ITTO20111035A1 - Snodo universale a denti. - Google Patents

Description

"Snodo universale a denti"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda uno snodo universale a denti (di seguito indicato, per comodità, semplicemente come snodo) destinato a essere utilizzato in particolare in una cosiddetta allunga a denti per la trasmissione della coppia e del moto rotatorio da un albero motore a un organo condotto, quale un cilindro di laminazione, come specificato nel preambolo dell'annessa rivendicazione indipendente 1.

Le allunghe a denti sono notoriamente utilizzate in ambito industriale, in particolare nell'industria metallurgica, per trasmettere la coppia e il moto rotatorio da un albero motore comandato da un motore (con eventuale interposizione di un riduttore) a un organo condotto, quale in particolare un cilindro di laminazione. Dal momento che in tale applicazione l'asse di rotazione dell'organo condotto à ̈ disallineato rispetto all'asse di rotazione dell'albero motore e che inoltre la posizione dell'asse di rotazione dell'organo condotto non à ̈ fissa ma mobile per compensare l'usura superficiale dei cilindri di laminazione e le variazioni di spessore della lamiera da laminare, le allunghe a denti comprendono un primo snodo destinato a essere accoppiato all'albero motore, un secondo snodo destinato a essere accoppiato all'organo condotto, e un corpo intermedio che à ̈ realizzato sotto forma di corpo telescopico ed à ̈ destinato a essere accoppiato alle sue estremità ai due snodi.

Gli snodi di cui si compone l'allunga possono essere snodi a denti, nel qual caso si parla di allunga a denti, o snodi cardanici, nel qual caso si parla di allunga cardanica. Le allunghe a denti hanno un'elevatissima capacità di carico e rigidezza torsionale, sono insensibili ai sovraccarichi, e richiedono costi iniziali di investimento e di manutenzione contenuti, ma di contro hanno ridotta capacità di disallineamento e in genere necessitano di lubrificazione tramite notevoli quantità di grasso da rinnovare frequentemente. Le allunghe cardaniche hanno un'elevata capacità di carico (comunque inferiore a quella delle allunghe a denti), una bassa rigidezza torsionale e un'elevata sensibilità ai sovraccarichi, ma di contro hanno un'elevata capacità di disallineamento e richiedono piccole quantità di grasso per la loro lubrificazione. Nel settore degli impianti di laminazione di metalli, le allunghe a denti sono tipicamente utilizzate per l'azionamento di laminatoi sbozzatori, laminatoi a caldo, laminatoi tandem a freddo e laminatoi skin-pass, cioà ̈ per applicazioni caratterizzate da un unico verso di rotazione, elevati livelli di produttività, elevate coppie, elevate velocità e ridotti angoli di lavoro, mentre le allunghe cardaniche sono tipicamente utilizzate per l'azionamento di laminatoi sbozzatori reversibili, laminatoi Steckel e laminatoi a freddo reversibili, cioà ̈ per applicazioni caratterizzate da livelli di produttività inferiori, elevate coppie, velocità inferiori, duplice verso di rotazione ed elevati angoli di lavoro. L'evoluzione nel corso degli anni ha portato oggigiorno ad allunghe che hanno elevatissima capacità di carico (oltre 12000 kW a 40 giri/min), lunga durata e agevole manutenzione. Le pur elevate prestazioni delle allunghe oggigiorno disponibili in commercio non sono tuttavia sufficienti a soddisfare le crescenti necessità dei moderni laminatoi per metalli in termini di incremento della potenza trasmissibile, di riduzione del diametro dei cilindri di laminazione (e quindi del diametro degli snodi), di aumento degli angoli di lavoro e di aumento della produttività annua. Oltretutto, le allunghe hanno un'importanza strategica nell'economia di un laminatoio per metalli, dato che un eventuale loro cedimento comporta spesso l'arresto non solo della singola gabbia di laminazione ma dell'intero impianto di laminazione, e quindi devono garantire un'assoluta affidabilità in esercizio.

