ITMI940392A1

ITMI940392A1 - Vite per serraggi di precisione

Info

Publication number: ITMI940392A1
Application number: IT000392A
Authority: IT
Inventors: Giannantonio Brugola
Original assignee: Assistenza Tecnica Srl
Priority date: 1994-03-04
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 1995-09-05
Also published as: SK28595A3; BR9500803A; KR950033135A; TW261560B; DE69505285D1; SI0670431T1; ZA951141B; AU683518B2; AU1165995A; CZ53095A3; EP0670431B1; PL175695B1; CZ285019B6; HU221044B1; CN1112991A; CA2141722C; ATE172279T1; DE69505285T2; EP0670431A1; HUT70629A

Description

"Vite per serraggi di precisione

La presente invenzione si riferisce a viti adatte ad essere utilizzate in coppie di serraggio di precisione. L'invenzione si riferisce inoltre alle chiavi di manovra di tali viti.

Nella tecnologia delle coppie di serraggio di precisione vengono realizzate viti la cui superficie di impegno con la chiave di manovra, costituita o dalla superficie esterna della testa della vite, oppure dalla superficie laterale di una cava assiale ricavata nella testa stessa, può assumere varie configurazioni .

Le configurazioni di teste maggiormente utilizzate sono quelle quadrate, esagonali, triangolari, a doppio quadrato, doppio esagono o doppio triangolo e quelle con cava di analoga forma. Tutte queste figure, comunque, consistono in poligoni regolari per permetterne la manovra in qualsiasi posizione angolare .

In tutte queste tipologie, però, le superfici di reazione fra la chiave e la vite durante l'azione di serraggio non appartengono a piani radiali passanti per l'asse di rotazione della vite stessa. Poiché la forza di serraggio trasmessa dalla chiave alla vite, dovuta all'applicazione di un determinato momento di serraggio, è diretta perpendicolarmente alla superficie di reazione nel punto di contatto, mentre la forza utile al serraggio è diretta tangenzialmente ad una circonferenza avente come centro l'asse della vite e passante per il punto di contatto, cioè è diretta perpendicolarmente ai suddetti piani radiali, ne consegue che la forza utile di serraggio di cui si può di fatto disporre è tanto inferiore alla forza di serraggio trasmessa, quanto più le superfici di reazione si discostano dai piani radiali.

In particolare, risulta assai basso (dell'ordine del 50%) il rendimento nel serraggio di viti a testa esagonale o con cava esagonale.

Per ovviare allo scarso rendimento di tali coppie di fissaggio, si è diffuso l'utilizzo di viti con testa a croce, o comunque conformata con una pluralità di lobi radiali (spesso sei) o con cava lobata, in modo che le superfici di reazione giacciano almeno in parte nei suddetti piani sostanzialmente radiali. Le viti con testa a lobi necessitano, per il serraggio e lo svitamento, di una chiave di manovra di forma complementare, realizzando così un elevato rendimento in termini di forza utile di serraggio. In mancanza di tale chiave, risulterebbe però assai difficoltosa la loro manovra. Per questo motivo, le facce della cavità comprese fra i lobi o, rispettivamente, le facce esterne dei lobi della testa lobata sono configurate in modo che la loro sezione con un piano ortogonale all'asse della vite appartenga ad un unico teorico poligono regolare; così le viti, in caso di emergenza, possono essere manovrate da una tradizionale chiave, per esempio esagonale nel caso di vite a sei lobi.

Data l'elevata forza utile di serraggio che si può sfruttare con una coppia di serraggio a profilo lobato, può però talvolta risultare impossibile allentare una vite siffatta con una chiave poligonale, a causa del suo scarso rendimento.

Inoltre, a causa del gioco esistente fra chiave e vite, manovrando una vite lobata con una chiave poligonale, si rischia di deformarne il profilo lobato in corrispondenza della radice dei lobi per schiacciamento degli spigoli, impedendo successivi inserimenti della chiave complementare.

