ITTO980196A1 - Meccanismo di accoppiamento di una cremagliera e del suo pignone di az ionamento. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale di

In un autoveicolo, il volante comanda l’orientamento delle ruote direttrici attraverso un ingranaggio costituito da un pignone, solidale alla colonna dello sterzo, e di una barra trasversale a cremagliera, che comanda l'orientamento degli alberi dei due mozzi della ruota al riguardo. Al fine di assicurare un accoppiamento corretto, la cremagliera è piazzata sul pignone tramite un meccanismo di accoppiamento .

Un tale meccanismo deve mantenere un accoppiamento senza gioco dei denti ingranati, malgrado i difetti di eccentricità del pignone, il suo gioco assiale e l’usura dei denti. Inoltre, esso deve supportare senza distruzione una percussione proveniente da una ruota che urta un ostacolo e che può corrispondere quasi alla massa del veicolo.

Il meccanismo di accoppiamento comprende, in modo classico, una molla elicoidale alloggiata in un carter per spingere la cremagliera contro il pignone. La molla è compressa tra un tappo di arresto, che chiude il suo alloggiamento, e un manicotto scorrevole di spinta sulla barra di cremagliera, sul quale questa scivola.

Il manicotto è guidato in scorrimento da un mantello che lo prolunga verso il .tappo e si appoggia su una parete interna dell'alloggiamento. Una rondella elastica di arresto è interposta tra il bordo libero del mantello e il tappo per ammortizzare gli urti ritrasmessi dalle ruote.

Inoltre, si prevedono rondelle e anelli di bloccaggio della molla e della rondella, rispettivamente, per compensare le tolleranze di fabbricazione e le dilatazioni dei differenti pezzi.

Un tale meccanismo presenta numerosi inconvenienti. Esso non è per nulla economico in pezzi e mano d’opera e, inoltre, la sua efficacia è limitata, poiché il ricupero delle tolleranze, che deve essere regolato manualmente al momento del montaggio, non è mai perfetto. In particolare, esso resta rumoroso e la forza di spinta sulla cremagliera è suscettibile di variare nel corso del tempo, rendendo lo sterzo troppo molle o al contrario troppo duro.

La presente invenzione mira a ridurre gli inconvenienti appena indicati.

A questo scopo, l'invenzione si riferisce a un meccanismo di accoppiamento di una cremagliera con un pignone di trascinamento in traslazione della cremagliera, comprendente mezzi di spinta del pignone e della cremagliera l'uno contro l’altra, caratterizzato dal fatto che i mezzi di spinta sono strutturati per esercitare la loro azione secondo almeno due gradi di spinta successivi.

Così, l’ammortizzamento delle vibrazioni e degli urti, che tendono a disaccoppiare la cremagliera dal pignone e a produrre i rumori, è aumentato poiché il secondo grado di spinta si sostituisce al primo grado dal momento in cui le vibrazioni o gli urti eccedono le possibilità di azione del primo grado. Si ha così una forza di spìnta aumentata, che accoppia meglio la cremagliera e il pignone e che riduce dunque i rumori.

L’invenzione sarà meglio compresa con l'aiuto della descrizione che segue di due varianti di realizzazione preferite del meccanismo dell’invenzione, facendo riferimento al disegno annesso, sul quale:

le figure 1 e 3 sono semi-sezioni longitudinali del meccanismo dell’invenzione secondo le due varianti rispettive;

- la figura 2 rappresenta caratteristiche forza/corsa di molle del meccanismo.

Il meccanismo di accoppiamento 10 della figura 1, di cui solamente la metà sinistra, in rapporto a un piano di simmetria longitudinale 20 di questo, è rappresentata per intento di semplicità, serve a spingere una barra di cremagliera 5, che scivola su di esso perpendicolarmente al piano della figura, contro un pignone 1 di trascinamento in traslazione della cremagliera 5 comandato da una colonna di sterzo 2.

Il meccanismo 10 è montato solidale a un carter supportato dal telaio di un autoveicolo, che supporta la cremagliera 5 oltre che il pignone 2 e la colonna dello sterzo 2, rappresentati non in sezione.

