ITUA20164175A1 - Barra di spruzzo per lubrificare ingranamenti di ingranaggi in una trasmissione epicicloidale - Google Patents

Description

“BARRA DI SPRUZZO PER LUBRIFICARE INGRANAMENTI DI INGRANAGGI IN UNA TRASMISSIONE EPICICLOIDALE”

La presente invenzione riguarda una barra di spruzzo per lubrificare ingranamenti di ingranaggi in una trasmissione epicicloidale, in particolare per un motore a turbina. Come forma di realizzazione non limitativa preferita, la seguente descrizione si riferisce ad una barra di spruzzo che definisce una parte di un'unità di trasferimento di olio che trasferisce l'olio da una parte statica ad un portasatelliti di tale trasmissione epicicloidale.

Come è noto, una trasmissione epicicloidale comprende un ingranaggio solare, una corona dentata e una pluralità di ingranaggi satellite, che sono collocati tra l'ingranaggio solare e la corona dentata e sono supportati da un portasatelliti. Una trasmissione di tale tipo è in grado di trasmettere il movimento tra gli alberi coassiali che ruotano a diverse velocità ed è molto efficace nello svolgere tale funzione pur mantenendo peso e volume ridotti. Le trasmissioni epicicloidali sono ampiamente utilizzate nei motori a turbina aeronautici, per azionare una ventola (nei cosiddetti motori a turbo-ventola) o un'elica (nei cosiddetti motori a turbo-elica).

Nella maggior parte delle applicazioni, il portasatelliti è di tipo statico ed è accoppiato a un telaio fisso del motore mediante un elemento flessibile.

D'altra parte, alcune applicazioni che impiegano un portasatelliti rotante, ad esempio quando il portasatelliti è collegato ad un albero azionato in rotazione o quando vi è l'esigenza di controllare in modo continuo il rapporto di velocità tra l'ingranaggio solare e la corona dentata o, in alternativa, tra il portasatelliti e la corona dentata. In particolare, la configurazione della trasmissione epicicloidale è definita "satellitare" quando la corona dentata è fisso e il portasatelliti è in rotazione e "differenziale" quando tutti e tre gli elementi, ovvero l'ingranaggio solare, la corona dentata e il portasatelliti, sono in rotazione.

In questi casi, è generalmente prevista un'unità di trasferimento di olio per trasferire l'olio lubrificante in modo efficiente ed affidabile da una parte statica a una parte rotante collegata al portasatelliti. Tali unità di trasferimento di olio sono generalmente note come "oil transfer bearings" o come "rotary unions". In particolare, l'unità alimenta olio a pressione in una camera anulare definita da un manicotto che è fissato al portasatelliti. Da tale camera anulare, l'olio pressurizzato scorre verso i componenti che richiedono lubrificazione.

In particolare, gli ingranamenti di ingranaggi tra gli ingranaggi satellite e l'ingranaggio solare devono essere lubrificati e raffreddati dall'olio, ovvero l'olio trasferito mediante la summenzionata unità di trasferimento di olio. In questo tipo di soluzioni, US 8,813,469 B2 descrive di prevedere una barra di spruzzo, che è montata sul portasatelliti tra ogni ingranaggio satellite, riceve l'olio dall'unità di trasferimento di olio e spruzza tale olio attraverso ugelli sull'ingranaggio solare.

Vi è l'esigenza di migliorare la lubrificazione eseguita da questo tipo di barra di spruzzo, in modo da indirizzare precisamente i getti di olio su aree specifiche degli ingranaggi e per ridurre, il più possibile, i rischi di deviazione o diffusione dei getti di olio.

Tale deviazione e tale diffusione tipicamente si verificano a causa della resistenza di attrito dovuta all'aria, per via della rotazione degli ingranaggi, e a causa della rotazione del portasatelliti (nelle forme di realizzazione che prevedono un portasatelliti rotante, come in US8,813,469B2), per cui l'olio non lubrifica in modo preciso le aree stabilite durante lo stato di progettazione.

