il perno è collegato rigidamente al braccio di leva in modo che il risalto allungato sia disposto nell'apertura corrispondente ed in modo che il primo ed il secondo asse longitudinale siano sostanzialmente paralleli tra loro.

Un altro aspetto della presente invenzione consiste in un metodo per la fabbricazione di un perno di collegamento in cui sono previste le seguenti fasi :

a) formazione dì un perno avente un risalto allungato ad una prima estremità, in modo che il risalto allungato definisca un primo asse longitudinale,

b) formazione di un braccio di leva dotando il braccio di leva di un’apertura che corrisponde al risalto allungato, in modo che il braccio di leva definisca un secondo asse longitudinale,

c) posizionamento del risalto allungato nell'apertura corrispondente,

d) fissaggio del perno al braccio di leva in modo che il primo ed il secondo asse longitudinale siano sostanzialmente paralleli tra loro.

Un terzo aspetto della presente invenzione prevede un perno dì collegamento comprendente un perno avente un primo asse longitudinale ed un risalto allungato ad una prima estremità, in modo che il risalto allungato definisca un secondo asse longitudinale. Il perno di collegamento comprende inoltre un braccio di leva provvisto di un'apertura corrispondente al risalto allungato, in modo che il braccio di leva definisca un terzo asse longitudinale. Il perno ed il secondo braccio di leva sono collegati rigidamente in modo che il risalto allungato sia po-sizionato entro l'apertura ed il primo ed il terzo asse longitudinale formino un angolo virtuale ex. Il perno è atto ad essere sottoposto a forze in una direzione tale da influenzare principalmente l’angolo a facendo in modo che il secondo ed il terzo asse longitudinale siano sostanzialmente paralleli tra loro.

Altre caratteristiche della presente invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione seguente e dai disegni annessi.

Breve Descrizione dei Disegni

La figura 1 rappresenta una vista isometrica schematica di un perno di collegamento secondo la presente invenzione.

La figura 2 rappresenta una vista esplosa del perno di collegamento illustrato nella figura 1.

La figura 3 rappresenta una vista in sezione trasversale schematica del perno illustrato nelle figure 1 e 2, applicato ad una tipica struttura di collegamento.

La figura 4 rappresenta una vista di estremità parziale esplosa di interfacce dì un braccio dì leva e di un perno secondo la presente invenzione.

La figura 5 rappresenta un'illustrazione parziale di un perno e di un braccio dì leva assemblati, del tipo illustrato nella figura 4.

Descrizione Dettagliata

Con riferimento alle figure 1, 2 e 3, un perno di collegamento 10 comprende un perno 12 ed un braccio di leva 14. Il perno 12 è illustrato nella forma di un corpo sostanzialmente cilindrico, ma può anche avere un corpo non cilindrico e può essere sagomato in modo irregolare, ad esempio a gradini o conver-gente, se lo si preferisce. Il perno 12 definisce un asse longitudinale 13. La figura 3 mostra una tipica applicazione del perno di collegamento 10, in cui esso forma un collegamento tra un primo componente 16 ed un secondo componente 18. Il primo ed il secondo componente 16 e 18 possono essere ad esempio dei segmenti di un braccio di una pala caricatrice di una macchina operatrice, quale un'escavatrice o simile. Quando il perno di collegamento 10 è destinato a fungere da punto di articolazione per i due componenti 16 e 18, il perno 12 sarà almeno parzial-mente cilindrico per permettere il movimento di ro-tazione del primo componente rispetto al secondo componente. Il perno 10 può tuttavia essere ancora a gradino o di diametro variabile sulla sua lunghezza se ciò è opportuno per l'applicazióne. Uno dei, o entrambi i componenti 16 e 18 possono essere provvi-sti di un qualche tipo di struttura di supporto di carico e di parti di usura, come una boccola 20.

