ITRM20090222A1 - Giunto omocinetico per rotori di elicotteri - Google Patents

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ITRM20090222A1
ITRM20090222A1 IT000222A ITRM20090222A ITRM20090222A1 IT RM20090222 A1 ITRM20090222 A1 IT RM20090222A1 IT 000222 A IT000222 A IT 000222A IT RM20090222 A ITRM20090222 A IT RM20090222A IT RM20090222 A1 ITRM20090222 A1 IT RM20090222A1
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Description

Giunto omocinetico per rotori di elicotteri
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La presente domanda di brevetto riguarda un rotore “gimballed†omocinetico e i relativi dispositivi di trascinamento, destinato a trovare impiego come rotore principale negli elicotteri bipala, così come in elicotteri tripala, e più genericamente in elicotteri multipala.
Come à ̈ noto, negli elicotteri il controllo della direzione del moto di traslazione avviene mediante l’inclinazione del piano di rotazione del disco, definito dal percorso circolare delle pale, rispetto all’albero di trasmissione vincolato alla struttura dell’elicottero.
Negli elicotteri con 3 o più pale normalmente si impiegano rotori denominati articolati muniti di cerniere eccentriche rispetto all’asse di rotazione, che sono orizzontali, per consentire il moto di flappeggio, e di cerniere verticali per il moto di ritardo, quest’ultime essendo opportunamente frizionate o munite di dispositivi viscosi, che agiscono sul piano del disco per contrastare le accelerazioni di Coriolis, che interessano le pale quando si inclina il disco rotore ed à ̈ presente il moto di flappeggio, e allo scopo di smorzarne le oscillazioni.
In questo tipo di rotori, grazie all’eccentricità delle cerniere di flappeggio e alla forza centrifuga delle pale, l’inclinazione del piano del disco esercita un momento favorevole di controllo sull’albero motore, indipendente dalla portanza esercitata dal rotore stesso.
Una variante dei rotori articolati à ̈ costituita dai cosiddetti rotori “hingeless†nei quali le cerniere sono sostituite da elementi deformabili elastici che si comportano come cerniere virtuali.
In questi tipi di rotore, come in quelli articolati, il controllo dell’inclinazione del piano del disco à ̈ realizzato mediante il moto oscillatorio ciclico delle pale attorno alle cerniere di passo, attuato dal piatto oscillante.
Esistono inoltre rotori bipala il cui mozzo à ̈ incernierato sulla sommità dell’albero di trasmissione con una cerniera cilindrica ortogonale all’asse delle pale, e all’asse dell’albero, che provvede al moto di flappeggio e consente l’inclinazione del disco rotorico.
In quest’ultimo tipo di rotore, detto anche rotore sospeso, si richiede che la cerniera cilindrica di collegamento del mozzo all’albero motore giaccia in posizione più elevata rispetto all’attacco delle pale, segnatamente sul piano definito dai baricentri delle pale, inclinate verso l’alto per la portanza, allo scopo di annullare le vibrazioni due-per-giro che si creerebbero per lo spostamento ciclico del baricentro del rotore rispetto all’asse di rotazione causato dall’inclinazione del disco. Le pale, infatti, soggette alla forza centrifuga, dovuta alla rotazione, e alla portanza che provvede al sostentamento dell’elicottero, assumono una posizione di equilibrio rivolta verso l’alto facendo assumere al disco un aspetto conico, con conseguente innalzamento del centro di massa del rotore. La variazione dell’angolo di conicità delle pale dovuta alle diverse condizioni dinamiche e alla variabilità del peso imbarcato sull’elicottero impedisce tuttavia di eliminare questa sorgente di vibrazioni in tutte le condizioni di volo e di peso dell’elicottero.
Inoltre, in questo tipo di rotore, esiste un’altra sorgente di vibrazioni che origina dalla geometria semi-cardanica della cerniera centrale di flappeggio (detta di “teetering†) che, non essendo omocinetica, induce sforzi torsionali due-per-giro sull’albero di trasmissione e sulla struttura dell’elicottero, la cui intensità à ̈ tanto maggiore quanto più il disco rotorico à ̈ inclinato rispetto all’albero. Questo tipo di rotore, inoltre, a causa della presenza della cerniera di flappeggio centrale, non esercita alcun momento di controllo diretto sull’albero di trasmissione per cui, nelle condizioni di volo a bassi g o zero-g, à ̈ possibile perdere il controllo del rotore con esito catastrofico.
Anche in questo tipo di rotori, infine, il controllo dell’inclinazione del disco à ̈ realizzato mediante il moto oscillatorio delle pale attorno alle cerniere di passo attuato dal piatto oscillante.
Tutti i tipi di rotore sopra illustrati sono caratterizzati da notevoli sollecitazioni sulle cerniere di passo, che vincolano le pale al mozzo contrastandone la forza centrifuga, causate dal moto alternato attorno all’asse delle cerniere dovuto.
all’azione ciclica del piatto oscillante sul passo delle pale per mantenere il disco rotorico inclinato. Per ovviare ai summenzionati inconvenienti sono stati divulgati vari sistemi.
