ITTO20101029A1 - Gabbia di trattenimento delle sfere per cuscinetti e unita' cuscinetto rigido - Google Patents

Gabbia di trattenimento delle sfere per cuscinetti e unita' cuscinetto rigido Download PDF

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ITTO20101029A1
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bearing unit
axially
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Roberto Mola
Riccardo Restivo
Gianpiero Scaltriti
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Skf Ab
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Description

“Gabbia di trattenimento delle sfere per cuscinetti e unità cuscinetto rigidoâ€
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad una gabbia di trattenimento delle sfere per cuscinetti a sfera. L’invenzione si riferisce inoltre ad un’unità cuscinetto rigido o cuscinetto di rotolamento a sfere a gola profonda, noto nel settore con l’acronimo DGBB (deep groove ball bearing).
Sono note unità cuscinetto che includono una gabbia di trattenimento per le sfere composta dall’accoppiamento di due semigabbie simmetriche, dove ciascuna semigabbia presenta mezzi di connessione reciproca con la semigabbia opposta e forma una pluralità di cavità parzialmente emisferiche affacciate assialmente alle cavità emisferiche della semigabbia opposta per definire insieme a queste gli alveoli di trattenimento delle sfere.
Uno scopo generale dell’invenzione à ̈ di realizzare una gabbia ed un cuscinetto del tipo sopra citato così da semplificare e rendere più economico il processo di assemblaggio. Un altro scopo dell’invenzione à ̈ di migliorare la tenuta e la distribuzione del grasso lubrificante all’interno dell’unità cuscinetto.
Questi ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti secondo la presente invenzione da una gabbia così come definita nella rivendicazione 1. Secondo un altro aspetto dell'invenzione, si propone un’unità cuscinetto così come definita nella rivendicazione 14. Forme di attuazione preferenziali dell'invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto à ̈ da intendersi come parte integrale e integrante della presente descrizione.
Verrà ora descritta una forma di realizzazione preferita ma non limitativa dell'invenzione, facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:
la figura 1 à ̈ una vista parziale, in sezione assiale, di un’unità cuscinetto comprensiva di una gabbia secondo una forma di realizzazione dell’invenzione;
la figura 2 à ̈ una vista parziale in sezione assiale dell’anello esterno dell’unità cuscinetto della figura 1;
le figure 2A e 2B sono viste ingrandite di due dettagli indicati con 2A e 2B nella figura 2;
la figura 3 à ̈ una vista parziale in sezione assiale dell’anello interno dell’unità cuscinetto della figura 1;
la figura 3A Ã ̈ una vista ingrandita del dettaglio indicato con 3A nella figura 3;
la figura 4 à ̈ una vista prospettica dell’unità cuscinetto della figura 1, dalla quale l’anello esterno à ̈ stato rimosso a scopo illustrativo;
la figura 5 à ̈ una vista prospettica dell’insieme della figura 4, dalla quale una parte della gabbia à ̈ stata rimossa; e
la figura 6 à ̈ una vista prospettica sezionata in un piano radiale, dell’unità cuscinetto della figura 1.
Prima di passare ad illustrare in dettaglio una forma di attuazione dell’invenzione, si deve tenere presente che essa non à ̈ limitata, nella sua applicazione, ai dettagli ed alla configurazione dei componenti citati nella descrizione o illustrati nei disegni. L’invenzione può essere messa in pratica in vari modi. Si deve intendere che la fraseologia e la terminologia che vengono qui utilizzate a scopo puramente descrittivo non vanno considerate come limitanti. L’utilizzazione dei termini “includere†, “comprendere†, “formare†e le loro varianti ricomprende sia gli elementi cui tali voci si riferiscono, e sia anche i loro equivalenti.
Facendo inizialmente riferimento alla figura 1, un’unità cuscinetto a sfere, indicata nel suo insieme con 10, comprende un anello esterno 20 stazionario, un anello interno 30 girevole attorno ad un asse di rotazione x, una corona di sfere 40 interposte tra gli anelli esterno ed interno, ed una gabbia 50 di ritegno delle sfere. L’unità cuscinetto 10 à ̈ un’unità cuscinetto rigido del tipo DGBB.
La gabbia 50 à ̈ composta dall’accoppiamento di due semigabbie 51, 52 vantaggiosamente identiche l’una all’altra e disposte in modo sostanzialmente simmetrico rispetto ad un piano radiale mediano P passante nel quale giacciono i centri C delle sfere 40. Le semigabbie sono preferibilmente fatte di materiale plastico, quale ad esempio il PA 66 (poliammide 66) o la poliesametilenadiammide, già utilizzati per fabbricare gabbie di ritegno grazie alle sue proprietà di resistenza all'usura anche per usi gravosi, basso coefficiente d'attrito, lavorabilità e resistenza all'invecchiamento. In alternativa ad un materiale plastico può essere usato un metallo, quale l’acciaio.
