BR112017001603B1 - Disco de roda para uma roda de disco - Google Patents

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Abstract

a presente invenção refere-se a um disco de roda para uma roda de disco, especialmente para veículos utilitários; com um flange de encaixe de cubo essencialmente que se estende radialmente (11) e uma borda de disco essencialmente cilíndrica (13) que pode ser unida a um aro de roda, e com uma região de transição (14) se estende entre o flange de encaixe de cubo (11) e a borda de disco (13), em que a região de transição é subdividida em pelo menos cinco segmentos (¿¿ a v) que passam um no outro ou dentro do flange de encaixe de cubo (11) ou na borda de disco (13), cada um dos quais tem uma extremidade externa situada mais próxima ao flange de conexão de cubo (11) e uma extremidade interna situada mais próxima da borda de disco (13), onde os segmentos vizinhos (¿¿ a v) têm curvaturas (r) com direções diferentes e espessura de material variável, com as razões das espessuras de material e a razão de seus comprimentos (la) para as alturas (hr) são escolhidas como segue: (fórmula i).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um disco de roda para uma roda de disco, especialmente para veículos utilitários, com um flange de encaixe de cubo que se estende essencialmente de modo radial e uma borda de disco essencialmente cilíndrica que pode ser unida a um aro de roda e com uma região de transição que se estende entre o flange de encaixe de cubo e a borda de disco.
[002] As rodas de disco, tal como as utilizadas hoje em dia principalmente para veículos utilitários, consistem essencialmente em duas peças de aço formadas, a saber, de um aro de roda e um disco de roda, que é soldado em uma região de encaixe na borda de disco circundante essencialmente cilíndrica na circunferência interna do aro. A produção do disco de roda ocorre normalmente em uma máquina de formação de fluxo através da formação de fluxo ou de giro de fluxo, pelo fato de uma chapa de aço ser fixada na região do flange de encaixe de cubo entre uma face de extremidade de um mandril de rotação e uma retenção, após o qual o material que limita radialmente para fora do flange de encaixe de cubo e possivelmente já pré-formado é pressionado e alongado por meio de formação de fluxo sob a rotação da chapa contra um mandril de rotação de modo a obter o contorno desejado da região de transição e a borda de disco sendo formada na sua extremidade. Os discos de roda que são feitos por formação de fluxo ou por giro de fluxo têm superfícies uniformes nos seus lados interior e exterior e uma boa textura, de modo que podem suportar as cargas que ocorrem no funcionamento de acionamento de um veículo entre o aro e o cubo do veículo. Os métodos e dispositivos para a formação de fluxo ou giro de fluxo na produção de discos de rodas para rodas de veículos são conhecidos por exemplo a partir dos documentos DE 21 56 551, DE 196 15 675 Al, DE 198 60 732 Al ou EP 1 473 097 B1.
[003] O problema que a invenção se propõe a resolver é criar um disco de roda para uma roda de disco do tipo mencionado acima que traz uma economia de peso em comparação com as formas de disco de roda conhecidas para propriedades de resistência de outro modo idênticas ou mesmo melhores.
[004] De acordo com a invenção, isto é conseguido com um disco de roda do tipo mencionado acima em que a região de transição é subdividida em pelo menos cinco segmentos que passam um para o outro ou para o flange de encaixe de cubo ou a borda de disco, cada um dos quais tem uma extremidade externa situada mais perto do flange de encaixe de cubo e uma extremidade interna situada mais perto da borda de disco, em que os segmentos tem uma curvatura pelo menos em uma região parcial do seu comprimento entre a sua extremidade externa e a sua extremidade interna e as curvaturas de segmentos vizinhos têm diferentes direções de curvatura, em que os segmentos individuais têm nas suas extremidades internas uma maior distância radial de um eixo de rotação do disco de roda que nas suas extremidades externas e em que o disco de roda na sua região de transição tem uma espessura de material variável, e em que as razões das espessuras de material dos segmentos individuais nas suas respectivas extremidades internas para as suas respectivas extremidades externas e as razões dos seus comprimentos na direção axial do disco da roda para as suas alturas na direção radial são escolhidas como se segue.
Figure img0001
Figure img0002
[005] A definição da invenção baseia-se nas seguintes suposições quanto às relações geométricas:
[006] As extremidades dos segmentos individuais são determinadas pela mudança na direção de uma curvatura na região de transição de convexa para côncava ou por posições de uma transição entre um curso curvo e um curso em linha reta.
