BRPI0415473B1 - conjunto de mancal de cubo - Google Patents

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Abstract

"conjunto de mancal de cubo". um conjunto de mancal para cubo de roda que compreende um cubo munido de um flange dirigido radialmente para o exterior em uma extremidade axial para montagem da roda de um veículo, um anel exterior munido de pistas de rolamento axialmente espaçadas e de uma pluralidade de elementos rolantes distribuídos em duas carreiras no espaço anular entre o anel exterior e o cubo, o diâmetro do círculo de passo da careira exterior de elementos rolantes adjacente ao dito flange sendo maior que o diâmetro do círculo de passo dos elementos rolantes na carreira interior.

Description

“CONJUNTO DE MANCAL DE CUBO” O presente pedido reivindica o beneficio do pedido provisório US SN 60/511 004 depositado em 14 de outubro de 2003.
Camno da Invenção A presente invenção trata de aperfeiçoamentos em unidades de cubo para veículos e mais especificamente a um novo conjunto de mancai assimétrico para suportar girantemente a roda de um veículo.
Fundamentos da Invenção As unidades de cubo para rodas de veículos em si próprias não são novas. Entre as unidades típicas da técnica existente estão aquelas constantes da patente de Yoshiaki, US 6 036 371 para “Rolling Bearing Unit for Vehicle Wheel” concedida em 14 cie março de 2000 e a patente de Evans, TJS 4 333 695 para “Rolling Bearing” concedida em 8 de janeiro de 1982. Como mostrado nas patentes citadas as unidades de cubo tipicamente compreendem um cubo genericamente cilíndrico mundo de um ílange dirigido radialmente para fora para montagem na roda de um veículo através de uma série orifícios para cavilha roscada circunferentemente espaçados acomodando cavilhas ou pinos roscados para suportar a roda. Um par de carreiras axialmente espaçadas de mancais suporta a roda para rotação entre um anel extemo munido de pistas de rolamento para os elementos rolantes. Na patente de Yoshiaki ‘371, o suporte de mancai compreende uma carreira de bilhas e uma carreira de roletes coniformes.
Muito embora estes conjuntos de cubo sejam genericamente satisfatórios para a finalidade proposta, a presente invenção constitui um aperfeiçoamento nos conjuntos de cubo deste tipo geral e é caracterizada por novos aspectos característicos de construção e disposição proporcionando vantagens funcionais em relação à técnica anteriormente existente, tal como uma distribuição de carga mais balanceada sobre os mancais e o que é designado de um cubo mais rígido reduzindo os momentos fletores e que particularmente vantajoso em manobras de descrição de curvas.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção apresenta uma unidade assimétrica em que o diâmetro do circulo do passo do mancai na carneira exterior adjacente ao flange radial do cubo é de maior diâmetro que o diâmetro do círculo do passo do mancai na extremidade interior. Em uma modalidade preferencial da invenção, as carreiras interna e externa dos mancais são mancais de esferas de contato angular e o diâmetro da carreira no exterior ou extremidade da roda de preferência pelo menos cinco milímetros maior que o diâmetro do circulo do passo da carreira na extremidade de suspensão interior. Por este esquema a distância entre os centros de pressão onde o ângulo de contato das duas carreiras de mancai intercepta o eixo geométrico do cubo pode ser maximizada proporcionando alta rigidez antiabaularnento. Outrossim a carreira exterior de preferência intercepta o eixo geométrico de cubo para o exterior do flange de cubo que equilibra as cargas sobre o sistema mais por igual entre as carreiras de mancai interna e externa. Adicionalmente, em virtude da construção assimétrica, a carreira externa pode acomodar mais bilhas e desse modo aumentar a capacidade do mancai sem alterar a geometria do pacote. Com esta construção, o centro de pressão exterior pode ser colocado mais para fora do que em uma unidade simétrica sem ter de aumentar o ângulo de contato e reduzir a capacidade dinâmica radial do mancai.
Em outras palavras, comparando as unidades de bilhas simétricas da técnica anterior com a unidade assimétrica da presente invenção, a disposição assimétrica proporciona maior capacidade sem ter impacto sobre a geometria de flange axial. Assim os projetistas de mancai podem utilizar mancais de esferas em aplicações que normalmente exigiríam mancais cônicos assim oferecendo uma economia sem pôr em risco o desempenho.
Conforme acima observado, o aumento da rigidez do cubo pela construção assimétrica aperfeiçoa a qualidade antivibração e ruído, aumentar a precisão da direção e o comportamento dinâmico do veículo e também aperfeiçoa o desgaste do freio devido a fiel rodagem dos rotores.
Com a maior rigidez da construção assimétrica, a unidade de cubo pode acomodar rodas de grande diâmetro que aplicam um momento fletor mais pesado sobre o cubo. As construções assimétricas permitem aumentos na dimensão de roda sem quaisquer alterações na construção do cubo.
Em suma, a presente invenção aperfeiçoa a rigidez do flange de cubo e aumenta a robustez e otimiza a segurança de cubos.
DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS
Estes e outros objetivos da presente invenção e as várias características e detalhes cia sua operação e construção são doravante expostos em maior detalhe com referência aos desenhos apensos, cie acordo com os quais: A figura 1 é uma vista seccional transversal de um conjunto de cubo assimétrico de acordo com a presente invenção; A figura 12 é uma vista seccional transversa de outra modalidade de conjunto de cubo assimétrico de acordo com a presente invenção; A figura 3 é uma vista seccional transversal de um cubo assimétrico de acordo com a presente invenção mostrando o balanceamento das cargas e uma redução no componente de carga radiai sobre a carreira externa quando comparado com a disposição simétrica da técnica anteriormente existente; A figura 4 é um diagrama de corpo livre comparando a distribuição de carga para o sistema simétrico da técnica anterior e o conjunto de cubo assimétrico da presente invenção; e A figura 5 é um diagrama de corpo livre comparando o momento fletor de construção do cubo assimétrico da presente invenção vs. os sistemas assimétricos da técnica anterior.
DESCRIÇÃO DE MODALIDADES PREFERENCIAIS