In occasione dello sviluppo dei cuscinetti elastomerici laminati (brevetti US 2,481,750 e US 2,900,182) sono state divulgate fin dall’inizio le tipologie dei cuscinetti elastomerici che sono state applicate successivamente ai rotori degli elicotteri (USAAMRDLTR-75-39B): cuscinetti cilindrici assiali, cuscinetti cilindrici radiali, cuscinetti sferici e cuscinetti conici.
Molti tra questi tipi di cuscinetto sono alla base di perfezionamenti importanti per le cerniere di passo (brevetti US 3,111,172 e US 3,652,185) che hanno ridotto gli attriti, e gli sforzi conseguenti sui comandi, che caratterizzavano i tradizionali cuscinetti a rotolamento impiegati nelle cerniere di passo soggette al moto oscillatorio delle pale sul loro asse di passo, con notevoli vantaggi anche per la loro durata e la manutenzione.
Nel settore dei rotori bipala appesi con cerniera centrale di flappeggio il brevetto US 4,115,031 ha divulgato un metodo per consentire l’istallazione di una molla di richiamo sul mozzo dei rotori sospesi attorno alla cerniera di flappeggio, allo scopo di ottenere un momento di controllo diretto del rotore rispetto all’albero (mast) e all’elicottero, per ovviare agli inconvenienti della perdita di controllo nel volo a bassi-g o zero-g, assorbendo le conseguenti vibrazioni due-per giro indotte dalla molla di richiamo mediante la flessibilità delle pale nel piano di rotazione. Detta soluzione non elimina tuttavia l’oscillazione torsionale determinata dalla geometria semi-cardanica del rotore teetering.
Allo scopo di ridurre l’ampiezza delle oscillazioni alternate sulle cerniere di passo provocate dal comando ciclico, che si verificano nei rotori convenzionali descritti, e allo scopo di eliminare le cerniere di ritardo nei rotori con 3 o più pale, sono stati sviluppati tipi di rotore detti “gimballed†il cui mozzo centrale à ̈ supportato alla sommità del proprio albero di trasmissione con una cerniera sferica, o con altri dispositivi cinematicamente equivalenti, che consentono l’inclinazione del mozzo su due gradi di libertà.
In questi rotori il moto di rotazione e la coppia motrice sono trasmessi dall’albero al mozzo con vari sistemi tesi ad eliminare le oscillazioni torsionali e sono state proposte varie soluzioni per realizzare giunti omocinetici.
La cerniera sferica centrale, normalmente realizzata con cuscinetti elastomerici laminati sferici di tipo noto (es. brevetto US 3,941,433), viene dotata di rigidezza opportuna per cui il disco rotorico, quando à ̈ inclinato, esercita sull’albero del rotore un momento di controllo favorevole, simile ai rotori provvisti di cerniere di flappeggio eccentriche.
Un modello di questo tipo di rotore à ̈ stato divulgato con il brevetto US 4,729,753 nel quale il mozzo del rotore, sospeso con due cuscinetti elastomerici sferici laminati contrapposti sull’albero di trasmissione, à ̈ mantenuto in rotazione per mezzo di elementi elastomerici che realizzerebbero complessivamente un giunto omocinetico.
Molte soluzioni di questo tipo sono state proposte in vista di applicazioni su rotori ibridi applicabili a convertiplani. La complessità di questi sistemi ha ristretto le loro possibilità d’impiego e ne ha impedito la diffusione nei piccoli elicotteri commerciali. Nello stesso ambito dei rotori con meccaniche complesse, altri autori hanno divulgato tipi differenti di collegamenti rotanti (link-type rotary coupling, US 4,804,352) per rotori tripala, allo scopo di ottenere una sospensione sferica del rotore e una trasmissione del moto quasi-omocinetica.
Anche in altri campi di applicazione sono stati proposti efficacemente tipi di giunti omocinetici, composti da più dispositivi elastomerici assemblati, che consentono di trasmettere il moto rotatorio con una coppia motrice tra due alberi inclinati in rotazione. Un esempio di questi dispositivi à ̈ stato divulgato dal brevetto US 4,208,889.
In generale, i rotori gimballed omocinetici risultano essere caratterizzati da una notevole complessità costruttiva e il loro assemblaggio coinvolge l’accoppiamento di un numero molto elevato di componenti.
La presente invenzione ha come scopo fondamentale quello di ovviare agli anzidetti inconvenienti riscontrati nei rotori anzi descritti per elicotteri, bipala e multipala ideando una testa perfezionata di rotore “gimballed†omocinetico, e relativi mezzi di istallazione sull’albero di trasmissione, comprendente un mozzo cavo fissato all’albero con due cerniere sferiche anulari contrapposte e una serie di dispositivi elastomerici di trascinamento perfezionati, alloggiati nel mozzo e in una flangia sagomata dell’albero, avente alta flessibilità e adattabilità, di semplice assemblaggio essendo composta da un limitato numero di componenti, di sicuro impiego ed efficace funzionamento.
Un secondo scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una testa di rotore omocinetico per elicotteri bipala che possa essere equipaggiata con un dispositivo perfezionato di stabilizzazione inerziale e aerodinamica, del tipo detto fly-bar “Bell-Hiller†, essendo il mozzo in grado di inclinarsi rispetto all’albero di trasmissione, oltreché sull’asse di flappeggio (flapping), anche sull’asse di passo (feathering), ed essendo mantenuto in rotazione a velocità costante, indipendentemente dall’angolo di inclinazione, per mezzo di quattro dispositivi elastomerici perfezionati alloggiati in una apposita flangia dell’albero e collegati al mozzo.