Vi sono preferibilmente ulteriori esigenze in questo tipo di soluzioni, quali: fissare le barre di spruzzo direttamente sulla parte rotante dell'unità di trasferimento di olio, al posto di prevedere una connessione diretta delle barre di spruzzo con il portasatelliti, in modo da progettare la struttura del portasatelliti indipendentemente dalle esigenze di trasferimento di olio; progettare una barra di spruzzo di peso leggero; mantenere il centro di gravità della barra di spruzzo il più vicino possibile alla parte rotante dell'unità di trasferimento di olio, in modo da ottenere un comportamento dinamico soddisfacente per tale parte rotante; ottimizzare l'angolazione dei getti di olio nella fase di progettazione; e prevedere barre di spruzzo che siano di peso leggero, compatte e facili da montare.

Scopo della presente invenzione è fornire una barra di spruzzo per lubrificare ingranamenti di ingranaggi in una trasmissione epicicloidale, che consenta di soddisfare le esigenze summenzionate in modo semplice ed economico.

Secondo la presente invenzione, è prevista una barra di spruzzo per lubrificare ingranamenti di ingranaggi in una trasmissione epicicloidale, come definito nella rivendicazione 1.

La presente invenzione verrà ora descritta facendo riferimento ai disegni allegati, che ne mostrano una forma di realizzazione non limitativa, in cui:

- la figura 1 è una vista assiale di una forma di realizzazione preferita della barra di spruzzo per lubrificare ingranamenti di ingranaggi in una trasmissione epicicloidale, secondo la presente invenzione;

- la figura 2 è una sezione trasversale secondo il piano di sezione II-II della figura 1 che mostra la barra di spruzzo in scala ingrandita e senza i componenti della trasmissione epicicloidale;

- la figura 3 è una sezione trasversale secondo il piano di sezione III-III della figura 2;

- le figure 4 e 5 sono viste in prospettiva diverse, in scale ingrandite, della barra di spruzzo secondo la forma di realizzazione preferita della presente invenzione;

- la figura 6 è una sezione trasversale secondo il piano di sezione II-II nella figura 3.

Facendo riferimento alla figura 1, il numero di riferimento 1 indica, nel complesso, una trasmissione epicicloidale (mostrata parzialmente), in particolare per un motore a turbina (non mostrato). La trasmissione 1 comprende un portasatelliti 4, che ruota attorno a un asse 7 e un ingranaggio solare (non mostrato), che è coassiale con il portasatelliti 4, è anch'esso rotante attorno all'asse 7 ed è collegato ad un albero di ingresso (non mostrato) in modo da essere azionato da una turbina.

La trasmissione 1 comprende inoltre: una pluralità di ingranaggi satellite 12, che si ingranano con l'ingranaggio solare, sono supportati dal portasatelliti 4 mediante cuscinetti 13 e sono rotanti attorno a rispettivi assi 14, paralleli ed eccentrici rispetto all'asse 7; e una corona dentata (non mostrato), coassiale con l'ingranaggio solare e il portasatelliti 4 e che ingrana con gli ingranaggi satellite 12 sul lato esterno.

In particolare, la corona dentata e il portasatelliti 4 sono collegati in modo angolarmente fisso a rispettivi elementi motori (non mostrati), che azionano i corrispondenti eliche.

Facendo riferimento alla figura 2, quando il portasatelliti 4 è rotante, un'unità di trasferimento di olio 15 (mostrata parzialmente) è prevista per trasferire l'olio da una parte statica, fissa rispetto ad una struttura di supporto del motore a turbina, e per alimentare tale olio verso gli ingranamenti di ingranaggi della trasmissione 1 e verso i cuscinetti satellite 13.

L'unità 15 comprende una parte rotante 19, coassiale e fissata angolarmente rispetto al portasatelliti 4; e una parte fluttuante non rotante (non mostrato) che è configurata in modo da trasferire l'olio dalla parte statica alla parte 19 e avere un certo grado di libertà nei suoi movimenti rispetto alla parte 18. Preferibilmente, la parte fluttuante è montata su una superficie cilindrica esterna 88 della parte 19 con uno spazio vuoto radiale in una configurazione senza contatto, ovvero senza alcun ulteriore elemento di tenuta a contatto e senza alcun ulteriore cuscinetto a contatto in mezzo tra loro.

