ITTO20010557A1

ITTO20010557A1 - Conghia dentata.

Info

Publication number: ITTO20010557A1
Application number: IT2001TO000557A
Authority: IT
Inventors: Franco Cipollone
Original assignee: Dayco Europe Srl
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2002-12-08
Also published as: ES2254556T3; EP1265003A1; DE60208839D1; ATE316623T1; JP2003042232A; KR20020093633A; BR0202349A; US20030083168A1; DE60208839T2; EP1265003B1

Description

D E S C R I Z IO N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad una cinghia dentata, ovvero ad una cinghia comprendente su una delle sue facce una dentatura destinata ad accoppiarsi con la dentatura di almeno due pulegge in modo da realizzare un sistema di trasmissione.

Le cinghie dentate comprendono un corpo in materiale elastomerico avente dei denti su una delle facce, un tessuto di ricoprimento aderente alla superficie dei denti stessi ed inserti resistenti, nel seguito anche denominati "cord", estendentesi longitudinalmente all'interno del corpo.

Ciascun componente della cinghia contribuisce ad incrementare le prestazioni in termini di resistenza meccanica, in modo da diminuire il rischio di rotture e l'usura della cinghia e da aumentare la potenza trasmissibile .

Le moderne motorizzazioni prevedono che le cinghie dentate abbiano durata sempre maggiore per ridurre il numero di sostituzioni della cinghia stessa durante la vita dell'autoveicolo. Pertanto sono numerosi gli studi volti ad aumentare la vita media della cinghia stessa tramite un miglioramento delle caratteristiche di resistenza meccanica dei denti, sia in termini di sviluppo di nuove mescole che di ottimizzazione dimensionale dei denti stessi e delle caratteristiche di resistenza all'usura dei tessuti.

L'ottimizzazione dimensionale dei denti avviene normalmente per mezzo di una variazione del profilo dei denti stessi. Attualmente sono noti profili dei denti rettilinei, ad evolvente o ad archi di cerchio, ma i profili più comunemente utilizzati sono costituiti da una curva che è formata da combinazioni di tratti rettilinei, di archi di cerchio e di evolvente.

Nonostante la varietà di profili disponibili sul mercato, esiste tuttavia nel settore l'esigenza di migliorare ulteriormente le prestazioni e la durata delle cinghie dentate.

Scopo della presente invenzione è pertanto la realizzazione di una cinghia dentata, la quale abbia un profilo dei denti ottimizzato allo scopo di ottenere una vita media incrementata.

Il suddetto scopo è raggiunto dalla presente invenzione, in quanto essa è relativa ad una cinghia dentata comprendente un corpo in materiale elastomerico provvisto di inserti resistenti ed una dentatura di passo P costituita da una pluralità di denti estendentisi integralmente da una faccia del detto corpo ed un tessuto di ricoprimento aderente alla superficie dei denti stessi, detti denti avendo una sezione resistente (S) ed un angolo di pressione (ALFA), caratterizzata dal fatto che detto passo (P) è compreso nell'intervallo tra 7 mm e 11 mm, il rapporto tra detta sezione resistente e detto passo (S/P) è compreso nell'intervallo tra 0.62 e 0.71 e detto angolo di pressione (ALFA) è compreso nell'intervallo tra 18° e 24° .

Per una migliore comprensione della presente invenzione la cinghia dentata secondo la presente invenzione viene ora descritta nel dettaglio con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 è una vista prospettica parziale di una cinghia dentata realizzata secondo i dettami della presente invenzione;

la figura 2 è uno schema illustrante il profilo di una porzione della cinghia di figura 1 in presa con una puleggia dentata;

la figura 3 è uno schema illustrante il profilo della cinghia;

la figura 4 è un grafico illustrante l'andamento degli indici di resistenza falda e dente e del loro prodotto in funzione del rapporto della sezione resistente sul passo; e

la figura 5 è uno schema illustrante il motore su cui sono state eseguite le prove di durata della cinghia dentata secondo la presente invenzione.

Nelle figure è indicata nel suo complesso con 1 una cinghia dentata di trasmissione.

La cinghia 1 comprende un corpo 2 in materiale elastomerico, preferibilmente in HNBR (acrilonitrilebutadiene idrogenato), nel quale è annegata una pluralità di inserti resistenti 3 filiformi longitudinali, preferibilmente realizzati in fibre di vetro .

