Sistema di disaccoppiamento dei carichi sulla trasmissione vite-madrevite

Nella trasmissione dedicata al controllo di assetto e sollevamento gioca un ruolo fondamentale il sistema madrevite. Per quanto riguarda la componente madrevite è stato necessario dedicare particolare attenzione alla progettazione di questo componente a causa delle condizioni di lavoro e dei possibili carichi che su di esso vengono ad insistere. In figura 4-30 si vede il componente cosi come risulta dal progetto che si è qui sviluppato. Il sistema è costituito dalla madrevite o chiocciola (1), da due menischi di contatto (2), dalla forcella o giunto (3) e dalla contro-chiocciola (4).

Figura 4-30: Modello CAD del sistema madrevite Figura 4-31: Dispositivo di disaccoppiamento dei carichi anomali sulla vite

Questi componenti sono stati tutti realizzati specificamente per l’applicazione descritta in questo lavoro.

Figura 4-32: Esploso del sistema madrevite Figura 4-33: Elementi principali del dispositivo di disaccoppiamento dei carichi anomali sulla vite

Nella progettazione del sistema vite-madrevite requisito fondamentale è rappresentato dalla necessità di mantenere un carico assiale sul sistema. Questa condizione può essere messa in forse nel caso in oggetto: il sistema vite-madrevite movimenta una slitta che si muove lungo guide calibrate longitudinali rispetto alla colonna; tale traiettoria può essere cambiata dalle condizioni nominali a causa di carichi e gradienti di temperatura, indubbiamente ricorrenti nell’ambiente in cui il rover è chiamato a lavorare, senza contare eventuali imperfezioni nel realizzare la struttura di supporto. A proposito di ciò, realizzando un accoppiamento vite-madrevite a cui vengano attribuiti solo carichi assali, disaccoppiando gli altri carichi, si osserva come la struttura di supporto, rappresentata dalla colonna, possa avere requisiti di tolleranza ben meno stringenti con una sensibile

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quanto detto lo scostamento dalla linearità della traiettoria delle guide non deve ripercuotersi sul sistema di trasmissione della vite, che altrimenti, sarebbe soggetto ad un carico anomalo tale da poter provocare impuntamento, usura precoce e rottura.

I carichi trasversali in un accoppiamento vite-madrevite sono sempre da considerarsi carichi dannosi ed è pertanto necessario eliminarli o limitarli. Si intende realizzare un accoppiamento tra il carrello e la chiocciola che sia in grado di trasmettere solo il carico l’ungo l’asse della vite escludendo qualsiasi altra componete. In figura 4-34 si illustra qualitativamente una colonna leggermente ricurva rispetto al piano orizzontale, sulla quale vengono riportate due posizioni assunte dal carrello durante la sua traslazione da sinistra verso destra. Si può osservare come, quando il carrello raggiunge la mezzeria, si riduce la sua distanza rispetto all’asse della vite.

Figura 4-34: Schema di una possibile incurvatura della colonna

Difetti, imperfezioni, carichi, azioni termiche potrebbero determinare variazioni nella distanza reciproca tra l’asse della vite e la traiettoria del carrello. Per le considerazioni che sono state fatte non è opportuno vincolare rigidamente il carrello alla chiocciola.

Il sistema di disaccoppiamento ideato è illustrato nella figura 4-35.

Questa soluzione, come illustrato nella figura 4-35, prevede che la forcella (1) venga fissata, ad una estremità, rigidamente alla piastra (2) del carrello e lasciata libera sull’estremità opposta. In questo modo le alette della forcella poggiano sulla flangia della chiocciola (3), con la possibilità di poter

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Asse della vite

scorrere leggermente su quest’ultima in direzione radiale rispetto all’asse della vite, come rappresentato nelle due figure seguenti.

Figura 4-36: Oscillazione consentita dal sistema madrevite Figura 4-37: Particolare dell’accoppiamento madrevite-carrello

Questa libertà di movimento intende compensare il possibile disallineamento tra la vite stessa e le guide, scongiurando la possibilità di esercitare carichi laterali sulla vite. Tra la forcella e la chiocciola è stato interposto un menisco in materiale a basso coefficiente d’attrito (4) che ha il compito di ridurre gli attriti tra le due superfici a contatto (figura 4-36).

Oltre alla possibilità di poter scorrere radialmente rispetto alla vite, la forcella è stata leggermente sagomata lungo le sue alette al fine di consentire anche delle piccole rotazioni, come illustrato in figura 4-38.

Figura 4-38: Simulazione della rotazione della forcella Figura 4-39: Impuntamento della madrevite sulla vite

Nella figura 4-38 è data la rappresentazione di una simulazione di rotazione della piastra e della forcella, in modo da evidenziare come il sistema madrevite non è interessato alle oscillazioni subite dalla slitta.

In questo modo, qualora si verificassero imperfezioni di allineamento tra la vite e le guide, la forcella e libera di ruotare senza applicare alcuna coppia sulla chiocciola, evitando il pericolo di inpuntamento della chiocciola sulla vite come evidenziato in figura 4-39.

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maniera uniforme con le superfici della forcella, permettendo leggere rotazioni della stessa, come appare evidenziato nella figura 4-40.

Figura 4-40: Modello CAD del menisco interposto tra la madrevite e la forcella

La forcella è stata dimensionata tenendo conto dei carichi gravanti sulle colonne, facendo delle opportune ipotesi circa i coefficienti di sicurezza da adottare nei calcoli.

Figura 4-41: Forcella in alluminio e disegni quotati

Le tolleranze generali sono state fissate in base agli standard internazionali (ISO2768-1, 1989), scegliendo una classe "f" per la tolleranza.

Per completare il dispositivo, alla chiocciola è stata accoppiata una contro-chiocciola che ha lo scopo di sorreggere la colonna quando questa viene sollevata da terra. Infatti, in questa situazione si ha un cambiamento del verso della forza e la forcella, che è solo appoggiata alla chiocciola, non è in grado di tenere sospesa la colonna. A tale scopo si è pensato di chiudere a pacco il dispositivo con

una “contro-chiocciola”, a ridosso della forcella, come illustrato in figura 4-42. Il tutto è facilmente smontabile, avendo evitato qualsiasi processo di saldatura o brasatura.

Figura 4-42: Madrevite e controparte realizzate per il dispositivo di disaccoppiamento dei carichi

Figura 4-43: Modello CAD della controparte applicata alla madrevite

Figura 4-44: Modello CAD della madrevite

Come per la chiocciola, anche tra la contro-chiocciola e la forcella viene interposto un menisco in materiale a basso attrito che ne riduce gli attriti e l’usura delle stesse (figura 4-45).

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Figura 4-45: Schema del blocco madrevite Figura 4-46: Fotografia di uno dei Quattro carrelli utilizzati per la colonna