La dimensione di tale spazio vuoto radiale è definita durante la fase di progettazione in modo da consentire la rotazione della parte 19 e, al contempo, definire una tenuta idrostatica con una pellicola di olio lungo la superficie 88.

La parte 19 ha una camera anulare interna 95 e uno o più fori radiali 96, che alimentano in modo permanente olio pressurizzato attraverso la superficie 88 della camera 95. La camera 95, a sua volta, è in comunicazione permanente con una pluralità di barre di spruzzo 120 per alimentare l'olio pressurizzato verso tali barre di spruzzo 120 e, pertanto, per lubrificare gli ingranamenti di ingranaggi e/o i cuscinetti satellite 13, come verrà descritto in dettaglio di seguito.

In particolare, la camera 95 è definita da un manicotto esterno 97 e un manicotto interno 98, che sono coassiali lungo l'asse 7 e sono accoppiati l'uno all'altro mediante anelli di tenuta 99 per garantire la tenuta ai fluidi. A titolo di esempio, i manicotti 97, 98 sono fissati l'uno all'altro mediante viti.

Preferibilmente, la parte 19 è accoppiata al portasatelliti 4 in una posizione angolarmente fissa mediante un elemento a disco 100 (mostrato parzialmente). L'elemento 100 è coassiale con la parte 19 e il portasatelliti 4 ed è fissato al manicotto 97, in corrispondenza di una estremità, e a una superficie anteriore del portasatelliti 4, in corrispondenza dell'estremità opposta. Preferibilmente, l'elemento 100 è definito da un singolo pezzo e non da pezzi fissati l'uno all'altro. Come alternativa, può essere realizzato mediante saldatura di pezzi separati.

In particolare, l'elemento 100 comprende una porzione circolare 111 coassiale e disposta attorno a un elemento ad anello 112 integrale con il manicotto 97; e una o più flange 113, che sporgono dalla porzione circolare 111, poggiano sull'elemento 112 e sono fissate a quest'ultimo, preferibilmente mediante viti o bulloni. Preferibilmente, la porzione circolare 111 ha una sezione trasversale a forma di piastra, ovvero è definita da una parete avente uno spessore relativamente ridotto. In particolare, la sezione trasversale della porzione circolare 111 è costante lungo l'intera circonferenza. Tuttavia, secondo varianti che non sono mostrate, può essere prevista una variazione di spessore appropriata lungo tale circonferenza.

Facendo riferimento alle figure 2 e 3, l'elemento 112 comprende una porzione interna 115, che definisce una diramazione radiale verso l'esterno 116 della camera 95; e una flangia esterna 117, che sporge radialmente dalla porzione 115. La porzione circolare 111 è montata sulla flangia 117 in posizione coassiale.

L'elemento 112 definisce uno spallamento posteriore 118, che si estende ortogonale all'asse 7, e su cui poggia assialmente una faccia anteriore 121 di ciascuna barra di spruzzo 120.

La porzione 115, per ogni barra di spruzzo 120, ha una rispettiva uscita 122, che è definita da un foro parallelo all'asse 7 e che in modo permanente mette in comunicazione la diramazione 116 con un ingresso 123 della barra di spruzzo 120. In particolare, l'ingresso 123 è definito da un'apertura cilindrica praticata attraverso la faccia 121 lungo un'asse 124 ortogonale alla faccia 121. Preferibilmente, l'ingresso 123 e l'uscita 122 sono coassiali ed entrambe sono impegnate da un connettore tubolare 125, comunemente noto come "tubo di derivazione" accoppiate alle superfici interne dell'ingresso 123 e dell'uscita 122 a tenuta di fluido, per esempio mediante anelli di tenuta.

La seguente descrizione fa riferimento a una singola barra di spruzzo 120, per semplicità, dal momento che le altre hanno le stesse caratteristiche.

La barra di spruzzo 120 è fissata all'elemento 112, in particolare mediante viti o bulloni 126, impegnando la flangia 117 e sporgendo tra lo spallamento 118 lungo l'asse 124. Come si può vedere nella figura 1, la barra di spruzzo 120 è disposta tra due ingranaggi satellite adiacenti 12, lungo una direzione circonferenziale, in una posizione radialmente affacciata e vicino all'ingranaggio solare, ma distanziata da quest'ultimo.