In vista della simmetria delle semigabbie, la descrizione che segue verrà fatta in via pressoché esclusiva con riferimento ad una delle due semigabbie, restando inteso che la parte non descritta deve ritenersi identica o sostanzialmente identica a quella descritta. Ciascuna semigabbia comprende un corpo anulare di base 53 avente un lato qui definito assialmente esterno, con riferimento alla posizione assunta dalla gabbia in uso nell’unità cuscinetto in condizione completamente assemblata. Ciascuna semigabbia à ̈ delimitata, sul proprio lato assialmente esterno, da una superficie radiale piana 54 che, in uso, à ̈ preferibilmente disposta a raso con le rispettive facce laterali 21, 31 degli anelli esterno ed interno. In posizione pressoché mediana, nel lato assialmente esterno delle semigabbie à ̈ ricavata una gola anulare 55 avente lo scopo di aumentare ulteriormente la flessibilità della semigabbia e facilitarne il montaggio sul cuscinetto, come spiegato più avanti.
In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, termini ed espressioni che stanno ad indicare posizioni e direzioni quali "radiale" e "assiale" sono da intendersi riferiti all'asse di rotazione x dell’unità cuscinetto.
L’anello esterno 20 presenta, sulla propria superficie radialmente interna, una pista di rotolamento mediana 22 e, su ambo i lati di questa, una rispettiva gola anulare intermedia 23 avente una superficie conica 24 (figura 2B) divergente in direzione assialmente esterna ed una gola anulare laterale 25, preferibilmente di forma trapezia (figura 2A), situata più vicino al lato assialmente eterno del cuscinetto.
Le gole anulari laterali 25 sono radialmente allineate con una rispettiva gola anulare laterale 35 formata nella superficie radialmente esterna dell’anello interno, su ambo i lati rispetto alla pista di rotolamento interna 32 per le sfere (figure 3 e 3A).
Ciascuna semigabbia presenta due creste radiali, sostanzialmente concentriche e circonferenzialmente continue: una prima cresta sporgente in direzione radialmente esterna 56 che si impegna nella gola laterale 25 dell’anello esterno svolgendo un’azione di tenuta a labirinto, ed una seconda cresta 57 che sporge in direzione radialmente interna e si impegna a tenuta nella gola laterale 35 dell’anello interno. Le creste 56 e 57 si estendono ciascuna da un rispettivo orlo 58, 59 si estende a sbalzo, in direzione assialmente interna, rispettivamente dalla periferia radialmente esterna e dalla periferia radialmente interna del corpo anulare 53. Tale configurazione conferisce agli orli 58, 59 una maggiore flessibilità, che permette il montaggio a scatto delle due semigabbie nelle rispettive gole di montaggio 25, 35.
Dal lato assialmente interno, le semigabbie presentano tasche anulari 60, 61 aperte verso le sfere. Compito delle tasche 60, 61 à ̈ di servire da serbatoi per l’accumulo temporaneo di grasso lubrificante. Le tasche si aprono verso le sfere con una rispettiva superficie conica 62, 63 divergente verso la pista di rotolamento, per favorire la ridistribuzione del grasso lubrificante verso tale superficie di rotolamento e verso le gole intermedie 23.
Dal lato assialmente interno, e cioà ̈ il lato rivolto in uso verso le sfere, il corpo anulare di base 53 di ciascuna semigabbia forma una pluralità di cavità parzialmente emisferiche 64 definite ciascuna da una coppia di sporgenze assiali 65 aventi rispettive superfici concave 66 giacenti in una medesima superficie sferica ideale e sostanzialmente affacciate a coppie. Le sedi emisferiche delle due semigabbie si trovano reciprocamente affacciate in direzione assiale nella condizione montata, e insieme definiscono una pluralità di alveoli parzialmente sferici per trattenere le sfere 40 circonferenzialmente equidistanziate tra le piste di rotolamento 22, 32 degli anelli del cuscinetto. Ciascun alveolo à ̈ parte di una rispettiva superficie sferica avente il proprio centro C giacente nel piano radiale mediano P.
Inoltre, dal lato assialmente interno del corpo anulare di base 53 di ciascuna semigabbia si estende una pluralità di sporgenze assiali di accoppiamento 67, che sono disposte in modo alternato con le coppie di sporgenze assiali 65. Le sporgenze di accoppiamento 67 presentano ciascuna una sede concava parzialmente emisferica, atta a definire un alveolo per trattenere una rispettiva sfera nella condizione montata. Su ambo i lati della sede concava 68, considerando la direzione circonferenziale, ciascuna sporgenza di accoppiamento presenta un mezzo di connessione reciproca per l’accoppiamento con la semigabbia opposta. Nella particolare forma di realizzazione illustrata, i mezzi di connessione reciproca sono costituiti da perni 69 sporgenti assialmente e corrispondenti recessi 70, nei quali i perni 69 si possono vantaggiosamente bloccare a scatto. Nell’esempio illustrato, i perni 69 sono biforcati elasticamente.