Scopo della presente invenzione à ̈ quindi fornire uno snodo universale a denti che abbia prestazioni migliori rispetto agli snodi universali a denti oggigiorno disponibili in commercio, sia in termini di capacità di carico (in particolare di concentrazione di coppia/potenza trasmissibile, cioà ̈ di rapporto fra la coppia/potenza trasmissibile e il peso), sia in termini di durata e affidabilità di esercizio, e che permetta quindi di realizzare allunghe a denti in grado di soddisfare i requisiti sempre più stringenti imposti ad esempio dall'applicazione su impianti di laminazione.

Questo e altri scopi sono pienamente raggiunti secondo l'invenzione grazie a uno snodo universale a denti avente le caratteristiche specificate nella parte caratterizzante della rivendicazione indipendente 1.

Ulteriori caratteristiche vantaggiose dell'invenzione sono indicate nelle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto à ̈ da intendersi come parte integrale e integrante della descrizione che segue.

In sintesi, l'invenzione di fonda sull'idea di realizzare uno snodo universale a denti in cui i componenti dello snodo attraverso cui viene trasmessa la coppia, e più specificamente la dentatura esterna e la dentatura interna, sono fatti di acciaio maraging. L'utilizzo di questo particolare tipo di materiale consente, fra l'altro, di realizzare uno snodo universale a denti avente una più elevata concentrazione di coppia/potenza trasmissibile rispetto alla tecnica nota e quindi, a parità di coppia/potenza richiesta, un peso e un ingombro inferiori rispetto alla tecnica nota.

Preferibilmente, il mozzo e la campana sono anch'essi fatti di acciaio maraging.

Preferibilmente, le dentature del mozzo e della campana dello snodo sono fatte di una gradazione di acciaio maraging con carico di rottura più elevato rispetto a quello della gradazione di acciaio maraging con cui sono fatti il mozzo e la campana.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il mozzo dello snodo à ̈ provvisto di mezzi di accoppiamento per essere torsionalmente accoppiato al corpo intermedio di un'allunga a denti e, analogamente, la campana dello snodo à ̈ provvista di mezzi di accoppiamento per essere torsionalmente accoppiata a un mozzo di collegamento destinato a essere a sua volta torsionalmente accoppiato all'albero motore o all'organo condotto, in maniera tale per cui lo snodo à ̈ realizzato come componente distinto sia rispetto al corpo intermedio dell'allunga a denti sia rispetto ai mozzi di collegamento. Il fatto che gli snodi siano realizzati come componenti distinti sia rispetto al corpo intermedio dell'allunga a denti sia rispetto ai mozzi di collegamento permette di utilizzare due snodi identici per la realizzazione di un'allunga a denti, con conseguente riduzione sia dei costi di fabbricazione sia dei costi di manutenzione.

I mezzi di accoppiamento sia del mozzo sia della campana dello snodo sono preferibilmente formati da una dentatura Hirth.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno chiaramente dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 Ã ̈ una vista in sezione assiale di un'allunga a denti comprendente una coppia di snodi universali a denti realizzati ciascuno secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione; e

le figure 2 e 3 sono viste in sezione assiale di uno snodo universale a denti secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, rispettivamente in una condizione di allineamento e in una condizione di disallineamento angolare fra gli assi del mozzo e della campana dello snodo.

