ITTO20130464A1

ITTO20130464A1 - Gabbia per cuscinetti a sfere.

Info

Publication number: ITTO20130464A1
Application number: IT000464A
Authority: IT
Inventors: Angelo Tomasi
Original assignee: C M S P S P A
Priority date: 2013-06-05
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2014-12-06
Also published as: KR20160013061A; CN105358849A; CN105358849B; US9709097B2; US20160102709A1; WO2014203103A1; EP3004672B1; KR101664766B1; EP3004672A1; ES2650314T3

Description

Gabbia per cuscinetti a sfere

Settore della Tecnica

La presente invenzione si riferisce, in generale, ad una gabbia per cuscinetto a sfere e ad una prima semi-gabbia atta ad essere fissata affacciata ad una seconda semi-gabbia per formare la gabbia di un cuscinetto a sfere.

Arte Nota

Sono note le gabbie e le semi-gabbie per cuscinetti a sfere.

Le gabbie note sono realizzate combinando fra loro due semi-gabbie, preferibilmente identiche, comprendenti ciascuna alveoli semisferici disposti ad intervalli predefiniti lungo una direzione circonferenziale ed intervallati fra loro da porzioni piane.

In uso, le porzioni piane sono accoppiate e fissate fra loro in modo da racchiudere negli alveoli le sfere del cuscinetto e realizzare la gabbia per cuscinetto a sfere.

Dal documento brevettuale EP_2287481 Ã ̈ nota, inter alia, una gabbia per cuscinetti a sfere in cui le semi-gabbie comprendono, in corrispondenza degli alveoli semisferici, porzioni parziali di non contatto atte a non venire a contatto, in uso, con le sfere, cosÃ¬ da diminuire la superfice di contatto con le sfere di una percentuale compresa fra il 15 % e il 30 %.

Le porzioni parziali previste in tale arte nota si allungano solo su parte degli alveoli semisferici e hanno lo scopo, in uso, di migliorare alcune caratteristiche meccaniche della gabbia quali quello di ridurre lâ€™attrito delle sfere con la superfice della gabbia e di ottimizzare il rotolamento delle sfere nella gabbia del cuscinetto.

La Richiedente ha, perÃ², osservato che l'arte nota pur fornendo indicazioni per migliorare alcune caratteristiche meccaniche delle gabbie, non fornisce indicazioni per la soluzione di un'esigenza sempre piÃ¹ emergente che riguarda aspetti di consumo di materiali e di consumo energetico associato al consumo dei materiali.

Infatti, la Richiedente ha osservato che da piÃ¹ parti Ã ̈ emersa lâ€™esigenza di ottimizzare, nel senso di ridurre, a paritÃ di caratteristiche meccaniche, lâ€™utilizzo di materiale per la realizzazione delle semi-gabbie e di conseguenza delle gabbie per cuscinetti a sfere.

Descrizione dellâ€™Invenzione

Il problema tecnico che la presente invenzione si propone di risolvere Ã ̈ quello di ottenere, contestualmente ad una ottimizzazione dellâ€™attrito delle sfere nella gabbia del cuscinetto, anche una riduzione significativa nella quantitÃ di materiale utilizzato per realizzare le semi-gabbie e di conseguenza le gabbie per cuscinetti a sfere.

Risolvono tale problema tecnico le semi-gabbie e la gabbia per cuscinetti a sfere aventi le caratteristiche richiamate nelle rivendicazioni che seguono.

Le rivendicazioni costituiscono parte integrante dellâ€™insegnamento tecnico qui fornito in merito allâ€™invenzione.

La seguente descrizione sintetica dell'invenzione Ã ̈ data allo scopo di fornire una comprensione di base di alcuni aspetti dell'invenzione.

Questa descrizione sintetica non Ã ̈ una descrizione estesa e come tale non va intesa come atta a identificare elementi chiave o critici dell'invenzione, o atta a delineare lo scopo dell'invenzione. Il suo solo scopo Ã ̈ di presentare alcuni concetti dell'invenzione in forma semplificata come un'anticipazione alla descrizione di dettaglio riportata sotto.

