BRPI0609232A2 - junta universal com retentor de copo - Google Patents

Abstract

JUNTA UNIVERSAL COM RETENTOR DE COPO. A presente invenção refere-se a uma junta universal que inclui um conjunto de vedação, o qual é posicionado entre cada dedal de cardan (24) e um copo (26) correspondente. O conjunto de vedação inclui um vedante elástico (54), o qual contata, com uma superfície interna do copo e uma superfície externa do dedal de cardan. Um defletor (58) proporciona um encaixe de mola para unir o copo ao dedal de cardan. O defletor é formado a partir de um material rígido e deformável, o qual protege da contaminação o vedante elástico, além de reter o copo contra o dedal de cardan.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "JUNTA UNIVERSAL COM RETENTOR DE COPO".

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a um conjunto de vedação, posicionado entre um dedal de cardan de uma junta universal e um copo a eleassociado, o qual utiliza um defletor rígido e deformável para proteger decontaminação o conjunto de vedação e para reter o copo contra o dedal decardan da junta universal.Antecedentes da Invenção

As linhas de transmissão de um veículo incluem pelo menos umárvore de transmissão, o qual é usado para transmitir energia, do motor doveículo e da transmissão, para um eixo único de acionamento ou eixo accionador em tandem. Tipicamente, os veículos para serviço pesado, como sejam grandes camiões, incluem mais do que um árvore de transmissão devido ao fato de possuírem uma base de rodados muito alongada e/ou usaremum eixo de acionamento em tandem. Em cada uma das extremidades de umárvore de transmissão, são usadas juntas universais (juntas em U) para uniro árvore de transmissão ao componente seguinte da linha de acionamento.As uniões em U podem, por exemplo, ser usadas para unir um árvore detransmissão a outro árvore de transmissão ou podem ser usadas para unirum árvore de transmissão a um componente de um eixo de acionamento.

A junta em U permite que dois componentes da linha de acionamento sejam orientados com ângulos diferentes relativamente uns aosoutros, a fim de acomodarem o movimento relativo e o desalinhamento anguiar enquanto transmitem a força de torção entre os dois componentes dalinha de acionamento. Além disso, como os eixos de acionamento cooperamcom a suspensão de um veículo para amortecer os choques devidos às máscondições da estrada, as juntas em U fornecem flexibilidade para permitirque os componentes da linha de acionamento anexos se movimentem uns em relação aos outros.

Tipicamente, cada uma das juntas em U inclui um corpo centralcom quatro (4) dedais de cardan, que se estendem para o exterior a partir domembro de corpo central, de modo a tomar o formato de uma cruz. As juntasem U incluem também duas forquilhas de articulação, que possuem cadauma delas dois furos localizados em posições diametralmente opostas. Asforquilhas estão montadas, cada uma delas, em dois dos dedais de cardan.A combinação permite que as duas forquilhas de articulação se movam angularmente em relação uma à outra e relativamente ao centro do membroem forma de cruz. Um copo e um conjunto de rolamentos encontram-semontados em uma extremidades de cada dedal de cardan. Os copos encontram-se unidos às forquilhas de articulação.

Para que as juntas em U funcionem correctamente ao longo delongos períodos de tempo é importante terem uma boa lubrificação. O membro de corpo central inclui, tipicamente, uma instalação externa de lubrificação, a qual se encontra em comunicação fluida com cada um dos dedais decardan, por intermédio de ranhuras ou canais internos de lubrificação. O copo e o conjunto de rolamentos recebem a lubrificação através das ranhurasde lubrificação. O copo e o conjunto de rolamentos incluem um conjunto devedação, o qual veda a massa lubrificante no interior do membro de corpocentral.

Nos conjuntos de vedação atuais regista-se a existência de diversas desvantagens. Uma dessas desvantagens é que os conjuntos de vedação atuais nem sempre proporcionam uma proteção suficiente em relaçãoaos contaminantes externos. Os contaminantes externos, que penetram nocopo e no conjunto de rolamentos, podem danificar os componentes dosrolamentos, o que resulta em um desgaste prematuro da junta em U. Outra desvantagem é que a longevidade da vedação depende diretamente de umasubstituição regular da lubrificação, o que leva tempo e é difícil de proporcionar, uma vez que operações programadas de assistência e manutenção freqüentes provocam elevadas médias de imobilização do veículo.