Con riferimento alla figura 2, il perno 12 è provvisto ad un'estremità di una sporgenza, quale un risalto 22, avente un asse longitudinale 24. Questo risalto può essere formato per fresatura di due lati radialmente opposti dì un’estremità del perno 12, in modo che rimanga una sporgenza allungata. Le porzioni di estremità 26 e 28 del risalto che intersecano l’asse longitudinale 24 possono essere lasciate intatte in modo che la lunghezza del risalto 22 sia sostanzialmente identica al diametro del perno 12, ma in alternativa le estremità possono essere lavorate alla macchina formando ad esempio un bordo diritto. La realizzazione del risalto 22 sul perno 12 conduce anche alla formazione di uno spallamento 30 sul perno 12. L’estremità del perno 12 opposta all'estremità provvista del risalto 22 può essere convergente per facilitare l’installazione.

Il braccio di leva 14 può essere una piastra d'acciaio piatta in una molteplicità di forme possibili, e definisce un asse longitudinale 32. Il braccio di leva 14 è inoltre provvisto di un'apertura, quale la fenditura 34. La fenditura 34 definisce un asse longitudinale 35 che è sostanzialmente parallelo a, e può anche coincidere con, l'asse 32 del braccio di leva 14. Naturalmente si deve comprendere che, a causa delle tolleranze di fabbricazione, potrebbe non essere possibile ottenere un perfetto parallelismo, In una forma di attuazione, il braccio di leva 14 può essere provvisto di una seconda apertura 36 per ricevere un organo di fissaggio, quale un bullone 38.

L'asse longitudinale 32 del braccio di leva 14 e l’asse longitudinale 13 del perno 12 possono giacere nello stesso piano o in piani differenti, ma risultano formare un angolo virtuale a in una vista dal lato illustrato nella figura 3. In una forma di attuazione, a è sostanzialmente 90°, ma è possibile adottare, se lo si preferisce, altre relazioni angolari. Il braccio di leva 14 ed il perno 12 sono collegati inserendo il risalto 22 nella fenditura 34. Le dimensioni del risalto 22 e della fenditura 34 sono adattate in modo da produrre un buon accoppiamento. Il braccio di leva 14 ed il perno 12 sono quindi portati in impegno con un fissaggio permanente o semi-permanente mediante un'operazione quale incollaggio, saldatura, ricalcatura, o utilizzando un organo di fissaggio, quale una vite d’arresto.

Le figure 4 e 5 mostrano una forma di attuazione per ottenere un fissaggio del braccio di leva 14 e del perno 12. Il braccio di leva 14 ha una prima superfìcie 39 ed una seconda superficie 40. L'altezza del risalto 22, misurata dallo spallamento 30, è maggiore della distanza tra le superfici 39 e 40. Con il braccio di leva 14 disposto intorno al risalto 22 in modo che la superficie 40 appoggi contro lo spallamento 30, il risalto 22 si estende allora nella, ed oltre la superficie 39. La parte del risalto 22 che si estende oltre la superficie è quindi deformata meccanicamente mediante un'operazione quale ricalcatura per mezzo di un utensile rìcalcatore 44, creando una porzione dì ritegno.

Come si può vedere dalle figure 4 e 5, l'area di contatto tra il perno 12 ed il braccio di leva 14 può essere aumentata dotando almeno parte della circonferenza della fenditura 34 di un bordo smussato 42. Ciò permetterà che una porzione maggiore del perno 12 sia deformata ottenendo una forma più ela-borata, realizzando così un giunto più robusto.

