BR102016011428B1 - Eixo de acionamento compreendendo uma engrenagem com redução nos cubos - Google Patents

Abstract

ENGRENAGEM DE REDUÇÃO, COM REDUÇÃO NOS CUBOS, PARA UM EIXO. Uma engrenagem de redução, com redução nos cubos, de um eixo de acionamento e um método para disponibilizar uma engrenagem de redução, com redução nos cubos. A engrenagem de redução, com redução nos cubos, poderá compreender uma pluralidade de engrenagens planetárias cônicas enganchadas em uma engrenagem cônica central, um suporte das engrenagens planetárias adaptado para acionar uma roda de um veículo; e uma coroa circular de uma engrenagem cônica interna enganchada nas engrenagens cônicas planetárias e adaptada para ligação a uma caixa do veio lateral do eixo.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere a uma engrenagem com redução nos cubos, para um eixo, e, em particular, para um eixo de um veículo pesado, como é o caso de um caminhão.

ANTECEDENTES

[002] A fim de poderem aproveitar eficazmente a potência de um motor de combustão interna, normalmente os veículos a motor dispõem de uma caixa de velocidades por engrenagem tendo uma pluralidade de relações de velocidade. Durante a utilização, essas relações de velocidade são selecionadas uma por uma, de um modo progressivo, permitindo de essa forma que seja disponibilizado a um veículo um equilíbrio desejável entre aceleração, velocidade de cruzeiro e economia de combustível. Geralmente, um eixo acionado de um veículo pesado também se distingue por uma relação de velocidade fixa, em que a velocidade de entrada (eixo de transmissão) é reduzida por meio de uma roda de coroa e pinhão, de modo a que a velocidade de saída (do lado do eixo) seja mais baixa; essa redução ainda maior da relação poderá se situar no intervalo compreendido entre 3:1 e 5:1.

[003] Em alguns casos, a redução da velocidade de relação fixa que tem lugar no eixo traseiro é insuficiente, de modo particular no caso de veículos pesados que são obrigados a se moverem lentamente, em uma forma controlável, em um intervalo útil de velocidades do motor. De um modo geral, não é desejável fazer com que tenha lugar uma maior redução da velocidade na roda de coroa e pinhão, uma vez que, em assim sendo, ou o pinhão se torna demasiado pequeno para transmitir o torque, ou a roda de coroa tem de ser de tal forma grande que a distância ao solo é insuficiente.

[004] A fim de abordar esse problema, foi proposto disponibilizar engrenagens com redução nos cubos, a serem instaladas nas extremidades de um eixo destinadas às rodas. Normalmente, é incorporado um conjunto de engrenagens epicicloidal em cada cubo de roda, em que a engrenagem solar é acionada pelo respectivo eixo lateral, a coroa circular está ligada à caixa do eixo (eixo lateral), e o suporte das engrenagens planetárias está acoplado aos componentes de saída giratórios, e, nomeadamente, ao cubo da roda, ao tambor do freio e à roda do veículo.

[005] Uma engrenagem com redução nos cubos compacta pode ser incorporada em cada extremidade de um eixo, e, de modo particular, naqueles casos em que o veículo disponha de rodas duplas, e poderá também permitir que a relação entre a coroa dentada e o pinhão seja reduzida, permitindo de essa forma a instalação de um pinhão mais robusto e de uma coroa dentada de menor diâmetro.

[006] As engrenagens epicicloidais de uma engrenagem com redução nos cubos, podem incluir engrenagens cilíndricas. Se bem que esta disposição seja axialmente compacta, ela está radialmente confinada pela abertura no centro da roda do veículo correspondente. Por esse motivo, e também para garantir que as engrenagens de pinhão tenham a resistência adequada, o intervalo de relações de redução no cubo está compreendida, aproximadamente, entre 3:1 e 6:1.

[007] Uma disposição alternativa da engrenagem cilíndrica, com a coroa circular acionada pelo respectivo eixo lateral, pode proporcionar um intervalo de relações compreendida entre cerca de 1,2:1 e de 1,5:1. Em assim sendo, as engrenagens cilíndricas não proporcionam uma variação contínua das relações de redução no cubo.