[007] O espaçamento do material é definido como a dimensão perpendicular ao disco de roda no lado de fora e no lado de dentro.
[008] Os comprimentos dos segmentos na direção axial do disco da roda são medidos a partir do lado de fora do flange de encaixe de cubo ou das extremidades internas do segmento para as extremidades externas do segmento seguinte ou a extremidade externa (a mais próxima do flange de encaixe de cubo) da borda de disco.
[009] As alturas dos segmentos na direção radial são medidas no lado de fora da região de transição cada vez entre a extremidade externa e interna do segmento particular.
[0010] As relações geométricas apresentadas na tabela a seguir foram encontradas ser especialmente vantajosas:
Figure img0003
Figure img0004
[0011] No caso de um disco de roda com um diâmetro nominal de 57,15 cm (22,5 polegadas), pode-se conseguir com estas espessuras e razões de comprimento para altura economias de peso de cerca de 10 % em comparação com um disco de roda conhecido, sem que a resistência da peça seja menor em comparação com um disco de roda de design conhecido.
[0012] É vantajoso para o design para o segundo segmento e / ou para o terceiro segmento ter um subsegmento sem curvatura que se estende sobre uma região parcial do comprimento do segmento. A disposição pode ser concebida de modo que o subsegmento tenha uma razão de espessura de material da sua extremidade interna para a sua extremidade externa de 0,9 a 1,2 e uma razão de comprimento para altura de 1,4 a 1,7.
[0013] A espessura de material do primeiro segmento que passa para a flange de encaixe de cubo na sua extremidade externa corresponde preferencialmente à espessura de material do disco de roda na região do flange de encaixe de cubo. O primeiro segmento passa então continuamente para dentro do flange de encaixe de cubo. A espessura de material do quinto segmento que passa na borda de disco na sua extremidade interna pode então corresponder de preferência à espessura de material do disco de roda na região da borda de disco.
[0014] O disco de roda de acordo com a invenção em uma modalidade preferida da invenção pode ser produzido em uma máquina de formação de fluxo por formação de fluxo de uma chapa metálica, especialmente uma peça em bruto de aço, durante o alongamento de uma região marginal pré-formada adjacente à flange de encaixe de cubo fixo. No entanto, é também possível produzir o disco de roda de acordo com a invenção em um processo de estampagem profunda.
[0015] O quarto segmento do disco de roda de acordo com a invenção tem preferencialmente entre a sua extremidade interna e a sua extremidade externa um espessamento de material cuja espessura é de 1,1 a 1,3 vezes a espessura material na extremidade externa do quarto segmento. Com uma tal configuração, é dado ao disco de roda um reforço na região radialmente externa especialmente estressante na vizinhança da borda do disco, sem que as regiões dinamicamente e estaticamente menos estressantes tenham também de ser reforçadas.
[0016] Em uma modificação vantajosa, a invenção cria um disco de roda no qual o flange de encaixe de cubo depois de preparar uma chapa de disco de roda por formação de fluxo de uma chapa metálica, especialmente de aço, pode ser maquinada em um processo de corte, especialmente num torno, e em que a região de transição tem um comprimento axial global, medido a partir do interior do flange de encaixe de cubo para a extremidade interna do quinto segmento que limita com a borda de disco, em que os segmentos da região de transição se estendem: Segmento AI
[0017] do interior do flange de encaixe de cubo até 9 % a 12 % do comprimento axial total. Segmento Aii
[0018] da extremidade interna do segmento Ai até 43 % a 46 % do comprimento axial total. Segmento Aiii
[0019] da extremidade interna do segmento Aii a 70 % a 75 % do comprimento axial total. Segmento AIV
[0020] da extremidade interna do segmento AIII a 93 % a 97 % do comprimento axial total. Segmento Av
[0021] da extremidade interna do segmento AIV até ao início da borda de disco (= 100 % do comprimento axial).
[0022] Em tal disco de roda, a espessura de material da região de transição nos pontos de transição entre os segmentos, em relação à espessura de material do flange de encaixe de cubo maquinado (MP0) é preferencialmente de
Figure img0005
[0023] Com um disco de roda de acordo com a invenção em uma espessura de material do segundo segmento entre as suas extremidades ou pontos de transição pode ser reduzida para um valor de 45 % a 50 % da espessura de material do flange de encaixe de cubo usinado, e assim a região de transição na parte menos forçada na vizinhança do flange de encaixe de cubo é mais fina em comparação com as rodas conhecidas, o que economiza em material e peso. Na região próxima da borda de disco, o espessamento do material no quarto segmento é, de preferência, de 55 % a 65 % da espessura de material do flange de encaixe de cubo, que leva em conta as tensões maiores que lá prevalecem.