Applicabilità Industriale

Il perno 12 ed il braccio dì leva 14 possono essere prodotti separatamente. Quando tutte le caratteristiche preferite sono state incluse nel perno 12 e nel braccio di leva 14, entrambi possono subire un trattamento protettivo per proteggerli dalla corrosione o altri tipi di danni funzionali o estetici. Il trattamento può includere un processo quale, ad esempio, zincatura o fosfatazione. Una volta trattati, il perno 12 ed il braccio di leva 14 vengono assemblati ed è possibile effettuare un'operazione di ricalcatura per realizzare un fissaggio permanente. Le forine allungate sia della fenditura 34 sia del risalto 22, in combinazione con la porzione di estremità ricalcata del perno 12, impediscono il movimento delle due parti l ’una rispetto all’altra. La ricalcatura dei componenti produce un disturbo minimo o nullo del rivestimento protettivo e pertanto non richiede la nuova applicazione di un rivestimento dopo l'operazione di giunzione.

Il perno può successivamente essere assemblato in una macchina operatrice del tipo precedentemente descritto. L'apertura 36 può essere allineata con una porzione filettata nel primo componente 16 ed un organo di fissaggio 38 almeno parzialmente filettato può essere posizionato nell'apertura 36 e portato in impegno per avvitamento con il primo componente 16. Ciò tratterrà il perno nella sua posizione desidera-ta impedendo così un movimento laterale o una rotazione del perno rispetto al componente 16. È naturalmente possibile impiegare mezzi di ritegno alternativi. È ad esempio noto nella tecnica l'impiego di un metodo di ritegno semi-fìsso in cui al perno 10 è consentito un certo grado dì movimento di rotazione. Ciò può ad esempio essere ottenuto dotando il braccio di leva dì un'apertura sovradimensionata e prevedendo una disposizione a distanziatore e rondella in modo che il perno 10 possa ruotare in una misura limitata. Un altro mezzo di ritegno alternativo noto nella tecnica consiste nel dotare la superficie 16 di una o più sporgenze a cui è possibile fissare una piastra di ritegno in modo da formare una "gabbia" in cui il braccio di leva può essere bloccato o semi-bloccato.

Una volta assemblato in una macchina operatrice, il perno 10 è esposto ad un'ampia gamma di for-ze. Ad esempio, il perno 10 può essere utilizzato in applicazioni in cui il perno 10 svolge la funzione di una cerniera, ossia è fissato in una posizione rispetto al componente 16 mentre il componente 18 può ruotare intorno al perno 10. Se la lubrificazione tra le superfici del perno 10 e del componente 18 o della sua boccola 20 è insufficiente, l'attrito può aumentare al punto che il perno 10 e la boccola 20 si saldano a freddo tra loro. Quando i due componenti sono azionati in rotazione l'uno rispetto all'altro e l'attrito è elevato, si genera una forza di torsione nel perno 10 poiché un'estremità è vincolata dal braccio di leva 14, Questa forza di torsione è contrastata dalla forma non cilindrica o allungata sia della fenditura 34 sia del risalto 22.

In una forma di attuazione, sul perno 10 agiscono una molteplicità di forze esterne agenti nella stessa direzione o in direzioni differenti. Una forza particolare o un particolare insieme di forze è identificato come cosiddetta forza primaria poiché fornisce il contributo principale alla flessione del braccio di leva 14 rispetto al perno 12, o viceversa. L'angolo a può essere descritto come l'angolo tra il perno 10 ed il braccio di leva 14 che giace sostanzialmente nel, o parallelamente al piano della forza primaria agente sul perno. Ad esempio, la forza primaria può agire sùl perno 10 o sul braccio di leva 14 in modo da aumentare o diminuire l'angolo a. Utilizzando un perno 10 come descritto, ed allineando gli assi longitudinali del risalto 22 e della fenditura 34 con la direzione della flessione, la robustezza del giunto tra il perno 12 ed il braccio di leva 14 aumenta in misura significativa.