[008] Por outro lado, também é possível disponibilizar uma engrenagem com redução nos cubos, com engrenagens cônicas convencionais. Trata-se de uma disposição radialmente compacta em comparação com engrenagens cilíndricas, mas que ocupa mais espaço axial. Por razões práticas que se prendem com o tamanho do pinhão, o intervalo disponível de relações de redução no cubo usando engrenagens cônicas convencionais está compreendida entre cerca de 1,5:1 e de 3:1.

[009] Atendendo a tudo aquilo que foi dito acima, se conclui que o intervalo completo de relações desejáveis de redução da velocidade não pode ser proporcionada seja por engrenagens cilíndricas, seja por engrenagens cônicas. Por outro lado, não é desejável ter dois tipos diferentes de engrenagem com redução nos cubos, com restrições de espaço axiais e radiais substancialmente diferentes.

[0010] Em assim sendo, seria vantajoso ampliar o intervalo de relações de uma ou de outra das engrenagens com redução no cubo, conhecidas, a fim de facilitar o acionamento de eixos que disponham de mais componentes em comum.

RESUMO

[0011] De acordo com essa invenção é divulgada uma engrenagem com redução nos cubos, para um eixo, compreendendo essa engrenagem com redução nos cubos, uma engrenagem cônica solar adaptada para ser acionada por um eixo de um eixo lateral, uma pluralidade de engrenagens planetárias cônicas engrenadas na engrenagem cônica solar, um suporte das engrenagens planetárias adaptado para acionar a roda de um veículo, e uma coroa circular de engrenagem cônica interna engrenada nas engrenagens cônicas planetárias e adaptada para ligação a uma caixa do eixo lateral do eixo.

[0012] Por engrenagem cônica interna se entende uma engrenagem internamente côncava em que uma parte radialmente externa de um dente está relativamente mais alta do que uma parte radialmente interna de um dente.

[0013] O uso de uma engrenagem cônica interna permite um aumento do intervalo de relações de engrenagens cônicas com redução nos cubos, para 6:1, um intervalo que, anteriormente, apenas podia ser alcançada mediante o recurso a engrenagens cilíndricas. Deste modo, o intervalo completo de relações de redução de engrenagens cônicas com redução nos cubos, que incorpora essa invenção está compreendida entre cerca de 1,5:1 e de 6:1.

[0014] De forma vantajosa, as engrenagens cônicas têm dentes retos, podendo, por conseguinte, ser formados por meio de forjamento de precisão.

[0015] Outras características da invenção serão evidentes através das reivindicações que a acompanham.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0016] Outras características da invenção serão evidentes da descrição que se segue de diversas formas de realização, ilustradas meramente a título de exemplo através dos desenhos que integram essa divulgação, em que:

[0017] A Fig. 1 mostra, a título de exemplo, o alçado lateral de um caminhão fora de estrada.

[0018] A Fig. 2 mostra, representado de forma plana, um exemplo de um eixo de acionamento para o caminhão que é apresentado na figura 1.

[0019] A Fig. 3 mostra uma vista de uma seção axial, representada de forma esquemática, de uma engrenagem com redução nos cubos, de acordo com o estado da técnica anterior que incorpora rodas de engrenagem cilíndrica.

[0020] A Fig. 4 mostra uma vista de uma seção axial de uma engrenagem com redução nos cubos, de acordo com a presente invenção.

[0021] A Fig. 5 mostra outra engrenagem com redução nos cubos, de acordo com a presente invenção.

[0022] A Fig. 6 mostra uma tabela comparativa de algumas relações de redução diferentes que podem ser alcançadas se essa invenção for usada.

DESCRIÇÃO PORMENORIZADA

[0023] Tal como é exigido, são aqui divulgadas formas de realização detalhadas de essa invenção; no entanto, importa que fique claro que as formas de realização aqui divulgadas são meramente exemplificativas de essa invenção que pode ser realizada de inúmeras e diversas formas alternativas. As figuras não estão necessariamente à escala; certas características poderão ser apresentadas de forma exagerada ou minimizada para mostrar detalhes de determinados componentes. Em assim sendo, detalhes específicos estruturais e funcionais aqui divulgados não deverão ser interpretadas como uma limitação, mas meramente como uma base representativa para ensinar um perito em essa matéria como empregar essa invenção de diversas formas.