In questo Esempio, il carter comprende un alloggiamento 11 che riceve il meccanismo 10. Sebbene sia questo alloggiamento 11 che è eccitato nel seguito, si comprenderà che è necessaria solamente la solidarizzazione da parte del telaio tra il meccanismo 10 e il pignone 1, che formano un contro-appoggio per la cremagliera 5, per piazzare questi due ultimi pezzi uno sull'altro.

Il meccanismo 10 presenta qui una forma globalmente cilindrica che si estende, secondo un asse 21 definito dall'intersezione del piano 20 e del piano della figura 1, sostanzialmente perpendicolarmente alla direzione di traslazione della cremagliera 5.

L’alloggiamento 11 si presenta come un pozzetto di forma cilindrica corrispondente, che giunge fino alla cremagliera 5. Il meccanismo 10 comprende un pistone 13, un tappo di arresto 12, solidarizzabile con l’alloggiamento 11 per servire da appoggio di arresto a una molla 17, che spinge il pistone 13 contro la cremagliera 5.

Il pistone 13, qui monoblocco, è costituito da una porzione 14, che forma un appoggio di spinta della cremagliera 5, e di una porzione 15 di guida allo scorrimento dell'appoggio 15. La porzione 15, cilindrica cava, è guidata secondo l’asse 21 da una parete, solidale all'alloggiamento 11, precisamente qui nervature longitudinali equiripartite angolarmente sulla parete interna dell'alloggiamento 11.

Sono qui previste due piastrine di sfregamento 141, applicate sull'appoggio 14, che presentano un debole coefficiente di sfregamento in rapporto all'acciaio della cremagliera 5. Si può utilizzare qualunque materia auto-lubrificante, per esempio politetrafluoroetilene (PFTE), polietilene (PE) oppure poiietilentereftalato (PET), quest’ultimo potendo anche servire per fabbricare il pistone 13 interamente. In questo esempio, la sezione della cremagliera 5 non è circolare ma presenta due 3uperfici piatte cooperanti con l’appoggio 14, disposte a V una in rapporto all'altra, affinchè quest'ultimo blocchi in rotazione la cremagliera 5.

All’interno della porzione cilindrica 15 è alloggiata, in questo Esempio, una massa di materiale ammortizzatore delle vibrazioni 22, nella zona situata dietro le piastrine 141.

La molla 17 è alloggiata, con compressione assiale, tra il tappo 12 e l’appoggio 14. La molla 17 è qui monoblocco, in materiale elastico, caucciù termoplastico tipo poliuretano o silicone, e comprende in questa realizzazione tre porzioni, 171, 172, 173, che sono qui solidali tra loro.

Come spiegato più avanti, le porzioni 171 e 172 spingono la cremagliera 5 secondo due gradi di spinta successivi. In questo esempio, le porzioni 171 e 172 si presentano rispettivamente sotto la forma di un tampone e di un mantello che lo prolunga circondando una incavatura centrale 175. L’appoggio 14 è interposto tra il tampone 171 e la cremagliera 5, mentre l'estremità libera del mantello 172 è in appoggio sul tappo 12.

La porzione 173 si presenta sotto forma di un collarino di ammortizzamento degli urti attacco alla estremità libera del mantello 172 e che si estende tra il bordo 16 della porzione di guida 15 che sta di fronte al tappo 12 e quest'ultimo. Una protuberanza radiale 173 del collarino 173 (rappresentato fuori spinta, è in appoggio sotto pressione contro la superficie interna dell’alloggiamento 11 per assicurare la tenuta.

Il tappo 12, in materia plastica, è costituito per esempio, da poliammide (PA), polisolfone (PSU), poliacetale (POM) oppure polieterimmide (PEI). Esso serve, come indicato, da appoggio di arresto per la molla 17, attraverso la solidarizzazione con l'alloggiamento 11 e qui più precisamente l’estremità libera di questo. Il tappo 12, qui alloggiato quasi interamente nell'alloggiamento 11, comprende perni o linguette flessibili 121 equiripartite angolarmente e che sporgono radialmente, in rapporto all’asse 21, per andare a cooperare con incavature corrispondenti 111 dell'alloggiamento 11 al momento della introduzione del tappo 12 in questo. Ogni perno 121 è solidale a una linguetta 122 che resta leggermente sporgente assialmente rispetto all’alloggiamento 11 una volta che il tappo 12 è stato montato, per permettere di far flettere manualmente radialmente il perno 122 e liberarlo dalla tacca 111, per in seguito ritrarre senza ostacoli il tappo 12. Oltre a questa funzione puramente meccanica di arresto, il tappo 12 assicura anche in questo esempio la tenuta attraverso la sua parete di appoggio della molla 17, che è piena.

