ITTO940001A1

ITTO940001A1 - Articolazione a crociera di un albero cardiaco adatto alla trasmissione di alti momenti torcenti.

Info

Publication number: ITTO940001A1
Application number: IT94TO000001A
Authority: IT
Inventors: Hans Lindenthal; Peter Grawenhof
Original assignee: Voith Gmbh J M
Priority date: 1993-01-19
Filing date: 1994-01-04
Publication date: 1995-07-04
Also published as: ITTO940001A0; DE4301178C2; FR2700589B1; DE4301178A1; JPH0742754A; IT1267966B1; KR940018575A; FR2700589A1; US5547423A

Abstract

L'Invenzione riguarda un'articolazione a crociera di un albero cardanico adatto alla trasmissione di alti momenti torcenti con le seguenti caratteristiche:- con due forcelle di articolazione per i perni di una crociera;- ogni perno della crociera è montato su un cuscinetto radiale ed un cuscinetto assiale separato e avente un cappello del cuscinetto;- Il guscio del cuscinetto di ciascun cuscinetto radiale ha un collare rivolto contro l'asse del perno;- il perno ha un foro frontale (del perno);- Il collare si estende attraverso lo spigolo Interno del foro del perno contro l'asse del perno.- il cuscinetto assiale è disposto entro il foro del perno;L'invenzione è caratterizzata come segue:- una pista sulla superficie del collare rivolta all'asse di articolazione;- l'altra pista su una componente connessa con il cappello del cuscinetto.

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale

L'invenzione si riferisce ad un 'articolazione a crociera per un albero cardanico adatto alla trasmissione di alti momenti torcenti secondo il preambolo della rivendicazione 1. Articolazioni a crociera di questo tipo sono ad esempio note in base a

1) DE 3644 204 C2

2) GB 2249 81 B A.

Nel l'utilizzo per la trasmissione di alti momenti torcenti degli alberi cardanici adatti nella costruzione di macchine grandi, le articolazioni a seconda del caso di utilizzo sono esposte ad alti momenti torcenti, ma anche in notevole misura a forze trasversali. Le articolazioni a crociera quindi sono provviste di cuscinetti radiali per la trasmissione delle -forze tangenziali e di cuscinetti assiali per l'assorbimento delle forze trasversali che si presentano.

In generale, le articolazioni a crociera, oltre ad una' alta capacità di trasmissione dei momenti torcenti e ad una lunga durata dei cuscinetti presentano meno componenti possibili e configurate in modo semplice e dispongono di un basso costo di montaggio. Il trasferimento di alti momenti torcenti con una contemporanea lunga durata richiede l 'utilizzo di cuscinetti con un'alta portata e quindi maggiori dimensioni del cuscinetto. Queste si dimostrano problematiche, per quanto riguarda lo spazio a disposizione limitato. In base al DE 3644204 C2 è noto che per ottenere spazio per il cuscinetto radiale il cuscinetto assiale viene spostato dalla sua posizione, di montaggio convenzionale alla base del perno fino alla superficie frontale del perno. Il cuscinetto assiale si appoggia al guscio del cuscinetto radiale che costituisce con il perno un'unità e alla superficie interna del cappello del cuscinetto. La superficie frontale del guscio del cuscinetto radiale costituisce con la superficie frontale del perno una unica superficie, cioè si trova sullo stesso piano della superficie frontale del perno, attraverso la qual cosa lo spazio per il montaggio del cuscinetto radiale, che viene già limitato dalla configurazione della forcella di articolazione e del cappello del cuscinetto in direzione verticale, viene ulteriormente limitato. La forza trasversale da trasmettere dalla crociera alla forcella di artieoiazione, la quale forza trasversale con una corrispondente posizione dell'angolo dell’albero cardanico agisce come forza assiale in direzione dell'asse del perno a partire dall 'asse di articolazione, va dal lato frontale del perno attraverso la pista interna del cuscinetto assiale e i rulli del cuscinetto assiale sull 'altra pista sul cappello del cuscinetto. La forza però non viene trasmessa sulla via più corta attraverso il cappello del cuscinetto tramite viti o attraversa un fusto dell'anello esterno del cuscinetto radiale connesso con la superficie interna del cappello del cuscinetto tramite anelli di sicurezza fino alla forcella di articolazione, ma da un cappello del cuscinetto disposto nella direzione della forza e non connesso in modo fisso con la metà della forcella di articolazione viene portato nell'ancora connessa con il cappello del cuscinetto. L'ancora è anche connessa con il cappello del cuscinetto sulla metà della forcella di articolazione opposta. Là la -forza viene appoggiata sulla -forcella di articolazione con una direzione di azione verso l 'asse di articolazione. Il coperchio del cuscinetto in questo contesto può anche appoggiarsi al lato -frontale dell'anello esterno del cuscinetto radiale, se questo è con-figurato in modo tale che dall'esterno è inseribile nel foro del cuscinetto fino ad un arresto. Una forza trasversale che agisce contro un cappello del cuscinetto quindi non viene assorbita dall'occhio di forcella di articolazione contro il quale è diretta la forza trasversale che parte dall'asse di articolazione, ma dall’occhio della forcella di articolazione opposto. In questa configurazione dell'articolazione a crociera, il cuscinetto sollecitato viene mantenuto libero da deformazioni nella zona del foro del cuscinetto nella forcella di articolazione. In questo modo si garantisce un comportamento di portata ottimale nel cuscinetto assiale.