In accordo ad una caratteristica di una forma preferita di realizzazione Ã ̈ previsto che ciascuna delle semi-gabbie comprenda una pluralitÃ di alveoli intervallati da porzioni piane disposti lungo una circonferenza e che gli alveoli comprendano almeno una nervatura con una determinata larghezza prolungantesi su almeno tutta la superfice degli alveoli compresi nelle semi-gabbie.

In accordo ad un'ulteriore caratteristica della presente invenzione, Ã ̈ previsto che le nervature si prolunghino anche lungo le porzioni piane.

In accordo ad un'altra caratteristica della presente invenzione, Ã ̈ previsto che, in corrispondenza delle porzioni piane, le nervature si raccordino alla superfice delle porzioni piane in corrispondenza di aree di rispetto previste nelle porzioni piane.

Descrizione Sintetica delle Figure

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiare dalla seguente descrizione di forme preferite di realizzazione fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio delle annesse figure, in cui elementi indicati con uno stesso o un simile riferimento numerico indicano elementi che hanno stessa o simile funzionalitÃ e costruzione ed in cui:

Fig. 1 rappresenta una vista dâ€™insieme di una gabbia per cuscinetti a sfere;

Figg. 2 e 3 rappresentano un primo esempio di semi-gabbie realizzate secondo la presente invenzione;

Figg. 4 e 5 rappresentano un secondo esempio di semi-gabbie realizzate secondo la presente invenzione; e

Fig. 6 rappresenta un ulteriore esempio di semi-gabbia.

Descrizione di una Forme Preferite di Realizzazione

Con riferimento alla Fig. 1 una gabbia per cuscinetti a sfere (gabbia) 10, in accordo ad esempi di realizzazione considerati preferiti, comprende una prima ed una seconda semi-gabbia o semi-gabbia inferiore e semi-gabbia superiore, 11 e 21, realizzate con un materiale di un determinato spessore, 19 e 29, e aventi ciascuna alveoli semisferici, 12 e 22, disposti ad intervalli predefiniti lungo una circonferenza.

Il materiale con cui sono realizzate le semi-gabbie puÃ² essere, ad esempio, un acciaio dolce a basso e/o bassissimo contenuto di carbonio idoneo a tutti i tipi di formatura a freddo (dalla piegatura al profondissimo stampaggio), come ad esempio un acciaio del tipo a specifica DIN1614, UNI EN 10139, UNI EN 10130, AISI 1008 o AISI 1010.

Tale tipo di acciaio presenta, in genere, caratteristiche meccaniche similari indipendentemente dal tipo di specifica. In particolare Ã ̈ previsto che l'acciaio con cui costruire le gabbie abbia caratteristiche meccaniche di Resilienza (Re) e Resistenza Meccanica a rottura (Rm) quali quelle riportate nella seguente tabella 1:

Re min Re max Rm min Rm max

140 N/mm2 280 N/mm2 270 N/mm2 410 N/mm2

Tabella 1

Le semi-gabbie, in accordo ad altre forme di realizzazione possono anche essere realizzate, ad esempio, in acciaio inox del tipo a specifica UNI EN 10188-1 o UNI EN 10188-2.

In accordo ad ancora altre forme di realizzazione, le semi-gabbie possono essere realizzate in ottone, ad esempio in ottone a specifiche UNI EN 1652.

Gli alveoli semisferici 12, 22 (Fig. 1 - Fig. 5) di ciascuna semi-gabbia sono intervallati fra loro da rispettive porzioni piane 14, 24 e rispettive superfici di raccordo, 34, 44, aventi un determinato raggio sono previste per raccordare gli alveoli 12, 22 alle rispettive porzioni piane 14, 24.