La cinghia 1 presenta una dentatura 4 di passo P costituita da una pluralità di denti 5 estendentisi integralmente da una faccia del corpo 2 ed alternati a cave 8. Il profilo dei denti 5 è definito da una coppia di fianchi 6 e da una cresta 7. Le cave presentano una superficie di fondo o falda 11, alla quale i fianchi si raccordano mediante tratti di raccordo r ad arco di circonferenza. I denti 5 presentano una sezione resistente, cioè una sezione di incastro al corpo 2 compresa fra i punti T di raccordo tra gli archi r e la falda 11, di larghezza S. La falda 11 presenta conseguentemente larghezza pari a F = P - S.

La dentatura 4 è rivestita mediante un tessuto 9 di ricoprimento, costituito da un primo e/o opzionalmente un secondo strato 9a, 9b di tessuto preferibilmente realizzati in poliamide.

Come raffigurato in figura 2, la cinghia dentata 1 è atta ad essere accoppiata ad una puleggia 12 avente una dentatura 13 di passo P costituita da una pluralità di denti 14 alternati a cave 15. I denti 14 sono delimitati da fianchi 17 e da una cresta 18.

Come è illustrato in figura 2, l'interazione fra la dentatura 4 della cinghia dentata 1 e la dentatura 14 della puleggia 12 consiste essenzialmente in uno scambio di forze Fq di spinta agenti sui fianchi 6 dei denti 5 della cinghia 1 e di forze Fa di attrito generate fra le creste 18 dei denti 14 della puleggia 12 e le relative falde 11.

Per quanto concerne le sollecitazioni di flessione generate nella sezione resistente del dente dalla forza Fq vale la seguente relazione:

nella quale

Mf : momento flettente nella sezione resistente H braccio della forza Fq rispetto alla sezione resistente

B : larghezza della cinghia

σf: sollecitazione di flessione nella sezione resistente.

Considerando uno spessore unitario del dente (B=l) l'equazione precedente diventa:

Fq = (σf) (S<2>/6H)

Per un valore fissato di forza applicata (Fq) e di punto di applicazione (H) viene pertanto definita una sollecitazione di flessione dipendente dal parametro (S<2>)/(6H)

Questo parametro verrà indicato nel seguito come IRD (indice di resistenza dente)

IRD= (S<2>)/(6H)

ESSO esprime l'attitudine del dente cinghia a resistere alle sollecitazione di carico a flessione a cui esso è sottoposto.

Per quanto concerne la forza di attrito Fa nella falda 11, vale la relazione:

aa = Fa/(F*B) = μ(Ν)/(Ε*Β) dove

aa : sollecitazione per attrito

B: larghezza della cinghia

μ : coefficiente di attrito cinghia/puleggia.

N: forza normale ala falda 11

Per una cinghia di larghezza unitaria (B=1) e considerando che F=P-S risulterà:

Al crescere della grandezza (P-S) si riduce il carico specifico nella falda 11. Questo parametro viene indicato come indice di resistenza falda:

IRF= (P-S)

Alla luce delle definizioni precedenti, si può assumere che una condizione di ottimizzazione della resistenza a flessione dei denti e della resistenza all'usura delle falde si ottenga massimizzando il prodotto IRD*IRF; il significato fisico di questo prodotto risiede nel fatto noto che il "rendimento" (non in senso fisico, ma genericamente come "prestazione") di un sistema è proporzionale al rendimento di ciascuno dei singoli componenti e dunque al prodotto dei rendimenti dei singoli componenti. La massimizzazione del prodotto IRD*IRF va pertanto interpretata come massimizzazione del sistema.

Nel grafico di figura 4 sono rappresentate le grandezze IRD, IRF ed il loro prodotto in funzione del rapporto S/P; la funzione IRD*IRF = (P-S)* S2/6H ha un massimo per il valore S/P = 2/3, e riduzioni percentuali minori dell'1,5%, da considerarsi tecnicamente assimilabili ad una condizione ottimale, in un intorno del massimo compreso fra 0.62 e 0.71.

E stato verificato che per una cinghia dentata avente un passo P compreso nell'intervallo tra 7 e 11. min, il rapporto tra la sezione resistente e il passo compreso nell'intervallo tra 0,62 e 0.71, le migliori prestazioni in termini di durata della cinghia si ottengono con un angolo di pressione compreso nell'intervallo tra 18° e 24°.

Preferibilmente il passo è compreso tra 8 e 10, ancor più preferibilmente è 9.525. L'angolo di pressione è preferibilmente compreso tra 19 e 21, ancor più preferibilmente è 20. Il rapporto tra la sezione resìstente e il passo è preferibilmente compreso nell'intervallo tra 0.64 e 0.68, ancor più preferibilmente è 0,66.

Nel seguito verrà fornito un esempio di realizzazione della cinghia senza tuttavia voler limitare l'invenzione a tale esempio.

