Cuscinetti a sezione sottile per la CVT-Bike

I cuscinetti a sezione sottile di Kaydon Bearings, parte del Gruppo SKF, sono stati utilizzati per progettare e realizzare il cambio CVT di una bicicletta innovativa. Per soddisfare i requisiti dell’applicazione, era importante garantire uno spessore dei cuscinetti particolarmente contenuto.

di Elena Magistretti

Tra le applicazioni dei cuscinetti a sezione sottile Kaydon, particolarmente compatti e leggeri, vi è la bicicletta. Non parliamo però di una bicicletta tradizionale… bensì di una bicicletta innovativa sviluppata dagli studenti dell’istituto tecnico superiore Rennweg (HTL) di Vienna: la CVT-Bike.
Obiettivo dei progettisti era disegnare e realizzare un cambio CVT nelle dimensioni e con la riduzione desiderata.
Con un cambio CVT (Continuously Variable Transmission) è infatti possibile modificare il rapporto in continuo.

Caratteristiche costruttive e di funzionamento del cambio CVT
Un cambio CVT è composto da quattro dischi cuneiformi tra i quali si trova una cinghia trapezoidale. Quando la distanza tra la prima coppia di dischi si riduce, sull’altra coppia questa diventa maggiore. In tal modo è possibile variare il rapporto in continuo. Azionando un pulsante posizionato sul manubrio, il ciclista può passare dalla modalità manuale a quella automatica. Tuttavia, nella modalità manuale il rapporto è regolabile da parte del ciclista.
Nella modalità automatica il cambio varia la marcia automaticamente e il ciclista non deve più occuparsene. Questa soluzione utilizza parametri quali la frequenza di pedalata, il dispendio di energia, la velocità della bicicletta e l’inclinazione per determinare il rapporto di riduzione adatto ad ogni situazione.
Una batteria integrata accumula l’energia ricavata durante la guida, ma può anche essere caricata attraverso una normale presa di corrente. Il cambio è montato nella zona in cui si trova il supporto per la borraccia, non è pertanto necessario eseguire alcuna modifica strutturale alla bicicletta. Per l’installazione la catena viene rimossa, viene montato il cambio e vengono tese due nuove catene. Questo semplice processo semplifica la conversione al cambio CVT che può quindi essere impiegato in quasi tutti i tipi di bicicletta.

Cuscinetti compatti: un requisito importante richiesto dall’applicazione
All’interno del motore CVT sono necessari due cuscinetti volventi, uno dei quali è montato all’interno dell’elemento di traslazione. Questo cuscinetto consente al disco di scorrere attraverso il servoazionamento fisso del motore. All’interno del cambio si trova una larga cinghia trapezoidale per la trasmissione della coppia. Attraverso una molla di compressione viene garantita una trasmissione “priva di slittamento”. Il servoazionamento deve spostare il disco contrastando la pressione della molla. Di conseguenza, la pressione della molla grava sul cuscinetto a sezione sottile. Il secondo cuscinetto svolge invece un’azione stabilizzante sul mandrino, che è collegato al servoazionamento. Era molto importante che i due cuscinetti avessero dimensioni contenute: a velocità relativamente basse (non superiori a 120 giri/min) il cuscinetto più grande deve sopportare carichi assiali pari a 800N e forze radiali ridotte. Tuttavia, è molto importante garantire uno spessore particolarmente contenuto nel montaggio. Per tale motivo non è stato possibile combinare i tradizionali cuscinetti radiali con cuscinetti assiali. Il cuscinetto più piccolo deve assorbire solo forze assiali e anche in questo caso, è disponibile poco spazio.
I cuscinetti a sezione sottile di Kaydon hanno rappresentato la soluzione ideale grazie alla struttura particolarmente compatta. In particolare sono state utilizzate le serie KA025AR0 e KAA10AG0: cuscinetti obliqui a sfere non protetti dotati di gabbie circolari con una sezione trasversale di soli 6,350 mm e 4,7625 mm rispettivamente.

Alta efficienza in cuscinetti dalle dimensioni e peso ridotti
Questi cuscinetti obliqui hanno un angolo di contatto di 30° e una pista profonda nell’anello interno ed esterno; entrambi gli anelli sono rettificati. Il carico viene trasmesso da un anello all’altro mediante le sfere separate dalla gabbia. Questo tipo di cuscinetto consente l’utilizzo della gabbia continua circolare con un numero maggiore di sfere. Ogni serie ha una sezione che rimane costante per tutte le misure, anche con fori maggiori, Il che permette di sostituire gli alberi pieni con gli alberi cavi. Spesso un cuscinetto a sezione sottile Reali-Slim dalla struttura di un cuscinetto a quattro punti di contatto può sostituire addirittura due cuscinetti radiali o obliqui a sfere. In tal modo la struttura diventa più compatta e l’installazione del cuscinetto a sfere più semplice. Con oltre 250 diversi tipi di cuscinetti a sezione sottile, con versioni ibride dotate anche di sfere di ceramica, Kaydon è in grado di offrire la soluzione ideale per ogni problema di progettazione.

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