ITTO970651A1

ITTO970651A1 - Struttura di controllo di contenimento di corpi volventi di un cuscine tto a rotolamento, in particolare di un cuscinetto a rulli cilindrici.

Info

Publication number: ITTO970651A1
Application number: IT97TO000651A
Authority: IT
Inventors: Mario Bessone; Giampaolo Casazza
Original assignee: Skf Ind Spa
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 1999-01-18
Also published as: KR19990013913A; EP0897064A1; DE69818378D1; EP0897064B1; US6132102A; IT1293628B1; JPH1182520A

Description

D E S C R I Z I O N E

di Breveto per Invenzione Industriale,

La presente invenzione è relativa a una struttura di contenimento di corpi volventi di un cuscineto a rotolamento, in particolare di un cuscineto a rulli cilindrici.

Sono noti cuscineti a rotolamento in cui i corpi volventi, in particolare rulli, sono alloggiati in apposite sedi ricavate in una struttura a gabbia interposta tra l’anello interno e l’anello esterno del cuscineto: nei cuscineti noti, la gabbia di contenimento dei corpi volventi poggia diretamente su questi ultimi tramite i bordi delle citate sedi, e risulta pertanto accoppiata in contatto strisciante con i corpi volventi: la gabbia, dunque, striscia ad elevata velocità contro i corpi volventi, con notevole attrito, tanto maggiore quanto maggiore è la velocità di rotazione dei corpi volventi stessi. Questo tipo di gabbie di contenimento dei corpi volventi presenta dunque l’inconveniente principale di generare un elevato attrito tra la propria struttura e i corpi volventi, con conseguente necessità di limitare la velocità di funzionamento dei cuscineti su cui sono montate.

Inoltre, le gabbie di tipo noto risultano in generale avere spessori relativamente elevati.

Scopo del trovato è quello di superare gli inconvenienti descritti delle strutture di contenimento dei corpi volventi di un cuscineto di tipo noto; è in particolare uno scopo del trovato quello di fornire una struttura di contenimento che riduca gli attriti con i corpi volventi che contiene, consentendo di aumentare la velocità di rotazione del relativo cuscinetto, risultando al contempo di spessore contenuto.

Tale scopo è raggiunto dal trovato, in quanto esso è relativo a una struttura di contenimento di corpi volventi di un cuscinetto a rotolamento, destinata ad essere radialmente alloggiata tra un anello interno e un anello esterno di detto cuscinetto a rotolamento, comprendente una gabbia anulare sostanzialmente rigida, provvista di una pluralità di sedi radialmente passanti per linserimento di detti corpi volventi; caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre mezzi di guida solidali a detta gabbia anulare e provvisti di almeno una superficie di strisciamento atta a cooperare a strisciamento con una superfìcie radialmente interna di detto anello esterno del cuscinetto a rotolamento per supportare detta gabbia anulare in posizione radialmente interna rispetto a detto anello esterno.

In particolare, detti mezzi di guida comprendono almeno una flangia radialmente esterna, estendentesi radialmente a sbalzo verso l’esterno da un bordo di estremità di detta gabbia anulare e provvista su un proprio bordo radialmente esterno di detta superficie di strisciamento.

La struttura di contenimento secondo il trovato, nelle cui sedi sono inseriti i corpi volventi, è dunque alloggiata tra gli anelli interno ed esterno del cuscinetto ed è radialmente centrata sull’anello esterno, grazie alla propria flangia radiale. Anche se la flangia è in contatto strisciante con la superfìcie interna dell’anello esterno, la velocità relativa tra le superfici striscianti è però relativamente bassa e, quindi, anche gli attriti tra tali superfici sono limitati. In questo modo, si ottiene una significativa riduzione degli attriti sulla gabbia durante il funzionamento del cuscinetto, il quale può pertanto operare a velocità superiori.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell invenzione appariranno chiari dalla descrizione dei seguenti esempi di realizzazione, assolutamente non limitativi e dati a puro scopo esemplificativo, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:

- la figura 1 è una vista parziale in sezione radiale di un cuscinetto a rotolamento provvisto di una struttura di contenimento dei corpi volventi secondo la presente invenzione;

- la figura 2 illustra un dettaglio della strutura di contenimento di figura 1; - la figura 3 è una vista parziale in sezione trasversale della struttura di contenimento di figura 1;

- la figura 4 è una vista parziale in sezione radiale di una prima variante alla struttura di contenimento di figura 1 ;

- la figura 5 è una vista parziale in sezione trasversale della variante di figura 4;

- la figura 6 illustra un dettaglio della variante di figura 4;

- la figura 7 illustra un’ulteriore variante alla struttura di contenimento di figura 1

- la figurai8 illustra: un dettaglioidella variante, di- figura 7.