In accordo alla forma preferita di realizzazione le porzioni piane 14 e 24 comprendono rispettivi fori passanti 15 e 25. Le porzioni piane ed i fori passanti sono atti a permettere il fissaggio delle semi-gabbie affacciate fra loro, ad esempio mediante rivetti 18 di tipo noto.

In accordo ad altre forme di realizzazione, i rivetti 18 possono essere sostituiti da linguette 26 (Fig. 6) presenti su una delle due semi-gabbie, ad esempio sulla seconda semigabbia o semi-gabbia superiore 21.

Tali linguette 26 vengono ripiegate, in modo noto, sulle porzioni piane della semi-gabbia inferiore cosÃ¬ da realizzare, in uso, la gabbia secondo la presente invenzione. In accordo a tale forma di realizzazione Ã ̈ anche previsto che la nervatura o le nervature, preferibilmente, siano presenti anche nella porzione piana 24 della semi-gabbia superiore 21.

In accordo alla forma preferita di realizzazione (Fig. 1 - Fig. 5) le due semi-gabbie, 11 e 21, sono identiche e accoppiate in modo che gli alveoli semi-sferici, 12 e 22, in uso, siano fra loro affacciati cosÃ¬ da formare rispettivi alloggiamenti per le sfere del cuscinetto a sfere.

In accordo a tale forma di realizzazione Ã ̈ previsto che ciascuna semi-gabbia, 11, 21, comprenda una nervatura centrale, 31, 41, che si estenda lungo tutti gli alveoli, 12 e 22, fino alle porzioni piane, 14 e 24, incluse le superfici di raccordo, 34 e 44.

PiÃ¹ in particolare, in accordo alla forma preferita di realizzazione Ã ̈ previsto che la nervatura si estenda lungo le porzioni piane, 14 e 24, con la sola esclusione, ad esempio, di aree di rispetto, 38 e 48, atte a permettere il fissaggio delle semi-gabbie 11 e 12 mediante i rivetti 18.

In accordo ad altre forme di realizzazione Ã ̈ previsto che ciascuna nervatura, 31, 41, si estenda almeno lungo tutta la circonferenza degli alveoli e, preferibilmente, almeno sulle superfici di raccordo 34, 44.

Le nervature, 31 e 41, hanno una determinata larghezza, 35 e 45, e, preferibilmente, in corrispondenza delle porzioni piane, sono configurate in modo da realizzare un raccordo 32a, 42a con la superfice delle porzioni piane 14 e 24 (Fig. 1 - Fig. 3).

In accordo ad una variante della forma preferita di realizzazione Ã ̈ previsto che le nervature siano configurate in modo da realizzare un gradino, 32b e 42b, in corrispondenza delle aree di rispetto, 38 e 48 (Fig. 4 - Fig. 5).

Sono anche possibili forme di realizzazione in cui una semi-gabbia abbia un raccordo del tipo raffigurato in Fig. 2 e lâ€™altra un raccordo del tipo raffigurato in Fig. 4.

In accordo ad ulteriori forme di realizzazione Ã ̈ previsto che la nervatura centrale sia sostituita da una pluralitÃ di nervature che si estendono almeno su tutti gli alveoli, 12 e 22, e, preferibilmente, almeno sulle superfici di raccordo 34 e 44.

Come noto le gabbie dei cuscinetti devono avere una determinata rigiditÃ che viene misurata in (N x mm3)/mm2.

Tale rigiditÃ viene misurata in modo noto con prove pratiche su lamiere lineari di un determinato materiale e poi simulata, a paritÃ di tipo e spessore del materiale, per ciÃ² che riguarda le semi-gabbie.

La Richiedente, utilizzando il procedimento di cui sopra, ha osservato, mediante opportuna sperimentazione, che la presenza delle nervatura in corrispondenza degli alveoli, 12 e 22, e in corrispondenza delle porzioni piane, 14 e 24, con la sola esclusione delle aree di rispetto 38 e 48 previste per i rivetti 18, permette di ottenere vantaggi a prima vista non prevedibili.