Come illustrato in figura 4, nella condizione montata le superfici di estremità assiale delle sporgenze 65 e 67 sono a contatto le une contro le altre e giacciono nel piano radiale mediano P del cuscinetto.
Tra due sporgenze 65 e 67 consecutive nella direzione circonferenziale, ciascuna semigabbia forma una porzione 72 che si estende assialmente dal lato assialmente interno del corpo anulare di base della semigabbia per una distanza minore rispetto all’estensione assiale delle sporgenze 65 e 67. Le porzioni 72, che nella forma di realizzazione preferita sono tronco-piramidali, essendo assialmente più corte delle altre sporgenze 65, 67 determinano con queste e con le formazioni analoghe della semigabbia opposta una pluralità di passaggi radiali 73. Questi passaggi mettono in comunicazione di fluido diretto l’ambiente anulare compreso tra la gabbia e la pista di rotolamento interna con l’ambiente anulare compreso tra la stessa gabbia e la pista di rotolamento esterna. Entrambi questi ambienti, come noto, sono riempiti di grasso lubrificante.
Al fine di favorire e promuovere la circolazione del grasso lubrificante all’interno del cuscinetto, e quindi garantire la sua distribuzione, le porzioni 72 presentano superfici 74 inclinate obliquamente e svasate a coppie così da divergere in direzioni assialmente esterne. Per promuovere ulteriormente la circolazione del grasso lubrificante sfruttando l’effetto centrifugo che si verifica durante la rotazione della gabbia, le superfici inclinate 74 sono leggermente concave.
Come si potrà apprezzare, grazie alla gabbia che serve anche da elemento di tenuta per evitare la fuoriuscita del grasso e l’ingresso di contaminanti all’interno del cuscinetto, risultano eliminati due schermi di tenuta tradizionalmente previsti ai lati del cuscinetto per sigillare l’intercapedine anulare tra li anelli interno e esterno del cuscinetto. Grazie alle creste 56 e 57 formate dalle semigabbie, l’unità cuscinetto à ̈ vantaggiosamente sprovvista di ulteriori mezzi di tenuta specifici.
L’eliminazione di due componenti comporta una prima riduzione di tempi e costi di produzione e di assemblaggio. Una ulteriore riduzione di costi e un risparmio di materiale e di peso à ̈ dovuto al fatto che il diametro esterno dell’anello interno viene ridotto per creare lo spazio necessario ad accogliere ciascuna semigabbia, ed in particolare nella zona dove sono formate le gole 25 di montaggio delle semigabbie. Una corrispondente riduzione di materiale e di peso viene ottenuta anche nell’anello esterno del cuscinetto, il cui diametro interno viene aumentato nelle zone laterali per accogliere le parti radialmente esterne delle semigabbie.

Claims (17)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Gabbia per un’unità cuscinetto a sfere, la gabbia comprendendo: - una pluralità di alveoli delimitanti ciascuno da una rispettiva superficie sferica avente un centro (C) giacente in un piano radiale (P) mediano del cuscinetto, - due semigabbie (51, 52) sostanzialmente simmetriche rispetto al piano mediano (P), ed accoppiate tra loro, ciascuna semigabbia avendo un corpo anulare (53) ed una pluralità di cavità parzialmente emisferiche (64, 66, 68) affacciate assialmente alle cavità emisferiche della semigabbia opposta per definire insieme a queste gli alveoli; - mezzi di connessione (69, 70) associati a ciascuna gabbia per connettere tra loro le due semigabbie; la gabbia essendo caratterizzata dal fatto di comprendere, per ciascuna semigabbia (51, 52), due creste radiali (56, 57) le quali sono sostanzialmente concentriche e circonferenzialmente continue e si estendono in direzioni radialmente opposte da ciascun corpo anulare (53); una prima cresta (56) estendendosi in direzione radialmente esterna, ed essendo atta ad impegnarsi a tenuta in una gola (25) dell’anello esterno dell’unità cuscinetto, ed una seconda cresta (57) estendendosi in direzione radialmente interna ed essendo atta ad impegnarsi a tenuta in una gola (35) dell’anello interno dell’unità cuscinetto.
  2. 2. Gabbia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la prima e la seconda cresta (56, 57) si estendono da un rispettivo orlo (58, 59) che si estende a sbalzo, in direzione assialmente interna, rispettivamente da una parte periferica radialmente esterna e da una parte periferica radialmente interna del corpo anulare (53).
  3. 3. Gabbia secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che ciascuna semigabbia (51, 52) presenta due tasche anulari concentriche (60, 61) aperte verso il piano mediano (P), delimitate da un rispettivo orlo (58, 59) ed adatte a servire da serbatoi per grasso lubrificante.
