ITTO990868A1 - Frizione centrifuga a dischi. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DEL BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE Dal titolo: "Frizione centrifuga a dischi"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a una frizione centrifuga a dischi con un corpo cilindrico e un rotore che presenta più dischi fissati a un albero conduttore, essendo che il mozzo e la massa centrifuga di ciascuno di questi dischi sono collegati da un braccio oscillante in modo che, quando viene raggiunto il regime di giri al minimo da superare, la massa centrifuga viene spinta in senso radiale verso l'esterno e si accoppia per attrito al corpo frizione.

Nei piccoli attrezzi manuali, in particolare quando sono azionati da motori alternativi a combustione interna, la trasmissione della potenza da un albero conduttore all'albero condotto collegato all'attrezzo avviene in genere per mezzo di una frizione centrifuga. Quando il motore è al regime minimo, questa frizione centrifuga ha il compito di separare l'albero conduttore dall'albero condotto per garantire l'inattività dell'attrezzo e, quando il motore è al regime sotto carico, di collegare l'albero conduttore e l'albero condotto con il minimo slittamento possibile per consentire la trasmissione di tutta la coppia all'attrezzo. Soprattutto nella zona di transizione fra questi due regimi del motore si presentano condizioni sfavorevoli in cui, per via di uno slittamento fra le parti mobili della frizione e il corpo frizione, all'albero condotto non viene trasmessa tutta la coppia e, quindi, sull'attrezzo non è a disposizione tutta la potenza del motore. Nel caso di frizioni centrifughe l'obiettivo è pertanto quello di ridurre al minimo possibile questa zona di transizione, sia per soddisfare norme di legge che consentono il trascinamento in rotazione dell'attrezzo soltanto a un regime di giri al minimo superiore e sia per impedire uno slittamento al regime di giri sotto carico inferiore, slittamento che darebbe luogo a danneggiamenti meccanici nonché termici della frizione, in particolare del corpo frizione e dei supporti della frizione, e poter trasmettere all'attrezzo la coppia desiderata.

Allo stato attuale della tecnica si impiegano due tipi di frizioni centrifughe. Un primo tipo prevede segmenti di massa centrifuga che al minimo sono tenuti a distanza dal corpo frizione per mezzo di molle di ritegno. All'aumento della velocità di rotazione la forza centrifuga di questi segmenti vince la forza elastica della molla e i segmenti di massa centrifuga vengono spostati in senso radiale verso l'esterno per accoppiarsi per attrito al corpo frizione. In alternativa, allo stato della tecnica, si impiegano frizioni centrifughe a dischi in cui più dischi sono disposti in fila uno per uno sull'albero conduttore. All'aumento della velocità di rotazione dell'albero conduttore, le masse centrifughe disposte alle estremità dei dischi vengono spinte in senso radiale verso l'esterno fino a che non si accoppiano per attrito al corpo frizione. Rispetto alla frizione che funziona con segmenti di massa centrifuga, la frizione centrifuga a dischi offre prima di tutto il vantaggio di un'applicazione più uniforme del carico sulle parti della frizione, per cui si evita una deformazione del corpo frizione in virtù del fatto che i singoli dischi hanno più punti di contatto sfalsati. Il montaggio della frizione risulta inoltre più semplice, soprattutto anche quando si devono eseguire riparazioni. Infine le frizioni centrifughe a dischi possono anche essere prodotte a costi più bassi, dato che nella frizione a dischi si possono impiegare più dischi perfettamente corrispondenti gli uni agli altri, semplificando quindi il processo di produzione.

Le frizioni a dischi vengono impiegate soprattutto per attrezzi manuali, per esempio per tosaerba a due tempi.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di perfezionare la frizione centrifuga a dischi descritta nell'introduzione. In particolare si vuole garantire da un lato che la trasmissione della coppia dall'albero conduttore all'albero condotto avvenga soltanto quando è stata raggiunta una velocità di rotazione che supera del 25% il regime di giri al minimo. Dall'altro lato, per ridurre l'usura, si vuole realizzare una zona priva di slittamento che sia la più grande possibile, vale a dire evitare ampiamente uno slittamento o un trascinamento delle parti della frizione tra un regime e l'altro del motore.