[0024] A figura 1 mostra um exemplo de um caminhão fora de estrada para uso em pedreiras 10 para o qual pode ser disponibilizada uma engrenagem com redução nos cubos. O caminhão compreende uma cabina para o motorista 11, um corpo aberto 12 para pedra ou outro material da pedreira, um eixo de direção dianteiro 13, dois eixos de acionamento traseiros 14, 15, e rodas do veículo 16. Regra geral, esse tipo de caminhão é necessário para transportar cargas pesadas por terrenos acidentados a baixas velocidades, e, por esse motivo, a velocidade do motor tem de ser reduzida por meio de uma engrenagem adequada para se obter a velocidade pretendida para as rodas.

[0025] Por via de regra, o caminhão 10 pode utilizar um motor de combustão interna convencional e uma engrenagem de transmissão com mudança de velocidade com saída de acionamento para eixos traseiros por meio de um eixo de transmissão aberto. No eixo traseiro, o acionamento é subdividido para as rodas traseiras por meio de um diferencial convencional incorporando a redução da relação de velocidade por meio de uma coroa dentada e de um pinhão. Para obter uma relação de redução da velocidade maior, cada cubo de roda dispõe de uma engrenagem com redução nos cubos.

[0026] Outros tipos de caminhão e de veículo com rodas também poderão incorporar engrenagens com redução nos cubos.

[0027] A Fig. 2 mostra um eixo de acionamento típico 20, representado de forma plana. Uma caixa de eixo 21 incorpora um diferencial convencional com uma coroa dentada e um pinhão (não mostrados na figura). A entrada de acionamento é feita através de um eixo de transmissão 22 e de uma junta universal 23, assegurando um movimento de suspensão do eixo em relação ao chassi do veículo.

[0028] Os alojamentos do eixo lateral 24, que também podem ser chamados de caixas do eixo lateral, poderão incorporar e suportar eixos laterais rotativos respectivos (não mostrados na figura), que terminam em seus respectivos cubos das rodas. Regra geral, cada cubo compreende um tambor do freio 25 do qual se projetam pinos roscados para a fixação de rodas de veículos 16.

[0029] Normalmente, o eixo motor 27 do eixo de transmissão está posicionado no eixo longitudinal do veículo, estando posicionado ortogonalmente em relação ao eixo de rotação 28 ou ao eixo motor do eixo de acionamento 20. Usualmente, os eixos laterais têm o mesmo comprimento axial, porém, em certas circunstâncias, a caixa do eixo poderá apresentar um desvio para um dos lados.

[0030] A figura 3 ilustra, de forma esquemática, uma engrenagem com redução no cubo 30 de acordo com um estado da técnica anterior que incorpora rodas de engrenagem cilíndrica. Um alojamento do eixo lateral 24, formando um lado de um eixo de acionamento, tem em seu interior um eixo lateral giratório 31 suportado por mancais (não mostrados na figura). O eixo de rotação 28 do eixo lateral 31 está ilustrado na figura.

[0031] Uma engrenagem solar cilíndrica 32 roda em conjunto com o eixo lateral 31, se enganchando, de forma convencional, com uma pluralidade de engrenagens planetárias equidistantes 33, as quais, por sua vez, se engancham em uma engrenagem anular cilíndrica ou em uma coroa circular 34. A coroa circular 34 está fixada ao alojamento do eixo lateral 24, o que faz com que fique relativamente imóvel.

[0032] O suporte das engrenagens planetárias usual 35, no qual as engrenagens planetárias 33 são suportadas de modo a poderem se rodar, está acoplado a um elemento de saída 36 da engrenagem com redução nos cubos. O elemento de saída 36 é, regra geral, um tambor de freio de um veículo, ou outro elemento rotativo de um cubo, o qual, por sua vez, está ligado a uma roda motriz de um veículo.