Reportando-se a seguir aos desenhos e particularmente à figura 1 dos mesmos, é mostrado um conjunto de cubo assimétrico de acordo com a presente invenção genericamente designado pelo numeral (10). O conjunto de cubo (10) inclui um cubo alongado (12 ) tendo uma abertura central escatelada se estendendo no sentido axial do cubo (12) e tendo na sua extremidade exterior ou extremidade de roda um flange se estendendo circimferentemente dirigido radialmente para fora (16) munido de uma série de orifícios circunferentemente espaçados (18) para montar a roda de um veículo por intermédio de pinos roscados (20). O conjunto de cubo (1000) tem uma carreira externa e uma carreira interna de mancais de esferas Ro, Ri que correm sobre pistas de rolamento externas (22), (24) de um anel externo (26). A pista interna (26) para a caixeira externa Ro é fonnada integralmente com o cubo (12) e a pista interna (30) para a carreira interna de mancais de esferas Ri é fonnada sobre uma peça postiça anular (32) retida em posição após a montagem das esferas nas duas caixeiras RO< Ri por um rebordo circunferentemente disposto (34) na extremidade axial interna do cubo (12). Elementos de vedação convencionais S são previstos nas extremidades axiais opostas do espaço anular entre o cubo (12) e o anel externo (26). Outrossirn, o anel externo (26) tem dispositivos (27) na sua extremidade interna ou de suspensão para sua fixação a um chassi ou mecanismo de direção de urn veículo. Um sensor (38) é também montado no anel externo (26) que confronta um anel de leitura (40) sobre o cubo para medir a velocidade de rotação da maneira convencional. A presente invenção é caracterizada por novos aspectos característicos e de disposição apresentando um mancai assimétrico que oferece vantagens funcionais em relação à técnica anterior. Para este fim, o diâmetro D do circulo de passo da carreira exterior de esferas Ro é de preferência maior que o diâmetro Di do circulo de passo da carreira interna de esferas Ri. A diferença nos diâmetros Do, Di de preferência é de pelo menos cinco (5) mm. Além disso, o ângulo de contato dos mancais intersecta o eixo geométrico de rotação A-A do cubo em pontos definidos aqui corno centros de pressão Po, Pi. Os centros de pressão Po, Pi situam-se fora do ílange (16) na extremidade externa do conjunto de cubo e na extremidade interna igualmente para prestar desempenho otimizado tal como maior capacidade de suportar carga e melhor distribuição da carga sobre os mancais Ro, Ri. A fig. 3 ilustra como forças da rodovia atuam sobre os centros de pressão Po, Pi de uma unidade de cubo de esferas de contato angular de acordo com a presente invenção proporcionando distribuição de carga aperfeiçoada sobre os mancais Ro, Ri e também para reduzir o braço de momento fletor sobre o ílange exterior (16 ) do conjunto.
Como ilustrado na fíg. 3, para um conjunto de mancai no qual os diâmetros de passo das carreiras interna e externa Ri, Ro são os mesmos, a força de carga Fr da interface pneu/rodovia está aluando para o exterior do centro geométrico B-B do mancai. Por conseguinte, a distância do ponto de aplicação da força Fr no eixo geométrico de mancai A-A sobre o centro de pressão exterior Po está a urna distância mais curta que a distância para o centro de pressão interior Pi e por conseguinte a magnitude da força vertical Fv2 atuante sobre a carreira externa do mancai exterior Ro será maior que. aquela da força para dentro Fvi baseado sobre urna simples teoria de viga. Aumentando o diâmetro do círculo de passo Do do mancai exterior Ro sem alterar o ângulo de contato como ilustrado na íig. 3, a distância para a força Fv3 é aumentada desse modo produzindo uma redução da magnitude desta força. 0 aumento do diâmetro do círculo do passo exterior Do proporciona mais espaço entre cada uma das esferas de forma que o aumento de diâmetro da carreira de esferas exterior Ro produz um duplo aperfeiçoamento na expectativa de vida sobre a carreira exterior Ro e adicional capacidade de suporte de carga por mais elementos rolantes e uma distribuição de carga mais balanceada entre os mancais Ro, Ri. Na maioria dos casos, a geometria total do conjunto não é alterada pelo aumento do diâmetro de passo Do da caiTeira exterior Ro de elementos rolantes uma vez que existe maior espaço radial sobre o lado exterior do mancai do que sobre o lado interior principal mente devido à geometria de articulação e freio. A fig. 5 é um diagrama de corpo livre mostrando o efeito de força de rodovia lateral Fa sob condições de descrição de curvas sobre o momento fletor atuante sobre o conjunto de cubo. Como pode ser visto na fig. 5, o braço cie momento L) de um conjunto simétrico é maior que o braço de momento L2 cio conjunto assimétrico e em virtude desta diferença, os momentos em tomo de A que é um produto de Fa x L] são maiores que os momentos em tomo de B que é um produto de Fa x L2. Por conseguinte, o momento efetivo sobre o conjunto simétrico é mais alto e assim o flange de cubo cederá mais e afetará negativamente a “rigidez” do conjunto de cubo.
Uma modalidade modificada de conjunto de cubo assimétrico de acordo com a presente invenção é mostrada na figura 2. O conjunto de cubo genericamente designado pelo numerai 10a é o mesmo em termos de componentes exceto neste caso, o mancai interior 1 é um mancai de roletes cônicos e é usado em aplicações onde a carga predominante é radial, este conjunto pode ser usado onde urn mancai de roletes cônicos existente necessita ser substituído sem ter de trocar o diâmetro da manga de eixo. A invenção oferece desempenho aperfeiçoado sob condições de predominaníernente radiais tais corno em aplicações em caminhões pesados que tipicamente utilizam roletes cônicos. Os mancais incorporam a mesma relação excêntrica das carreiras interna e externa Ri, Ro corno descrito acima e a interseção do angulo de contato alfa de preferência è para o exterior da extremidade axial do cubo. A configuração assimétrica de preferência utilizando esferas na carreira exterior Ro proporciona rigidez de cubo e aperfeiçoamento da resistência estrutural sem sacrifício da capacidade portadora de carga.
Como indicado acima, na construção assimétrica, a magnitude da força vertical atuando sobre a carreira exterior designada Fv2 é maior que a força Fv) sobre o lado interior que baixa a previsão de vida útil da carreira exterior Ro. Aumentando o diâmetro do círculo do passo para produzir uma construção assimétrica, os efeitos benéficos são múltiplos mesmo sem uma alteração do ângulo de contato alfa. Como ilustrado na fig. 3, a magnitude da força é reduzida (Fv3), maior espaço é criado para acomodar mais esferas aperfeiçoando adicionalmente a previsão de duração e produzir adicional redução de força Fy4;
Em resumo, entre os benefícios da construção assimétrica se incluem alta rigidez a abaulamento, proporcionar desgaste de freio aperfeiçoado, maior precisão de direção, capacidade de apoio otimizada e previsão de vida útil.
Muito embora modalidades específicas da presente invenção tenham sido ilustradas e descritas aqui, não é proposto limitar a invenção, e variações e modificações podem ser introduzidas na mesma dentro do âmbito das reivindicações a seguir.