Questo scopo viene raggiunto con la frizione centrifuga a dischi di cui alla rivendicazione 1 che, secondo la presente invenzione, è caratterizzata dal fatto che, partendo dal mozzo, il contorno dei dischi va rastremandosi progressivamente in larghezza fino al passaggio del braccio oscillante nella massa centrifuga. Questa costruzione garantisce che il disco sia deformabile elasticamente solo in corrispondenza del braccio oscillante e che le caratteristiche di elasticità permanente della frizione centrifuga a dischi si conservino per molto tempo. Per il fatto che - rispetto alle versioni note allo stato della tecnica - la forma del braccio oscillante è allargata vicino al mozzo, si ottiene in particolare che le sollecitazioni di flessione siano approssimativamente uguali su tutta la sezione del braccio oscillante.

Ulteriori sviluppi della presente invenzione sono descritti nelle rivendicazioni secondarie.

La larghezza del braccio oscillante, pertanto, perlomeno in corrispondenza della sua estensione radiale, va rastremandosi sostanzialmente al quadrato man mano che aumenta la distanza dal centro del mozzo. Questa realizzazione praticamente parabolica del braccio oscillante, che passa con un arco di cerchio approssimativo nella massa centrifuga, evita picchi di tensione locali. La lunghezza del braccio oscillante corrisponde all'incirca al doppio del diametro massimo del mozzo, essendo che la misura della rastremazione è del 50% circa.

Affinché la superficie esterna della massa centrifuga deviata in senso radiale verso l'esterno aderisca nel modo più completo possibile, vale a dire in tutta la sua estensione, al diametro interno del corpo frizione, il mantello esterno della massa centrifuga presenta perlomeno sostanzialmente la stessa curvatura dell'interno del corpo frizione. Inoltre, quando la frizione è disinnestata, il centro del cerchio descritto dal mantello esterno della massa centrifuga è spostato verso l'interno rispetto al centro del mozzo. Questo rientro, che definisce la misura di riferimento, crea una distanza di sicurezza fra le masse centrifughe e l'interno del mantello del corpo frizione.

Nella zona di transizione dal braccio oscillante alla massa centrifuga, nel mantello esterno dei dischi è preferibilmente realizzato un gradino a progressione continua, in modo che a frizione innestata il braccio oscillante sia distanziato dal corpo frizione, cioè che a contatto del mantello interno del corpo frizione ci sia soltanto il mantello esterno della massa centrifuga.

Si ottiene un ulteriore perfezionamento prevedendo che ogni disco possieda due masse centrifughe e che le diagonali delle zone di transizione dal mozzo al braccio oscillante formino un angolo acuto con l'asse rispetto al quale le masse centrifughe sono disposte in simmetria, essendo che la diagonale è inclinata in direzione contraria al senso di rotazione positivo che è definito dal senso orario. La misura ottimale di quest'angolo è di 20 gradi ± 10 gradi .

La frizione centrifuga a dischi è dotata di più dischi. Quando i singoli dischi sono disposti in modo che le estremità libere delle masse centrifughe sono orientate in direzione contraria al senso di rotazione, si ottiene un certo effetto di autoamplificazione (effetto di autoasservimento). Quando i singoli dischi sono disposti in modo che le estremità libere delle masse centrifughe sono rivolte nella stessa direzione del senso di rotazione della frizione (disposizione trascinata), si ottiene una pressione specifica che sta in funzione della forza centrifuga esercitata. E' pertanto preferibile disporre due dischi nella direzione in cui risulta un effetto di autoamplificazione e un disco nella direzione opposta (disposizione trascinata). I due dischi disposti in direzione di "autoasservimento" producono un'autoamplificazione che può far sì che i dischi si pieghino al di fuori del loro piano di base e si mettano di traverso. Il terzo disco disposto in senso contrario esercita una funzione di sostegno degli altri due dischi aumentando così la sicurezza di manovra del lavoro.

Per ridurre l'invito a rottura nei punti in cui i dischi sono sottoposti a carichi particolarmente elevati e per garantire che la massa centrifuga vada possibilmente con tutta la sua superficie a contatto dell'interno del corpo frizione, per i dischi si impiegano pezzi ottenuti per tranciatura fine la cui superficie soggetta a usura corrisponde a ≤ 30% dello spessore del materiale.

In uno sviluppo della presente invenzione i dischi sono realizzati in un materiale, preferibilmente acciaio, che ha un limite di snervamento Rp ≥ 750 N/mm<2>, preferibilmente ≥ 850 N/mm<2 >e/o una resistenza a trazione Rm ≥ 850 N/mm<2>, preferibilmente ≥ 900 N/mm<2 >e/o un allungamento alla rottura A5 ≥ 10%, preferibilmente ≥ 15%.