Con riferimento alle figure da 1 a 3, un cuscinetto 1 a rotolamento comprende un anello interno 2 e un anello esterno 3, tra i quali è interposto un numero prefissato di corpi volventi 4, per esempio rulli cilindrici, e una strutura di contenimento 5 di tali rulli, a sua volta radialmente alloggiata tra l’anello interno 2 e l’anello esterno 3 del cuscinetto 1.

La struttura di contenimento 5 comprende una gabbia anulare 6 sostanzialmente rigida, provvista di una pluralità di sedi 7 radialmente passanti per rinserimento dei rulli 4, realizzata per esempio in lamiera metallica o in un materiale polimerico o composito relativamente rigido, come il PEEK (polietere-etil-chetone) .

Secondo la presente invenzione, la struttura di contenimento 5 comprende inoltre una flangia 8 radialmente esterna, estendentesi a sbalzo, radialmente verso l’esterno, da un bordo di estremità 9 della gabbia anulare 6 e provvista, su un proprio bordo 10 radialmente esterno, di una superficie di strisciamento 11 sostanzialmente cilindrica, la quale, in uso, coopera a strisciamento con una superficie laterale radialmente interna 12 dell’anello esterno 3 del cuscinetto 1. A tale scopo, il diametro esterno della flangia 8 è tale che la flangia 8 e l’anello esterno 3 del cuscinetto 1 sono accoppiati con tolleranze tali da consentire un piccolo gioco radiale (accoppiamento “libero”).

Ciascuna delle sedi 7 per l’inserimento dei rulli 4 è delimitata da una prima coppia di pareti opposte 13, sostanzialmente ortogonali a un asse del cuscinetto 1, e da una seconda coppia di pareti opposte 15, sostanzialmente ortogonali alle precedenti e, quindi, parallele all’asse del cuscinetto 1. Il profilo delle coppie di pareti opposte 13 e 15 può essere qualsiasi, anche in conseguenza di particolari lavorazioni con cui le sedi 7 sono state eventualmente realizzate: nella fattispecie non limitativa illustrata nelle figure da 1 a 3, per esempio, la struttura di contenimento 5 è realizzata in lamiera d’acciaio e le sedi 7 sono ricavate per fresatura e presentano pertanto una particolare conformazione “a quadrifoglio”.

Secondo l’invenzione, ciascuna sede 7 è provvista di una coppia di protuberanze assiali 16, che si estendono assialmente una verso l’altra rispettivamente da ciascuna delle prime pareti opposte 13 delimitanti la sede stessa (le pareti, cioè, ortogonali all’asse del cuscinetto 1). In particolare, le protuberanze assiali 16 hanno dimensione circonferenziale inferiore alla dimensione circonferenziale delle pareti 13 da cui si estendono e, nella fattispecie non limitativa illustrata nelle figure da 1 a 3, hanno estensione radiale sostanzialmente uguale allo spessore radiale della gabbia anulare 6: le protuberanze 16 sono inoltre provviste di rispettive facce frontali 17, sostanzialmente piane e parallele e affacciate tra loro, destinate, in uso, a cooperare in battuta assiale con rispettive facce 18 di estremità assiale dei rulli 4. A tale scopo, l’estensione assiale delle protuberanze 16 è tale che, in uso, le protuberanze stesse siano accoppiate con piccolo gioco o addirittura con limitata interferenza con le facce 18 dei rulli 4.

La seconda coppia di pareti opposte 15 (parallele all’asse del cuscinetto 1) delimitanti ciascuna sede 7 è provvista di una coppia di denti 19 di arresto dei rulli 4, estendentisi circonferenzialmente a sbalzo da una porzione assialmente centrale 20 delle pareti 15: i denti 19 hanno dimensione assiale inferiore alla dimensione assiale delle pareti 15 da cui si estendono e presentano rispettive facce frontali 21, sostanzialmente piane e affacciate tra loro, aventi inclinazione prefissata a rispetto alla direzione radiale.