E’ noto che la lunghezza dell'ancora ha dimensioni tali che entrambi i cuscinetti assiali dopo il fissaggio del cappello si trovano rispetto all'ancora con un determinato precarico. Questo precarico contribuisce al fatto che in caso di una accelerazione trasversale senza momento torcente il gioco assiale nei cuscinetti radiali, cioè il movimento relativo degli elementi rotolanti rispetto alle piste del cuscinetto radiale in direzione dell 'asse del perno viene impedito al massimo.

Durante l 'azione di una forza assiale l 'ancora si comporta in modo simile ad una vite con gambo scaricato. Nella direzione dell'azione della forza lungo l 'asse del perno e a partire dall 'asse di articolazione attraverso il cuscinetto assiale, a causa dell'allungamento dell 'ancora dovuto alla forza si verifica uno spostamento assiale del cappello del cuscinetto nell’occhio della forcella. Contemporaneamente il cappello del cuscinetto che poggia sulla metà della forcella opposta viene spinto contro l 'occhio della forcella o contro la metà della forcella di articolazione. A causa dello spostamento assiale del cappello del cuscinetto, della pressione del cappello del cuscinetto sulla metà opposta della forcella di articolazione contro la forcella di articolazione per la trasmissione delle forze assiali sulla forcella di articolazione e del cambio continuo di queste condizioni di funzionamento, su di un cappello di cuscinetto il lato frontale e la superficie interna del cappello del cuscinetto sono soggetti nelle zone marginali ad una forte usura. La corrosione da contatto, l'usura delle guarnizioni e l'attrito portano ad un gioco indesiderato.

Il GB 2 249 818 A descrive una configurazione di articolazione a crociera, in cui il cuscinetto assiale dalla sua posizione di montaggio convenzionale alla base del perno è spostato in un foro disposto sul lato frontale del perno. La disposizione del cuscinetto assiale nel foro del perno offre il vantaggio che il collare del guscio del cuscinetto radiale può essere configurato con una forma molto più lunga ed è quindi possibile ottenere uno spazio aggiuntivo per gli elementi rotolanti del cuscinetto radiale. Per assicurare una portata ottimale dei cuscinetti assiali, nella disposizione dei cuscinetti è previsto un anello di appoggio che se sottoposto a sollecitazione si sposta autonomamente in modo elastico.