Un ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di ridurre nei rotori bipala l’ampiezza delle oscillazioni delle pale attorno alle cerniere di passo dovute al controllo ciclico.
Ancora uno scopo dell’invenzione à ̈ quello di eliminare le oscillazioni torsionali sull’albero di trasmissione collegato al rotore che si riscontrano nei rotori bipala a causa della cerniera centrale di flappeggio. Ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di eliminare le vibrazioni 2-per-giro dovute alla conicità, che si riscontrano normalmente sull’albero di trasmissione nei rotori bipala, quando s’inclinano per l’esecuzione delle normali manovre e nel volo in crociera.
Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare la testa di un rotore “gimballed†con tre o più pale collegato all’albero di trasmissione con un giunto omocinetico perfezionato, nel quale il mozzo del rotore costituisce l’elemento condotto del giunto, composto da un limitato numero parti componenti (di elementi), privo di cerniere e ammortizzatori di ritardo, con ridotte oscillazioni sulle cerniere di passo e di limitate esigenze di manutenzione.
Un ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un dispositivo elastomerico perfezionato che trova impiego della realizzazione di giunti omocinetici di impiego generale.
Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un giunto omocinetico per rotori di elicotteri, per l’accoppiamento di un albero motore con il mozzo di un rotore, per mantenerlo in rotazione a velocità costante attorno ad un asse inclinato rispetto all’asse di rotazione dell’albero, detto giunto comprendendo:
- una pluralità di dispositivi elastomerici di trascinamento, identici tra loro e assemblati ciascuno con uno snodo sferico, una serie di lamine metalliche cilindriche concentriche alternate e unite a strati uniformi di elastomero resiliente, in modo tale da costituire un primo cuscinetto elastomerico laminato radiale di forma cilindrica, assicurato alla superficie cilindrica esterna dello snodo sferico, e una serie di lamine metalliche cilindriche concentriche alternate e unite a stati uniformi di elastomero resiliente, in modo tale da costituire un secondo cuscinetto elastomerico laminato radiale di forma cilindrica caratterizzato per avere lo stesso valore della costante elastica allo scorrimento assiale del primo cuscinetto assicurato alla superficie cilindrica interna dello snodo sferico.
Preferibilmente, secondo l’invenzione, detto giunto omocinetico comprende inoltre:
- una flangia, provvista di sedi anulari, con asse parallelo all’asse dell’albero, per l’alloggiamento stabile dei dispositivi di trascinamento, dette sedi anulari essendo disposte simmetricamente ed equidistanti rispetto all’asse del foro scanalato centrale di calettatura della flangia sull’albero motore;
- due cerniere sferiche anulari ed opposte, ciascuna di dette cerniere essendo suddivisa in due o più elementi per consentirne il montaggio;
- un albero motore, avente un anello di spallamento sul quale si applicano gli sforzi assiali del rotore trasmessi da dette cerniere sferiche e in grado, tramite detto calettamento della flangia, sulla quale sono montati i dispositivi di trascinamento, di trasmettere la coppia motrice;
- un mozzo rotore, predisposto per il montaggio delle pale, provvisto di una cavità centrale per l’alloggiamento della flangia dell’albero motore con i relativi dispositivi elastomerici di trascinamento e presentante sui lati esterni contrapposti, superiore ed inferiore, alloggiamenti per dette cerniere sferiche di supporto sull’albero motore; detti snodi sferici dei citati dispositivi di trascinamento permettendo l’inclinazione del mozzo rispetto all’albero motore attorno a dette cerniere sferiche di supporto, mentre i cuscinetti elastomerici cilindrici solidali con gli snodi sferici, avendo eguale costante elastica, compiono sempre movimenti lineari relativi opposti e identici, disponendo sempre il centro di tutti gli snodi sferici su un piano che biseca l’angolo di inclinazione del mozzo rispetto alla flangia dell’albero motore, realizzando tra questi un giunto omocinetico.
In particolare, secondo l’invenzione, ciascuno snodo sferico essendo di tipo noto provvisto di una guarnizione di scorrimento antifrizione, interposta tra le superfici sferiche di scorrimento.
Un’altra forma di realizzazione del giunto omocinetico secondo l’invenzione, comprende inoltre:
- un albero provvisto di una flangia con sedi anulari per l’alloggiamento stabile dei dispositivi di trascinamento, disposte simmetricamente, equidistanti e parallele dall’asse dell’albero;
- un secondo albero che presenta un mozzo provvisto di una cavità centrale per l’alloggiamento della flangia dell’albero motore con i relativi dispositivi elastomerici di trascinamento e che presenta centralmente il supporto di uno snodo sferico collegato al primo albero; gli snodi sferici dei dispositivi di trascinamento permettono l’inclinazione del secondo albero rispetto al primo attorno allo snodo centrale e i cuscinetti elastomerici cilindrici, solidali con gli snodi sferici, avendo eguale costante elastica, compiono movimenti lineari relativi opposti e identici, disponendo il centro di tutti gli snodi sferici su un piano che biseca l’angolo di inclinazione del mozzo del secondo albero rispetto alla flangia del primo, realizzando tra questi un giunto omocinetico.