Preferibilmente, l’inclinazione delle facce frontali 21 dei denti 19 rispetto alla direzione radiale è compresa tra circa 5° e circa 18°: secondo una preferita forma di realizzazione, tale inclinazione è di circa 12°. Nella fattispecie non limitativa illustrata nelle figure da 1 a 3, anche i denti 19, come le protuberanze 16, hanno estensione radiale sostanzialmente uguale allo spessore radiale della gabbia anulare 6 e, preferibilmente, presentano una prefissata deformabilità elastica.

Secondo la presente invenzione, inoltre, il diametro interno della struttura di contenimento 5, ovvero della sua gabbia anulare 6, è sostanzialmente uguale al diametro medio del cuscinetto 1, cioè al cosiddetto diametro “primitivo” del cuscinetto stesso, definito come il diametro della circonferenza luogo geometrico delle tracce degli assi di rotazione dei rulli 4 sul piano di rotazione del cuscinetto 1.

In uso; i rulli 4 sono radialmente interposti, come noto, tra l'anello interno 2 e l’anello esterno 3 del cuscinetto 1, accoppiati girevoli con una superficie laterale radialmente esterna 22 dell’ anello interno 2 e con la superficie laterale interna 12 dell’anello esterno 3, le quali costituiscono le superfici di rotolamento dei rulli 4: la struttura di contenimento 5, nelle cui sedi 7 sono inseriti i rulli 4, è a sua volta alloggiata tra gli anelli interno 2 ed esterno 3, ed è radialmente centrata rispetto agli stessi grazie alla flangia 8, la cui superficie cilindrica 11 è accoppiata con piccolo gioco radiale con la superfìcie laterale interna 12 dell’anello esterno 3. , La struttura di contenimento 5 secondo il trovato non è dunque centrata, come avviene nelle soluzioni note, direttamente sui corpi volventi 4, ma sull’anello esterno 3, grazie alla presenza della flangia 8, la quale è in contatto strisciante, tramite la propria superficie 11, con la superficie interna 12 dello stesso anello 3: la velocità relativa tra le superfici striscianti 11 e 12 è però relativamente bassa e, quindi, anche gli attriti tra tali superfici sono limitati. In questo modo, si ottiene una significativa riduzione degli attriti sulla struttura di contenimento 5 durante il funzionamento del cuscinetto 1, il quale può pertanto operare a velocità superiori.

In sostanza, in uso, la- struttura di contenimento 5 secondo il trovato è accoppiata girevole con attrito, tramite la superficie 11 della flangia 8, con la superficie laterale interna 12 dell’anello esterno 3, mentre il contatto strisciante tra la struttura di contenimento 5 e i rulli 4 è ridotto ai soli profili di contatto tra le facce frontali 21 dei denti 19 e le superfici laterali dei rulli stessi, di estensione limitata.

Anche il contatto tra le protuberanze assiali 16 della struttura di contenimento 5 e le facce di estremità 18 dei rulli 4 avviene con piccolo attrito: infatti, come precedentemente illustrato, le protuberanze 16 hanno sviluppo circonferenziale inferiore alle pareti 13 da cui si estendono e, quindi, ciascun rullo 4 è in contatto strisciante, tramite le proprie facce 18, solamente con le facce frontali 17 delle protuberanze 16, di limitata estensione: tale contatto strisciante, inoltre, avviene sostanzialmente in corrispondenza dell’asse di ciascun rullo 4 e, quindi, con piccola velocità relativa e attrito limitato. La presenza delle protuberanze assiali 16 consente inoltre di ridurre o compensare eventuali giochi assiali esistenti tra i rulli 4 e le relative sedi 7.

Anche in assenza dell’anello esterno 3, inoltre, rimosso per esempio in fase di manutenzione del cuscinetto 1, i rulli 4 rimangono radialmente bloccati nelle relative sedi 7 dai denti di arresto 19: tolto l’anello esterno 3, i rulli tenderebbero a cadere per gravità distaccandosi dall’anello interno 2, ma il loro sfilamento dalle sedi 7 è impedito dai denti 19, in quanto i rulli 4 si appoggiano sulle facce inclinate 21 dei denti 18 lungo profili di contatto che si trovano in posizione radialmente esterna rispetto agli assi dei rulli stessi.