In questa configurazione le forze assiali o trasversali che si allontanano dall'asse di articolazione vengono portate alla metà della forcella di arti colazione , contro la quale si rivolge anche la forza assiale. Svantaggi di questa conf igurazione sono una alta spesa di produzione, montaggio e manutenzione, che si riflette in un aumento del costo. Inoltre, la realizzazione di un sostegno ottimale del cuscinetto assiale dipende dalla disposizione dell'anello di appoggio.

L’invenzione si prefigge quindi l’obiettivo di configurare un'articolazione a crociera secondo il preambolo della rivendicazione 1 in modo tale da evitare gli svantaggi menzionati e da raggiungere un aumento della durata dei cuscinetti aumentando contemporaneamente i momenti da trasmettere attraverso la disposizione dell'albero cardanico aumentando la portata - soprattutto la portata dinamica - e quindi di raggiungere un aumento dello spazio a disposizione dei cuscinetti. Contemporaneamente la configurazione strutturale deve essere eseguita in modo tale che le forze assiali vengono appoggiate alle metà delle forcelle di articolazione sempre con una direzione di azione verso l'asse di articolazione, cioè che le sicure assiali dei singoli anelli dei cuscinetti possono venire a mancare e non sono necessari elementi per la trasmissione delle forze per trasmettere le forze assiali che si dirigono lontano dall'asse di articolazione fino alla forcella di articolazione sulla via più breve. Questo significa che la forza assiale viene condotta sempre come forza di pressione nella forcella di articolazione. La funzione assicurata dall'ancora di trazione in base al DE 3644 204 (appoggio della forza trasversale sulla metà della forcella di articolazione, che si trova di fronte alla metà della forcella di articolazione in direzione della forza) e un precarico definito dei cuscinetti assiali dovrebbero essere realizzati attraverso mezzi costruttivi e mezzi strutturali più semplici, cioè una configurazione di articolazione a crociera con poche componenti facilmente costruibili, che siano anche facilmente montabili L'usura, che si presenta nelle configurazioni convenzionali a causa dello spostamento assiale, sulle superfici frontali dei cappelli dei cuscinetti e nel cuscinetto radiale dovrebbe essere ridotta.

L'obiettivo viene raggiunto attraverso le parti caratterizzanti della rivendicazione 1. Lo spostamento del cuscinetto assiale in un foro sul lato frontale del perno e la configurazione strutturale secondo l'invenzione di tutta la struttura dei cuscinetti fanno si che le forze assiali rivolte in direzione dell'asse del perno che si allontanano dall'asse di articolazione vengano supportate sulla metà della forcella di articolazione che si trova di fronte alla metà della forcella di articolazione che si trova nella direzione della forza. Il cuscinetto assiale che si trova nella direzione di azione delle forze assiali viene scaricato. Le forze assiali vengono condotte come forze di pressione nella forcella di articolazione.

I cuscinetti assiali presentano già nella loro posizione di montaggio un precarico definito, che è scelto in modo tale da evitare un gioco assiale quando si scarica il cuscinetto assiale in normali condizioni di funzionamento, cioè in modo tale che il precarico di un cuscinetto non viene eliminato con il suo scarico.

L'usura sulle superfici frontali del cappello del cuscinetto e nel cuscinetto radiale a causa degli spostamenti assiali che si verificano viene ridotta in confronto alle disposizioni di cuscinetti in un'articolazione a crociera nota. Un ulteriore vantaggio della soluzione secondo l'invenzione è costituito dalla diminuzione dei costi di produzione e di montaggio a causa del numero ridotto delle componenti che hanno una struttura semplice.

La soluzione secondo l'invenzione viene descritta qui di seguito in maggiore dettaglio con riferimento alle Figure.

La Figura 1 illustra una raffigurazione in sezione di una crociera in un piano che passa attraverso l'asse del perno e si trova perpendicolarmente rispetto all'asse di articolazione;

le Figure 2a e 2b illustrano una configurazione del cappello del cuscinetto con la raffigurazione delle deformazioni che si presentano nella forcella di arti colazione e nei singoli cuscinetti nel piano da due perni e nel piano da quattro perni.