Claims (4)

1. Conjunto cie mancai de cubo, caracterizado pelo fato de que compreende um cubo dotado de um flange radialmente dirigido para o exterior em uma extremidade axial para montar a roda de um veículo, um anel externo munido de pistas de rolamento axialmente espaçadas e uma pluralidade de elementos rolantes distribuídos em duas caixeiras no espaço anular entre o anel externo e o cubo, o diâmetro do círculo do passo da caixeira exterior de elementos rolantes adjacente ao flange sendo maior que o diâmetro do círculo do passo dos elementos rolantes na caixeira interior, e em que os ângulos de contato das caixeiras interior e exterior de elementos rolantes interceptam o eixo rotacional do cubo em centros de pressão que situam-se fora do flange na extremidade exterior do conjunto de cubo e fora do cubo no lado interior.
2. Conjunto de mancai de cubo, caracterizado pelo fato de que compreende um cubo dotado de urn flange radialmente dirigido para o exterior em uma extremidade axial para montar a roda de um veículo, um anel externo munido de pistas de rolamento axialmente espaçadas e uma pluralidade de elementos rolantes distribuídos em duas caixeiras no espaço anular entre o anel externo e o cubo, o diâmetro do círculo do passo da caixeira exterior de elementos rolantes adjacente ao flange sendo maior que o diâmetro do círculo do passo dos elementos rolantes na carreira interior, e em que o ângulo de contato da caixeira exterior de elementos rolantes intercepta o eixo rotacional do cubo em um centro de pressão oue situa-se fora do flange na extremidade exterior do conjunto de cubo.
3. Conjunto de mancai de cubo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os elementos rolantes de ambas as carreiras são esferas.
4. Conjunto de mancai de cubo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os elementos rolantes da carreira exterior são esferas e os elementos rolantes da carreira interior são roletes coniformes.
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