IT8922816A1 - Cinghia di trasmissione elastica, e procedimento per la determinazione ed il rilevamento di allungamenti elastici residui in detta cinghia tesa fra due pulegge - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

La presente invenzione riguarda una cinghia di trasmissione elastica ed un procedimento per la determinazione ed il rilevamento di allungamenti elastici residui in detta cinghia tesa fra due pulegge, detta cinghia elastica essendo del tipo comprendente: un corpo anulare in materiale elastomerico; una pluralit?' di elementi filiformi elastici estendentisi longitudinalmente all'interno del corpo anulare e reciprocamente affiancati secondo una linea che definisce sostanzialmente l?asse neutro di flessione della cinghia allo stato libero.

Come e? noto, le cinghie di trasmissione in genere comprendono essenzialmente un corpo anulare in materiale elastomerico all'interno del quale si estende longitudinalmente una pluralit?' di elementi filiformi reciprocamente affiancati, che assolvono essenzialmente al compito di resistere alle sollecitazioni di trazione imposte alla cinghia durante l'impiego.

Nelle realizzazioni di concezione meno recente, gli elementi filiformi risultano praticamente inestensibili. Si e' riscontrato che questa prerogativa determina grossi problemi quando la cinghia viene montata su pulegge di diametro molto ridotto.

Ci?' e' dovuto al fatto che la flessione subita dal corpo anulare della cinghia quando passa attorno alle rispettive pulegge determina una contrazione del materiale elastomerico nelle zone del bordo interno della cinghia stessa, contrazioni che risultano tanto maggiori quanto piu' accentuata ? la curvatura subita dalla cinghia. Pertanto, quando le pulegge hanno un diametro molto ridotto le contrazioni possono assumere entit?' tali da produrre notevoli deformazioni localizzate in tutta la sezione del materiale elastomerico, ivi comprese le zone di attacco con gli elementi filiformi.

In queste condizioni di impiego, la cinghia subisce sempre un?usura precoce, in quanto il materiale elastomerico e' soggetto a scollarsi dagli elementi filiformi ed a tagliarsi contro i medesimi.

Pertanto, le cinghie con elementi filiformi inestensibili non vengono, di norma, impiegate su pulegge con diametri inferiori a 40 millimetri.

Per ovviare a queste limitazioni, la stessa richiedente ha messo a punto cinghie di trasmissione in cui gli elementi filiformi risultano elasticamente estensibili, in modo che si verifichi un predeterminato allungamento elastico della cinghia quando questa viene tesa, in situazioni di impiego, sulle rispettive pulegge. Il tensionamento elastico cosi' prodotto su tutta la sezione del materiale elastomerico si presta a ridurre in modo apprezzabile le contrazioni subite dallo stesso in situazione di curvatura attorno alle pulegge.

Una siffatta cinghia di trasmissione ha formato oggetto della domanda di brevetto italiana N. 20338-A/88, alla quale si rimanda sin d'ora per eventuali ulteriori chiarimenti. In tale domanda di brevetto viene anche specificato che gli elementi filiformi devono presentare, quando sottoposti ad una tensione pari a un decimo del loro carico di rottura, un allungamento percentuale che annulla un valore di contrazione della superficie piu' intern a della cinghia compreso fra due valori limite, corrispondenti alla piegatura della cinghia secondo due curvature predeterminate. Tali curvature risultano individuate da rispettive circonferenze aventi ampiezza pari rispettivamente al 60% e al 35% dell'ampiezza della circonferenza secondo cui si sviluppano gli elementi filiformi della cinghia.

Le cingnie aventi le caratteristiche descritte nella suu?etca domanda di brevetto consentono una notevole riduzione dimensionale delle pulegge, il cui diametro pu?' raggiungere valori dell'ordine di 15 o 16 mm, senza che si verifichino problemi di usura precoce.