In un'ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione i dischi sono realizzati in acciaio laminato, essendo che in sede di laminazione l'allineamento della struttura viene definito in modo che risulti un'angolo di inclinazione di 75 gradi circa con riferimento all'asse rispetto al quale le metà dei dischi sono disposte in simmetria.

Con la laminazione del nastri di acciaio nella struttura del materiale risulta un allineamento parallelo alla direzione di laminazione. Secondo la presente invenzione, in base alla legge di cui sopra, l'allineamento della struttura risulta praticamente parallelo allo spigolo esterno di questo materiale. Impartendo un'angolo di inclinazione adeguato, sfalsato di 15 gradi in sede di tranciatura dei dischi si ottiene che l'allineamento della struttura del disco risulti all'incirca parallelo alla parte più stretta del braccio oscillante. In questo modo la vantaggiosa configurazione geometrica proposta dalla presente invenzione garantisce anche elasticità elevata e lunga durata.

Un esempio di realizzazione della presente invenzione è rappresentato nei disegni allegati, dove:

la figura 1 è una vista dall'alto di una frizione centrifuga a dischi conforme alla presente invenzione,

la figura 2 rappresenta questa frizione centrifuga a dischi in sezione trasversale,

la figura 3 è una vista dall'alto del particolare di un disco e

la figura 4 rappresenta la tranciatura del disco da un nastro di acciaio laminato.

La frizione centrifuga a dischi rappresentata nelle figure 1 e 2 possiede un corpo cilindrico 10 a cui è collegato l'albero condotto 11 al quale è fissato l'attrezzo non rappresentato e attraverso la cui apertura sul fondo sporge un albero conduttore 13. All'interno del corpo frizione si trova un rotore 12 con più dischi 14 disposti sull'albero conduttore 13. Quando la frizione è disinnestata, tra il mantello interno IOa del corpo frizione e il mantello esterno dei dischi 14 si forma una fessura anulare 15. Ciascun disco 14 della frizione possiede un mozzo 141 e due masse centrifughe 142, ciascuna delle quali è collegata al mozzo 141 tramite un braccio oscillante 143. I dischi 14 si muovono contemporaneamente alla rotazione dell'albero conduttore 13. Quando la velocità di rotazione supera per più del 25% la velocità di rotazione al minimo, le masse centrifughe 142 vengono spinte verso l'esterno da una leggera oscillazione del braccio oscillante 143 e, con il loro mantello esterno 144, vanno a contatto di accoppiamento per attrito con il mantello interno del corpo frizione 10, per cui il movimento di rotazione viene trasmesso all'albero condotto 11. Nell'esempio rappresentato il rotore 12 presenta tre dischi frizione 14, due dei quali sono disposti nella direzione di rotazione 16 in modo che le loro masse centrifughe 142 risultano orientate in direzione contraria al senso di rotazione, come risulta in figura 1. Il terzo disco è montato in posizione inversa, le sue due masse centrifughe sono cioè disposte nella stessa direzione del senso di rotazione (disposizione tra— scinata). In virtù di questo accorgimento il "disco trascinato", vale a dire il disco esterno, può ridurre lo spostamento laterale verso l'esterno della coppia dei dischi interni. Gli altri due dischi, che nella disposizione rappresentata in figura 1 con riferimento al senso di rotazione 16 sono collegati all'albero conduttore 13, esercitano invece un effetto di autoasservimento spiegato dal fatto che il vettore della forza normale 17 è leggermente rivolto nel senso di rotazione dell'albero conduttore, col risultato che basta una velocità di rotazione bassa per dar luogo a un accoppiamento per attrito privo di slittamento fra masse centrifughe 142 e mantello interno del corpo frizione. Questo accorgimento consente di ridurre notevolmente il regime di giri a cui la frizione tende a slittare. Disponendo tutti i dischi nella direzione di montaggio rappresentata in figura 1 è effettivamente possibile aumentare l'effetto sopra descritto, ma con un disco disposto al contrario si trova un compromesso ottimale che permette un innesto rapido della frizione e al contempo la riduzione dello spostamento laterale verso l'esterno dei dischi.