[0033] Quando em utilização, a rotação do eixo lateral 31 e da engrenagem solar 32 faz com que as engrenagens planetárias 33 rodem dentro da coroa circular (fixa) 34, fazendo com que, de essa forma, o suporte das engrenagens planetárias 35 rode a uma velocidade relativamente reduzida. Engrenagens de redução cilíndricas com redução nos cubos, permitem uma redução da relação no intervalo compreendido entre 3:1 e 6:1, porém, se se pretender que a resistência dos dentes da engrenagem seja suficiente, não são possíveis relações inferiores a 3:1.

[0034] Tal como já foi referido acima, também já é conhecida a redução nos cubos por meio de engrenagens cônicas, mas essa redução está restringida a uma variação da relação de transmissão no intervalo aproximadamente compreendido entre 1,5:1 e 3:1.

[0035] A figura 4 mostra outra engrenagem com redução nos cubos, 40 de acordo com a presente invenção. Um alojamento do eixo lateral 24 de um eixo de acionamento tem em seu interior um eixo lateral rotativo 31 suportado por mancais (não mostrados na figura). O eixo de rotação 28 do está ilustrado na figura.

[0036] Uma engrenagem solar cônica 41 roda em conjunto com o eixo lateral 31, se enganchando em uma de uma pluralidade de engrenagens planetárias cônicas equidistantes 42, as quais, por sua vez, se engancham em uma engrenagem anular cônica ou em uma coroa circular 43. A coroa circular 43 está fixada ao alojamento do eixo lateral 24, o que faz com que fique relativamente imóvel.

[0037] O suporte das engrenagens planetárias 44 usual, em que as engrenagens planetária 42 podem rodar por meio de pinos planetários 45, está acoplado a um elemento de saída 36, como, por exemplo, o cubo de uma roda, o qual é suportado para rotação no alojamento do eixo lateral 24, por meio de mancais de rolos cônicos 46, 47. O cubo da roda é utilizado acoplado a uma ou mais rodas motrizes de um veículo.

[0038] Também ilustrado na figura 4 estão o suporte do pino planetário 48, um mancal de agulhas planetário 49, um rolamento axial de engrenagem solar 50, um rolamento axial de pinhão planetário 51 e um anel de encosto de pinhão planetário 52. Se bem que esses mancais de suporte e esses rolamentos axiais possam ser necessários no exemplo de acordo com o estado da técnica anterior mostrado na figura 1, para maior clareza eles não estão representados em essa figura.

[0039] A engrenagem com redução de engrenagem cônica que é mostrada na figura 2 tem um diâmetro relativamente menor do que a engrenagem com redução cilíndrica que é apresentada na figura 1, sendo, porém relativamente mais comprida na direção do eixo de rotação 28.

[0040] Quando em utilização, a rotação do eixo lateral 31 e da engrenagem solar 41 faz com que as engrenagens planetárias 42 rodem dentro da coroa circular (fixa) 43 e, de essa forma, fazem com que o suporte das engrenagens planetárias 44 rode a uma velocidade relativamente reduzida.

[0041] A coroa circular 43 é uma engrenagem cônica interna, na qual a parte radialmente mais externa 53 de cada dente tem uma altura maior do que a parte radialmente mais interna 54 de cada dente, dando de essa forma um aspeto côncavo à engrenagem cônica do lado dos dentes da engrenagem, tomando por referência o plano de rotação 55.

[0042] Em uma forma de realização de essa invenção, cada um dos dentes da engrenagem cônica é reto, ou seja, cada dente se estende de acordo com o ângulo de concavidade 56; essa forma de um dente pode ser forjada e/ou usinada de maneira mais simples do que um dente curvo, como é o caso dos dentes de uma roda de engrenagem helicoidal, por exemplo. Como facilmente se entende, se for selecionada uma forma reta para os dentes da coroa circular 43, tanto a engrenagem solar 41, quanto cada pinhão deverão ter uma forma de dente correspondente, para garantir um engrenamento eficaz da engrenagem.