Ulteriormente, secondo l’invenzione, la coppia motrice può essere invertita tra albero conduttore e mozzo condotto e nel quale può essere invertito il senso del moto di rotazione.
L’invenzione riguarda inoltre una testa di rotore bipala per elicotteri comprendente un giunto omocinetico come descritto in precedenza e caratterizzato dal fatto che il mozzo presenta una coppia di gioghi per l’alloggiamento di due pale e relativi organi di collegamento e una coppia di supporti, in quadratura rispetto all’asse longitudinale delle pale, nei quali sono alloggiate, fisse, una coppia di barre contrapposte che presentano incernierate alla loro estremità una coppia di pale di piccolo allungamento, conformate con un profilo cordale simmetrico, e dotate di una massa opportuna, a costituire un dispositivo aerodinamico ausiliario.
In particolare, detta testa di rotore bipala per elicotteri prevede che le pale ausiliarie sono incernierate alle barre su di un asse collocato anteriormente rispetto all’asse in cui cade il centro di pressione aerodinamica delle pale e che le relative cerniere sono dotate di frizioni con attrito viscoso, consentendo in tal modo alle pale ausiliarie il loro allineamento con il flusso dell’aria e di esercitare la loro azione ciclica in base alla frequenza di rotazione del rotore.
L’invenzione riguarda anche una testa di rotore tripala per elicotteri comprendente un giunto omocinetico come descritto in precedenza che comprende tre gioghi per l’alloggiamento di tre pale, e relativi organi di collegamento, e che il mozzo presenta centralmente una cavità cilindrica per alloggiare tre dispositivi elastomerici di trascinamento come descritti.
La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, con particolare riferimento a sue forme preferite di realizzazione, e con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:
la figura 1 mostra la forma di esecuzione del trovato che si riferisce ad una testa di rotore di un elicottero bipala vista in assonometria con il mozzo sezionato per mostrare uno dei dispositivi di trascinamento;
la figura 2 mostra la vista esplosa di tutti i componenti significativi della testa del rotore bipala e della parte terminale dell’albero di trasmissione; la figura 3 mostra l’alloggiamento dei dispositivi di trascinamento sulla flangia dell’albero motore;
le figure 4a-4d mostrano, rispettivamente, il dispositivo di trascinamento completo e sezionato; il cuscinetto elastomerico esterno; lo snodo sferico; il cuscinetto elastomerico interno;
la figura 5 mostra una sezione del mozzo inclinato di 8° rispetto all’albero e i moti che interessano i dispositivi di trascinamento;
la figura 6 mostra la barra aerodinamica ausiliaria; la figura 7 mostra la forma di esecuzione del trovato che si riferisce ad una testa di rotore tripala vista in assonometria con il mozzo sezionato per mostrare uno dei dispositivi di trascinamento;
la figura 8 mostra la vista esplosa dei componenti della testa di rotore tripala; e
la figura 9 mostra in sezione una forma di esecuzione del giunto omocinetico per impieghi generali.
Facendo inizialmente riferimento alle figure 1, 2, 3, 4, e 6, che mostrano una prima forma di esecuzione preferita del trovato che trova impiego nei rotori bipala per elicotteri, si osserva come la flangia 3 à ̈ provvista centralmente di un foro scanalato 33 che permette il suo alloggiamento sull’albero di trasmissione 1 il quale presenta un profilo scanalato 11 che si accoppia alla flangia scanalata, destinato a trasmettere alla flangia 3 la coppia motrice, e l’anello di spallamento 12, destinato a sostenere gli sforzi assiali verticali del rotore trasmessi dal mozzo 2 attraverso due coppie di cuscinetti elastomerici sferici 4 agenti sul lato inferiore dello spallamento e, in opposizione rispetto alla flangia, che si appoggiano sul relativo manicotto scanalato.
I cuscinetti 4 sono di tipo noto e rientrano della categoria dei cuscinetti elastomerici laminati sferici (Type III – Ref. USAAMRDL-TR-75-39B).
Ciascuno dei dispositivi di trascinamento 5, fig.4a, identici tra loro, si presenta come un unico assieme compatto composto da uno snodo sferico, di tipo noto, e da due cuscinetti elastomerici radiali rispettivamente solidali alle superfici cilindriche interna ed esterna dello snodo sferico. Lo snodo à ̈ formato da due elementi concentrici la cui parte interna 54, forata, presenta esternamente una superficie toroidale sferica convessa. L’elemento cilindrico esterno 56 presenta una superficie toroidale sferica concava rivestita in materiale antifrizione 55 che consente alla rotula interna il moto relativo senza attrito; le due parti vengono normalmente fornite sul mercato già accoppiate, concentriche, mobili e senza gioco. L’angolo di disallineamento ammesso della rotula sarà almeno pari alla massima inclinazione prevista del rotore rispetto all’albero di trasmissione.
All’interno dell’elemento 54 dello snodo si trova, incollata con processi noti di vulcanizzazione, una successione concentrica di lamine metalliche cilindriche 53 di spessore sottile alternate a strati sottili 52 di elastomero resiliente di spessore costante. All’esterno dell’elemento 56 à ̈ presente una struttura elastomerica simile formata di lamine metalliche 59 alternate a strati 58 di elastomero.