Con riferimento inizialmente alla figura 1, un'allunga a denti à ̈ complessivamente indicata con 100 e comprende fondamentalmente un corpo intermedio 10, un primo snodo universale a denti 12 (di qui in avanti semplicemente indicato come primo snodo 12) e un secondo snodo universale a denti 12' (di qui in avanti semplicemente indicato come secondo snodo 12'). Il corpo intermedio 10 à ̈ realizzato come corpo telescopico e a tale proposito comprende un elemento radialmente esterno 14 e un elemento radialmente interno 16 coassiali l'uno rispetto all'altro. L'asse del corpo intermedio 10 à ̈ indicato con x. I due elementi 14 e 16 del corpo intermedio 10 sono torsionalmente accoppiati l'uno all'altro mediante accoppiamento scanalato 18 in modo da essere assialmente scorrevoli l'uno rispetto all'altro. Il primo snodo 12 à ̈ realizzato come componente distinto rispetto al corpo intermedio 10 ed à ̈ torsionalmente accoppiato all'elemento radialmente esterno 14 del corpo intermedio 10. Il primo snodo 12 à ̈ inoltre predisposto per essere torsionalmente accoppiato, da parte assialmente opposta rispetto al corpo intermedio 10, a un primo mozzo di collegamento 20, che à ̈ realizzato come componente distinto rispetto al primo snodo 12 ed à ̈ destinato a essere a sua volta torsionalmente accoppiato a un organo conduttore (ad esempio un albero motore) o a un organo condotto (ad esempio un cilindro di laminazione), entrambi non mostrati nei disegni. Analogamente, il secondo snodo 12' à ̈ realizzato come componente distinto rispetto al corpo intermedio 10 ed à ̈ torsionalmente accoppiato all'elemento radialmente interno 16 del corpo intermedio 10. Il secondo snodo 12' à ̈ inoltre predisposto per essere torsionalmente accoppiato, da parte assialmente opposta rispetto al corpo intermedio 10, a un secondo mozzo di collegamento 20', che à ̈ realizzato come componente distinto rispetto al secondo snodo 12' ed à ̈ destinato a essere a sua volta torsionalmente accoppiato rispettivamente a un organo condotto o a un organo conduttore. In questo modo, la trasmissione della coppia dall'organo conduttore all'organo condotto avviene nell'ordine - in un verso o nell'altro - attraverso il primo mozzo di collegamento 20, il primo snodo 12, l'elemento radialmente esterno 14 del corpo intermedio 10, l'elemento radialmente interno 16 del corpo intermedio 10, il secondo snodo 12' e il secondo mozzo di collegamento 20'. Il primo e il secondo snodo 12 e 12' sono identici l'uno all'altro, e per tale motivo si descriverà qui di seguito, con riferimento in particolare alle figure 2 e 3, il solo primo snodo 12, fermo restando che quanto verrà detto a proposito del primo snodo 12 à ̈ parimenti applicabile al secondo snodo 12'.

Lo snodo 12 comprende un mozzo 22 e una campana 24 torsionalmente accoppiati l'uno all'altra mediante collegamento dentato. A tale proposito, il mozzo 22 à ̈ provvisto di una dentatura esterna 26 a denti bombati avente una conformazione simmetrica rispetto a un piano di simmetria s perpendicolare all'asse del mozzo 22 e la campana 24 à ̈ provvista di una dentatura interna 28 a denti diritti che ingrana con la dentatura esterna 26 del mozzo 22 ed à ̈ in grado di scorrere longitudinalmente rispetto a quest'ultima, in maniera tale per cui lo snodo 12 consente sia movimenti assiali relativi sia movimenti angolari relativi fra il mozzo 22 e la campana 24. Preferibilmente, la dentatura esterna 26 à ̈ formata su un manicotto 80 che à ̈ realizzato come componente distinto rispetto al mozzo 22 ed à ̈ a questo torsionalmente accoppiato mediante collegamento scanalato 30. Il manicotto 80 con la dentatura esterna 26 à ̈ inoltre assialmente bloccato sul mozzo 22 mediante mezzi di bloccaggio assiale che sono di tipo per sé noto e non verranno quindi descritti in dettaglio. In modo analogo, la dentatura interna 28 à ̈ preferibilmente formata su un manicotto 82 che à ̈ realizzato come componente distinto rispetto alla campana 24 ed à ̈ a questa torsionalmente accoppiato mediante collegamento scanalato 32. Il manicotto 82 con la dentatura interna 28 à ̈ inoltre assialmente bloccato sulla campana 24 mediante mezzi di bloccaggio assiale che sono di tipo per sé noto e non verranno quindi descritti in dettaglio. Il mozzo 22 à ̈ torsionalmente accoppiato, oltre che alla campana 24, al corpo intermedio 10 (più precisamente, all'elemento radialmente esterno 14 nel caso del primo snodo 12 e all'elemento radialmente esterno 16 nel caso del secondo snodo 12') in modo da ruotare solidalmente a questo intermedio 10 intorno a un asse di rotazione coincidente con l'asse x del corpo intermedio 10. La campana 24 à ̈ torsionalmente accoppiata, oltre che al mozzo 22, a uno dei due mozzi di collegamento 20 e 20' (più precisamente, al mozzo di collegamento 20 nel caso del primo snodo 12 e al mozzo di collegamento 20' nel caso del secondo snodo 12') in modo da ruotare solidalmente a questo intorno a un secondo asse di rotazione x' coincidente con l'asse del mozzo di collegamento 20, 20'. A tale proposito, nella forma di realizzazione preferita qui illustrata il mozzo 22 forma una flangia di collegamento 34 provvista di dentatura Hirth 36 atta a ingranare con una corrispondente dentatura Hirth 38 dell'elemento radialmente esterno 14 (o dell'elemento radialmente interno 16) del corpo intermedio 10, o di un eventuale elemento di collegamento interposto fra lo snodo 12 e il corpo intermedio 10. Analogamente, nella forma di realizzazione preferita qui illustrata la campana 24 forma una flangia di collegamento 40 provvista di dentatura Hirth 42 atta a ingranare con una corrispondente dentatura Hirth 44 del mozzo di collegamento 20, 20'. Nella condizione di funzionamento mostrata nella figura 2 l'asse x del mozzo 22 à ̈ allineato all'asse x' della campana 24, mentre nella condizione di funzionamento mostrata nella figura 3 l'asse x del mozzo 22 à ̈ inclinato di un angolo α rispetto all'asse x' della campana 24. Più precisamente, la figura 3 mostra in linea continua la condizione di massimo disallineamento angolare fra gli assi x e x' in un dato verso e in linea tratteggiata la condizione di massimo disallineamento angolare fra gli assi x e x' nel verso opposto. In entrambe le condizioni, l'angolo di disallineamento (massimo) à ̈ indicato con α, per cui l'escursione angolare massima fra gli assi x e x' risulta pari a 2α.