Il funzionamento del meccanismo 10 sarà ora spiegato più in dettaglio.

Come si è compreso, la molla 17, che non necessita di alcuna regolazione, spinge la cremagliera 5 sul pignone 1 al fine di ricuperare il gioco dovuto alle imperfezioni dei pezzi ingranati e agli urti provenienti dalle ruote attraverso la barra di cremagliera 5.

La molla 17 presenta, in assenza di ogni sforzo, un allungamento tale che, una volta compresso dal tappo 12, essa esercita una forza F di appoggio 45 daN, cioè superiore a quella di un meccanismo classico e, di preferenza, da 60 a 80 daN (figura 2) o anche più.

La forza resistente di sfregamento della cremagliera 5 sull’appoggio 14 essendo per esempio fissata a 20+ 4 daN da parte dei costruttori di automobili, una forza F di appoggio di 80 daN, scelta in questo esempio, impone di fissare a 0,25 il coefficiente di sfregamento delle piastrine 141 in rapporto alla cremagliera 5.

Come schematizzato dal debordamento del bordo di appoggio del collarino 173 sul bordo 16, il collarino 173 è in riposo leggermente schiacciato assialmente dal tappo 12 per ricuperare ogni gioco ed evitare una desolidarizzazione dei pezzi, che sarebbe sorgente di scatti. Ciò assicura inoltre la tenuta assiale e contribuisce leggermente alla spinta del pistone 13. Per questo, le tre porzioni 171, 172, 173 della molla agiscono concorrentemente, ma a gradi diversi secondo la posizione del pistone 13. Per determinare la forma della molla 17, fuori sforzo, che permetta di ottenere, tramite compressione nominale, la forza di richiamo di 80 daN, si può considerare innanzitutto il tampone 171 e il mantello 172 in serie. Si sceglie una sezione e una lunghezza assiale della incavatura 175 tale che il mantello 172, di sezione ridotta, più schiacciata sia sostanzialmente (Cl) alla fine (lato della corsa C elevata) della parte lineare RI della sua curva di compressione in funzione della forza F applicata,, con la zona Cd di variazione dinamica necessaria per il ricupero del gioco (corsa normale del pistone 13, in assenza di urto). Rigorosi, la curva RI rappresentata è in effetti una caratteristica mista, che tiene tanto più in conto il valore di rigidità del mantello 172 quanto essa è debole davanti a quello del tampone 171. Il collarino 173 deve restare in leggero appoggio sul bordo 16 del pistone 13 ed esercita dunque un complemento di forza di richiamo di cui tenere conto. Esso avrebbe potuto essere costituito da un pezzo separato..

In caso di urto che faccia rinculare profondamente il pistone 13 verso il tappo 12, il mantello 172 raggiunge rapidamente la sua soglia di compressione massima ed è allora il tampone 171, a rigidità (R2) maggiore che lavora in pieno per fornire un complemento di forza che si oppone al rinculo del pistone 13, dunque secondo una caratteristica R2 forza/compressione a pendenza più elevata. Si hanno così due gradi di spinta successivi. Il collarino 173 ha la medesima funzionalità (R3) del tampone 171 ma con una corsa minore che fornisce un terzo grado di spinta. Si sarebbe potuto prevedere che il collarino 173 comportasse a sua volta, un impilamento di due molle, dunque in serie, avente rigidità differente, per mantenere il contatto, desiderato per evitare un rumore di percussione, tra il collarino 173 e il bordo 16 pur limitando, per la minor rigidità di una delle due molle appena citate che lo comprendono, il suo contributo alla forza di richiamo finché il pistone 13 è nella sua zona di corsa prevista.

