ITTO980565A1 - Macchina idraulica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"MACCHINA IDRAULICA"

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda una macchina idraulica con un elemento di spostamento del fluido in movimento orbitale, collegato senza possibilità di rotazione con un albero di uscita attraverso un albero intermedio, l'albero intermedio avendo almeno ad una estremità una dentatura esterna, la quale si impegna con una dentatura interna, e questo impegno rende possibile un movimento oscillante dell'albero intermedio.

Una siffatta macchina è nota per esempio dal documento US 3,973,880.

Macchine di questo tipo possono essere utilizzate per esempio come motori, pompe od unità di sterzatura. La funzione dell'albero di uscita dipende dalla forma di applicazione desiderata. Quando la macchina è utilizzata come motore, il motore eroga la sua energia meccanica attraverso l'albero di uscita. Se la macchina è utilizzata come pompa, essa è azionata dall'albero di uscita. Nel caso di una unità di sterzatura, un volante di sterzatura può essere collegato all'albero di uscita.

In molti casi, l'elemento di spostamento del fluido è realizzato nella forma di.un ‘ingranaggio, che si accoppia con un secondo elemento di spostamento del fluido realizzato come corona dentata. Durante il funzionamento, l'elemento di spostamento del fluido non solo effettua un movimento puramente rotativo, ma gira anche orbitalmente intorno all'asse dell'albero di uscita. Un albero intermedio, chiamato anche "dog-bone" (osso di cane), viene provvisto per rendere possibile la trasmissione di questo moto rotativo all'albero di uscita. Questo albero intermedio deve consentire il richiesto movimento oscillante.

Nella maggior parte dei casi, l'albero intermedio è più debole dell'elemento di spostamento del fluido, e spesso è pure più debole dell'albero di uscita. Pertanto esso limita la capacità di carico della macchina.

L'invenzione ha lo scopo di aumentare la capacità di carico della macchina.

In una macchina idraulica del genere menzionato nell'introduzione, tale compito viene assolto per il fatto che la dentatura esterna presenta denti con fianchi di forma concava, aventi alle estremità assiali una curvatura minore rispetto all'area del centro assiale.

La curvatura dei fianchi dei denti è realizzata in modo che la superficie disponibile sia allargata verso le estremità assiali dei denti. In questo modo la pressione superficiale dei denti, ossia il carico specifico sui fianchi dei denti, viene ridotta ..verso le estremità assiali dei denti. Verso il centro assiale la superficie è ridotta, e così pure la pressione superficiale, ossia aumenta la forza divisa per la superficie. Qui però il dente è più spesso, per cui esso può sopportare più facilmente il carico. Nei casi finora noti, le condizioni erano praticamente opposte. Qui la pressione superficiale aumentava verso le estremità assiali dei denti, e ciò naturalmente accresceva il pericolo di danneggiamenti . Il fatto che i fianchi dei denti presentino una curvatura concava elimina la necessità di realizzare uno spigolo vivo interno. Ciò riduce il pericolo di un effetto d'intaglio, per cui si accresce ancora la capacità di carico. Un risultante vantaggio aggiuntivo è rappresentato da un comportamento operativo più stabile e soggetto a minori fenomeni di usura perché, a parità di tutte le altre condizioni, i denti e la corrispondente dentatura opposta si appoggiano gli uni contro l'altra con una minore pressione superficiale. Con questa nuova forma di attuazione, il carico può essere praticamente raddoppiato, purché rimanga uguale il restante dimensionamento. Questo è in parte un risultato della riduzione dell'effetto di intaglio, che contribuisce sostanzialmente alla riduzione del livello di sollecitazione Un altro considerevole contributo consiste nel miglioramento dell'appoggio, ovvero dell'andamento portante di questo profilo, rispetto ad un profilo con denti "a spigoli vivi" sull'albero intermedio.

Preferibilmente, i fianchi dei denti adiacenti sono collegati fra loro attraverso un profilo ad andamento continuo. Pertanto anche il fondo dello spazio fra i denti può essere incluso nella curvatura. Ciò provvede una connessione esente da gradini e curve tra i fianchi dei denti, per cui si ha un miglioramento delle caratteristiche operative e delle condizioni di usura, con un aumento della capacità di carico.

Convenientemente, in ogni posizione assiale il profilo presenta la stessa curvatura dei fianchi dei denti. Pertanto ogni sezione perpendicolare alla direzione assiale fornisce una curva differenziabile in maniera permanente, sulla quale può avvenire un buon rotolamento dei corrispondenti denti opposti della dentatura interna.