Outra desvantagem dos conjuntos de copo e rolamentos atuais está relacionada com a montagem e a manipulação dos copos nos dedaisde cardan. Uma vez montados os copos nos dedais de cardan, é necessárioum arame para reter os copos no seu lugar até que o membro de corpo cen-trai possa ser montado nas forquilhas de articulação. Isto requer tempo demontagem e material adicionais.

Assim, há necessidade de um conjunto de junta universal, quenão exija um arame de retenção separado e que inclua características aperfeiçoadas de vedação, além de ultrapassar outras deficiências acima mencionadas da técnica anterior.

Sumário da Invenção

Um conjunto de junta universal inclui um membro central cruciforme, que possui uma pluralidade de dedais de cardan que se projetam radialmente. Cada um dos dedais de cardan inclui um copo, o qual é suportado sobre um conjunto de rolamentos. Um conjunto de vedação proporcionauma interface vedante entre cada um dos copos e os dedos de cardan, a fimde proteger o conjunto de rolamentos. O conjunto de vedação inclui ummembro de vedação elástico e um defletor, o qual prende e retém o copo nodedal de cardan. Além de proporcionar uma interface de ligação entre o copo e o dedal de cardan, o defletor melhora as características de vedaçãoatravés da inclusão, para proteção, do membro elástico de vedação em umacavidade formada entre o dedal de cardan e o copo.

O defletor é formado a partir de um material rígido e deformável,como seja, por exemplo, um material elastômero de poliéster termoplástico.De preferência o defletor fornece uma interface de união por retenção poração de mola ao copo e ao dedal de cardan, a qual facilita a montagem. Odefletor inclui uma primeira porção, que é recebida no interior de uma ranhura formada no copo e uma segunda porção, que é recebida no interior deuma área côncava formada no dedal de cardan.

Por meio da incorporação de um defletor no conjunto de vedação, a invenção objeto fornece características de vedação melhoradas auma junta em U, assim como elimina a necessidade de um arame de retenção para fins de manipulação. Estas e outras características da presente invenção podem ser melhor entendidas a partir da descrição e dos desenhosque se seguem, dos quais a seguir se faz uma breve descrição.Breve Descrição dos DesenhosA figura 1 é uma vista esquemática de um veículo com uma linhade acionamento, que incorpora a invenção objeto.

A figura 2 é um exemplo de uma árvore de transmissão e de umconjunto de junta universal, que incorporam a invenção objeto.

A figura 3 é uma vista em corte perpendicular de um dedal de

cardan de um conjunto de junta universal, que incorpora a invenção objeto.

A figura 4 é uma vista em corte perpendicular ampliado de umaárea identificada na figura 3.

Descrição Detalhada da Forma de Realização Preferida

Um veículo 10, que possui uma linha de acionamento 12 encontra-se representado na figura 1. A linha de acionamento 12 estende-se des-de um componente de transmissão 14 a um eixo de acionamento 16. O eixode acionamento 16 apresentado na figura 2 compreende um eixo de acionamento em tandem, no entanto poderão ser também utilizadas outras configurações de eixo de acionamento. A linha de acionamento 12 inclui umapluralidade de árvores 18, os quais proporcionam elos de conexão do componente de transmissão 14 ao eixo de acionamento 16.

Em cada uma das extremidades de cada veio 18, é usada umajunta universal (junta em U) 20 para unir um veio 18 ao veio 18 seguinte. Ajunta em U 20 permite que dois componentes da linha de acionamento, como sejam árvores 18 anexos, sejam orientados em diferentes ângulos relativamente uns aos outros, de modo a acomodarem o movimento relativo e odesalinhamento angular, ao mesmo tempo que transmitem o momento detorção.

Cada uma das juntas em U 20 inclui um corpo central 22 comuma pluralidade de dedais de cardan 24, que se estendem radialmente parafora a partir do corpo central, conforme se mostra na figura 2.

De preferência, o corpo central inclui quatro (4) dedais de cardan24, que estão orientados, como é conhecido, de modo a formarem uma cruz.