Si e' tuttavia riscontrato che, a seguito della tendenza a ridurre il piu' possibile il diametro delle pulegge, esistono attualmente anche richieste d'impiego delle cinghie su pulegge di diametri ancor piu' ridotti. Per soddisfare queste esigenze bisognerebbe avere a disposizione cinghie molto elastiche, tali da prestarsi a subire un notevole allungamento elastico in condizioni di montaggio per contrastare le forti contrazioni che il materiale elastomerico tenderebbe a subire avvolgendosi sulle pulegge.

A monte di questa soluzione, che pu?' a prima vista sembrare semplice, si pongono pero' problemi tecnici dovuti al fatto che se l?elasticit?' della cinghia supera determinati parametri, la cinghia stessa e' soggetta a subire, per diverse ragioni, notevoli allungamenti permanenti nel tempo che porterebbero ad una graduale diminuzione del pretensionamento della cinghia. Risulterebbe cosi? compromessa l'aderenza della cinghia sulle pulegge e, soprattutto, la capacita? di contrastare le contrazioni del materiale elastomerico in condizione di avvolgimento attorno alle pulegge.

Scopo principale della presente invenzione e? sostanzialmente quello di risolvere i problemi tecnici summenzionati .

Questo scopo ed altri ancora, che meglio appariranno nel corso della presente descrizione, vengono sostanzialmente raggiunti da una cinghia di trasmissione elastica, caratterizzata dal fatto che detta cinghia, tesa fra due elementi a interasse fisso con una tensione iniziale pari ad un decimo del suo carico di rottura a trazione, subisce nel tempo un allungamento permanente e presenta un allungamento elastico residuo il cui valore percentuale e' compreso fra i valori percentuali di contrazione rilevabili, in corrispondenza del lato di base del corpo anulare, quando detta cinghia e? piegata rispettivamente lungo una prima linea di curvatura individuata da una circonferenza pari al 60% dello sviluppo circonferenziale della cinghia in corrispondenza degli elementi filiformi, e lungo una seconda linea di curvatura individuata da una circonferenza pari al 20% dello sviluppo circonferenziale della cinghia in corrispondenza degli elementi filiformi.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi appariranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva di una cinghia di trasmissione elastica e di un procedimento per la determinazione ed il rilevamento di allungamenti elastici residui nella cinghia stessa tesa fra due pulegge, in accordo con la presente invenzione. Tale descrizione verr?' fatta qui di seguito con riferimento agli uniti disegni, forniti a solo scopo indicativo e pertanto non limitativo, nei quali:

- la figura 1 mostra, in vista prospettica interrotta, una cinghia elastica secondo la presente invenzione; - la figura 2 mostra un diagramma carichi-allungamenti di due diverse cinghie elastiche;

- la figura 3 mostra una cinghia elastica tesa tra due pulegge per la determinazione di allungamenti permanenti e la rilevazione degli allungamenti elastici residui nella cinghia stessa;

- la figura 4 e' un diagramma illustrante la variazione nel tempo delle reazioni elastiche della cinghia disposta nelle condizioni di figura 3, a seguito della graduale crescita degli allungamenti permanenti.

Con particolare riferimento alla figura 1, con 1 e' stata complessivamente indicata una cinghia elastica, secondo la presente invenzione.

La cinghia elastica 1 comprende convenzionalmente un corpo anulare 2 in materiale elastomerico estendentesi secondo una linea chiusa di sviluppo predeterminato. Nell'esempio illustrato a titolo puramente indicativo, il corpo anulare 2 presenta una sezione del tipo cosiddetto a pi? scanalature longitudinali sulla superficie di base o"poly-V", vale a dire presentante un lato dorsale 3 rettilineo, due fianchi contrapposti 4 che delimitano la larghezza della cinghia 1 nel suo complesso, ed un lato inferiore 5 presentante una pluralit?' di incavi 5a sostanzialmente a forma di "V", che definiscono rispettive scanalature sullo sviluppo longitudinale della cinghia.