Facendo riferimento alla figura 4, la barra di spruzzo 120 comprende una base 130, definita su un lato dalla faccia 121 e comprendente, a sua volta, una porzione intermedia 131 e una pluralità di alette 132 sporgenti dalla porzione 131 e impegnate mediante rispettive viti 126 (figure 2 e 3). La porzione 131 ha il summenzionato ingresso 123 e anche due aperture 134, che sono praticate separate dall'ingresso 123 lungo rispettivi assi rettilinei 135, paralleli all'asse 124, e sono chiuse a tenuta di fluido da rispettivi tappi 136 inseriti nella porzione 131.

Come mostrato nella figura 6, le aperture 134 definiscono le estremità dei rispettivi canali 138a e 138b, che sono paralleli e chiusi o ciechi in corrispondenza dell'estremità assiale 139 della barra di spruzzo 120, ovvero sul lato assialmente opposto alle aperture 134. La barra di spruzzo 120 comprende due porzioni di tubo 140a e 140b, che sporgono dalla base 130 lungo gli assi 135 e definiscono, rispettivamente, la parte principale dei canali 138a e 138b (l'altra parte essendo definita dalla porzione 131 della base 130).

Facendo riferimento alle figure 4 e 5, le porzioni di tubo 140a, 140b sono definite lateralmente da rispettive superfici esterne 142a, 142b che si estendono parallele agli assi 135. Le superfici 142a, 142b comprendono rispettive facce 143a e 143b, che sono disposte radialmente verso l'interno, rispetto all'asse 7, direttamente affacciate all'ingranaggio solare e sono a livello tra loro in corrispondenza della porzione 131. Le superfici 142a, 142b comprendere inoltre: rispettive facce 144a e 144b, una di fronte all'altra lungo una direzione circonferenziale; rispettive facce 145a e 145b, disposte sul lato opposto alle facce 144a e 144b (lungo la direzione circonferenziale) e preferibilmente poligonali; e rispettive facce 146 disposte radialmente verso l'esterno, rispetto all'asse 7.

La barra di spruzzo 120 comprende inoltre una parete di irrigidimento 150 (figura 2 e 5), che congiunge le facce 144a e 144b tra loro. Preferibilmente, la parete 150 ha un foro passante 151, che è radiale, rispetto all'asse 7 ed è disposto, in particolare, in una posizione che è più vicina alla base 130 che all'estremità 131.

In particolare, il foro 151 divide la parete 150 in una porzione più spessa 152, sporgente dalla porzione 131, e in una porzione meno spessa 153, in corrispondenza dell'estremità 139. In particolare, la porzione 153 è a filo con la faccia 146. Vantaggiosamente, la barra di spruzzo 120 comprende inoltre almeno due nervature di irrigidimento 154, che sono trasversali alla faccia 146, sono disposte sui lati opposti della porzione 152 e congiungono la faccia 146 alla base 130.

Vantaggiosamente, fatta eccezione per i tappi 136, la barra di spruzzo 120 è prevista come singolo pezzo, in modo tale che la base 130, le porzioni di tubo 140a e 140b, la parete 150 e le nervature 154 siano integrali tra loro, senza l'esigenza di operazioni di assemblaggio o saldatura per questi componenti.

Facendo riferimento alle figure 3 e 4, entrambi i canali 138a e 138b sono alimentati con l'olio proveniente dal medesimo connettore 125, ovvero dallo stesso ingresso 123. Infatti, l'estremità assiale dell'ingresso 123 definisce un punto di diramazione, da cui partono tre condotti separati. Due di tali condotti sono identificati con i numeri di riferimento 155a e 155b, sono inclinati rispetto agli assi 124 e 135 e mettono l'ingresso 123 in comunicazione con una porzione intermedia dei canali 138a e 138b.