Secondo l'invenzione, i componenti dello snodo 12 attraverso cui viene trasmessa la coppia, e più specificamente il manicotto 80 con la dentatura esterna 26 e il manicotto 82 con la dentatura interna 28, sono fatti di acciaio maraging. Com'à ̈ noto, gli acciai maraging sono acciai a basso tenore di carbonio (inferiore allo 0,03%), contenenti principalmente nickel (18÷20%), cobalto (8-12%), molibdeno (3÷5%), alluminio (1%) e titanio (0,2÷1,4%). Gli acciai maraging presentano caratteristiche di elevata resistenza meccanica, elevata durezza, elevata tenacità, elevata resistenza a fatica, elevata resistenza alla propagazione di cricche, buona lavorabilità meccanica e buona formabilità. Gli acciai maraging sono disponibili nelle seguenti quattro gradazioni:

1) C-200, avente un carico di rottura di circa 200 psi (circa 1.400 MPa),

2) C-250, avente un carico di rottura di circa 250 psi (circa 1.700 MPa),

3) C-300, avente un carico di rottura di circa 300 psi (circa 2.050 MPa),

2) C-350, avente un carico di rottura di circa 350 psi (circa 2.400 MPa).

Preferibilmente, anche il mozzo 22 e la campana 24 sono fatti di acciaio maraging. Preferibilmente, il manicotto 80 con la dentatura esterna 26 e il manicotto 82 con la dentatura interna 28 sono fatte di acciaio maraging di gradazione C-300 o C-350, cioà ̈ di gradazione con carico di rottura più elevato, mentre il mozzo 22 e la campana 24 sono fatte di acciaio maraging di gradazione C-200 o C-250, cioà ̈ delle gradazioni con carico di rottura più basso. Preferibilmente, i suddetti componenti dello snodo sono lavorati allo stato ricotto, quindi in condizioni di bassa durezza del materiale, e sono infine sottoposti a trattamenti termici idonei a conferire elevata durezza senza generare deformazioni o distorsioni non ammissibili per le classi di precisione normalmente richieste per tali componenti. In particolare, i suddetti componenti sono sottoposti a trattamento di indurimento a bassa temperatura, che consente di ottenere le caratteristiche meccaniche richieste generando solo ridottissime deformazioni e distorsioni. Per incrementare ulteriormente la resistenza a fatica, la resistenza a corrosione, la resistenza a pitting, la resistenza a usura abrasiva e la resistenza a rifollamento, i suddetti componenti sono successivamente soggetti a un trattamento finale di nitrurazione gassosa profonda tale da conferire la massima durezza superficiale possibile. Per incrementare ulteriormente la resistenza a fatica in corrispondenza delle sezioni particolarmente sollecitate dinamicamente, può essere inoltre eseguito un trattamento finale di pallinatura.