Come è mostrato dalla figura 2, sulla quale il segmento di retta RO rappresenta la caratteristica di una molla di meccanismo di accoppiamento dell'arte anteriore, la pendenza all’origine della curva RI secondo l'invenzione è minore di quella del segmento RO. Il punto di compressione in riposo Pi (80 daN) corrisponde dunque ad una distanza di compressione di riposo Cl maggiore di quella, CO, del tipo PO della curva RO. Il punto PO corrisponde qui a una forza F di 40 daN e dunque a un coefficiente di sfregamento di 0,5 per avere la forza di sfregamento di 20 daN richiesta. A causa della pendenza ridotta, la variazione A Fi di forza nella zona di dinamica di corsa Cd del punto Pi è minore di quella, A FO, per il punto PO.

Espressa in modo diverso, questa pendenza ridotta permetterebbe una corsa di corsa dinamica molto superiore a Cd, che supera un 1 mm in questo esempio, senza variazione eccessiva della forza F applicata. La saldezza del volante è così quasi costante, tanto più che sono state previste le piastrine 141 che sono in materiale resistente all'abrasione, per esempio plastica autolubrificante, in modo che la corsa Cd massima di ricupero del gioco, che era nell’arte anteriore di circa 0,4 mm (0,2 mm di difetto di eccentricità o salto di denti e 0,2 mm di usura) è in effetti ridotta (non rappresentata) a 0,2 mm di salto di dente .

L'insieme degli altri pezzi del meccanismo- 10 eccetto la molla 17, è in materiale plastico a buona tenuta in temperatura su una zona estesa (-40, 130°C) , resistente agli olii, grassi e prodotti petroliferi e a debole assorbimento dei liquidi, in particolare idrofuga.

Al fine di prevenire un cedimento per invecchiamento della porzione 172 e di modificare, se è necessario, la sua caratteristica meccanica, può essere prevista una molla elicoidale nella incavatura 175, che si estende secondo l'asse 21 del meccanismo.

La guida del pistone 13 nell’alloggiamento 11 è assicurata da quest'ultimo in questo esempio. Si sarebbe tuttavia potuto prevedere che fosse il tappo che assicura questa funzione, poiché è reso solidale all’alloggiamento 11, dunque al telaio. In questo caso, il tappo comporterebbe inoltre una appendice che lo prolunga assialmente (21) nell’alloggiamento 11. Questa appendice può avere la forma di un mantello, eventualmente ridotto a una gabbia formata da semplici linguette longitudinali, di ricevimento della porzione di guida 15, che la guida assialmente, Una guida, interna alla molla 17, tramite aste assiali del tappo che attraversano le porzioni 172 e 171 è anche prevedibile, come anche che una sola asta centrale, l’incavatura 175 essendo allora di preferenza eccentrica. Si concepisce che, in questo caso, la o le aste di guida hanno una lunghezza tale che sussiste un traferro tra la loro estremità e l'appoggio 14 e che tamponi antiurto possono essere allora previsti in questo o questi traferri per sostituirsi a, o cooperare con, il collarino di arresto 173.

Allo stesso modo, la porzione cilindrica 15 del pistone 13 può a sua volta avere una funzione di ricupero di gioco e/o di ammortizzamento di arresto cioè esposto in modo molto schematico, la sua parete può comprendere, su una certa lunghezza assiale, una fenditura elicoidale per formare una molla, con eventualmente diverse porzioni di rigidità differenti, al fine di ottenere una o più delle curve del tipo R1, R2 e R3. Si può così eliminare ogni molla di arresto, come la 173, il bordo 16 essendo allora applicato in permanenza sul tappo 12, Si noterà che il meccanismo di accoppiamento dell'invenzione può, come qui, servire a spingere la cremagliera contro il pignone o, reciprocamente, spingere il pignone o il suo albero contro questa. In modo più generale, in tutto il campo della meccanica, il meccanismo dell’invenzione permette di meglio controllare l’accoppiamento di due pezzi applicati l’uno sull'altro, sia che essi siano in appoggio semplice oppure ingranati, tramite un ingranaggio rotativo o lineare. Si può per esempio pensare a una utilizzazione come ammortizzatore di una molla a lamella che supporta un carico variabile.