In una forma di attuazione particolarmente preferita, è previsto che le sagome degli spazi fra i denti siano realizzate mediante parti delle aree di superficie cilindrica di tronchi di cono opposti. Nella realizzazione di una sezione parallela all'asse dell'albero intermedio, il fondo degli spazi fra i denti risulta costituito da due linee diritte, inclinate in direzioni opposte. Per motivi tecnici di lavorazione, sono ovviamente consentite delle piccole deviazioni dalla sagoma di una linea perfettamente diritta. Tuttavia, nella direzione assiale il profilo non presenta più curvature distinte. Una condizione per la realizzazione di questa forma è rappresentata semplicemente dal fatto che le inclinazioni sono adattate all'angolo di oscillazione dell'albero intermedio, rispettivamente in relazione all'elemento di spostamento del fluido oppure all'albero di uscita. In questo modo, il carico può essere distribuito in modo relativamente uniforme su metà della estensione assiale di ciascun fianco dei denti, e questo riduce ancora la pressione superficiale.

Convenientemente, il fondo nel centro dello spazio fra i denti presenta una inclinazione variante da 1° a 10°, in particolare da 1° a 3,5°, rispetto all'asse dell'albero intermedio. Siffatti angoli si sono dimostrati utili allo scopo. Nella maggior parte dei casi, essi sono del tutto sufficienti a consentire il movimento orbitale dell'elemento di spostamento del fluido.

Convenientemente, la dentatura esterna presenta un numero di denti variante da 3 a 20, e particolarmente da 8 a 12. Da ciò derivano degli angoli d'impegno varianti da 30® a 45®. Con angoli d'impegno di questa grandezza si ottiene la maggiore durata in servizio dei denti. Normalmente, da questo consegue un comportamento operativo relativamente stabile. Convenientemente, la dentatura interna presenta una sagoma costante nella direzione assiale. Per effetto della forma di attuazione della dentatura esterna dell'albero intermedio, la dentatura interna dell'elemento di spostamento del fluido o dell'albero di uscita, rispettivamente, può essere realizzata in modo che essa non presenti variazioni nella direzione assiale. In questo modo si ottiene anche un migliore adattamento della dentatura interna alla dentatura esterna.

E' particolarmente preferito che sostanzialmente le sagome dei denti della dentatura interna siano realizzate mediante una parte dell'area di superficie cilindrica di un cilindro. Invero in questo modo si realizza una situazione nella quale, con il passaggio dal fianco del dente allo spazio fra i denti, si produce un fenomeno di flessione, che potrebbe produrre un effetto d'intaglio. Tuttavia questa condizione non risulta così critica come potrebbe verificarsi sull'albero intermedio, perché qui le dimensioni dei componenti possono essere di entità corrispondentemente più grande, con una maggiore resistenza.

L'invenzione viene descritta nel seguito sulla base di alcune forme di attuazione preferenziali, con riferimento ai disegni, ove sono mostrati:

nella Figura 1, una sezione longitudinale schematica di una macchina idraulica, e

nella Figura 2, una vista prospettica di una estremità di un albero intermedio con dentatura esterna.

Una macchina idraulica 1, che nel caso qui considerato è un motore, presenta un primo elemento 2 di spostamento del fluido, realizzato nella forma di un ingranaggio, cooperante con un secondo elemento 3 di spostamento del fluido, realizzato nella forma di una corona dentata. A tale scopo, l'ingranaggio 2 gira e nello stesso tempo compie un movimento orbitale intorno ad un asse, ossia il centro dell'ingranaggio 2 effettua una rotazione intorno,a questo asse.

L'asse suddetto è nello stesso tempo l'asse di un albero 4 di uscita, con il quale l'elemento 2 di spostamento del fluido è collegato senza possibilità di rotazione attraverso un albero intermedio 5. In corrispondenza ad una rotazione dell'elemento 2- di spostamento del fluido, l'albero intermedio 5 deve essere in grado di compiere un certo movimento oscillante, ossia esso deve essere collegato in modo articolato con l'elemento 2 di spostamento del fluido .

Per consentire l'esecuzione di questo movimento oscillante, le due estremità assiali dell'albero intermedio presentano delle rispettive dentature esterne 6, 7, ed a tale riguardo la dentatura esterna 6 si impegna con una dentatura interna 8 sull'elemento 2 di spostamento del fluido, rappresentata in modo schematico, mentre la dentatura esterna 7 si impegna con una dentatura interna 9 sull'albero 4 di uscita.

La sagoma della dentatura esterna viene ora descritta con riferimento alla Figura ·2.. Per porre particolarmente in evidenza l'angolo di inclinazione, le dimensioni dei particolari di questo disegno sono state riportate in misura esagerata rispetto a quelle reali.

