La metodologia di progettazione del meccanismo di funzionamento satellitare della macchina volumetrica

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 13685 (2022) Citare questo articolo

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In questo articolo viene descritta una metodologia di progettazione del meccanismo satellitare costituito da due ingranaggi non circolari (rotore dentato esternamente e curvatura dentata internamente) e ingranaggi circolari (satelliti). Nella metodologia presentata si presuppone che la linea primitiva del rotore sia nota e che sia necessario designare la linea primitiva di curvatura. La metodologia presentata si applica ai meccanismi per i quali il numero delle gobbe di curvatura è almeno uno maggiore del numero delle gobbe del rotore. Viene inoltre presentata la selezione del numero di ingranaggi e del numero di denti nell'ingranaggio, nel rotore e nella curvatura. Viene presentata la metodologia per calcolare la posizione del centro del satellite e l'angolo della sua rotazione per modellare i denti sul rotore e la curvatura. L'articolo mostra anche diversi tipi di meccanismi satellitari: meccanismi satellitari con diversi numeri di gobbe sul rotore e curvatura. Vengono inoltre presentati i parametri tecnici del meccanismo per la linea del passo del rotore descritta dalla funzione coseno.

Nei sistemi di trasmissione idrostatica, le macchine volumetriche sono pompe e motori idraulici. A causa delle elevate pressioni di esercizio, nei sistemi idrostatici dominano le pompe a pistoni e i motori a pistoni1,2,3,4,5. Vengono utilizzate anche altre costruzioni di macchine volumetriche, come macchine a ingranaggi6,7,8,9,10, gerotor11 o a palette12. Gli ultimi anni sono stati un periodo di intenso sviluppo delle macchine volumetriche, in particolare dei motori idraulici, in cui il meccanismo di funzionamento è un insieme speciale di ingranaggi non circolari. Questo articolo è dedicato a queste macchine.

L’idea degli ingranaggi non circolari non è nuova. Gli ingranaggi non circolari venivano utilizzati in molti dispositivi per fornire un movimento irregolare, che è il trasferimento (generalmente) stabile della velocità di ingresso in varie velocità di uscita. Un esempio di tali dispositivi sono i meccanismi a orologeria, i dispositivi astronomici, i sistemi elettromeccanici per controllare e azionare potenziometri non lineari, macchine tessili13, presse meccaniche14,15,16 e anche giocattoli meccanici. Inoltre, a partire dal XVIII secolo, gli ingranaggi non circolari furono comunemente utilizzati nelle macchine volumetriche come nelle pompe e nei flussometri (Fig. 1)17. Sia le trasmissioni ad ingranaggi che le macchine volumetriche idrauliche (Fig. 1) sono costruite con ingranaggi non circolari con una distanza costante tra gli assi di queste ruote. I metodi di progettazione di tali trasmissioni ad ingranaggi sono ampiamente descritti in letteratura13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23.

Ingranaggi non circolari in macchine volumetriche17.

Mentre alla fine dell'Ottocento venne costruito il primo motore idraulico con ingranaggi non circolari24,25,26. Questo motore era chiamato motore satellitare (Fig. 2).

Il meccanismo di funzionamento del primo motore satellitare (tipo 3 × 4): 1—rotore, 2—curvatura, 3—satellite24,25,26.

La concezione del meccanismo di funzionamento del motore satellitare si basa sulla mutua cooperazione della ruota dentata non circolare esterna (chiamata rotore) con la ruota dentata non circolare interna (chiamata curvatura) attraverso gli ingranaggi rotondi (chiamati satelliti) tra di loro. I satelliti svolgono il ruolo di partizioni mobili tra le camere. Contemporaneamente, il satellite funge da divisore di afflusso e deflusso quando la camera di lavoro passa dalla fase di riempimento alla fase di estrusione26.

Per tipo di meccanismo satellitare si dovrebbe intendere la sua caratteristica, ovvero il numero nR di gobbe sul rotore e il numero nE di gobbe sulla curvatura. Pertanto, il tipo di meccanismo verrà contrassegnato come “nR x nE”.

Attualmente vengono prodotti motori idraulici con quattro tipi di meccanismi satellitari (Fig. 2, 3i, 4).

Meccanismi satellitari: tipo 4 × 6 (a sinistra) e tipo 6 × 8 (a destra): 1—rotore, 2—curvatura, 3—satellite26,28,29,30,31,32,33,34.