[0024] Os desenhos e a sua descrição mostram uma modalidade preferida da invenção e explicam-na mais de perto. São mostrados:
[0025] Figura 1 uma metade superior de um disco de roda de acordo com a invenção em seção transversal radial; e
[0026] Figura 2 o objeto da figura 1 na região de transição entre o flange de encaixe de cubo e a borda de disco ilustrando as relações geométricas relevantes para a invenção.
[0027] No desenho, 10 indica um disco de roda para uma roda de disco de aço de um veículo utilitário. Em seu layout básico, o disco de roda segue desenhos conhecidos. Ele tem um flange de encaixe de cubo 11, essencialmente radialmente estendido, e uma extremidade essencialmente cilíndrica, na verdade ligeiramente cônica em direção ao eixo 12 do disco da roda, a borda de disco 13 (ângulo de abertura em torno de 1,5°), com cujo o disco de roda pode ser unido de forma familiar a uma região de encaixe de um aro de roda (não mostrado).
[0028] Entre a borda de disco 13 e o flange de encaixe de cubo 11 estende-se uma região de transição 14, a qual de acordo com a invenção é subdividida em pelo menos cinco segmentos AI a Av que passam um para o outro ou para o flange de encaixe de cubo e a borda de disco. Na figura 1, o segmento Ai situa-se entre os pontos MP0 e MP1, o segmento Aii entre os pontos MP1 e MP2, o segmento Aiii entre os pontos MP2 e MP3, o quarto segmento AiV entre os pontos MP3 e MP4 e o último, o quinto segmento Av entre os pontos de medição MP4 e MP5. Cada um dos segmentos Ai a Av tem uma extremidade externa situada mais perto do flange de encaixe de cubo 11 e uma extremidade interna situada mais perto da borda de disco, os quais estão localizados nos pontos de medição MP mostrados nos desenhos. Cada um dos segmentos tem uma curvatura pelo menos em uma região parcial do seu comprimento entre a respectiva extremidade externa e interna, que são designadas pelos raios Ri a Rv ilustrados na figura 1. A disposição é tal que as curvaturas dos segmentos vizinhos têm diferentes direções de curvatura. Assim, enquanto o segmento A tem uma curvatura convexa Ri entre os pontos de medição MPo e MPI - visto a partir do interior do disco 18 - a direção de curvatura muda com o início do segundo segmento no ponto de medição MPI para uma curvatura cúbica RII com maior raio de curvatura. Após um subsegmento UA do segundo segmento adjacente à parte com o raio de curvatura RII, cujo subsegmento é reto, isto é, sem curvatura, segue-se o terceiro segmento no ponto de medição MPII, o qual tem novamente uma curvatura convexa. No ponto de medição MPIII mais uma vez existe uma inversão da direção de curvatura para uma curvatura côncava no segmento AIV, e finalmente o segmento Av tem uma curvatura convexa entre o ponto de medição MPIV e o ponto de medição MPV.
[0029] Todos os segmentos AI a V têm nas suas extremidades internas uma maior distância radial do eixo de rotação 12 do disco de roda 10 do que nas suas extremidades externas situadas mais perto do flange de encaixe de cubo 11. A espessura do material de disco de roda na região de transição é variável, enquanto que as razões das espessuras de material dos segmentos individuais AI a AV nas suas extremidades internas di para as suas respectivas extremidades externas da e as razões dos seus comprimentos La na direção axial do disco de roda até às suas alturas Hr na direção radial na modalidade de exemplo preferida mostrada para um disco de roda de uma roda de veículo com diâmetro de aro de 57,15 cm (22,5 polegadas) são escolhidos como segue:
Figure img0006
[0030] A razão de espessura de material diu / dau do subsegmento UA na modalidade de exemplo preferida mostrada é de 1,02 a 1,04, isto é, a razão da espessura do disco varia apenas ligeiramente entre a extremidade externa e a extremidade interna do subsegmento. Também no terceiro segmento AIII a espessura de material daIII aumenta apenas ligeiramente para diIII a partir da extremidade externa até à extremidade interna, estando a razão da espessura de material entre 1,01 e 1,03. No segmento AIV, também encontra-se um aumento excessivo de espessura entre a espessura na extremidade externa daIV e a espessura na extremidade interna daV, estando a razão diIV / diIII entre 1,03 e 1,05, contudo o segmento AIV tem ainda um espessamento do material substancial 15 entre as suas duas extremidades, cuja espessura é de 1,1 a 1,3 vezes a espessura de material na extremidade externa daiv do quarto segmento AIV. Este espessamento do material leva em consideração o fato de que o disco de roda sofre tensões maiores nesta região do que, por exemplo, nos segmentos situados mais perto do flange de encaixe de cubo.