Questo tipo di strutture composite sono comunemente note come: cuscinetti elastomerici laminati cilindrici radiali (Type II – Ref. USAAMRDL-TR-75-39B).
Per il regolare funzionamento del giunto omocinetico, occorre che i centri di tutti gli snodi sferici giacciano sempre nel piano che biseca l’angolo di inclinazione del mozzo 2 rispetto alla flangia 3. Ciò significa che se l’anello più esterno 59 della cerniera esterna compie spostamenti assiali uguali ed opposti a quelli del cilindro più interno 51 della cerniera interna, il centro dello snodo sferico intermedio deve restare fermo. Per ottenere questo, i cuscinetti radiali interno ed esterno devono avere la stessa costante elastica lungo il proprio asse cilindrico. Il metodo qui rivendicato per ottenere questa caratteristica à ̈ quello di realizzare le due cerniere radiali con lo stesso numero di strati di elastomero, dello stesso spessore, e con la stessa superficie cilindrica; il dispositivo completo così dimensionato assume pertanto l’aspetto di fig. 4a nella quale gli strati di diametro inferiore sono più lunghi di quelli di maggior diametro, avendo così la medesima superficie.
Un altro metodo per ottenere la stessa costante elastica nelle due cerniere radiali esterna e interna à ̈ quello utilizzare elastomeri di durezza differenziata e/o strati di elastomero di spessore differente.
I cuscinetti elastomerici laminari sono caratterizzati da elevate capacità di carico nel senso normale allo sviluppo superficiale degli strati di elastomero rendendole idonee, nella fattispecie, a trasmettere le forze di trascinamento tra la flangia 3 dell’albero e il mozzo 2 e pertanto la coppia motrice. Sono invece relativamente cedevoli allo scorrimento e possono compiere i moti lineari, fig. 5, che consentono agli snodi sferici intermedi dei dispositivi di trascinamento di essere allineati sul piano che biseca l’angolo di inclinazione del mozzo rispetto all’albero. I dispositivi elastomerici, completi degli snodi sferici interni, sono alloggiati stabilmente all’interno di sedi anulari 32 ricavate sulla flangia 3 e assicurate con anelli elastici di arresto 31. La flangia 3, di forma sostanzialmente quadrata, essendo previsto che in questa forma di esecuzione siano presenti quattro dispositivi di trascinamento, viene posizionata all’interno della cavità 21 del mozzo, allineata con l’asse longitudinale delle pale ancorate ai gioghi 23, con i fori 22 corrispondenti alla sede cilindrica interna 51 dei dispositivi di trascinamento 5.
I cuscinetti elastomerici 4 sono accostati all’anello di spallamento 12 dell’albero 1 e insieme sono montati nell’alloggiamento 25 presente sul lato inferiore del mozzo 2 mentre altri due cuscinetti 4 sono posizionati nell’alloggiamento 24 sul lato superiore del mozzo 2 e opposti ai precedenti. I bulloni passanti 6 con i dadi 8 sono gli unici elementi di fissaggio che mantengono la testa del rotore assemblata sull’albero di trasmissione con i relativi dispositivi di trascinamento.
Le figure 1 e 2 mostrano inoltre sul mozzo 2 due supporti contrapposti 28, sui quali sono fissate le due aste 29 che appartengono a una barra ausiliaria di stabilizzazione.
In figura 6 à ̈ illustrato questo dispositivo composto delle due aste radiali 29 contrapposte, recanti all’estremità due pale 201, a basso allungamento, conformate con un profilo aerodinamico simmetrico e incernierate per mezzo di boccole frizionate 202 sulle aste in corrispondenza di un asse O’ posto anteriormente al loro centro di pressione O. Il valore di questa eccentricità delle cerniere e il valore dell’azione delle frizioni, a comportamento viscoso, à ̈ stabilito in modo da consentire alle pale 201 di allinearsi con il flusso dell’aria incidente ma anche di esercitare la loro azione aerodinamica ciclica alla frequenza di rotazione del rotore. Le pale 201 sono inoltre dotate di massa per conferire loro un momento di inerzia attorno all’asse delle cerniere frizionate e al mozzo 2 un opportuno momento d’inerzia attorno all’asse di feathering.
Le figure 7 e 8 rappresentano una seconda forma di realizzazione del trovato, che si riferisce ad una testa di rotore tripala nella quale il mozzo 2’, munito di tre gioghi 23’ per l’ancoraggio delle pale, presenta, allineati con detti gioghi, tre aggetti verticali 27’, alla cui sommità à ̈ previsto un supporto circolare 26’, fissato mediante le viti 9’, provvisto di un alloggiamento 24’ sul quale sono installati un cuscinetto elastomerico laminato sferico, diviso in tre parti uguali 4’ e la flangia 41’.
Gli aggetti 27’ e il supporto 26’ definiscono la cavità 21’ all’interno della quale si trova la flangia 3’, di forma sostanzialmente triangolare, essendo previsti tre dispositivi di trascinamento 5’.
Il mozzo, nella parte inferiore, presenta un alloggiamento per il cuscinetto semisferico inferiore composto di tre elementi 4’ e dalla flangia 41’. I bulloni 6’, con i relativi dadi 8’, serrano i cuscinetti sferici, con le relative flange 41’ e gli elementi di trascinamento 5’ al mozzo 2’ realizzando così l’assemblaggio della testa omocinetica tripala sull’albero di trasmissione.
