BR202020021707U2 - Mancal para eixo auto direcional - Google Patents

Abstract

Mancal para eixo auto direcional possibilita a rotação (não completa) do eixo em seu interior de modo a possibilitar o ajuste do ângulo de Cáster da manga de eixo (e do pino mestre) de valores positivos a negativos e vice-versa. A variação do ângulo de Cáster garante o comportamento auto direcional do conjunto roda pneu, sem a necessidade de sistemas de direção ou elevação no movimento de ré. O comando dessa rotação pode ser inercial ou acionada por sistemas que podem ser pneumático, hidráulico, elétrico ou mecânico.

Description

MANCAL PARA EIXO AUTO DIRECIONAL

[001] A presente patente de modelo de utilidade se refere a um mancal para eixo veicular que é capaz de fazer a inversão do ângulo de Cáster do sistema de direção, que é relevante para a dinâmica veicular, ao contar com forças dinâmicas naturais que darão ao sistema um comportamento auto direcional.

[002] Um sistema de direção automotivo pode ser composto por diversos componentes, onde seus posicionamentos relativos proporcionam diferentes comportamentos e características na condução.

[003] Pino-mestre é o nome que se dá a um eixo (físico ou um simples alinhamento de pontos, que caracterizariam um eixo) em torno do qual o conjunto roda-pneu gira, proporcionando o esterçamento e mudança de trajetória do veículo. Na figura 1 podemos observar: A- Eixo de inclinação do pino-mestre, B- Eixo vertical de referência, C- Manga do eixo, D- Eixo. Ou seja, o conjunto roda-pneu gira em torno do eixo A.

[004] Em um sistema de direção-suspensão veicular existem diversos ângulos e medidas característicos, a saber:

[005] Câmber é o ângulo entre as rodas de um veículo e um plano vertical, medido transversalmente ao sentido de marcha.

[006] Convergência ou divergência é o ângulo entre as rodas de um veículo quando o mesmo é observado em vista superior.

[007] Inclinação do pino-mestre é o ângulo medido no sentido transversal ao sentido de marcha, entre o pino-mestre (e não o conjunto roda-pneu) e um plano vertical.

[008] Raio de rolagem é a medida, no solo em vista transversal ao sentido de marcha, entre a projeção do pino mestre e o centro do pneu no contato com o solo.

[009] Essas medidas e ângulos característicos impactam de diferentes formas na dinâmica do veículo, mas não fazem parte da presente patente.

[010] A presente patente de modelo de utilidade se refere ao ângulo de Cáster. O ângulo de Cáster é a medida do ângulo entre o pino-mestre e um plano vertical, medido longitudinalmente ao sentido de marcha de um veículo. Observando-se lateralmente o veículo, convenciona-se que o referido ângulo pode ser denominado negativo quando a continuação imaginária do pino mestre tocar o solo atrás do ponto de contato do pneu com o solo ou positivo quando essa linha imaginária do pino mestre tocar o solo à frente do ponto de contato do pneu com o solo, sempre em relação ao sentido de marcha.

[011] Na figura 2 podemos observar: A - Plano vertical. B -Pino mestre. Assim, como a projeção do pino mestre toca o solo atrás do plano vertical em relação ao sentido de marcha, temos o Cáster negativo.

[012] Na figura 3 podemos observar: A - Plano vertical. B -Pino mestre. Assim, como a projeção do pino mestre toca o solo à frente do plano vertical em relação ao sentido de marcha, temos o Cáster positivo.

[013] Essa inclinação observada lateralmente do pino-mestre tem importância na dinâmica, na inércia do conjunto roda-pneu em relação ao sistema de suspensão, ao retorno do volante quando terminada a operação de esterçamento do sistema de direção. Evidentemente, todos esses aspectos são considerados em conjunto com os demais ângulos de direção e proporcionam as características de estabilidade direcional do veículo.

[011] Para eixos direcionais convencionais (comandados por um sistema que irá provocar os esterçamentos), tem-se habitualmente o ângulo de Cáster positivo.

[012] O eixo auto direcional tem como principal objetivo conduzir as rodas do veículo em qualquer trajetória (curva ou reta), na melhor condição dinâmica, sem necessidade de sistemas de direção (e componentes) que irão sujeitar as rodas às posições necessárias à mudança de trajetória. Assim, o eixo é conduzido, servindo primordialmente ao apoio da carga do veículo, sem comandar a trajetória, e sim se adaptando às suas mudanças. Esse efeito de auto dirigibilidade será através de forças e reações provenientes do bom uso do efeito do Ângulo de Cáster.