Nel condurre le prove sperimentali la Richiedente a preso a riferimento barre lineari di spessore 0.8 mm senza nervature e barre di spessore 0.7, con nervature da 0.2 e 0.25 mm, e barre si spessore 0.65 mm con nervature da 0.2, 0.25 e 0.3 mm, e poi simulato i valori di rigiditÃ delle semi gabbie come riportato in tabella 2.

I risultati della simulazione mostrano come la presenza delle nervature permetta di aumentare la rigiditÃ delle semi-gabbie e, al contempo, di ridurre lo spessore del materiale utilizzato.

Nei calcoli e nelle simulazioni Ã ̈ stato preso a riferimento un valore di rigiditÃ di circa 240000 (N x mm3)/mm2 considerato un valore minimo accettabile per gabbie 10 formate da semi-gabbie, 11 e 21, realizzate secondo l'arte nota e con uno dei materiali indicati sopra avente, ad esempio, spessori, 19 e 29, di 0.8 mm.

Inoltre, nell'esecuzione delle simulazioni sono stati presi a riferimento valori medi ricavati da quelli di Resilienza (Re) e di Resistenza Meccanica (Rm) riportati in tabella 1, cioÃ ̈ i valori Re 210 N/mm² e Rm 340 N/mm².

Spessore materiale mm Nervatura mm RigiditÃ (N x mm3)/mm2 0.8 NO 239867

0.7 0.2 242942

0.7 0.25 254759

0.65 0.2 225614

0.65 0.25 237708

0.65 0.3 250569

Tabella 2

Dalle verifiche effettuate prendendo a riferimento, ad esempio un materiale in acciaio dolce a basso e/o bassissimo contenuto di carbonio, ad esempio il materiale a specifiche UNI EN 10139, e semi-gabbie, 11 e 21 con spessori, 19 e 29, compresi, secondo l'arte nota, fra 0.4 e 1.0 mm, la Richiedente ha osservato che la presenza delle nervature lungo tutta la superfice degli alveoli fino a comprendere le porzioni piane, permette di ridurre, a paritÃ di materiale, lo spessore, 19 e 29, delle semi-gabbie almeno di una percentuale compresa fra il 15 % e il 20 %.

La riduzione di spessore si traduce, come facilmente comprensibile, in un corrispondente risparmio di materiale, compreso fra il 15 % ed il 20 %.

La Richiedente ha anche osservato che la presenza delle nervature migliora, in uso, anche il rotolamento e la lubrificazione delle sfere nel cuscinetto a sfere.

In sintesi, la predisposizione di almeno una nervatura centrale, 11 e 21, lungo la superfice delle semi-gabbie permette di ridurre la quantitÃ di materiale necessario alla loro realizzazione e nel contempo permette di non inficiarne le caratteristiche di rigiditÃ .

Il risparmio di materiale si traduce, ovviamente, in minori sprechi energetici.

Inoltre, vantaggiosamente, la presenza di almeno una nervatura centrale permette di migliorare, in uso, la lubrificazione dei cuscinetti rispetto all'arte nota, in quanto vi Ã ̈ un allocamento ed una ri-distribuzione del lubrificante nella zona degli alveoli 12, 22.

In piÃ¹, la presenza della nervatura permette, in uso, di ridurre la superfice di contatto fra alveoli e sfere con conseguente riduzione dell'attrito fra sfere e gabbia e riduzione delle forze necessarie al rotolamento delle sfere nel cuscinetto.

Naturalmente, modifiche ovvie e/o varianti sono possibili alla descrizione di cui sopra, nelle dimensioni, forme, materiali e componenti cosÃ¬ come nei dettagli della costruzione illustrata e del metodo di operare senza staccarsi dall'invenzione come precisata nelle rivendicazioni seguenti.