Il terzo condotto è identificato con il numero di riferimento 156, preferibilmente tra un percorso a forma di L e mette l'ingresso 123 in comunicazione con un'uscita laterale 157 della base 130. Un tubo di trasferimento 158 impegna tale uscita 157 a tenuta di fluido e trasferisce l'olio verso un rispettivo cuscinetto satellite 13 (in una modalità non mostrata in dettaglio).

Come mostrato nelle figure da 4 a 6, le porzioni di tubo 140a e 140b sono dotate di ugelli di uscita, per spruzzare i rispettivi getti di olio dai canali 138a e 138b. Le direzioni di tali ugelli e dei getti di olio sono radiali o tangenziali rispetto agli assi 135.

Vantaggiosamente, la porzione di tubo 140a ha due file di ugelli di uscita 160 e 161, rivolti verso l'ingranaggio solare e verso uno degli ingranaggi satellite per raffreddare i denti degli ingranaggi subito dopo il termine del loro ciclo di ingranamento, in una posizione fuori ingranamento. In maggiore dettaglio, gli ugelli 160 sono rivolti attraverso la faccia 143a e sono indirizzati verso l'ingranaggio solare, mentre gli ugelli 161 sono realizzati attraverso la faccia 145a e sono rivolti verso l'ingranaggio satellite 12.

L'orientamento esatto e il diametro degli ugelli 160, 161 sono definiti nella fase di progettazione per massimizzare l'efficacia dei getti di olio.

D'altra parte, la porzione di tubo 140b ha una singola fila di ugelli di uscita 162 (figura 6), rivolti verso la zona di ingranamento, per la lubrificazione dei denti di ingranamento, in una posizione in ingranamento. In particolare, gli ugelli 162 sono realizzati attraverso la faccia 145 rivolti in modo da spruzzare l'olio in una posizione appena prima dell’ingranamento degli ingranaggi.

L'orientamento esatto e il diametro degli ugelli 162 sono definiti nella fase di progettazione per massimizzare l'efficacia dei getti di olio.

D'altra parte, il prevedere almeno due porzioni di tubo 140a, 140b parallele e separate, al posto di prevedere un singolo canale longitudinale, consente di disporre gli ugelli 160, 161, 162 in una posizione che è più vicina alle aree bersaglio da lubrificare, diversamente da quanto avviene nella tecnica anteriore.

Grazie a questa posizione più ravvicinata, l'olio spruzzato dagli ugelli 160, 161 e 162 raggiunge gli ingranaggi lungo il percorso più breve e, pertanto, i getti di olio vengono diffusi o deviati in misura minore dalla resistenza di attrito dovuta all'aria causata dalla rotazione degli ingranaggi e dal campo centrifugo generato dalla rotazione del portasatelliti 4. La lubrificazione, pertanto, soddisfa i requisiti impostati in fase di progettazione, poiché l'olio raggiunge con precisione le aree desiderate, senza dispersione o spreco di olio.

Inoltre, il fatto di evitare la dispersione e lo spreco di olio consente di evitare o limitare il sovradimensionamento della portata dell'olio durante lo stato di progettazione.

Al contempo, le porzioni di tubo 140a, 140b separate aiutano a minimizzare la dimensione della barra di spruzzo 120 e a ottenere una struttura di progettazione che è relativamente facile da produrre.

Inoltre, il foro 151 consente non soltanto l'alleggerimento della barra di spruzzo 120, ma anche di evitare la stagnazione dell'olio che potrebbe tendere a sedimentare tra le porzioni di tubo 140a, 140b.

Come è evidente dalle caratteristiche che sono state descritte in precedenza, le barre di spruzzo 120 hanno una struttura particolare, che è di peso leggero e rigida, e ha un centro di gravità disposto vicino alla faccia 19, ovvero vicino alla parte 19 che supporta la barra di spruzzo 120 mentre ruota attorno all'asse 7, per ottenere le migliori condizioni operative dinamiche.

Nel frattempo, la struttura della base 130 è relativamente semplice e consente di alimentare l'olio a entrambi i canali 138a, 138b e preferibilmente anche al tubo di trasferimento 158, allo stesso tempo mediante un singolo ingresso 123. È evidente che la base 130 è anche relativamente semplice da perforare, per realizzare tutti i passaggi necessari per alimentare e spruzzare olio, come menzionato brevemente in precedenza.