Tramite solidarizzazione , per esempio tramite incollaggio, della molla ammortizzatore (17) con i due pezzi del meccanismo (12, 13) che essa accoppia.

si può invertire il senso della forza che essa esercita sul pistone e, tramite aggiunta a quest'ultimo di un gancio, attirare ogni pezzo voluto. In questo caso, al fine di limitare lo sforzo di stiramento della porzione di molla a debole rigidità 172, può essere previsto che la porzione massiccia 171 sia leggermente ridotta in diametro per formare, alla sua giunzione con la porzione 171, uno spallamento radiale rivolto verso il cuscinetto 14. Una riduzione corrispondente del diametro interno dell'alloggiamento 11, nella sua parte vicina al cuscinetto 14, permette allora di creare uno spallamento rivolto verso il tappo per limitare l’allungamento della parte indebolita 172.

Si concepisce che, in modo generale, la forma della sezione della molla 17 può essere qualunque e che lo stesso vale per la posizione relativa delle molle 171, 172 funzionalmente impilate, la cui costituzione di ciascuna dipende solamente dai casi al riguardo. La molla 17 può dunque essere in materiale naturalmente elastico o in un materiale, come l'acciaio, al quale si è conferita una forma che permetta una deformazione elastica sufficiente come un'elica.

Nella variante della figura 3, gli elementi simili a quelli della figura 1 portano la medesima referenza. Solamente le differenze con la realizzazione della figura 1 sono esposte qui di seguito. Queste differenze sono in numero di due.

Esse si riferiscono, da una parte, all’appoggio 14, in un sol pezzo in materia plastica, dunque esente da piastrina applicata (141), come evocato in precedenza dove è indicato che il pistone 13 può essere fabbricato intero in PET. L’appoggio 14 in una sola parte è cosi in un materiale a debole coefficiente di sfregamento.

D’altra parte, la forma della molla, con riferimento 37, è differente. La molla 37 presenta una forma tubolare 372 per intero con, in cima, due tubi opposti di centraggio 123 e 143 appartenenti rispettivamente al tappo 32 e all'appoggio 14. Un collarino 373, omologo al collarino 173, avente nella circonferenza una porzione di giunto di tenuta 374 (cfr. 174), si estende radialmente tra il bordo 16 e il tappo opposto 32.

Come mostrato dalla figura 3, la parte tubolare 372 è, in riposo, a distanza dalla superficie della porzione cilindrica 15 del pistone 13, e presenta in questo esempio una forma esterna bombata.

Allo stesso modo, il collarino 372 non è, in riposo, pinzato tra il tappo 32 e il bordo 16 ed è qui a distanza da quest’ultimo. Inoltre, in questo esempio, esso presenta una sezione variabile, questa variazione essendo illustrata nel senso radiale per la chiarezza del disegno, sotto la forma quantificata di due piani.

Il funzionamento del meccanismo 30 è il seguente.

Al momento del rinculo del pistone 13 verso il tappo 32, la molla 37 si schiaccia assialmente e la materia plastica, lìbera radialmente, tende a scorrere radialmente, dunque trasversalmente alla rilevazione della spinta della molla 37. La parte cilindrica 372 si deforma così dilatandosi radialmente fino a raggiungere la superficie interna della parte cilindrica di guida 15 del pistone 13. La parte bombata favorisce qui una flessione verso l’esterno, per dilatazione radiale, della molla 37. In rapporto a una compressione semplice senza pressione, che avrebbe potuto tuttavia essere prevista, la resistenza alla compressione della molla 37 è così ridotta dal momento in cui la forza assiale che la schiaccia genera la flessione. A partire dal momento in cui la superficie interna della guida 15 è raggiunta, la flessione non può più aver luogo e la resistenza alla compressione assiale della molla 372 aumenta dunque (cfr. porzione R3 della figura 2). Cosi, la molla 37 viene per pressione in contatto con la guida 15 che ne limita la flessione e la molla 37 si appoggia sulla guida 15 per spingere l'appoggio 14, cioè aumentare (R2) la variazione della forza di richiamo, quando questa comprime la molla 37 oltre una corsa determinata. La guida 15 fa così da cerchiaggio della molla 37.

Si concepisce che la molla 37 potrebbe avere diverse altre forme, piene o incavate, eventualmente senza simmetria di rivoluzione, nella misura in cui esse ne permettano una espansione radiale fino ad una superficie di limitazione di questa, situata o no a livello della sezione radiale della molla che subisce l'espansione radiale massima.