[0031] O disco de roda de acordo com a invenção pode ser produzido em uma máquina de formação de fluxo através da formação de fluxo de uma chapa metálica, isto é, de aço sob alongamento de uma região marginal pré-formada adjacente ao flange de encaixe de cubo fixo 11, em que esta região marginal no estado acabado do disco de roda forma então a região de transição e a borda de disco. Entre os pontos de medição ilustrados nos desenhos, nos quais os segmentos individuais passam uns para os outros, o curso de alongamento durante a fabricação é essencialmente contínuo, enquanto que uma tolerância de espessura na região de alongamento de ± 3 % é realista. Em geral, o flange de encaixe de cubo após a fabricação do disco de roda rugoso por formação de fluxo de uma chapa de aço será maquinada em um processo de corte, especialmente em um torno. Se se define o comprimento axial global como o comprimento entre o lado de dentro 16 do flange de encaixe de cubo 11 e a extremidade interna do quinto segmento Av adjacente à borda de disco no ponto de medição MPV e ajusta este comprimento axial total 17 igual a 100 %, então os segmentos AIa AVestendem-se através dos seguintes comprimentos parciais TLI a V : Segmento Ai
[0032] do interior do flange de encaixe de cubo: 9 % a 12 % do comprimento axial total 17. Segmento Aii
[0033] da extremidade interna do segmento Ai até 43 % a 46 % do comprimento axial total. Segmento Aiii
[0034] da extremidade interna do segmento Aii até 70 % a 75 % do comprimento axial total. Segmento AiV
[0035] da extremidade interna do segmento Aiii até 93 % a 97 % do comprimento axial total. e Segmento AV
[0036] da extremidade interna do segmento AiV até o início da borda de disco (100 % do comprimento axial).
[0037] Se for formada a razão da espessura de material nos pontos de transição MP entre os segmentos e o espaçamento de material MP0 do flange de encaixe de cubo maquinado, a espessura de material na transição entre o segmento AI e o segmento AII (ponto de medição MPI) é de 50 % a 55 % da espessura do material MP0 do flange de encaixe de cubo, a espessura de material na transição do segmento Aii para o segmento Aiii (MPii) é de 45 % a 52 % da espessura do material MP0, na transição do segmento Aiii a AiV (ponto de medição MPiii) é de 45 % a 53 % da espessura de material MP0, na transição dos segmentos AiV a Av (ponto de medição MPIV ) é 49 % a 54 % da espessura de material no flange de encaixe de cubo MP0 e na transição entre o segmento V e a borda de disco (MPV) é 40 % a 50 % da espessura de material no flange de encaixe de cubo.
[0038] Na área do espessamento do material no quarto segmento, a espessura de material aumenta para 55 % a 65 % da espessura de material do flange de encaixe de cubo MP0, enquanto na região reta do segmento AII é reduzida para 45 % a 50 % da espessura de material MP0. [0039] As relações geométricas especiais do disco da roda em sua região de transição conduzem a uma economia substancial de material e peso em comparação com os discos de roda conhecidos com o mesmo diâmetro avaliado e profundidade de disco, que pode ser de cerca de 10 % no caso do disco de uma roda com 57,15 cm (22,5 polegadas) de diâmetro.