Scopo generale della presente invenzione è ovviare agli inconvenienti sopra menzionati fornendo una vite a testa lobata o dotata di cava lobata che sia manovrabile da una chiave con profilo complementare, ottenendo un elevato rendimento per la coppia di serraggio, e che sia manovrabile anche da una tradizionale chiave poligonale, con un rendimento più elevato rispetto ad un analogo accoppiamento realizzato con una vite lobata di tecnica nota, senza rischi di deformare irrimediabilmente gli spigoli della sua superficie di reazione.

In vista di tale scopo si è pensato di realizzare, secondo l'invenzione, una vite per coppie di serraggio di precisione, del tipo a testa lobata o con cava lobata, in cui ciascun lobo è formato da una prima faccia diretta in modo sostanzialmente circonferenziale e da due ulteriori facce sostanzialmente parallele dirette verso l'interno della vite, caratterizzata dal fatto che detta vite è dotata di una superficie di reazione con una chiave di serraggio, le porzioni di tale superficie di reazione comprese fra due lobi adiacenti essendo costituite ciascuna da una coppia di facce tra loro inclinate a formare un angolo concavo verso l'esterno della vite per costituire superficie di reazione con una chiave a profilo poligonale.

Per rendere più chiara la spiegazione dei principi innovativi della presente invenzione e i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota si descriverà di seguito, con l'aiuto dei disegni allegati, una possibile realizzazione esemplificativa applicante tali principi. Nei disegni:

La Fig.1 rappresenta una vista in pianta di una vite a testa cava poligonale di tecnica notar con relativa chiave di manovra, con evidenziate le forze interagenti fra la chiave e la vite.

La Fig.2 rappresenta una vista in pianta di una vite con testa a cava lobata di tecnica nota, con relativa chiave di manovra, con evidenziate le forze interagenti fra la chiave e la vite.

La Fig.3 rappresenta una vista in pianta di una vite con testa a cava lobata di tecnica nota, secondo il profilo definito "esalobato", con relativa chiave di manovra, con evidenziate le forze interagenti fra la chiave e la vite.

La Fig.4 rappresenta una vista in pianta di una vite con testa a cava lobata secondo l'invenzione, con relativa chiave di manovra, con evidenziate le forze interagenti fra la chiave e la vite.

La Fig.5 rappresenta una vista in pianta di una vite con testa lobata secondo l'invenzione, con relativa chiave di manovra.

Con riferimento alle figure, in Fig.l è rappresentata una vite 10 di tecnica nota, con testa dotata di cava poligonale 11, entro la quale è inseribile una chiave 12 avente un profilo poligonale complementare. La vite 10 e la chiave 12 presentano rispettive superfici 13r 14 di impegno reciproco durante le manovre di serraggio e di svitamento.

Quando alla chiave viene applicato un momento di serraggio H, il menzionato gioco fra chiave e vite fa sì che la prima ruoti leggermente in senso orario rispetto alla seconda, determinando una superficie di reazione fra esse che si identifica in zone molto ristrette (sostanzialmente lineari) in prossimità degli spigoli della chiave; su tale superficie di reazione risulta applicata una forza di serraggio P, diretta perpendicolarmente ad essa. Tale forza di serraggio F, però, non può in generale essere sfruttata completamente come forza utile di serraggio a causa della non radialità delle superfici di reazione.

La forza di serraggio F può infatti essere scomposta in due componenti Fr e Fu, rispettivamente radiale e tangenziale ad una circonferenza avente come centro l'asse della vite e passante per il punto di applicazione; tali componenti valgono rispettivamente Fr = F x cosa e Fu = F x sina, dove a rappresenta l'angolo formato dalla superficie di contatto con la tangente alla suddetta circonferenza passante per il punto di applicazione della forza F.

Appare evidente che la componente Fr non fornisce alcun apporto all'azione di serraggio fra la chiave e la vite, dal momento che la sua retta di applicazione passa per definizione per il centro di rotazione della vite stessa. Il serraggio è pertanto realizzato unicamente mediante l’azione della componente

Come si vede, il rendimento di una coppia di serraggio, dato dal rapporto fra la forza utile di serraggio Fu e la forza di serraggio F trasmessa dalla chiave alla vite, è unicamente funzione dell'inclinazione a delle superfici di contatto rispetto alla direzione tangenziale nel punto di applicazione della forza F ed è tanto minore quanto più le superfici sono prossime a tale direzione tangenziale, assumendo viceversa i massimi valori quando le superfici di contatto sono sostanzialmente radiali.