[013] Um eixo sem sistema de comando de direção, com Ângulo de Cáster positivo não tem a trajetória estável, e tenderá a um giro para trás para equilibrar as forças dinâmicas de oposição ao movimento. Na prática, esse efeito é observado quando há quebra de barra de direção em veículos convencionais. Nesses casos, dificilmente o veículo segue em linha reta, pois os pneus tenderão a uma acomodação buscando o Ângulo de Cáster negativo, ou seja, esterçamento como reação.

[014] Dessa forma, para um eixo auto direcional (sem assistência de direção), deseja-se sempre um Ângulo de Cáster negativo. Com isso, as rodas irão executar os movimentos de esterçamento buscando naturalmente os ângulos de menor esforço opositor aos movimentos de deslocamento radial e angular.

[015] Em um sistema conforme exposto, em marcha à frente irá funcionar. O problema surge em ré.

[016] Em ré, o Ângulo de Cáster se comportará como positivo, e as rodas tenderão a girar a 180° para buscar o equilíbrio dinâmico.

[017] Em veículos já montados assim, ao se engatar a marcha à ré, o eixo auto direcional é suspenso para se evitar o contato com o chão e consequentemente a tendência de esterçamento involuntário. Mas essa solução não é satisfatória, pois irá sobrecarregar os demais eixos que permanecerão em contato com o solo.

[018] Assim, a presente patente de modelo de utilidade visa criar o efeito da inversão do Ângulo de Cáster. Ou seja, para a marcha à frente, o valor negativo e quando para trás, o ângulo se inverte e se torna novamente auto direcional, de acomodação das rodas pneus nos ângulos adequados aos movimentos.

[019] A inversão de sentido do Ângulo de Cáster negativo ou positivo se dá através de um mancal que permite a rotação do eixo. Essa inversão pode ser por ação inercial (ou seja, automaticamente, sem auxílio externo) ou através de força externa, quer seja mecânica, hidráulica, pneumática ou elétrica.

[020] O mancal constitui-se de um bloco de material metálico ou polimérico, ou ainda misto, bi partido, especialmente construído de forma que permita a rotação da viga do eixo, como mostrado na figura 4.

[021] Deseja-se que o eixo físico possa girar em torno de si mesmo (apoiado no mancal), para possibilitar que o pino mestre possa assumir valores negativos e positivos, de acordo com as necessidades do sentido de marcha.

[022] Para garantir a segurança, deve-se evitar que o eixo se desloque no sentido transversal ao movimento. Para isso no eixo deve ser aplicada uma peça com a função de contenção (que, por exemplo, pode ser soldada), de formato circular, que deverá possibilitar o ajuste rotacional do Ângulo de Cáster e se ancorar ao mesmo tempo à canaleta do mancal, como pode ser observado na figura 5, detalhe A. Assim, a canaleta do mancal, ao receber a peça de contenção criará a ancoragem necessária para que o eixo continue estável à movimentação transversal do eixo ao chassis.

[023] Fisicamente a peça de contenção transversal pode ser realmente uma chapa, soldada ao eixo, mas também pode assumir variações construtivas, como um anel solidário ao mancal e a canaleta no eixo, escalonamento no diâmetro do eixo, de modo a criar o apoio transversal, ou simplesmente travas no mancal com o objetivo de possibilitar a montagem eixo-mancal e impedir a movimentação no sentido transversal. Sem que a opção de travamento mecânico transversal venha a interferir nos direitos ora pleiteados.

[024] O mancal é constituído por duas partes que irão abraçar o eixo. Abraçando o eixo, conta-se com a folga suficiente para permitir que o eixo gire para o ajuste do Cáster, como pode ser observado na figura 6, detalhes A e B.

[025] O assentamento do eixo no mancal pode contar com casquilhos em diversas opções de material, como por exemplo, cobre, plástico, metal sinterizado, ou qualquer outro material que se adapte à função, sem que isso interfira nos direitos ora pleiteados.

[026] No assentamento do eixo no mancal, pode-se ainda contar com o contato metal-metal com graxa ou outro lubrificante, sem a necessidade de casquilho. O uso de graxa pode também evitar a penetração de impurezas nessa região de atrito. Assim, o mancal pode contar com graxeiras para possibilitar a lubrificação periódica da interação mancal-eixo.