Secondo la presente invenzione i dischi 14 sono realizzati nel modo seguente: prima di tutto il mozzo 141 non passa di colpo a una larghezza costante del braccio oscillante, ma va rastremandosi progressivamente fino al passaggio del braccio oscillante 143 nella massa centrifuga. Nella zona 145 rappresentata a tratteggio in figura 1 la larghezza del braccio oscillante va rastremandosi in senso radiale verso l'esterno sostanzialmente al quadrato man mano che aumenta la distanza dal centro del mozzo. Nella successiva parte 146 il disco 14 passa in un braccio oscillante che sostanzialmente ha andamento ad anello parziale in parallelo all'interno del corpo frizione. Sul suo mantello esterno il braccio oscillante forma un gradino a progressione continua per passare nel mantello esterno della massa centrifuga 142, essendo che questo mantello esterno 144 presenta un raggio R che è uguale al raggio del mantello interno del corpo frizione. Quando la frizione è disinnestata, vedi figura 1, il centro M di ogni arco di cerchio parziale costituito dai mantelli 144 è sfalsato rispetto all'asse del mozzo, per cui risulta una misura di riferimento A (vedi figura 3) che è determinata dalla distanza fra gli spigoli esterni rappresentati delle masse centrifughe ed è minore del diametro interno 2R del mantello interno della frizione. Al regime di giri al minimo, si evitano così con sicurezza indesiderati contatti fra dischi e mantello interno del corpo frizione. Il braccio oscillante rappresentato 143 ovvero 145, 146 ha una lunghezza che misura all'incirca il doppio del diametro del mozzo e si rastrema del 50% dalla base fino al passaggio nella massa centrifuga 142. La predisposizione di questa rastremazione sostanzialmente parabolica del braccio oscillante si basa sul calcolo di una trave che ha un momento resistente definito e una corrispondente freccia d'inflessione, è incastrata da un lato e all'estremità è sottoposta al carico di una forza singola. La base del braccio oscillante, vale a dire il punto di unione fra la parte 145 e il mozzo 141, si allarga, mentre alla parte 146 viene conferita sostanzialmente la forma di una anello parziale che permette di evitare picchi di tensione.

Nell'esempio concreto di realizzazione rappresentato, per ottenere la minima differenza possibile fra velocità di trascinamento e velocità a cui il trascinamento si trasforma in slittamento, si sceglie un materiale molto resiliente avente resistenza a trazione estremamente elevata e allungamento sufficiente, per cui risultano resistenza e stabilità intrinseca elevate unite a buone caratteristiche di elasticità. Il materiale scelto è acciaio per nastri laminato a freddo con il 90° di cementite sferoidale. Con questo acciaio è possibile ottenere un'elevata flessibilità elastica con stabilità intrinseca duratura ed elevata resistenza all'abrasione. Il nastro di acciaio laminato possiede un limite di snervamento Rp 0,2 di 850 N/mm<2>, una resistenza a trazione Ra di 900 N/mm<2 >e un allungamento alla rottura A5 del 15%.

Per ottenere una trasmissione ottimale della coppia migliorando l'accoppiamento per attrito fra le superfici 144 e il mantello interno del corpo frizione, è necessaria una buona finitura superficiale degli spigoli esterni delle parti dei dischi che si spostano verso l'esterno. A questo scopo i dischi 14 vengono costruiti con un procedimento di tranciatura fine che permette di contenere la superficie soggetta a usura al di sotto del 30% dello spessore del materiale. Per la tranciatura fine, in pratica, si tranciano dapprima pochi decimi di millimetro a monte dello spigolo di tranciatura vero e proprio, per poi tranciare di precisione lo spigolo in una seconda fase. Questo provvedimento consente di minimizzare decisamente la percentuale di superficie soggetta a usura e quindi di ridurre al minimo l'invito a rottura.

La figura 4 rappresenta l'allineamento della direzione di tranciatura rispetto alla direzione di laminazione indicata dalla freccia 18. Rispetto alla linea di simmetria 19 rappresentata che al contempo è l'asse rispetto al quale giacciono in simmetria le parti dei dischi, l'andamento della direzione di laminazione 18 ha un angolo di inclinazione di 85 gradi.