La figura 9 rappresenta in sezione una forma ulteriore di esecuzione del trovato applicata ad un giunto omocinetico d’impiego generico, destinato a collegare due alberi in rotazione con assi inclinati tra loro. L’albero condotto presenta un mozzo cavo 2’’ provvisto di un supporto assiale interno 22’’ al quale à ̈ accoppiato, per mezzo di uno snodo sferico 4’’, con il bullone 9’’ e le rondelle 91’’ e 92’’, il secondo albero 1’’, cavo e provvisto di una flangia 3’’ che presenta una serie di aperture anulari 32’’ nelle quali sono alloggiati stabilmente i dispositivi elastomerici di trascinamento 5’’, non rappresentati, ma descritti in figura 4, i cui elementi cilindrici interni sono fissati nel mozzo cavo 2’’ con i bulloni 6’’ e le rondelle 7’’.
La presente invenzione à ̈ stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo le sue forme preferite di realizzazione, ma à ̈ da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.
RIVENDICAZIONI
1. Giunto omocinetico per rotori di elicottero per l’accoppiamento di un albero motore con un mozzo di rotore per mantenerlo in rotazione a velocità costante attorno ad un asse inclinato rispetto all’asse di rotazione dell’albero, detto giunto essendo caratterizzato dal fatto di comprendere:
- una pluralità di dispositivi elastomerici di trascinamento, identici tra loro e assemblati ciascuno con uno snodo sferico, una serie di lamine metalliche cilindriche concentriche alternate e unite a strati uniformi di elastomero resiliente, in modo tale da costituire un primo cuscinetto elastomerico laminato radiale di forma cilindrica, assicurato alla superficie cilindrica esterna dello snodo sferico, e una serie di lamine metalliche cilindriche concentriche alternate e unite a stati uniformi di elastomero resiliente, in modo tale da costituire un secondo cuscinetto elastomerico laminato radiale di forma cilindrica e avente lo stesso valore della costante elastica allo scorrimento assiale del primo cuscinetto, assicurato alla superficie cilindrica interna dello snodo sferico.
2. Giunto omocinetico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre:
- una flangia, provvista di sedi anulari, con asse parallelo all’asse dell’albero, per l’alloggiamento stabile dei dispositivi di trascinamento, dette sedi anulari essendo disposte simmetricamente ed equidistanti rispetto all’asse del foro scanalato centrale di calettatura della flangia sull’albero motore;
- due cuscinetti sferici anulari ed opposti, ciascuno di detti cuscinetti sferici essendo suddivisi in due o più elementi per consentirne il montaggio;
- un albero motore, avente un anello di spallamento sul quale si applicano gli sforzi assiali del rotore trasmessi da dette cerniere sferiche e in grado, tramite detto calettamento della flangia, sulla quale sono montati i dispositivi di trascinamento, di trasmettere la coppia motrice;
- un mozzo rotore, predisposto per il montaggio delle pale, provvisto di una cavità centrale per l’alloggiamento della flangia dell’albero motore con i relativi dispositivi elastomerici di trascinamento e presentante sui lati esterni contrapposti superiore ed inferiore alloggiamenti per dette cerniere sferiche di supporto sull’albero motore;
detti snodi sferici di detti dispositivi di trascinamento permettendo l’inclinazione del mozzo rispetto all’albero motore attorno a dette cerniere sferiche di supporto, mentre i cuscinetti elastomerici cilindrici solidali con gli snodi sferici, avendo eguale costante elastica, compiono sempre movimenti lineari relativi opposti e identici, disponendo il centro di tutti gli snodi sferici su un piano che biseca l’angolo di inclinazione del mozzo rispetto alla flangia dell’albero motore, realizzando tra questi un giunto omocinetico.
3. Giunto omocinetico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre
- un albero provvisto di una flangia con sedi anulari per l’alloggiamento stabile dei dispositivi di trascinamento, disposte simmetricamente, equidistanti e parallele dall’asse dell’albero;
- un secondo albero che presenta un mozzo provvisto di una cavità centrale per l’alloggiamento della flangia dell’albero motore con i relativi dispositivi elastomerici di trascinamento e che presenta centralmente il supporto di uno snodo sferico collegato al primo albero;
- gli snodi sferici dei dispositivi di trascinamento permettono l’inclinazione del secondo albero rispetto al primo attorno allo snodo centrale e i cuscinetti elastomerici cilindrici, solidali con gli snodi sferici, avendo eguale costante elastica, compiono movimenti lineari relativi opposti e identici, disponendo il centro di tutti gli snodi sferici su un piano che biseca l’angolo di inclinazione del mozzo del secondo albero rispetto alla flangia del primo, realizzando tra questi un giunto omocinetico.
4. Giunto omocinetico, secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette cerniere sferiche che sostengono il mozzo sull’albero sono costituite da cuscinetti elastomerici laminati sferici suddivisi radialmente in due o più parti, dotati di rigidezza allo scorrimento e che trasmettono all’albero un momento costante di controllo tendente a ripristinarne l’ortogonalità col mozzo e crescente con l’angolo di inclinazione del mozzo rispetto all’albero.