La particolare conformazione della struttura di contenimento 5 secondo il trovato consente dunque, in fase di assemblaggio, di inserire a scatto i rulli 4 nelle relative sedi 7, grazie alla deformabilità elastica dei denti 19, quando la struttura di contenimento 5 si trova disposta esternamente all’anello interno 2 del cuscinetto 1: dopo che i rulli 4 sono stati inseriti nelle sedi 7 e hanno raggiunto la superficie laterale esterna 22 dell’anello interno 2, i denti 19 si richiudono a scatto bloccando radialmente i rulli 4. In alternativa, i rulli 4 potrebbero essere inseriti nelle rispettive sedi 7 prima che la struttura di contenimento 5 sia montata sull’anello interno 2, dall’interno della gabbia anulare 6 della struttura di contenimento stessa e quindi senza necessità di forzare e deformare i denti 19: in questo caso, sarebbe il successivo inserimento dell’anello interno 2 entro la gabbia anulare 6 a bloccare radialmente i rulli 4 nelle sedi 7.

Nelle figure da 4 a 6, nelle quali i dettagli simili o uguali a quelli già descritti sono indicati con i medesimi numeri, è illustrata una possibile variante 5a alla struttura di contenimento secondo l invenzione, preferibilmente realizzata per stampaggio in un materiale polimerico o composito, per esempio in PEEK (polietere-etil-chetone) caricato con vetro, PTFE o grafite. A parte la differente conformazione delle coppie di pareti opposte 13 e 15 delimitanti le sedi 7 per l’inserimento dei corpi volventi 4, la struttura di contenimento 5a è del tutto simile alla struttura di contenimento 5 precedentemente descritta con riferimento alle figure da 1 a 3: ciascuna sede 7 della struttura di contenimento 5a è però provvista di una coppia di protuberanze assiali 16 aventi estensione radiale inferiore a quella delle pareti 13 da cui si estendono (e quindi alla gabbia anulare 6) e disposte in corrispondenza di una superficie laterale radialmente interna 23 della gabbia anulare 6, in modo da limitare ulteriormente in prossimità dell’asse dei rulli 4 la superficie di contatto tra le facce 18 dei rulli stessi e le facce frontali 17 delle protuberanze 16.

Nelle figure 7 e 8 è illustrata un’ulteriore possibile variante 5b alla struttura di contenimento secondo il trovato, in cui le porzioni assialmente centrali 20 delle pareti 15 delimitanti circonferenzialmente le sedi 7 sono provviste di gole di alleggerimento 24, aventi dimensione assiale sostanzialmente uguale a quella dei denti 19 che si estendono dalle stesse porzioni centrali 20; i denti 19 hanno inoltre estensione radiale maggiore della gabbia anulare 6 e si estendono pertanto radialmente all’esterno di una superficie laterale radialmente esterna della gabbia anulare 6. Sia la presenza delle gole di alleggerimento 24, sia la dimensione radiale dei denti 19 hanno la funzione di aumentare la deformabilità elastica dei denti 19 stessi durante linserimento a scatto dei rulli 4 nelle sedi 7.