Indipendentemente da questo, il collarino 373 viene ad essere pinzato dal bordo 16 che rincula e, avendo una sezione variabile, esso oppone al rinculo una forza che cresce rapidamente, man mano, da una parte, che cresce la compressione dei volumi di cui si è già parlato e, d’altra parte, con essa, la percentuale di superficie compressa del collarino 373, cioè dei volumi di materia adiacenti ai precedenti, fino a sollecitare tutta la massa del collarino 373.

Si tratta dunque di nuove rotture di pendenza (globalmente R 3) oltre a quella (R2) dovuta alla parte cilindrica 372 della molla.

Si sarebbe anche potuto prevedere, oltre o al posto, una dilatazione assiale, eventualmente tramite flessione, verso l’interno cavo della molla 37, fino ad una assiale di appoggio solidale al tappo 32 o all'appoggio 14 oppure mobile. Si sarebbe anche potuto prevedere che la parete interna della molla 37 si appoggiasse su se stessa nel corso della sua espansione verso l'asse 20, cioè che questa espansione restringesse il canale interno della molla 37.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. - Meccanismo di accoppiamento di una cremagliera (5) con un pignone (1) di trascinamento in traslazione della cremagliera (5) comprendente mezzi di spinta (17, 37) del pignone (1) e della cremagliera (5) uno contro l’altra, caratterizzato dal fatto che i mezzi di spinta (17, 37) sono strutturati per esercitare la loro azione secondo almeno due gradi (Ri, R2) di spinta successivi, 2. - Meccanismo di accoppiamento secondo la rivendicazione 1, nel quale sono previsti mezzi di appoggio (14), tra la cremagliera (5) e i mezzi di spinta (17), contro i quali sfrega la cremagliera (5), e mezzi (15) di guida dei mezzi di appoggio (14). 3. - Meccanismo di accoppiamento secondo una delle rivendicazioni 1 e 2, nel quale i mezzi di spinta comprendono un tampone (171) in materiale elastico prolungato da un mantello (172) del medesimo materiale a grado di spinta (RI) inferiore a quello (R2) del tampone (171). 4. - Meccanismo di accoppiamento secondo la rivendicazione 3, nel quale i mezzi di spinta (171, 172) sono monoblocco. 5. - Meccanismo di accoppiamento secondo una delle rivendicazione 3 e 4, nel quale il mantello di spinta (172) comprende un collarino di ammortizzamento (173). 6. - Meccanismo di accoppiamento secondo le rivendicazioni 2 e 5, nel quale il collarino di ammortizzamento (173) si estende tra i mezzi di guida (15) e mezzi di arresto (12) per il tampone (171) e il mantello (172) di spinta. 7. Meccanismo secondo una delle rivendicazioni da 2 a 6, nel quale i mezzi di appoggio (14) e i mezzi di guida (15) sono monoblocco . 8. - Meccanismo secondo la rivendicazione 7 nel quale i mezzi di guida (15) sono disposti in un arter (11) chiuso da un tappo di arresto (12) per il tampone (171) e il mantello (172) di spinta. 9. - Meccanismo secondo la rivendicazione 8, nel quale il tappo di spinta (12) è prolungato da un mantello di ricezione dei mezzi di guida (15). 10. - Meccanismo secondo una delle rivendicazioni da 2 a 9, nel quale i mezzi di appoggio (14) supportano una piastrina di sfregamento (141). 11. - Meccanismo secondo una delle rivendicazioni da 2 a 9, nel quale i mezzi di appoggio (14) sono realizzati in un sol pezzo in un pezzo in un materiale a debole coefficiente di sfregamento . 12. Meccanismo secondo una del le rivendicazioni da 1 a 11, nel quale i mezzi di spinta (37) sono strutturati per venire, tramite espansione trasversale rispetto alla loro direzione di spinta, in contatto con mezzi (15) di limitazione dell’espansione e appoggiarsi su essi per esercitare la loro spinta. 13. - Meccanismo secondo la rivendicazione 12, nel quale i mezzi di spinta (37) sono strutturati per deformarsi per flessione. 14. - Meccanismo secondo la rivendicazione 12, nel quale i mezzi guida (15) integrano i mezzi di 1imitazione. 15. - Meccanismo secondo una delle rivendicazioni 12 e 13, nel quale i mezzi di spinta (37) sono strutturati per costituire i mezzi di 1imifazione.