Claims (11)

1. Disco de roda para uma roda, especialmente para veículos utilitários, com um flange de encaixe de cubo que se estende de modo radial (11) e uma borda de disco cilíndrica (13) sendo unida a um aro de roda e com uma região de transição (14) que se estende entre o flange de encaixe do cubo (11) e a borda de disco (13), em que a região de transição é subdividida em pelo menos cinco segmentos (AI a V) que passam um pelo outro ou dentro do flange de encaixe de cubo (11) ou a borda de disco (13), cada uma das quais possui uma extremidade externa situada mais perto do flange de encaixe de cubo (11) e uma extremidade interna situada mais perto da borda de disco (13), em que os segmentos (AI a V) têm uma curvatura (R) pelo menos em uma região parcial do seu comprimento entre a sua extremidade externa e a sua extremidade interna e as curvaturas de segmentos vizinhos (AI a V) têm diferentes direções de curvatura, em que os segmentos individuais têm nas suas extremidades interiores uma maior distância radial de um eixo de rotação (12) do disco de roda (10) do que nas suas extremidades exteriores e em que o disco de roda (10) na sua região de transição (14) tem uma espessura de material variável, caracterizado pelo fato de que as razões das espessuras de material dos segmentos individuais nas suas respectivas extremidades internas (di) para as suas respectivas extremidades externas (da) e a razão dos seus comprimentos (La) na direção axial do disco de roda para as suas alturas (Hr) na direção radial são escolhidas para cada segmento, respectivamente, da seguinte forma:
Figure img0007
em que o AI se estende entre o flange de encaixe de cubo e o AII, AII se estende entre AI e AIII, AIII se estende entre AII e AIV e AV se estende entre AIV e a borda de disco.
2. Disco de roda, de acordo com a reivindicação 1, caracte-rizadopelo fato de que o segundo segmento (All) e / ou o terceiro segmento (AIII) tem um subsegmento (UA) sem curvatura que se estende sobre uma região parcial do comprimento do segmento.
3. Disco de roda, de acordo com a reivindicação 2, caracte-rizadopelo fato de que o subsegmento (UA) tem uma razão de espessura de material diu / dau de 0,9 a 1,25 e uma relação comprimento para altura Lau / Hru de 1,4 a 1,7.
4. Disco de roda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o espaçamento do material do primeiro segmento (AI) que passa para dentro do flange de encaixe de cubo na sua extremidade externa corresponde ao espaçamento do material do disco de roda (10) na região do flange de encaixe de cubo (11).
5. Disco de roda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o espessamento do material do quinto segmento (Av) que passa para a borda de disco (13) na sua extremidade interna corresponde ao espaçamento do material do disco de roda (10) na região da borda de disco (13).
6. Disco de roda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que é produzido em uma máquina de formação de fluxo por formação de fluxo de uma chapa de metal, especialmente uma chapa de aço, durante o alongamento de uma região marginal pré-formada adjacente ao flange de encaixe de cubo fixo.
7. Disco de roda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o quarto segmento (AIV) entre a sua extremidade interna e a sua extremidade externa apresenta um espessamento de material (15) cuja espessura é de 1,1 a 1,3 vezes a espessura do material na extremidade externa do quarto segmento (AIV).
8. Disco de roda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a borda de encaixe do cubo (11) após a preparação de uma chapa de disco de roda através da formação de fluxo de uma chapa metálica, especialmente de aço, é maquinada em um processo de corte, especialmente sobre um torno, e em que a região de transição (14) tem um comprimento axial total (17), medido a partir do interior (16) do flange de encaixe de cubo (11) até à extremidade interna do quinto segmento (AV) que limita com a borda de disco (13), em que os segmentos da região de transição se estendem: segmento AI do interior do flange de encaixe de cubo para 9 % a 12 % do comprimento axial total (17) segmento Aii da extremidade interna do segmento Ai para 43 % a 46 % do comprimento axial total (17) segmento Aiii da extremidade interna do segmento Aii para 70 % a 75 % do comprimento axial total (17) segmento AiV da extremidade interna de Aiii para 93 % a 97 % do comprimento axial total (17) segmento AV da extremidade interna de AiV para o início da borda do disco.
9. Disco de roda, de acordo com a reivindicação 8, caracte-rizadopelo fato de que a espessura de material da região de transição (14) nos pontos de transição (MP) entre os segmentos, em relação à espessura de material (MP0) do flange de encaixe de cubo maquinado (11) é preferencialmente
Figure img0008
10. Disco de roda, de acordo com a reivindicação 9, caracte-rizadopelo fato de que a espessura de material do segundo segmento entre as suas extremidades ou pontos de transição (MPI, MPII) é reduzida para um valor (MPI . II) de 45 % a 50 % da espessura de material MP0 do flange de encaixe de cubo.
11. Disco de roda, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o espessamento de material (15) no quarto segmento é de 55 a 65 % da espessura de material (MP0) do flange de encaixe de cubo (11).
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