Claims

Rivendicazioni 1. Semi-gabbia per cuscinetti a sfere comprendente - alveoli semisferici (12, 22) disposti a intervalli predefiniti lungo una circonferenza, detti alveoli semisferici essendo intervallati fra loro da rispettive porzioni piane (14, 24); caratterizzata da ciÃ² che detti alveoli (12, 22) disposti lungo la circonferenza comprendono - almeno una nervatura (31, 41) avente una determinata larghezza e che si prolunga lungo la circonferenza su almeno tutta la superfice di detti alveoli.
2. La semi-gabbia secondo la rivendicazione 1 in cui detta almeno una nervatura si prolunga lungo ciascuna di dette rispettive porzioni piane (14, 24).
3. La semi-gabbia secondo la rivendicazione 1 in cui le porzioni piane comprendono fori passanti (15, 25) ed in cui detta almeno una nervatura si prolunga lungo ciascuna di dette porzioni piane (14, 24) e si raccorda alla superfice di ciascuna di dette porzioni piane (14, 24) in corrispondenza di aree di rispetto (38, 48) previste in dette porzioni piane.
4. La semi-gabbia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, in cui detta semi-gabbia (11, 21) Ã ̈ realizzata in acciaio scelto nel gruppo costituito da - acciaio a specifica DIN1614; - acciaio a specifica UNI EN 10139; - acciaio a specifica UNI EN 10130; - acciaio a specifica UNI EN 10188-1 o UNI EN 10188-2; - acciaio a specifica AISI 1008; o - acciaio a specifica AISI 1010.
5. La semi-gabbia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, in cui detta semi-gabbia (11, 21) Ã ̈ realizzata in ottone, in particolare in ottone a specifiche UNI EN 1652.
6. La semi-gabbia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, in cui la rigiditÃ meccanica di detta semi-gabbia Ã ̈ direttamente proporzionale alla larghezza di detta almeno una nervatura.
7. Gabbia per cuscinetti a sfere comprendente - una prima ed una seconda semi-gabbia (11, 21), ciascuna come rivendicata nelle rivendicazioni 1 a 4; in cui la prima e la seconda semi-gabbia sono accoppiate in modo che gli alveoli semisferici (12, 22) e le porzioni piane (14, 24) siano rispettivamente affacciate fra loro cosÃ¬ da formare una gabbia per cuscinetti a sfere.
8. La gabbia per cuscinetti a sfere secondo la rivendicazione 7 in cui le porzioni piane delle rispettive semi-gabbie (11, 21) sono fissate fra loro mediante rivetti (18) passanti in fori passanti (15, 25) ricavati nelle porzioni piane (14, 24) delle semi-gabbie.
9. La gabbia per cuscinetti a sfere secondo la rivendicazione 8 in cui le rispettive nervature (31, 41) previste in dette semi-gabbie (11, 21) si prolungano lungo dette porzioni piane (14, 24) e si raccordano alla superfice di ciascuna di dette porzioni piane (14, 24) in corrispondenza di rispettive aree di rispetto (38, 48) previste per detti rivetti (18) di fissaggio.
10. La gabbia per cuscinetti a sfere secondo la rivendicazione 7 in cui su una delle due semi-gabbie (21), in corrispondenza di ciascuna porzione piana (24), sono previste linguette di fissaggio (26) atte ad essere ripiegate sulle rispettive porzioni piane (14) dell'altra semi-gabbia (11) cosÃ¬ da formare la gabbia per cuscinetti a sfere (10).
11. La gabbia per cuscinetti a sfere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7 a 10, in cui le semi-gabbie (11, 21) sono ricavate da un materiale avente un determinato spessore ed in cui le rispettive nervature sono atte a conferire una rigiditÃ meccanica alla gabbia (10) equivalente a quella di una gabbia formata mediante semi-gabbie senza nervature realizzate con detto materiale ma con diverso spessore, detto determinato spessore essendo inferiore di almeno il 15% rispetto a detto diverso spessore previsto per le gabbie formate mediante semi-gabbie senza nervature.