Al fine di evitare la trasmissione di forze assiali attraverso le dentature 26 e 28, lo snodo 12 Ã ̈ inoltre preferibilmente provvisto di mezzi di trasmissione di forze assiali predisposti per trasmettere al corpo intermedio 10 forze assiali sia di compressione sia di trazione.

La trasmissione delle forze di compressione dalla campana 24 al mozzo 22 avviene attraverso un disco di spinta 46 che à ̈ ancorato, ad esempio mediante viti 48, alla campana 24, un bottone di spinta 50 accolto in una sede cilindrica 52 (coassiale con la campana 24) prevista nel disco di spinta 46, una pastiglia di spinta 54 a contatto con il bottone di spinta 50, e una bussola 56 che à ̈ inserita in una sede cilindrica 58 prevista nel mozzo 22 e coassiale con questo e che accoglie la pastiglia di spinta 54. La superficie del bottone di spinta 50 rivolta verso la pastiglia di spinta 54 à ̈ indicata con 60 ed à ̈ realizzata come superficie sferica convessa. La superficie della pastiglia di spinta 54 rivolta verso il bottone di spinta 50 à ̈ indicata con 62 ed à ̈ realizzata come superficie sferica concava avente raggio di curvatura molto più elevato rispetto a quello della superficie 60. Le superfici 60 e 62 del bottone di spinta 50 e della pastiglia di spinta 54 sono mantenute costantemente in contatto l'una contro l'altra dalla spinta assiale generata da molle (non mostrate) contenute nel corpo intermedio 10 e agenti fra i due elementi 14 e 16 di quest'ultimo.

La trasmissione delle forze di trazione dalla campana 24 al mozzo 22 avviene attraverso una flangia 64 fissata, ad esempio mediante viti 66, alla campana 24, una ralla 68 fissata, ad esempio mediante viti 70, al manicotto 82 recante la dentatura interna 28, e una flangia 72 fissata, ad esempio mediante viti 74, al mozzo 22. La flangia 64 presenta una superficie conica 76 suscettibile di andare a contatto, quando la campana 24 à ̈ soggetta a una forza di trazione, contro una superficie sferica 78 della ralla 68 avente centro all'intersezione fra l'asse x del mozzo 22 e il piano di simmetria s della dentatura esterna 26. Fra la superficie conica 76 e la superficie sferica 78 à ̈ normalmente previsto un certo gioco. La ralla 68 à ̈ fissata al manicotto 82 recante la dentatura interna 28 dal lato di questo rivolto verso la flangia di collegamento 34 (cioà ̈ verso il corpo intermedio 10), mentre la flangia 72 serra il manicotto 82 dal lato assialmente opposto.

Alla luce della descrizione sopra fornita risultano evidenti i vantaggi conseguibili grazie a uno snodo secondo la presente invenzione.

Grazie all'utilizzo di acciaio maraging per la costruzione dei componenti dello snodo destinati alla trasmissione della coppia, lo snodo secondo l'invenzione à ̈ in grado di trasmettere elevate coppie a elevate velocità, presenta un'elevata resistenza ai sovraccarichi ripetitivi e occasionali, presenta un'elevata rigidezza torsionale, presenta un'ottima resistenza alla corrosione e all'usura, à ̈ in grado di funzionare correttamente anche a temperature di esercizio molto elevate, e presenta un peso ridotto e dimensioni compatte.