Viene realizzata una cinghia 1 con 137 denti avente la mescola del corpo 2 a base di HNBR, un tessuto 9 di ricoprimento in Nylon, ed inserti 3 in fibra di vetro. Nella tabella 1 la cinghia B presenta un profilo della dentatura secondo la presente invenzione, mentre la cinghia A ha composizione chimica del corpo, del tessuto e degli inserti uguale alla cinghia B, ma profilo della dentatura secondo la tecnica nota:

Tabella 1

In particolare la cinghia A presenta un rapporto S/p di 0.78.

La cinghia B e la cinghia A sono state quindi sottoposte a prove di durata, le quali sono state condotte su un banco 20 per prove dinamiche (figura 5) comprendente un motore 21 provvisto di una trasmissione a cinghia 22 che consente la movimentazione sincrona di un asse a camme 23 e di una pompa di iniezione 24 la cui mandata, tramite iniettori (non illustrati), e chiusa su un circuito esterno, ed il trascinamento dì una pompa olio 25. In assenza dì combustione, il motore 21, privo di pistoni, è trascinato da un motore elettrico (non illustrato) di opportuna potenza, in grado di trascinare l'asse a camme 23 e' la pompa di iniezione 24 nelle condizioni di portata massima e al regime (albero motore) di 4000 rpm costanti. La disposizione della trasmissione e quella originale del motore, equipaggiato con tenditore automatico 26, e la temperatura di prova è quella determinata dallo sviluppo di calore d',attrito degli organi rotanti; la misura di temperatura, all'interno di un box chiuso di protezione (non illustrato), e di circa 60-70°C e deve rimanere costante nel corso della prova.

Nelle suddette condizioni di prova, i valori medi di durata delle cinghie dentate relativamente ad un numero statisticamente significativo di prove condotte sono risultati pari a circa 950 ore per la cinghia A di tipo noto e 1350 ore per la cinghia B secondo l'invenzione .

Da un esame delle caratteristiche della cinghia dentata realizzata secondo i dettami della presente invenzione sono evidenti i vantaggi che la presente invenzione consente di ottenere.

In particolare, grazie al profilo migliorato che ottimizza, nel contempo, la resistenza a flessione dei denti e la resistenza ad usura del tessuto di ricoprimento, risulta sensibilmente incrementata la durata utile della cinghia.

Risulta infine chiaro che alla cinghia dentata descritta possono essere apportate modifiche e varianti che non escono dall'ambito di tutela delle rivendicazioni. Ad esempio possono essere variati i materiali costituenti le varie parti della cinghia dentata stessa ed, in particolare il corpo può comprendere una mescola a base di EPDM

Claims

RIVENDICAZIONI 1.- Cinghia dentata (1) comprendente un corpo (2) in materiale elastomerico provvisto di inserti resistenti (3) ed una dentatura (4) di passo p costituita da una pluralità di denti (5) estendentisi integralmente da una faccia del detto corpo ed un tessuto di ricoprimento (9) aderente alla superficie dei denti stessi, detti denti avendo una sezione resistente (S) ed un angolo di pressione (ALFA), caratterizzata dal fatto che detto passo (P) e compreso nell'intervallo tra 7 mm e 11 mm, il rapporto tra detta sezione resistente e detto passo (S/P) è compreso nell'intervallo tra 0.62 e 0.71 e detto angolo di pressione (ALFA) è compreso nell'intervallo tra 18° e 24°.
2. Cinghia dentata secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto passo e compreso tra 8 mm e 10 mm.
3. Cinghia dentata secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto passo e 9.525 mm.
4. Cinghia dentata secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzata dal fatto che detto angolo di pressione e compreso tra 19° e 21°.
5. Cinghia dentata secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detto angolo di pressione e 20° .
6. Cinghia dentata secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzata dal fatto che detto rapporto tra detta sezione resìstente e detto passo (S/P) è compreso nell'intervallo tra 0,64 e 0.68.
7. Cinghia dentata secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto rapporto tra detta sezione resistente e detto passo (S/P) è 0,66.
8. Cinghia dentata secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto corpo (2) comprende una mescola a base di HNBR.
9. Cinghia dentata secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti inserti resistenti (3) sono realizzati in fibre di vetro .
10. Cinghia dentata secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto tessuto (9) comprende un primo (9a) ed un secondo strato (9b).
11. Cinghia dentata secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che detto primo (9a) e detto secondo (9b) strato di detto tessuto (9) sono realizzati in poliamide.
12. Cinghia dentata secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzata dal fatto che detto tessuto (9) comprende un solo strato.