  4. 4. Gabbia secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che le tasche anulari (60, 61) hanno ciascuna una superficie conica (62, 63), formata dai rispettivi orli (58, 59) e divergente verso il piano mediano (P).
  5. 5. Gabbia secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che dal corpo anulare (53) di ciascuna semigabbia (51, 52) si estende verso il piano mediano (P) una pluralità di sporgenze assiali (65, 67) che formano dette cavità parzialmente emisferiche, e che almeno alcune delle sporgenze (65, 67) circonferenzialmente consecutive sono unite da una porzione (72) avente un’estensione assiale più corta rispetto alle sporgenze che unisce, per cui le porzioni più corte (72) definiscono con la semigabbia opposta una pluralità di passaggi radiali (73).
  6. 6. Gabbia secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che le porzioni più corte (72) presentano superfici (74) inclinate obliquamente e svasate a coppie così da divergere in direzioni assialmente esterne.
  7. 7. Gabbia secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che le superfici inclinate (74) sono concave.
  8. 8. Gabbia secondo una qualunque delle rivendicazioni da 5 a 7, caratterizzata dal fatto che le porzioni più corte (72) hanno forma sostanzialmente tronco-piramidale.
  9. 9. Gabbia secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la pluralità di sporgenze assiali (65, 67) definenti le cavità emisferiche si estende da un lato del corpo anulare (53) rivolto verso il piano mediano (P) e comprende: una prima pluralità di sporgenze assiali (65), aventi rispettive superfici concave (66) giacenti in una medesima superficie sferica ideale e sostanzialmente affacciate a coppie; e una seconda pluralità di sporgenze assiali di accoppiamento (67), circonferenzialmente più spesse rispetto alla prima pluralità di sporgenze assiali (65), disposte in modo alternato con le coppie di prime sporgenze assiali (65) ed aventi ciascuna una cavità parzialmente emisferica e, su ambo i lati di questa nella direzione circonferenziale, uno di detti mezzi (69) o sedi (70) di connessione reciproca per l’accoppiamento con la semigabbia opposta.
  10. 10. Gabbia secondo la rivendicazione 1 o 9, caratterizzata dal fatto che i mezzi di connessione reciproca comprendono perni (69) sporgenti assialmente e le sedi di connessione (70) comprendono corrispondenti recessi per il bloccaggio a scatto dei perni (69).
  11. 11. Gabbia secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che i perni (69) sono biforcati elasticamente.
  12. 12. Gabbia secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che le sporgenze assiali (65, 67) hanno superfici di estremità assiale giacenti nel piano radiale mediano (P) e disposte a contatto con le superfici di estremità analoghe delle sporgenze assiali omologhe della semigabbia opposta.
  13. 13. Gabbia secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che nel lato assialmente esterno del corpo anulare delle semigabbie à ̈ ricavata una gola anulare (55) in posizione radialmente intermedia tra le parti periferica esterna ed interna.
  14. 14. Unità cuscinetto a sfere (10), in particolare unità cuscinetto a sfere a gola profonda, comprendente un anello esterno (20) con una superficie radialmente interna che presenta una pista di rotolamento esterna (22), un anello interno (30) con una superficie radialmente esterna che presenta una pista di rotolamento interna (32), una corona di sfere (40) radialmente interposte tra le piste di rotolamento esterna (22) e interna (32), caratterizzata dal fatto che l’unità cuscinetto include una gabbia (50) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, e che ciascuna delle due semigabbie (51, 52) ha la prima cresta radialmente esterna (56) che si impegna svolgendo un’azione di tenuta a labirinto in una rispettiva gola circonferenziale (25) formata nella superficie radialmente interna dell’anello esterno (20), e la seconda cresta radialmente interna (57) che si impegna svolgendo un’azione di tenuta a labirinto in una rispettiva gola circonferenziale (35) formata nella superficie radialmente esterna dell’anello interno (30).
  15. 15. Unità cuscinetto secondo la rivendicazione 14, caratterizzata dal fatto che l’anello esterno (20) presenta, su ambo i lati della pista di rotolamento (22), una rispettiva gola anulare intermedia (23) tra la pista di rotolamento e la gola (25) impegnata dalla semigabbia.
  16. 16. Unità cuscinetto secondo la rivendicazione 15, caratterizzata dal fatto che la gola intermedia (23) ha una superficie conica (24) divergente in direzione assialmente esterna.
  17. 17. Unità cuscinetto secondo la rivendicazione 15 o 16, caratterizzata dal fatto che la gola intermedia (23) à ̈ assialmente adiacente alla superficie conica (62) del rispettivo orlo (58), per ricevere grasso lubrificante dalla rispettiva tasca circonferenziale (60).
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