In aggiunta, il tempo necessario per l'assemblaggio è molto ridotto, poiché le uniche operazioni di assemblaggio consistono nell'inserimento dei tappi 136 nelle aperture 134, in modo da chiudere queste ultime aperture e nel montaggio della barra di spruzzo 120 sullo spallamento 118.

Inoltre, è evidente dalle caratteristiche e dalle considerazioni di cui sopra che è possibile apportare modifiche o varianti alla barra di spruzzo 120 senza scostarsi dall'ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

In particolare, il numero e le posizioni degli ugelli di uscita (160-162) potrebbero essere diversi da quelli descritti per la forma di realizzazione preferita; inoltre la configurazione dei passaggi previsti per alimentare l'olio ai canali 138a, 138b potrebbe essere diversa.

Inoltre, le barre di spruzzo 120 possono essere montate in trasmissioni epicicloidali in cui il portasatelliti è stazionario, anziché essere rotante.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Barra di spruzzo (120) per lubrificare ingranamenti di ingranaggi in una trasmissione epicicloidale (1), la barra di spruzzo comprendendo: - una base (130) avente almeno un ingresso (123) progettato per ricevere, durante l'uso, un flusso di olio pressurizzato; - una prima porzione di tubo (140a), che sporge da detta base (130), definisce un primo canale (138a) in comunicazione permanente con detto ingresso (123) ed è definita lateralmente da una prima superficie esterna (142a) avente una pluralità di ugelli di uscita per spruzzare l'olio da detto primo canale (138a); caratterizzata dal fatto di comprendere una seconda porzione di tubo (140b), che sporge da detta base (130), definisce un secondo canale (138b) parallelo a detto primo canale (138a) ed è delimitata lateralmente da una seconda superficie esterna (142b) avente una pluralità di ugelli di uscita per spruzzare l'olio da detto secondo canale (138b). 2.- Barra di spruzzo secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto primo e detto secondo canale (138a, 138b) sono ciechi o chiusi in corrispondenza di un'estremità (139) che è assialmente opposta a detta base (130). 3.- Barra di spruzzo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto primo e detto secondo canale (138a, 138b) sono entrambi in comunicazione con lo stesso ingresso (123). 4.- Barra di spruzzo secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detta base (130) ha due aperture (134), che sono separate da detto ingresso (123), sono chiuse a tenuta di fluido da rispettivi tappi (136) e definiscono rispettive estremità di detto primo e detto secondo canale (138a, 138b). 5.- Barra di spruzzo secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzata dal fatto che detta base (130) ha: - un'uscita laterale (157) per alimentare olio a un tubo di trasferimento e - un condotto (156), che mette detto ingresso (123) in comunicazione con detta uscita laterale (157). 6.- Barra di spruzzo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che detta prima e detta seconda superficie esterna (142a, 142b) comprendono rispettive facce (144a, 144b) una di fronte all'altra; e dal fatto di comprendere inoltre una parete di irrigidimento (150), che congiunge dette facce (144a, 144b) tra loro. 7.- Barra di spruzzo secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detta parete di irrigidimento (150), detta prima e detta seconda porzione di tubo e detta base (130) definiscono un singolo pezzo. 8.- Barra di spruzzo secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzata dal fatto che detta parete di irrigidimento (150) ha un foro (151). 9.- Barra di spruzzo secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detto foro (151) divide detta parete (150) in una porzione più spessa (152), sporgente da detta base (130), e in una porzione meno spessa (153), disposta in corrispondenza di una estremità (139) che è assialmente opposta a detta base (130). 10.- Barra di spruzzo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 9, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno due nervature di irrigidimento (154) tra detta base (130) e detta prima e detta seconda porzione di tubo. 11.- Barra di spruzzo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che detta prima porzione di tubo (140a) ha due file di ugelli di uscita (160, 161. 12.- Barra di spruzzo secondo la rivendicazione 11, caratterizzata dal fatto che detta seconda porzione di tubo (140b) ha una singola fila di ugelli di uscita (162).