Nel corpo anulare 2 in materiale elastomerico e' inglobata una pluralit?' di elementi filiformi 6 estendentisi longitudinalmente nel corpo stesso e reciprocamente affiancati secondo una superficie sostanzialmente cilindrica, ad una distanza "h" prefissata dal lato interno 5. La linea secondo cui risultano distribuiti gli elementi filiformi 6 definisce convenzionalmente l'asse neutro di flessione della cinghia 1 allo stato libero. In altre parole, quando la cinghia viene incurvata senza che sia prodotto alcun pretensionamento sulla stessa, il materiale elastomerico disposto, con riferimento alla figura 1, al di sotto degli elementi filiformi 6 subisce una contrazione elastica, mentre il materiale elastomerico disposto al di sopra degli elementi filiformi stessi viene elasticamente teso.

In accordo con la presente invenzione, gli elementi filiformi 6 risultano elasticamente allungabili in misura tale per cui la cinghia 1, tesa fra due elementi ad interasse fisso con una tensione iniziale pari ad un decimo del suo carico di rottura a trazione, subisce nel tempo un allungamento permanente al termine del quale presenter?' un allungamento elastico residuo di valore predeterminato.

Piu' in particolare, e' previsto che l'allungamento elastico residuo abbia un valore percentuale compreso fra i valori percentuali di contrazione rilevabili, in corrispondenza del bordo interno della cinghia individuato dallo sviluppo del lato di base 5, quando la cinghia stessa e' piegata rispettivamente secondo due linee di curvatura predeterminate. Una prima linea di curvatura e' individuabile da una circonferenza pari al 60% dello sviluppo circonferenziale della cinghia in corrispondenza degli elementi filiformi 6, mentre una seconda linea di curvatura e' individuata da una circonferenza pari al 20% di detto sviluppo della cinghia.

Rispettando le caratteristiche sopra descritte si conferisce alla cinghia 1 la possibilit?' di essere montata su pulegge di diametro minimo, senza incorrere nel rischio che gli allungamenti permanenti subiti dalla cinghia in situazione di montaggio possano dar luogo ad una eccessiva riduzione del tensionamento elastico della stessa, portandolo a valori tali da non contrastare adeguatamente le contrazioni elastiche che tendono ad instaurarsi sul bordo interno della cinghia a seguito della sua flessione attorno alle pulegge.

Sempre in accordo con la presente invenzione, la determinazione degli allungamenti permanenti ed il rilevamento degli allungamenti elastici residui della cinghia vengono effettuati mediante un procedimento in cui e' previsto che venga dapprima tracciato un diagramma carichi-allungamenti relativo alla cinghia in esame. In figura 2 e' rappresentato un diagramma riportante due curve carichi-allungamenti rispettivamente contrassegnate con "a" e "b", relative a due cinghie di diverse caratteristiche elastiche.

Le ordinate "y" del grafico di figura 2 individuano i carichi relativi alle curve "a" e "b", mentre le ascisse "x" ne individuano i corrispondenti allungamenti. Inoltre, sulle ascisse "x" di tale grafico sono stati riportati, con segno invertito, i valori percentuali " 1" ed "e2" delle contrazioni elastiche rilevabili sul bordo interno delle cinghie in esame avvolte allo stato libero secondo dette prima e seconda linee di curvatura.

Tali valori di contrazione sono calcolabili sulla base di quanto descritto nel citato brevetto.

Il procedimento prevede inoltre una fase in cui la cinghia in esame 1 viene impegnata fra due pulegge 7, 8 aventi diametro compreso fra 10 e 50 mm. Le pulegge 7 e 8 vengono spinte in allontanamento l'una dall'altra per sottoporre la cinghia 1, su ciascuno dei suoi rami la, lb, ad un tensionamento pari ad un decimo del suo carico di rottura a trazione(vedi figura 3).

Come si pu?' notare da figura 2, a un decimo dei carichi di rottura "1/10 Fa" ed "1/10 Fb" viene individuato, su ciascuna delle curve "a" e "b", un allungamento elastico iniziale "? a" ed "? b".