5. Giunto omocinetico secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti dispositivi di trascinamento elastomerici hanno i cuscinetti elastomerici radiali cilindrici, esterni ed interni allo snodo sferico, che presentano lo stesso numero di strati, dello stesso spessore e con uguale superficie cilindrica media, ottenendo così che i due cuscinetti abbiano la medesima costante elastica.
6. Giunto omocinetico secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che à ̈ provvisto di almeno tre dispositivi elastomerici di trascinamento, nel quale esercitano un momento di richiamo sul mozzo, tendente a ripristinarne l’ortogonalità con l’albero motore, complessivamente costante con la rotazione del rotore e crescente con l’angolo d’inclinazione del mozzo rispetto all’albero.
7. Giunto omocinetico secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la coppia motrice può essere invertita tra albero conduttore e mozzo condotto e nel quale può essere invertito il senso del moto di rotazione.
8. Testa di rotore bipala per elicotteri comprendente un giunto omocinetico secondo le rivendicazioni 1 – 2, caratterizzato dal fatto che il mozzo presenta una coppia di gioghi per l’alloggiamento di due pale e relativi organi di collegamento, e una coppia di supporti in quadratura rispetto all’asse longitudinale delle pale nei quali sono alloggiate, fisse, una coppia di barre contrapposte che presentano incernierate alla loro estremità una coppia di pale di piccolo allungamento, conformate con un profilo cordale simmetrico, e dotate di una massa opportuna, a costituire un dispositivo aerodinamico ausiliario.
9. Testa di rotore bipala per elicotteri secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che le pale ausiliarie sono incernierate alle barre su di un asse collocato anteriormente rispetto all’asse in cui cade il centro di pressione aerodinamica delle pale e che le relative cerniere sono dotate di frizioni con attrito viscoso, consentendo in tal modo alle pale ausiliarie il loro allineamento con il flusso dell’aria e di esercitare la loro azione ciclica in base alla frequenza di rotazione del rotore.
10. Testa di rotore tripala per elicotteri comprendente un giunto omocinetico secondo una delle rivendicazioni 1 - 6, caratterizzata dal fatto che il mozzo comprende tre gioghi per l’alloggiamento di tre pale, e relativi organi di collegamento, e che il mozzo presenta centralmente una cavità cilindrica per alloggiare tre dispositivi elastomerici di trascinamento.
RIASSUNTO
Giunto omocinetico per rotori di elicotteri
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L’invenzione riguarda un giunto omocinetico per rotori gimballed di elicottero in cui il mozzo (2) à ̈ collegato ad un albero di trasmissione (1) mediante due opposti cuscinetti elastomerici laminati sferici (4), che consentono al mozzo di inclinarsi su due gradi di libertà, e i cui supporti, superiore ed inferiore, sono sui lati opposti di una cavità orizzontale del mozzo all’interno della quale à ̈ installata una serie di dispositivi elastomerici di trascinamento perfezionati (5), identici tra loro, costituiti da snodi sferici che presentano solidalmente con il loro elemento esterno e con quello interno due cuscinetti elastomerici cilindrici laminati radialmente, scorrevoli elasticamente sul loro asse, di dimensioni differenti, ma caratterizzati per il fatto di avere la medesima rigidezza longitudinale. I cuscinetti esterni di questi dispositivi sono alloggiati in apposite aperture anulari disposte su una flangia (3) solidale all’albero, mentre i cuscinetti interni agli snodi sono assicurati, mediante bulloni passanti (6), al mozzo cavo (2) del rotore. L’inclinazione del mozzo rispetto all’albero à ̈ consentita anche dagli snodi sferici di detti dispositivi di trascinamento i cui centri, grazie alla identica rigidezza dei due cuscinetti elastomerici cilindrici a loro collegati, si dispongono su un piano che biseca l’angolo tra la flangia dell’albero e il mozzo, realizzando così un giunto omocinetico.
Questo tipo di giunto omocinetico trova impiego in un rotore di elicottero bipala e trova impiego inoltre in rotori per elicotteri tripala e multipala in genere. Ancora, trova impiego in applicazioni generiche ove sono richiesti giunti omocinetici per la trasmissione del moto tra due alberi inclinati fra loro.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Giunto omocinetico per rotori di elicottero per l’accoppiamento di un albero motore con un mozzo di rotore per mantenerlo in rotazione a velocità costante attorno ad un asse inclinato rispetto all’asse di rotazione dell’albero, detto giunto essendo caratterizzato dal fatto di comprendere: - una pluralità di dispositivi elastomerici di trascinamento, identici tra loro e assemblati ciascuno con uno snodo sferico, una serie di lamine metalliche cilindriche concentriche alternate e unite a strati uniformi di elastomero resiliente, in modo tale da costituire un primo cuscinetto elastomerico laminato radiale di forma cilindrica, assicurato alla superficie cilindrica esterna dello snodo sferico, e una serie di lamine metalliche cilindriche concentriche alternate e unite a stati uniformi di elastomero resiliente, in modo tale da costituire un secondo cuscinetto elastomerico laminato radiale di forma cilindrica e avente lo stesso valore della costante elastica allo scorrimento assiale del primo cuscinetto, assicurato alla superficie cilindrica interna dello snodo sferico.