L'articolazione a crociera secondo la Figura 1 comprende una forcella di articolazione 1, costituita da due metà di forcelle di articolazione 21 e 22, in ciascuno dei cui fori di montaggio 2 e 23 è montata in modo ruotabi le una crociera 3 tramite un cuscinetto a rotolamento. Per la configurazione del cuscinetto nelle due metà delle forcelle di articolazione 21 e 22 nella seguente descrizione vengono utilizzati gli stessi numeri di riferimento per gli stessi elementi costruttivi. Gli assi dei perni 4 della crociera 3 possono essere disposti in un piano perpendicolare o in due piani paralleli tra loro e spostati. Ogni cuscinetto a rotolamento per ogni perno è costituito da un cuscinetto radiale 5 con un anello esterno 6, il rullo 7 ed un anello interno B configurato con un collare come guscio del cuscinetto, nonché un cuscinetto assiale 9, che è disposto all'interno di un -foro sul lato frontale del perno (foro del perno) 10. Un collare del guscio del cuscinetto B, che si estende radialmente attraverso lo spigolo interno del foro del perno 10 uscendone contro 1'asse del perno, presenta una superficie del collare 11, che è rivolta all'asse di articolazione 19. I rulli 12 del cuscinetto assiale 9 rotolano su questa superficie del collare (pista) 11 e su una pista esterna 13, che è costituita da una parte 14 connessa con il cappello del cuscinetto. La superficie del collare 11 sporge preferibilmente nel foro del perno 10, può però anche essere configurata come un allungamento libero della superficie di appoggio del guscio con il lato frontale del perno.

il guscio del cuscinetto con il collare B è premuto sul perno ed è fissato sul perno in modo aggiuntivo tramite connessioni a vite 15 per la trasmissione della forza. L'anello esterno del cuscinetto assiale 14 è connesso tramite connessioni a vite con il cappello del cuscinetto 15, il quale poggia frontalmente nella zona esterna alla superficie 17 sull'anello esterno del cuscinetto radiale 5. L'anello esterno 6 del cuscinetto radiale 5 è inseribile lungo l'asse del perno 4 in direzione dell'asse di articolazione 19 fino ad un arresto. Questo arresto, come descritto nella Figura 1, può essere preferibilmente un collare 18 sull'anello esterno che si allontana dall'asse del perno, il quale collare poggia sulla forcella di articolazione 1.

Le forze assiali che si formano attraverso l’accelerazione trasversale, che agiscono in direzione dell'asse del perno 4 allontanandosi dall'asse di articolazione 19, qui ad esempio in direzione della metà della forcella di articol azione 21, provocano uno scarico del cuscinetto assiale 9 che si trova in questa direzione ed una sollecitazione del cuscinetto assiale che si trova nella direzione dell'asse del perno contro la direzione di azione delle forze assiali sul lato della metà della forcella di articolazione 22. 11 cuscinetto scaricato in questo stato di funzionamento può essere definito cuscinetto passivo e quello sollecitato cuscinetto attivo. In questa configurazione una forza assiale che' agisce in direzione dell "asse del perno 4 allontanandosi dall'asse di articolazione 19 in direzione della metà della forcella di articolazione 21 provoca una eliminazione delle forze di trazione che agiscono in questa direzione sulle connessioni a vite 15 e quindi uno spostamento assiale della superficie del collare 11 del cuscinetto assiale. Non avviene alcuna trasmissione di forze attraverso questo cuscinetto assiale. Contemporaneamente le viti della connessione a vite 15 sulla metà della forcella di articolazione 22 opposta vengono sollecitate più a trazione. Avviene una addizione della forza di trazione che predomina nella connessione a vite 15 e della forza di trazione che agisce sul perno, che porta ad una sollecitazione di pressione del collare del guscio del cuscinetto 8. La forza assiale si appoggia attraverso il collare sollecitato a pressione del guscio del cuscinetto 8, attraverso il cuscinetto assiale 9, una componente connessa con il cappello del cuscinetto 1 h che serve come anello esterno 14 del cuscinetto assiale 9, attraverso il cappello del cuscinetto 16, che poggia -frontalmente nella zona esterna sulla superficie 17 sull'anello esterno del cuscinetto radiale 5, sulla metà della forcella di articolazione 22.