In particolare, per una vite a testa esagonale (o a cava esagonale), in cui a è pari a 30°, si ha

con un rendimento quindi del 50%.

In Fig.2 è invece rappresentata una vite 20, anch'essa di tecnica nota, con testa dotata di una cava lobata 21, entro la quale è inseribile una chiave 22 avente un profilo lobato complementare.

La superficie 23 di impegno con la chiave 22 presenta facce laterali 25, 26 dei lobi 27 orientate in direzione prossima alla direzione radiale, cioè presentano un angolo di circa 90° rispetto alla direzione tangenziale nel punto di applicazione della forza F, quindi si ha approssimativamente

in una coppia di serraggio così conformata si ha pertanto un elevatissimo rendimento, potendo utilizzare per il serraggio e per lo svitamento praticamente l'intera forza trasmessa dalla chiave, ciò indipendentemente dal numero di lobi.

Nel caso in cui non si disponga di una chiave di serraggio lobata, complementare alla testa della vite, quest'ultima può essere manovrata da una chiave poligonale 28 analoga a quella di Fig.1, dotata di un numero di lati corrispondente al numero di lobi della vite, comunemente sei. Tale chiave è rappresentata a tratteggio in Fig.2.

La chiave poligonale 28 impegna le facce 29 di raccordo fra i lobi 27 della vite in corrispondenza dei loro spigoli, pertanto il rendimento di tale coppia di serraggio diminuisce in ragione dell'angolo a rappresentato in Fig.l, assumendo il valore del 50% in caso di chiave esagonale. Per allentare con una chiave esagonale una vite serrata con chiave lobata, è quindi necessario applicare una forza molto maggiore rispetto a quella occorrente con la suddetta chiave lobata.

Inoltre, a causa del gioco dovuto alla differenza fra diametro nominale e diametro reale prevista dalle norme, il quale gioco fa lavorare la chiave contro gli spigoli formati dall'intersezione fra le facce laterali 25, 26 dei lobi e le facce di raccordo 29, l'applicazione di un'elevata forza di serraggio ad una chiave esagonale in impegno con una vite lobata può facilmente portare ad un deterioramento dei suddetti spigoli, fino anche a pregiudicare ulteriori inserimenti della chiave lobata.

La Fig.3 mostra una vite 15 di tecnica nota, la quale presenta una testa dotata di una cava lobata 16 conformata secondo un particolare profilo, noto come "Torx" (marchio registrato), definito anche "esalobato". Tale vite è manovrabile per mezzo di una chiave 17 di profilo complementare.

La configurazione del profilo esalobato è tale per cui, a causa del gioco fra chiave e vite, al momento del serraggio la superficie esterna 19 della chiave impegna la complementare superficie interna 18 della vite in punti in cui la tangente alla superficie 18 forma con la suddetta direzione tangenziale nel punto di applicazione della forza F un angolo n pari a circa 75'.

Pertanto la forza utile di serraggio vale in questo caso

Si vede dunque come il rendimento di un profilo esalobato sia estremamente elevato; vi è tuttavia l'inconveniente che la particolare conformazione del profilo determina punti di applicazione della forza situati radialmente in posizione sensibilmente più interna rispetto alle estremità dei lobi. La conseguente riduzione del braccio di tale forza fa sì che, a parità di momento applicato, sui punti di contatto fra chiave e vite la forza agente sia assai più elevata che in un profilo lobato classico.

Tale profilo presenta inoltre l'inconveniente di non essere compatibile con nessun altro profilo di chiave normalmente utilizzato, per cui in caso di emergenza, non disponendo di una chiave esalobata, risulta impossibile allentare o serrare la vite.

In Fig.4 è rappresentata una vite 30 realizzata secondo la presente invenzione; essa ha la testa dotata di una cava lobata 31, entro la quale è inseribile una chiave complementare 32 con profilo lobato. Nella più comune realizzazione i lobi 37 sono previsti in numero di sei.