Inoltre, grazie alla realizzazione del mozzo e della campana come pezzi distinti rispetto agli altri componenti di un'allunga a denti (corpo intermedio e mozzi di collegamento), lo snodo secondo l'invenzione consente di realizzare allunghe a denti la cui manutenzione risulta agevole, veloce e poco costosa.

In aggiunta, lo snodo secondo l'invenzione consente di realizzare allunghe a denti comprendenti snodi identici, con conseguente riduzione dei costi di ricambistica.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto à ̈ stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza con ciò fuoriuscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Snodo universale a denti (12), particolarmente per allunghe a denti (10) per la trasmissione della coppia e del moto rotatorio da un albero motore a un organo condotto, quale un cilindro di laminazione, lo snodo universale a denti (12) comprendendo un mozzo (22) avente un asse di rotazione (x) e una campana (24) avente un asse di rotazione (x'), laddove il mozzo (22) e la campana (24) sono provvisti di rispettive dentature (26, 28) ingrananti l'una con l'altra per la trasmissione della coppia e del moto rotatorio fra il mozzo (22) e la campana (24), e laddove le dentature (26, 28) del mozzo (22) e della campana (24) sono conformate in modo da consentire disallineamenti angolari (α) fra gli assi (x, x') del mozzo (22) e della campana (24), caratterizzato dal fatto che le dentature (26, 28) del mozzo (22) e della campana (24) sono fatte di acciaio maraging.
2. 2. Snodo universale a denti secondo la rivendicazione 1, in cui il mozzo (22) e la campana (24) sono anch'essi fatti di acciaio maraging.
3. 3. Snodo universale a denti secondo la rivendicazione 2, in cui le dentature (26, 28) del mozzo (22) e della campana (24) sono realizzate come componenti distinti rispetto al mozzo (22) e alla campana (24) e sono fatte di una gradazione di acciaio maraging con carico di rottura più elevato rispetto a quello della gradazione di acciaio maraging con cui sono fatti il mozzo (22) e la campana (24).
4. 4. Snodo universale a denti secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il mozzo (22) e la campana (24) sono provvisti di rispettivi mezzi di accoppiamento (34, 36, 40, 42) per essere torsionalmente accoppiati a rispettivi organi esterni (10, 20, 20').
5. 5. Snodo universale a denti secondo la rivendicazione 4, in cui detti mezzi di accoppiamento (34, 36, 40, 42) comprendono dentature Hirth (36, 42).
6. 6. Snodo universale a denti secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre primi mezzi di trasmissione di forze assiali (46, 50, 54, 56) predisposti per trasmettere forze assiali di compressione fra il mozzo (22) e la campana (24), nonché secondi mezzi di trasmissione di forze assiali (64, 68, 72) predisposti per trasmettere forze assiali di trazione fra il mozzo (22) e la campana (24).
7. 7. Allunga a denti (10) per la trasmissione della coppia e del moto rotatorio da un albero motore a un organo condotto, quale un cilindro di laminazione, l'allunga a denti (10) comprendendo un corpo intermedio (10) estendentesi lungo un asse longitudinale (x) e una coppia di snodi (12, 12') disposti alle opposte estremità del corpo intermedio (10) e torsionalmente accoppiati a quest'ultimo, laddove ciascuno dei due snodi (12, 12') à ̈ uno snodo universale a denti secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti ed à ̈ realizzato come componente distinto rispetto al corpo intermedio (10).
8. 8. Allunga a denti secondo la rivendicazione 7, in cui i due snodi (12, 12') sono identici l'uno all'altro.
9. 9. Allunga a denti secondo la rivendicazione 7 o la rivendicazione 8, in cui il mozzo (22) di ciascuno snodo (12, 12') Ã ̈ torsionalmente accoppiato al corpo intermedio (10).
10. 10. Allunga a denti secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 7 alla 9, comprendente inoltre una coppia di mozzi di collegamento (20, 20') realizzati come componenti distinti rispetto agli snodi (12, 12') e torsionalmente accoppiati ciascuno a un rispettivo snodo (12, 12').