Benché nella presente siano state descritte alcune forme di attuazione della presente invenzione, vari perfezionamenti e modifiche possono essere incorporati senza allontanarsi dall'ambito delle rivendicazioni seguenti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Perno di collegamento comprendente: un perno che presenta un risalto allungato ad una prima estremità, in cui il risalto allungato suddetto definisce un primo asse longitudinale, un braccio di leva provvisto di un'apertura corrispondente al risalto allungato suddetto, in cui il braccio di leva suddetto definisce un secondo asse longitudinale, in cui il perno suddetto è collegato rigidamente al braccio di leva suddetto in modo che il risalto suddetto sia inserito nell'apertura suddetta ed il primo ed il secondo asse longitudinale suddetti siano sostanzialmente paralleli l'uno all'altro.
2. Perno di collegamento secondo la rivendicazione 1, in cui il braccio di leva suddetto ha un primo lato ed un secondo lato, ed il risalto suddetto sporge attraverso l'apertura suddetta dal primo lato suddetto e si estende oltre il secondo lato suddetto.
3. Perno di collegamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il perno suddetto è provvisto di uno spallamento ed il braccio di leva suddetto appoggia contro lo spallamento suddetto.
4. Perno di collegamento secondo la rivendicazione 2, in cui il collegamento suddetto tra il perno suddetto ed il braccio di leva suddetto è realizzato mediante deformazione meccanica di almeno una porzione del risalto suddetto.
5. Perno di collegamento secondo la rivendicazione 4, in cui l'apertura suddetta ha una circonferenza smussata sul secondo lato suddetto del braccio di leva suddetto ed il risalto suddetto è almeno parzialmente deformato in modo corrispondente alla circonferenza smussata suddetta.
6. Perno di collegamento secondo la rivendicazione 1, in cui il collegamento suddetto è realizzato per mezzo di un'operazione di saldatura.
7. Perno di collegamento secondo la rivendicazione 1, in cui il collegamento suddetto è realizzato per mezzo di un adesivo.
8. Metodo per la fabbricazione di un perno di collegamento, comprendente le seguenti fasi: a) formazione di un perno avente un risalto allungato ad una prima estremità, in cui il risalto allungato suddetto definisce un primo asse longitudinale, b) formazione di un braccio di leva dotando il braccio di leva suddetto di un'apertura che cor risponde al risalto allungato suddetto, in cui il braccio di leva suddetto definisce un secondo asse longitudinale, c) posizionamento del risalto allungato suddetto nell'apertura corrispondente suddetta, d) fissaggio del perno suddetto al braccio di leva suddetto in modo che il primo ed il secondo asse longitudinale suddetti siano sostanzialmente paralleli l'uno all'altro.
9. Metodo per la fabbricazione di un perno di collegamento secondo la rivendicazione 8, in cui il metodo suddetto comprende una fase di formazione nell'apertura suddetta di una circonferenza smussata.
10. Metodo per la fabbricazione di un perno dì collegamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8 e 9, in cui la fase d) comprende una deformazione meccanica di almeno una porzione del risalto suddetto.
11. Metodo per la fabbricazione di un perno di collegamento secondo la rivendicazione 10, in cui la deformazione meccanica suddetta fa sì che almeno una porzione del risalto suddetto corrisponda ad almeno una parte della circonferenza smussata suddetta.
12. Metodo per la fabbricazione di un perno di collegamento secondo la rivendicazione 8, in cui, dopo la fase c), il risalto suddetto sporge attraverso, e si estende oltre, la fenditura suddetta.
13. Perno di collegamento comprendente: un perno che presenta un risalto allungato ad una prima estremità, in cui il risalto allungato suddetto definisce un primo asse longitudinale, un braccio di leva provvisto di un'apertura corrispondente al risalto allungato suddetto, in cui il braccio di leva suddetto definisce un secondo as-se longitudinale, in cui il perno suddetto ed il braccio di leva suddetto sono collegati rigidamente in modo che il risalto allungato suddetto sìa posizionato nel-l'apertura suddetta, in cui il perno suddetto è atto ad essere sottoposto a forze in una direzione, in modo che la di-rezione suddetta delle forze suddette, ed il primo asse longitudinale suddetto, siano tutti sostanzialmente paralleli tra loro.