Con la laminazione in direzione della freccia 18 nella struttura del materiale risulta un allineamento in parallelo alla direzione di laminazione. Quando i dischi 14 vengono tranciati nel modo rappresentato in figura 4, la direzione della struttura risulta allineata all'incirca in parallelo alla parte 148 più stretta del braccio oscillante. Questo sistema garantisce sia un'elasticità ottimale del braccio oscillante in vista del suo spostamento radiale verso l'esterno e sia una lunga durata. Per ogni parte del braccio oscillante che si va rastremando ne risulta una diagonale 20 che, rispetto all'asse 19, è spostata in direzione contraria al senso di rotazione di un angolo alfa di circa 20 gradi. Il braccio oscillante ha sostanzialmente forma a S, essendo che le masse centrifughe 142 hanno un volume elevato, per cui le rispettive superfici di contatto 140 formano ciascuna un arco di cerchio parziale di 120°. La scelta geometrica e specifica del materiale proposta dalla presente invenzione consente di ottimizzare decisamente la frizione rispetto alle forme di realizzazione note allo stato della tecnica.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Frizione centrifuga a dischi (100) con un corpo cilindrico (10) e un rotore (12) che presenta più dischi (14) fissati a un albero conduttore (13), essendo che il mozzo (141) e la massa centrifuga (142) di ciascuno di questi dischi sono collegati da un braccio oscillante (143) in modo che, quando viene raggiunto il regime di giri al minimo da superare, la massa centrifuga (142) viene spinta in senso radiale verso l'esterno e si accoppia per attrito al corpo frizione (10), caratterizzata dal fatto che, partendo dal mozzo (141), il contorno di ciascun disco (14) va rastremandosi progressivamente in larghezza fino al passaggio del braccio oscillante (143) nella massa centrifuga (142).
2. 2. Frizione centrifuga a dischi secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la larghezza del braccio oscillante (143), perlomeno nella zona (145) della sua estensione radiale, va rastremandosi sostanzialmente al quadrato man mano che aumenta la distanza dal centro del mozzo.
3. 3. Frizione centrifuga a dischi secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che la lunghezza del braccio oscillante corrisponde all'incirca al doppio del diametro massimo del mozzo e/o che la misura della rastremazione è del 50% circa.
4. 4. Frizione centrifuga a dischi secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzata dal fatto che il mantello esterno (144) della massa centrifuga presenta perlomeno sostanzialmente la stessa curvatura (R) dell'interno (IOa) del corpo frizione e che, quando la frizione è disinnestata, il centro (M) del cerchio descritto dal mantello esterno (144) della massa centrifuga è spostato verso l'interno rispetto al centro del mozzo.
5. 5. Frizione centrifuga a dischi secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto che nella zona di transizione dal braccio oscillante (143) alla massa centrifuga (142), nel mantello esterno dei dischi è realizzato un gradino (147) a progressione continua, in modo che a frizione innestata il braccio oscillante (143) è distanziato dal corpo frizione (10).
6. 6. Frizione centrifuga a dischi secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzata dal fatto che ogni disco (14) possiede due masse centrifughe (142) e che le diagonali (20) delle zone di transizione dal mozzo (141) al braccio oscillante (143) formano un angolo acuto con l'asse (19) rispetto al quale le masse centrifughe (142) sono disposte in simmetria, essendo che la diagonale (20) è inclinata matematicamente in direzione contraria al senso di rotazione positivo (in senso antiorario).
7. 7. Frizione centrifuga a dischi secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che a misura ottimale dell'angolo alfa è di 20 gradi ± 10 gradi .
8. 8. Frizione centrifuga a dischi secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzata dal fatto che due dischi (14) sono disposti con le estremità libere delle masse centrifughe (142) rivolte in direzione contraria al senso di rotazione (16) e un disco è disposto con le masse centrifughe (142) rivolte nel senso di rotazione (16).
9. 9. Frizione centrifuga a dischi secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzata dal fatto che i dischi (14) sono pezzi ottenuti per tranciatura fine la cui superficie soggetta a usura corrisponde a ≤ 30% dello spessore del materiale.
10. 10.Frizione centrifuga a dischi secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzata dal fatto che il disco (14) è realizzato in un materiale, preferibilmente acciaio, che ha un limite di snervamento Rp ≥ 750 N/mm<2>, preferibilmente ≥ 850 N/mm<2 >e/o una resistenza a trazione 3⁄4 ≥ 850 N/mm<2>, preferibilmente ≥ 900 N/mm<2 >e/o un allungamento alla rottura A5 ≥ 10%, preferibilmente ≥ 15%.
11. 11.Frizione centrifuga a dischi secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, caratterizzata dal fatto che i dischi (14) sono realizzati in acciaio laminato, essendo che in sede di laminazione l'allineamento (18) della struttura viene definito in modo che risulti un'angolo di inclinazione di 75 gradi circa con riferimento all'asse (19) rispetto al quale le metà dei dischi sono disposte in simmetria.