[027] Se necessário, o mancal pode ainda contar com retentores para evitar-se a penetração de impurezas. A aplicação de retentores não descaracterizam os direitos ora pleiteados.

[028] No mancal pode-se contar com parafusos de ajuste para limites dos Ângulos de Cáster (tanto para o sentido positivo como negativo), como mostrado na figura 6 detalhe C.

[029] Na figura 7 observa-se: A - Grampos de fechamento do conjunto mancal e fixação ao feixe de molas. B - Parte superior do mancal bipartido. C - Parte inferior do mancal bipartido. D - Chapa ou anel de contenção (com a função de evitar a desmontagem transversal). E - Eixo. F -Parafusos de regulagem do valor do Cáster.

[030] A variação do Ângulo de Cáster de negativo para positivo, como já descrito anteriormente, pode ser inercial, ou seja, automática, onde a simples mudança do sentido de marcha seria suficiente para a inversão do ângulo. Isso pode depender do tipo, dimensões e pressão dos pneus, solo, e dos próprios ângulos iniciais (função dos parafusos de regulagem descritos).

[031] Se a inversão inercial for insuficiente, pode-se contar com assistência adicional para execução dessa rotação do eixo. Como podemos observar no detalhe A da figura 8.

[032] Na figura 9 podemos observar o detalhe A com o esquema de montagem de atuadores. Esses atuadores podem ser pneumáticos, hidráulicos, elétricos, mecânicos, rotativos ou lineares, sem que o tipo de acionamento interfira nos direitos ora pleiteados.

[033] Na figura 10 podemos observar a haste de rotação para o Cáster negativo, com o sentido de marcha A. Na figura 11 podemos observar a haste de rotação do eixo para o Cáster positivo, em relação ao sentido de marcha A.

[034] Com a haste de rotação na vertical, pode-se supor que possa haver problemas com o espaço disponível. Dessa forma, a haste pode ser montada na posição horizontal, conforme mostrado no esquema da figura 12, detalhe B, com o sentido de marcha A. Assim a ação do atuador, ficaria na vertical, sendo então alternativa para lay-out.

[035] Dessa forma, podemos observar que a posição da haste pode variar em função de necessidades construtivas, sem alterar a sua função. Pode-se inclusive não existir fisicamente a haste, Apenas exemplificando, a rotação do eixo poderia ser com um sistema de setor e rosca sem fim aplicado diretamente no corpo do eixo. Ou seja, o modo de acionamento da rotação do eixo, seu posicionamento e sistema, não alteram os direitos ora pleiteados.

Claims (9)

1. Mancal para eixo auto direcional caracterizado por um sistema bipartido que irá criar um efeito de algema ao envolver a seção cilíndrica do eixo, permite a liberdade de rotação ao eixo, possibilitando assim a variação do ângulo de Cáster do pino mestre.
2. Mancal para eixo auto direcional caracterizado por sistema de fechamento que pode utilizar os mesmos grampos do feixe de molas.
3. Mancal para eixo auto direcional caracterizado por admitir a possibilidade de montagem direta do eixo no mancal, ou a utilização de casquilhos, que podem ser metálicos, plásticos, sinterizados, etc.
4. Mancal para eixo auto direcional caracterizado por possibilitar a utilização de lubrificante (graxa por exemplo) se necessário na montagem do eixo no mancal.
5. Mancal para eixo auto direcional caracterizado por possibilitar também a montagem em sistemas de suspensão que não utilizam feixes de molas (como suspensões a ar).
6. Mancal para eixo auto direcional caracterizado por diversas opções de sistema de travamento do eixo para impossibilitar a movimentação transversal do eixo em relação ao mancal.
7. Mancal para eixo auto direcional caracterizado por possibilitar a utilização de sistema de regulagem da amplitude da variação do ângulo de Cáster (de positivo a negativo), que pode ser por parafusos.
8. Mancal para eixo auto direcional caracterizado por possibilitar a variação do ângulo de Cáster de positivo para negativo e vice-versa, de modo sem assistência externa, ou seja, sujeita apenas às ações inerciais do movimento.
9. Mancal para eixo auto direcional caracterizado por possibilitar que a variação do ângulo de Cáster de positivo para negativo e vice-versa, possa receber assistência externa (pneumática, hidráulica, elétrica, mecânica, etc.) para executar a rotação do eixo dentro do mancal.

Images