[0043] A coroa circular de engrenagem cônica interna 43 torna possível no intervalo mais amplo de relações de redução dos cubos do que a existente de acordo com o estado da técnica anterior com uma coroa circular da engrenagem cônica externa.

[0044] No caso de uma engrenagem com redução nos cubos, em que a engrenagem solar seja de acionamento, a coroa circular esteja fixa, e a saída seja do suporte das engrenagens planetárias, a relação de redução é determinada pela fórmula: Relação = 1 + NA / NS em que: NA é o número de dentes da engrenagem de coroa circular (anel), e NS é o número de dentes da engrenagem solar.

[0045] O número de dentes da engrenagem planetária NP é selecionado de acordo com a geometria da engrenagem com redução nos cubos, mas não afeta a relação da engrenagem como tal.

Exemplo 1

[0046] Pode ser obtida uma relação de redução de 3:1 usando engrenagens cônicas com o seguinte número de dentes: NA = 40 NP = 20 NS = 20 Em assim sendo: o ângulo do eixo entre o eixo de rotação da engrenagem solar e o eixo de rotação dos pinhões planetários SASP = 60°; o ângulo do eixo entre o eixo de rotação da coroa circular e o eixo de rotação dos pinhões planetários SASP = 120°; o ângulo do passo da engrenagem solar PAS = 30°; o ângulo do passo dos pinhões planetários PAP = 30°; e o ângulo do passo da coroa circular PAA = 90°;

Exemplo 2

[0047] Também pode ser obtida uma relação de redução de 3:1 usando engrenagens cônicas com o seguinte número de dentes: NA = 40 NP = 15 NS = 20 Em assim sendo: SASP = 48,19° SAAP = 131,81° PAS = 27,75° PAP = 20,44° PAA = 111,37°

Exemplo 3

[0048] Outro exemplo de uma relação de redução de 3:1 usa o seguinte número de dentes: NA = 40 NP = 30 NS = 20 Em assim sendo: SASP = 70,53° SAAP = 109,47° PAS = 27,21° PAP = 43,31° PAA = 66,16°

[0049] Os exemplos 1 a 3 ilustram que pode ser obtida uma relação de redução pretendida de inúmeras formas, em função das limitações de espaço impostas pelo espaço de construção dentro do qual a engrenagem com redução nos cubos, deverá ficar instalada.

Exemplo 4

[0050] Pode ser obtida uma relação de redução de 6:1 usando engrenagens cônicas com o seguinte número de NA = 70 NP = 30 NS = 14 Em assim sendo: SASP = 21,039° SAPA = 158,961° PAS = 6,657° PAP = 14,383° PAA = 144,578°

[0051] A figura 5 corresponde à figura 4, ilustrando a disposição apresentado no Exemplo 4, que proporciona uma relação de redução de 6:1; os demais componentes do eixo não estão representados em essa figura por motivos de maior clareza, sendo, porém, usados os mesmos números de referência para identificar componentes equivalentes.

Exemplo 5

[0052] Pode ser obtida uma relação de redução de 4,5:1 usando engrenagens cônicas com o seguinte número de dentes: NA = 70 NP = 30 NS = 20 Em assim sendo: SASP = 33,557° SAPA = 146,443° PAS = 13,328° PAP = 20,230° PAA = 126,213°

[0053] Os Exemplos 4 e 5 ilustram que, com essa invenção, pode se obter um intervalo de relações de redução nos cubos. Os valores dos Exemplos 1 a 5 estão resumidos na figura 6, que é uma tabela comparativa de relações de redução (R), número de dentes da coroa circular (NA); número de dentes da engrenagem planetária (NP); número de dentes da engrenagem solar (NS); ângulo do eixo entre a engrenagem solar e a engrenagem planetária (SASP); ângulo do eixo entre a engrenagem planetária e a coroa circular (SAPA); o ângulo do passo da coroa circular (PAA); o ângulo do passo da engrenagem planetária (PAP) e o ângulo do passo da engrenagem solar (PAS).

[0054] Como facilmente se depreende, obviamente que poderão ser planejadas outras relações, sendo claro que cada uma das rodas de engrenagem tem de ter um número inteiro de dentes.