L'interasse delle pulegge 7, 8 viene mantenuto invariato mentre le pulegge stesse sono poste in rotazione e il tensionamento della cinghia 1 viene costantemente controllato nel tempo.Le pulegge sono poste in rotazione alla velocit? dello stesso ordine di grandezza di quelle massime d'esercizio ,ad esempio fra 500 e 1000 giri/min come si potrebbe avere nell'impiego di cinghie per lavatrici.

In questa situazione, si rileva che la cinghia 1 e* soggetta a subire degli allungamenti permanenti che determinano una riduzione del suo tensionamento elastico iniziale. Tale tensionamento presenter?' pertanto una graduale diminuzione fino a stabilizzarsi ad un valore pressoch?' costante.

Nella figura 4 e' tracciato un grafico che indica, mediante due curve "Ka" e "Kb", la diminuzione del tensionamento "F" nel tempo "t" presentata dalle cinghie cui corrispondono rispettivamente le curve "a" e "b" del diagramma carichi-allungamenti di figura 2. Entrambe le curve "Ka" e "Kb" rivelano che il tensionamento prodotto inizialmente sulla cinghia e' soggetto a diminuire in modo abbastanza brusco per poi stabilizzarsi al suddetto valore costante. I valori costanti del tensionamento residuo relativi alle curve "Ka" e "Kb" sono indicati rispettivamente con "Fca" ed "Fcb" sulle ordinate "F" del grafico di figura 4.

Il valore "Fca", "Fcb" del tensionamento residuo ottenuto viene poi riportato sul grafico carichi-allungamenti per individuare l'allungamento elastico della cinghia corrispondente a tale valore di tensionamento. Questo allungamento, indicato con "? fa", "? fb", rappresenta l'allungamento elastico residuo presentato dalla cinghia una volta che e' stato raggiunto il valore costante "Fca" , "Fcb" del tensionamento fra le pulegge 7, 8. Il valore " fa", " fb" si presta ad essere immediatamente confrontato coi valori "? 1" ed "? 2" per verificare che rientri nel campo definito da questi ultimi. Nel caso di figura 2, il valore " fa" cade all'interno del campo definito dai valori "? 1" e "? 2", e la corrispondente cinghia di trasmissione saia' pertanto idonea ad essere utilizzata per gli impieghi sopra specificati. Il valore di allungamento residuo " fb", invece, cade al di fuori del campo definito dai valori "? 1" ed "e 2". Ci?' sta ad indicare che la corrispondente cinghia di trasmissione non e' idonea ad essere utilizzata su pulegge di diametro molto piccolo, a meno di non voler accettare valori di allungamento elastico superiori a quelli strettamente necessari per contrastare le contrazioni elastiche sul bordo interno della cinghia stessa.

Vengono qui di seguito descritte, a titolo puramente indicativo, le caratteristiche salienti di una particolare cinghia elastica realizzata secondo l'invenzione.

Cinghia del tipo a pi? scanalature longitudinali o poly-V", 1200j6:

Sviluppo primitivo : 1178 mm.

Raggio "R" corrispondente allo sviluppo primitivo :

R = 1178/2 = 187,5 mm.

Numero di scanalature a "V" : 6.

Profilo delle scanalature : "j" come da norme standard. Altezza delle scanalature : 2 mm.

Distanza h : 3 mm.

Inserti filiformi : 17 spire di cordicella affiancate secondo una superficie cilindrica a distanza "h" dal bordo della cinghia.

Cordicella : costituita da due trefoli ciascuno con 940 monofilamenti (940 x 2), torsioni per cm. di tipo 48z per ciascun trefolo e torsioni per cm. dei due trefoli fra loro di tipo 48s. Diametro della cordicella = 0,55 mm..