La dentatura esterna 6 dell'albero intermedio 5, mostrato nella Figura 2, presenta un certo ninnerò di denti 10, con i fianchi 11 e 12. Questi fianchi 11, 12 dei denti presentano una curvatura concava. I fianchi 11, 12 di denti adiacenti confluiscono l'uno nell'altro, ossia la curvatura concava prosegue anche nel fondo 13 degli spazi fra i denti.

La curvatura dei fianchi 11, 12 dei denti, e del fondo 13 dello spazio fra i denti, è realizzata in modo che essa presenti un allargamento dal centro assiale 14 della struttura dei denti medesimi verso le estremità assiali 15, 16. Ciò è posto in evidenza dal fatto che le distanze fra le linee 17, estendentisi con andamento sostanzialmente assiale e rappresentanti la curvatura suddetta, risultano maggiori alle estremità assiali 15, 16, rispetto a quanto avviene nel centro assiale 14 della dentatura esterna 6. Questo significa che anche la superficie disponibile sui fianchi 11, 12 dei denti aumenta col procedere nella direzione delle estremità assiali 15, 16 della dentatura, per cui, con forze costanti, viene ridotta la pressione superficiale.

In ogni posizione assiale del profilo dello spazio fra i denti, che circonda i fianchi 11, 12 dei denti ed il fondo 13, risulta disponibile una curvatura sostanzialmente costante. Se in una siffatta posizione fosse ricavata una sezione perpendicolare alla direzione assiale, la sezione del profilo avrebbe praticamente la forma di una linea curva. In questo modo, la superficie comprendente i fianchi 11, 12 dei denti ed il fondo 13 è formata da una parte, delle aree di superficie cilindrica di due tronchi di cono opposti.

Questo significa che il fondo 13 nel centro fra due denti 10 presenta una certa inclinazione rispetto all'asse dell'albero intermedio 5. Nel caso qui considerato, tale angolo d'inclinazione è compreso fra 1" e 3,5°. Esso dipende dall'inclinazione assunta dall'albero intermedio 5, nei confronti dell'asse dell'albero 4, durante il funzionamento della macchina. Tuttavia, come si è già detto in precedenza, le dimensioni mostrate nella Figura 2 sono notevolmente esagerate rispetto a quelle reali.

La dentatura antagonista che coopera con la dentatura esterna, ossia per esempio la dentatura . interna 8 sull'elemento 3 di spostamento del fluido, può essere facilmente realizzata mediante denti che abbiano la forma di cilindri, parzialmente incorporati nell'elemento 3 di spostamento del fluido. In questo modo, la loro forma non varia nella direzione assiale. Per effetto della loro sagoma, essi cooperano bene, con un basso grado di usura e con una elevata capacità di carico, con la dentatura esterna mostrata nella Figura 2.

Convenientemente, la dentatura esterna 6, 7 presenta da otto a dodici denti.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina idraulica con un elemento di spostamento del fluido in movimento orbitale, collegato senza possibilità di rotazione con un albero di uscita attraverso un albero intermedio, l'albero intermedio avendo almeno ad una estremità una dentatura esterna, la quale si impegna con una dentatura interna, per cui viene reso possibile un movimento oscillante dell'albero intermedio, caratterizzata dal fatto che la dentatura esterna (6, 7) presenta denti (10) con fianchi (11, 12) di forma concava, aventi alle estremità assiali (15, 16) una curvatura minore rispetto alla zona del centro assiale.
2. 2. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i fianchi (11, 12) dei denti adiacenti (10) sono collegati fra loro attraverso un profilo ad andamento continuo.
3. 3. Macchina secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che in ogni posizione assiale il profilo presenta la stessa curvatura dei fianchi (11, 12) dei denti.
4. 4. Macchina secondo una delle rivendicazioni 1 a 3, caratterizzata dal fatto che sostanzialmente le sagome degli spazi fra i denti sono realizzate mediante parti delle aree di superficie cilindrica di tronchi di cono opposti.
5. 5. Macchina secondo una delle rivendicazioni 1 a 4, caratterizzata dal fatto che il fondo (13) nel centro dello spazio fra i denti presenta una inclinazione compresa "nel campo da 1° a 10°, in particolare da 1° a 3,5°, rispetto all'asse dell'albero intermedio (5).
6. 6. Macchina secondo una delle rivendicazioni 1 a 5, caratterizzata dal fatto.,che, la dentatura esterna (6, 7) presenta un numero di denti variante da 3 a 20, e particolarmente da 8 a 12.
7. 7. Macchina secondo una delle rivendicazioni. 1 a 6, caratterizzata dal fatto che la dentatura interna {8, 9) presenta una sagoma costante nella direzione assiale.
8. 8. Macchina secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che sostanzialmente le sagome dei denti della dentatura interna (8, 9) sono realizzate mediante una parte dell'area di superficie cilindrica di un cilindro.