La superficie 33 di impegno della vite 30 con la chiave 32 presenta in corrispondenza di ciascun lobo 37 una faccia sostanzialmente circonferenziale 37' e facce laterali parallele 35, 36, orientate in direzione prossima alla direzione radiale, formando quindi un angolo di quasi 90° rispetto alla direzione tangenziale nel punto di applicazione della forza F; la forza utile di serraggio risulta pertanto prossima alla forza trasmessa dalla chiave, con rendimento vicino al 100%.

La vite secondo l'invenzione presenta, fra ciascuna coppia di lobi 37 adiacenti, due facce 38, 39, costituenti superiici di reazione con la chiave, fra loro inclinate in modo da disegnare un angolo, concavo verso l'esterno della vite stessa, compreso fra 155° e 165°, preferibilmente 160°.

Le dimensioni delle facce 38, 39 sono tali per cui, in funzione del valore dell'angolo fra esse compreso, il prolungamento di ciascuna faccia 38 oltre lo spigolo di confine con la faccia 39 contigua intercetta lo spigolo di confine fra l'adiacente omologa faccia 38 e la faccia laterale 35 del corrispondente lobo 37. Specularmente, il prolungamento di ciascuna faccia 39 oltre lo spigolo di confine con la faccia 38 contigua intercetterà lo spigolo di confine fra l'adiacente omologa faccia 39 e la faccia laterale 36 del corrispondente lobo 37.

Tale configurazione è dovuta, secondo l'invenzione, al compromesso fra due opposte esigenze derivanti dalla possibilità offerta dalla vite secondo l'invenzione di essere manovrata, in caso di emergenza, da una chiave poligonale 40 (rappresentata a tratteggio in posizione di serraggio e a tratto e punto in posizione di svitamento). Infatti si è visto in precedenza che quanto maggiore è l'inclinazione rispettiva delle superfici di reazione 38 (per il serraggio) e 39 (per lo svitamento) rispetto alla direzione tangenziale nel punto di applicazione della forza F, tanto maggiore è il rendimento della coppia di serraggio. Pertanto, l'orientamento progettuale dovrebbe tendere ad aumentare tale inclinazione per incrementare il rendimento.

Un angolo troppo grande, però, farebbe cadere il prolungamento della faccia 38 (e rispettivamente 39) in prossimità dello spigolo di confine fra le adiacenti facce 38, 39, riducendo eccessivamente la superficie di impegno delle stesse facce 38 (e rispettivamente 39), con conseguenti sforzi specifici elevati, capaci di danneggiare la coppia di serraggio.

Si è pertanto trovato che un'inclinazione delle facce 38, 39 secondo l'invenzione consente di avere un rendimento sufficientemente elevato, mantenendo nel contempo una superficie di reazione più ampia possibile fra la chiave 40 e la vite 30.

Un'angolo di circa 160° fra le facce 38, 39, cioè una loro maggiore inclinazione rispettiva di circa 10° rispetto alle facce 29 di una normale cava esagonale, permette inoltre di utilizzare l'intera differenza fra la dimensione nominale (rappresentata con S in Fig.4), prevista dalle norme, della chiave di manovra esagonale e la sua dimensione reale, differenza che vale 0,07÷0,15 mm, per far sì che la chiave esagonale lavori con la sua superficie (e non con i suoi spigoli) contro l'intera superficie di reazione 38 (o 39) della vite.

In questo modo si evita di concentrare eccessivamente gli sforzi in piccole zone della chiave e della vite.

La tecnologia costruttiva per una vite a testa cava lobata prescrive, per ragioni di resistenza alle sollecitazioni, che l'angolo al centro che sottende ciascuna delle superfici di impegno contro cui lavora una chiave poligonale in essa inserita sia all'incirca pari all'angolo che sottende ciascun lobo. Pertanto risulta opportuno che, per una vite secondo l'invenzione, essendo sollecitate di volta in volta solo le facce 38 (o rispettivamente 39) della superficie di impegno 33, gli angoli al centro che sottendono rispettivamente ciascun lobo 37 e ciascuna delle facce 38, 39 abbiano ampiezze sostanzialmente analoghe, in particolare pari a circa 18÷22°, preferibilmente 20°, in caso di testa a cava lobata esagonale .