Carico di rottura a trazione della cordicella : 145 N (Newton )

Allungamento percentuale della cordicella ad un decimo del carico di trazione: 3,5%

Carico di rottura della cinghia : 4.000 N (2000 N per ramo).

Allungamento elastico percentuale iniziale della cinghia ad un decimo del carico di rottura : 2,27%

Valore di tensionamento costante della cinghia ottenuto dopo la prova dinamica descritta precedentemente a partire da un carico di 400 N: 233 N.

Valore di allungamento elastico percentuale residuo ad un carico di 233 N(Newton) compreso fra 1,08% e 6,5% ,misurato con un valore di : 1,35%.

La presente invenzione raggiunge gli scopi proposti. Le cinghie realizzate secondo gli accorgimenti innovativi proposti dalla presente invenzione si rilevano infatti in grado di funzionare con estrema affidabilita' anche in abbinamento a pulegge di diametro estremamente ridotto, dell'ordine di 8 - 10 mm.

Naturalmente, all'invenzione cosi' concepita possono essere apportate numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo che la caratterizza.

Claims (3)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Cinghia di trasmissione elastica, comprendente: - un corpo anulare in materiale elastomerico; - una pluralit?' di elementi filiformi elastici estendentisi longitudinalmente all'interno del corpo anulare e reciprocamente affiancati secondo una linea che definisce sostanzialmente l'asse neutro di flessione della cinghia allo stato libero, caratterizzata dal fatto che detta cinghia, tesa fra due elementi a interasse fisso con una tensione iniziale pari ad un decimo del suo carico di rottura a trazione, subisce nel tempo un allungamento permanente e presenta un allungamento elastico residuo il cui valore percentuale e' compreso fra i valori percentuali di contrazione rilevabili, in corrispondenza del lato di base del corpo anulare, quando detta cinghia e' piegata rispettivamente lungo una prima linea di curvatura individuata da una circonferenza pari al 60% dello sviluppo circonferenziale della cinghia in corrispondenza degli elementi filiformi, e lungo una seconda linea di curvatura individuata da una circonferenza pari al 20% dello sviluppo circonferenziale della cinghia in corrispondenza degli elementi filiformi.
2. 2) Procedimento per la determinazione ed il rilevamento di allungamenti elastici residui in una cinghia di trasmissione elastica tesa tra due pulegge, caratterizzato dal fatto che comprende le seguenti fasi: - tracciare un diagramma carichi-allungamenti relativo ad una cinghia elastica; - impegnare detta cinghia fra due pulegge aventi diametro compreso fra 10 e 50 mm; - allontanare le pulegge l'una dall'altra per sottoporre la cinghia ad un tensionamento pari ad un decimo del suo carico di rottura a trazione; - mantenere invariato l'interasse fra le pulegge poste in rotazione fino a quando il tensionamento della cinghia, che si riduce gradualmente per effetto degli allungamenti permanenti subiti dalla cinghia stessa, non si stabilizza ad un valore pressoch?' costante; - misurare il valore costante di tensionamento raggiunto dalla cinghia; - verificare, sul grafico carichi-allungamenti l'allungamento elastico residuo presentato dalla cinghia al raggiungimento del valore di tensionamento residuo costante.
3. 3) Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre una fase di verifica di detto allungamento elastico residuo per rilevare se il suo valore percentuale e' compreso fra i valori percentuali di contrazione rilevabili, in corrispondenza del lato di base del corpo anulare, quando detta cinghia e' piegata rispettivamente lungo una prima linea di curvatura individuata da una circonferenza pari al 60% dello sviluppo circonferenziale della cinghia in corrispondenza degli elementi filiformi, e lungo una seconda linea di curvatura individuata da una circonferenza pari al 20% dello sviluppo circonferenziale della cinghia in corrispondenza degli elementi filiformi. 4)Trasmissione del moto comprendente una cinghia come a rivendicazione 1 e almeno due pulegge caratterizzata dal fatto che detta cinghia ? montata fra le due pulegge in stato di pretensione elastica.