[0055] Apesar de, acima, serem descritos exemplos de formas de realização, não se pretende com isso que essas formas de realização descrevam todas as formas possíveis de realização de essa invenção. Pelo contrário, as palavras usadas na descrição são palavras utilizadas para descrever, e não para limitar, sendo claro que poderão ser introduzidas várias alterações sem que tal represente um afastamento em relação ao espírito e ao âmbito de essa invenção. Por outro lado, as características de diversas formas de realização implementadas poderão ser combinadas de modo a darem origem a outras formas de realização de essa invenção.

Claims (11)

1. Eixo de acionamento (20), compreendendo uma engrenagem com redução nos cubos (40), que inclui: uma engrenagem solar cônica (41) tendo dentes de engrenagem solar cônica, a engrenagem solar cônica sendo adaptada para ser acionada por um eixo lateral do eixo (31); uma pluralidade de engrenagens planetárias cônicas (42), cada engrenagem planetária tendo dentes de engrenagem planetária engrenadas com os dentes da engrenagem solar cônica (41); um suporte das engrenagens planetárias (44) adaptado para acionar a roda de um veículo; e uma coroa circular de engrenagem cônica interna (43) tendo dentes de coroa circular de engrenagem engrenada nos dentes das engrenagens planetárias cônicas (42) e adaptada para conexão à caixa de um eixo lateral do eixo (24), caracterizado pelo fato da coroa circular de engrenagem cônica interna ser uma coroa circular de engrenagem cônica interna tendo um ângulo de passo em uma faixa de 90,01° a 150°.

2. Eixo de acionamento (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dispõe de uma relação de redução em um intervalo compreendido entre 3:1 e 6:1.

3. Eixo de acionamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de engrenagens planetárias cônicas (42) tem dentes retos preferencialmente em que a pluralidade de engrenagens planetárias cônicas (42) tem uma pluralidade de dentes em um intervalo compreendido entre os 15 e 30.

4. Eixo de acionamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a engrenagem solar cônica (41) tem dentes retos, a engrenagem solar cônica (41) tem preferencialmente uma pluralidade de dentes em um intervalo compreendido entre os 14 e 20.

5. Eixo de acionamento (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a coroa circular de engrenagem cônica interna (43) tem dentes retos em que a coroa circular de engrenagem cônica interna (43) tem uma pluralidade de dentes no intervalo compreendido entre 40 e 70.

6. Eixo de acionamento (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dentes da engrenagem solar cônica, a pluralidade das engrenagens planetárias cônicas e a coroa circular de engrenagem cônica interna são forjados.

7. Eixo de acionamento (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um ângulo do passo da engrenagem solar cônica (42) está em um intervalo compreendido entre 5 e 30°.

8. Eixo de acionamento (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um ângulo do passo da pluralidade de engrenagens planetárias cônicas (42) está em um intervalo compreendido entre 20 e 45°.

9. Eixo de acionamento (20), de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda um segundo eixo lateral do eixo instalado do lado oposto ao do eixo lateral do eixo, caracterizado pelo fato de que o eixo lateral do eixo (31) está ligado à engrenagem solar (41) da engrenagem com redução nos cubos, e de que o segundo eixo lateral do eixo (31) está ligado a uma engrenagem solar de uma segunda engrenagem com redução nos cubos, e a um primeiro alojamento do eixo lateral (24) que está ligado à coroa circular de engrenagem cônica interna (43), e a um segundo alojamento do eixo lateral (24) que está instalado do lado oposto ao do primeiro alojamento do eixo lateral (24) e está ligado a uma segunda coroa circular de engrenagem cônica interna (43) da engrenagem com redução nos cubos.

10. Eixo de acionamento (20), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende também um diferencial entre o eixo lateral do eixo (31) e o segundo eixo lateral do eixo (31).

11. Eixo de acionamento (20), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende também um primeiro tambor do freio (25) ligado ao suporte das engrenagens planetárias (44) da engrenagem com redução nos cubos, e um segundo tambor do freio (25) ligado a um suporte das engrenagens planetárias (44) da segunda engrenagem com redução nos cubos.