La deformazione delle componenti che trasmettono il momento torcente di una articolazione a crociera nella direzione tangenziale della forza è così estrema che nel supporto a cuscinetti si ottiene una distribuzione disomogenea dei carichi e soltanto una frazione della possibile capacità di carico può essere utilizzata. La mancanza di parallelismo dei piani delle piste del cuscinetti

assiali provoca un affaticamento precoce delle piste e degli elementi di rotolamento e/o delle deformazioni plastiche con le loro conseguenze (Pittings et al). D'altra parte, le capacità di carico dei cuscinetti, dinamiche e statiche, assicurate dai produttori di cuscinetti sono garantite soltanto per una struttura di cuscinetti rigida. Per garantire un parallelismo di piani delle piste dei cuscinetti assiali con forze tangenziali che agiscono in aggiunta, nella soluzione secondo l'invenzione il cappello del cuscinetto 16 secondo il DE 3644 204 nella Figura 2 è rigido alla flessione nel piano dei due perni ed è configurato in modo cedevole nel piano dei quattro perni nella direzione di azione della forza tangenziale o nella direzione tangenziale dell 'articolazione.

La Figura 2a chiarisce schematicamente l'articolazione a crociera nella vista da destra corrispondente alla Figura 1. La crociera .3 è montata in modo ruotabile nei fori di montaggio 2 e 3 delle metà della forcella di articolazione 21 e 22. L'asse di articolazione 19 nel caso presentato passa attraverso il punto di sezione degli assi del perno 4. Entrambi gli assi del perno si trovano su di un piano E1. Il cappello del cuscinetto 16 è su questo piano, cioè nella direzione di azione della forza assiale, e configurato in modo rigido alla flessione.

La Figura 2b chiarisce schematicamente il comportamento del cappello del cuscinetto 16 nel caso di azione di forza tangenziale corrispondente alla vista I-I della Figura 2a, quando il cappello del cuscinetto 16 in questa direzione, cioè nella direzione tangenziale dell'articolazione , è configurato in modo elastico o cedevole. Il parallelismo dei piani delle piste dei cuscinetti assiali viene mantenuto.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 Articolazione a crociera di un albero cardanico adatto alla trasmissione di alti momenti torcenti , 1.1. con due -forcelle di artieoiazione per il montaggio dei perni di una crociera (3) 1.2. ogni perno della crociera (3) è montato tramite un cuscinetto radiale (5) ed un cuscinetto assiale (9) separato nel relativo , occhio della forcella (2) provvisto di un cappello del cuscinetto (16); 1.3. il guscio del cuscinetto (8) di ogni cuscinetto radiale (5) presenta un collare che è rivolto contro l’asse del perno (4); 1.4. il perno presenta un foro frontale (10) (foro del perno); 1.5. il collare si estende attraverso lo spigolo esterno del foro del perno superandolo contro l'asse del perno (4); 1.6. il cuscinetto assiale (9) è disposto ,all'interno del foro del perno (10); caratterizzata dalle seguenti caratteristiche: 1.7. una pista (11) del cuscinetto assiale (9) è costituita da quella superficie del collare che è rivolta verso l'asse di articolazione . (19); 1.8. l'altra pista (13) è -formata su di una componente (14) connessa con il cappello del cuscinetto (16).
2. Articolazi one a crociera secondo la rivendicazione 1, caratterizz ata dal fatto che il cappello del cuscinetto (16) nella direzione tangenziale dell'articolazione è configurato in modo cedevole (basso momento di resistenza) e nella direzione di azione delle forze assiali è configurato in modo rigido (alto momento di resistenza)