Risulta infine chiaro che alla struttura di contenimento sopra descritta possono essere apportate ulteriori modifiche e varianti che non escono dall’ambito delle rivendicazioni.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Struttura di contenimento (5) di corpi volventi (4) di un cuscinetto a rotolamento (1), destinata ad essere radialmente alloggiata tra un anello interno (2) e un anello esterno (3) di detto cuscinetto a rotolamento (1), comprendente una gabbia anulare (6) sostanzialmente rigida, provvista di una pluralità di sedi (7) radialmente passanti per l’inserimento di detti corpi volventi (4); caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre mezzi di guida (8) solidali a detta gabbia anulare (6) e provvisti di almeno una superficie di strisciamento (11) atta a cooperare a strisciamento con una superficie radialmente interna (12) di detto anello esterno (3) del cuscinetto a rotolamento (1) per supportare detta gabbia anulare (6) in posizione radialmente interna rispetto a detto anello esterno (3).
2. Struttura di contenimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di guida comprendono almeno una flangia (8) radialmente esterna, estendentesi radialmente a sbalzo verso l esterno da un bordo di estremità (9) di detta gabbia anulare (6) e provvista su un proprio bordo radialmente esterno (10) di detta superficie di strisciamento (11).
3. Struttura di contenimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fato che ciascuna di dette sedi (7) per linserimento di detti corpi volventi (4) è provvista di una coppia di protuberanze assiali (16), estendentisi assialmente una verso l’altra da rispettive prime pareti opposte (13) affacciate tra loro e delimitanti assialmente detta sede (7), dette prime pareti opposte (13) essendo sostanzialmente ortogonali a un asse di detto cuscinetto (1).
4. Struttura di contenimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che ciascuna di dette sedi (7) per l’inserimento di detti corpi volventi (4) è provvista di una coppia di denti (19) di arresto a scatto di detti corpi volventi (4), estendentisi circonferenzialmente a sbalzo da rispettive seconde pareti (15) opposte sostanzialmente affacciate tra loro e delimitanti circonferenzialmente detta sede (7), dette seconde pareti (15) essendo sostanzialmente parallele a un asse di detto cuscinetto (1).
5. Struttura di contenimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detti denti (19) presentano rispettive facce frontali (21), sostanzialmente piane e affacciate tra loro, aventi inclinazione prefissata (d) rispetto alla direzione radiale; detta inclinazione prefissata (d) rispetto alla direzione radiale essendo compresa tra circa 5° e circa 18°.
6. Struttura di contenimento secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detta inclinazione prefissata (d) di dette facce frontali (21) di detti denti (19) rispetto alla direzione radiale è di circa 12°.
7. Struttura di contenimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta struttura anulare (6) presenta un diametro interno sostanzialmente uguale al diametro medio (“primitivo”) di detto cuscinetto (1), definito come diametro della circonferenza luogo geometrico delle tracce degli assi di rotazione di detti corpi volventi (4) su un piano di rotazione di detto cuscinetto (1).
8. Struttura di contenimento secondo una delle rivendicazioni da 4 a 7, caratterizzata dal fatto che dette protuberanze assiali (16) hanno dimensione circonferenziale inferiore alla dimensione circonferenziale di dette prime pareti (13); detti denti (19) avendo dimensione assiale inferiore alla dimensione assiale di dette seconde pareti (15) ed estendendosi da rispettive porzioni assialmente centrali (20) di dette seconde pareti (13).
9. Struttura di contenimento secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che dette protuberanze assiali (16) e detti denti (19) hanno estensione radiale sostanzialmente uguale allo spessore radiale di detta gabbia anulare (6).
10. Struttura di contenimento secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che dette protuberanze assiali (16) hanno estensione radiale inferiore allo spessore radiale di detta gabbia anulare (6) e sono disposte su dette prime pareti (13) delimitanti assialmente dette sedi (7) in prossimità di una superficie laterale radialmente interna (23) di detta gabbia anulare (6).
11. Struttura di contenimento secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzata dal fatto che detti denti (19) hanno estensione radiale maggiore dello spessore radiale di detta gabbia anulare (6), estendendosi radialmente all’esterno oltre una superficie laterale radialmente esterna di detta gabbia anulare (6); dette porzioni assialmente centrali (20) delle pareti (15) delimitanti circonferenzialmente le sedi (7) essendo provviste di gole di alleggerimento (24), aventi dimensione assiale sostanzialmente uguale a quella di detti denti di arresto (19).
12. Cuscinetto a rotolamento (1), comprendente un anello interno (2) e un anello esterno (3), tra i quali è radialmente interposta una pluralità di corpi volventi (4), e una struttura di contenimento (5) di detti corpi volventi (4), alloggiata tra detto anello interno (2) e detto anello esterno (3) del cuscinetto (1), caratterizzato dal fatto di comprendere una struttura di contenimento (5) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11.
13. Struttura di contenimento di corpi volventi di un cuscinetto a rotolamento e cuscinetto a rotolamento comprendente la stessa, sostanzialmente come descritto con riferimento ai disegni annessi.