Quindi, stabilite l'estensione delle facce 38, 39 e la loro inclinazione reciproca, risulta determinata la dimensione delle facce laterali 35, 36 dei lobi 37, dal momento che il diametro esterno D della cava è fissato dalle norme in 1,3÷1,4 volte la menzionata dimensione S della chiave esagonale.

La vite a testa cava lobata esagonale secondo l'invenzione presenta, come detto, un angolo fra ciascuna coppia di facce 38, 39, il quale è concavo verso l'esterno della vite stessa. Tale angolo è vantaggiosamente compreso fra 155° e 165°, preferibilmente pari a 160°. Ciò significa che, in confronto alla cava lobata esagonale di Fig.2, le facce 38, 39 sono maggiormente inclinate rispetto alla direzione tangenziale di circa 7,5÷12,5°; il suddetto angolo a vale pertanto 37,5÷42,5°.

In base alla formula

la forza utilizzabile con una chiave esagonale che lavora entro la cava di una vite secondo l'invenzione varia fra il 61% ed il 68% della forza trasmessa alla vite; vi è quindi un rendimento maggiore di circa il 22÷36% rispetto all'usuale rendimento di una coppia chiave esagonale-vite esagonale Tale forza risulta inoltre applicata su una superficie di reazione molto maggiore, riducendo sensibilmente i rischi di rotture o deformazioni permanenti.

Si vede pertanto come si sia raggiunto lo scopo di realizzare una vite dotata di cava lobata che sia manovrabile sia da una chiave con profilo complementare, ottenendo il massimo rendimento per la coppia di serraggio, sia da una tradizionale chiave poligonale, ottenendo un rendimento più elevato rispetto ad un analogo accoppiamento realizzato con una vite lobata di tecnica nota.

Naturalmente, la descrizione sopra fatta di una realizzazione applicante i principi innovativi della presente invenzione è riportata a titolo esemplificativo di tali principi innovativi e non deve perciò essere presa a limitazione dell'ambito di privativa qui rivendicato.

Ad esempio, la vite descritta e rappresentata nei disegni come una vite di tipo femmina, con cava lobata, può essere realizzata anche come vite di tipo maschio a testa lobata, manovrabile da una chiave femmina, identiche restando le dimensioni e le caratteristiche costruttive. Nella raffigurazione di tale realizzazione, illustrata in Fig.5, sono mantenuti a scopo di chiarezza, per gli elementi analoghi o corrispondenti, i medesimi numeri di riferimento di Fig.4, incrementati del valore 100.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Vite per coppie di serraggio di precisione, del tipo a testa lobata (131) o con cava lobata (31), in cui ciascun lobo (37, 137) è formato da una prima faccia (37', 137') diretta in modo sostanzialmente circonf erenziale e da due ulteriori facce sostanzialmente parallele (35, 36, 135, 136) dirette verso l'interno della vite, caratterizzata dal fatto che detta vite è dotata di una superficie di reazione (33, 133) con una chiave di serraggio (32, 132), le porzioni di tale superficie di reazione (33, 133) comprese fra due lobi adiacenti essendo costituite ciascuna da una coppia di facce (38, 39, 138, 139) tra loro inclinate a formare un angolo concavo verso l'esterno della vite per costituire superficie di reazione con una chiave a profilo poligonale.
2. Vite secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la vite è dotata di sei lobi e detto angolo è compreso fra 155° e 165°, preferibilmente 160° .
3. Vite secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascuna delle facce (38, 39, 138, 139) di ogni coppia compresa fra due lobi adiacenti appartiene ad un teorico piano incidente la suddetta superficie di reazione (33, 133) in corrispondenza di uno spigolo di raccordo fra l'omologa faccia della superficie di reazione, situata in adiacenza dal lato dell’altra faccia della coppia, e la confinante faccia di lobo (35, 36, 135, 136) diretta verso l'interno della vite.
4. Vite secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che la distanza (S) fra i vertici di detto angolo è pari alla dimensione nominale di chiavi di manovra esagonali secondo normativa UNI 5931.
5. Vite secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che ciascun lobo (37, 137) si estende circonferenzialmente rispetto all'asse della vite per un angolo compreso fra 18° e 22°, preferibilmente 20 ° .