  2. 2. Giunto omocinetico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre: - una flangia, provvista di sedi anulari, con asse parallelo all’asse dell’albero, per l’alloggiamento stabile dei dispositivi di trascinamento, dette sedi anulari essendo disposte simmetricamente ed equidistanti rispetto all’asse del foro scanalato centrale di calettatura della flangia sull’albero motore; - due cuscinetti sferici anulari ed opposti, ciascuno di detti cuscinetti sferici essendo suddivisi in due o più elementi per consentirne il montaggio; - un albero motore, avente un anello di spallamento sul quale si applicano gli sforzi assiali del rotore trasmessi da dette cerniere sferiche e in grado, tramite detto calettamento della flangia, sulla quale sono montati i dispositivi di trascinamento, di trasmettere la coppia motrice; - un mozzo rotore, predisposto per il montaggio delle pale, provvisto di una cavità centrale per l’alloggiamento della flangia dell’albero motore con i relativi dispositivi elastomerici di trascinamento e presentante sui lati esterni contrapposti superiore ed inferiore alloggiamenti per dette cerniere sferiche di supporto sull’albero motore; detti snodi sferici di detti dispositivi di trascinamento permettendo l’inclinazione del mozzo rispetto all’albero motore attorno a dette cerniere sferiche di supporto, mentre i cuscinetti elastomerici cilindrici solidali con gli snodi sferici, avendo eguale costante elastica, compiono sempre movimenti lineari relativi opposti e identici, disponendo il centro di tutti gli snodi sferici su un piano che biseca l’angolo di inclinazione del mozzo rispetto alla flangia dell’albero motore, realizzando tra questi un giunto omocinetico.
  3. 3. Giunto omocinetico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre - un albero provvisto di una flangia con sedi anulari per l’alloggiamento stabile dei dispositivi di trascinamento, disposte simmetricamente, equidistanti e parallele dall’asse dell’albero; - un secondo albero che presenta un mozzo provvisto di una cavità centrale per l’alloggiamento della flangia dell’albero motore con i relativi dispositivi elastomerici di trascinamento e che presenta centralmente il supporto di uno snodo sferico collegato al primo albero; - gli snodi sferici dei dispositivi di trascinamento permettono l’inclinazione del secondo albero rispetto al primo attorno allo snodo centrale e i cuscinetti elastomerici cilindrici, solidali con gli snodi sferici, avendo eguale costante elastica, compiono movimenti lineari relativi opposti e identici, disponendo il centro di tutti gli snodi sferici su un piano che biseca l’angolo di inclinazione del mozzo del secondo albero rispetto alla flangia del primo, realizzando tra questi un giunto omocinetico.
  4. 4. Giunto omocinetico, secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette cerniere sferiche che sostengono il mozzo sull’albero sono costituite da cuscinetti elastomerici laminati sferici suddivisi radialmente in due o più parti, dotati di rigidezza allo scorrimento e che trasmettono all’albero un momento costante di controllo tendente a ripristinarne l’ortogonalità col mozzo e crescente con l’angolo di inclinazione del mozzo rispetto all’albero.
  5. 5. Giunto omocinetico secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti dispositivi di trascinamento elastomerici hanno i cuscinetti elastomerici radiali cilindrici, esterni ed interni allo snodo sferico, che presentano lo stesso numero di strati, dello stesso spessore e con uguale superficie cilindrica media, ottenendo così che i due cuscinetti abbiano la medesima costante elastica.
  6. 6. Giunto omocinetico secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che à ̈ provvisto di almeno tre dispositivi elastomerici di trascinamento, nel quale esercitano un momento di richiamo sul mozzo, tendente a ripristinarne l’ortogonalità con l’albero motore, complessivamente costante con la rotazione del rotore e crescente con l’angolo d’inclinazione del mozzo rispetto all’albero.
  7. 7. Giunto omocinetico secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la coppia motrice può essere invertita tra albero conduttore e mozzo condotto e nel quale può essere invertito il senso del moto di rotazione.
  8. 8. Testa di rotore bipala per elicotteri comprendente un giunto omocinetico secondo le rivendicazioni 1 – 2, caratterizzato dal fatto che il mozzo presenta una coppia di gioghi per l’alloggiamento di due pale e relativi organi di collegamento, e una coppia di supporti in quadratura rispetto all’asse longitudinale delle pale nei quali sono alloggiate, fisse, una coppia di barre contrapposte che presentano incernierate alla loro estremità una coppia di pale di piccolo allungamento, conformate con un profilo cordale simmetrico, e dotate di una massa opportuna, a costituire un dispositivo aerodinamico ausiliario.
  9. 9. Testa di rotore bipala per elicotteri secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che le pale ausiliarie sono incernierate alle barre su di un asse collocato anteriormente rispetto all’asse in cui cade il centro di pressione aerodinamica delle pale e che le relative cerniere sono dotate di frizioni con attrito viscoso, consentendo in tal modo alle pale ausiliarie il loro allineamento con il flusso dell’aria e di esercitare la loro azione ciclica in base alla frequenza di rotazione del rotore.
  10. 10. Testa di rotore tripala per elicotteri comprendente un giunto omocinetico secondo una delle rivendicazioni 1 - 6, caratterizzata dal fatto che il mozzo comprende tre gioghi per l’alloggiamento di tre pale, e relativi organi di collegamento, e che il mozzo presenta centralmente una cavità cilindrica per alloggiare tre dispositivi elastomerici di trascinamento.
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