Cada um dos dedais de cardan 24 inclui um copo 26, o qual é recebido nointerior de uma forquilha de articulação 28. Cada extremidade da árvore 18serve de suporte a uma forquilha de articulação 28. A forquilha de articula-ção 28 inclui um par de braços opostos 30 que estão unidos a dois (2) dosdedais de cardan 24. Uma forquilha de articulação inclui um outro par debraços opostos, os quais estão unidos aos dois dedais de cardan restantes24.

Uma vista em corte perpendicular, que é semelhante para cadadedal de cardan 24, é apresentada na figura 3. O dedal de cardan 24 defineum eixo A o qual se estende ao longo de uma extensão do dedal de cardan24. O dedal de cardan 24 estende-se ao longo do eixo A desde uma porçãoterminal de base 36 no corpo central 22, até uma porção terminal afastada38. O copo 26 é recebido por cima da porção terminal afastada 38. Um con-junto de rolamentos de agulha 40 encontra-se posicionado entre o copo 26 eo dedal de cardan 24.

Um conjunto de vedação 44 está posicionado entre uma superfí-cie externa 46 do dedal de cardan 24 e uma superfície interna 48 do copo26. O conjunto de vedação 44 veda o lubrificante no interior da junta em Upara o conjunto de rolamentos de agulha 40. O lubrificante é fornecido aoconjunto de rolamentos de agulha 40 por intermédio de uma ranhura ou ca-nal 50 formada, de modo conhecido, no interior do dedal de cardan 24.

O conjunto de vedação 44 inclui um membro de vedação elásti-co 54 com uma porção de inserção moldada 56. Um defletor 58 envolve oconjunto de vedação 44 no interior de um cavidade 60 formada entre o copo26 e o dedo de cardan 24. Além de proporcionar um ambiente protetor parao conjunto de vedação 44, o defletor 58 fixa o copo 26 ao dedal de cardan24. De preferência, o defletor 58 é fixado ao dedal de cardan 24 por meio deuma interface de retenção por ação de mola. A retenção por ação de molatem capacidade para reter o copo 26 no dedal de cardan 24 sem necessida-de de qualquer outro mecanismo de retenção.

O encaixe de mola é conseguido por meio da formação do defle-tor 58 a partir de um material rígido e deformável. De preferência, o defletor58 é formado a partir de um material elástico de poliéster termoplástico, talcomo, por exemplo, o Hytrel®. Qualquer tipo de material vedante elásticopode ser formado para formar o membro elástico de vedação 54.O copo 26 inclui uma porção saliente 62, a qual actua em conjunto com o defletor 58. O defletor 58 inclui uma primeira porção 64, que érecebida no interior de uma cavidade ou ranhura 66 formada em uma superfície externa 68 do copo 26 e uma segunda porção 70, que se encaixa emuma ranhura ou cavidade 72 da superfície externa 46 do dedal de cardan 24.A porção saliente 62 do copo 26 é recebida no interior de uma cavidade correspondente formada na primeira porção 64 do defletor 58. A primeira porção 64 estende-se em uma primeira direção e a segunda porção 70 estendese em uma segunda direção, que é transversal à primeira direção. No exem pio apresentado, a primeira porção 64 está orientada genericamente na perpendicular em relação à segunda porção 70, podendo no entanto ser também utilizadas outras relações angulares. O defletor 58 inclui uma terceiraporção ou central 74, que estabelece a transição entre a primeira porção 64e a segunda porção 70. A terceira porção 74 está orientada obliquamenteem relação à primeira 64 e segunda 70 porções. A terceira porção 74 podeter um perfil curvo ou linear. Abas 76 (figura 4) são proporcionadas, facultativamente, no defletor 58 com intuitos de reforço.

Como se mostra na figura 4, o membro elástico de vedação 54inclui uma primeira porção de vedação 80, uma segunda porção de vedação82 e uma terceira porção de vedação 84, a qual restabelece a transição entre a primeira porção de vedação 80 e a segunda porção de vedação 82. Aprimeira porção de vedação 80 estende-se em uma direção genericamenteparalela ao eixo A do dedal de cardan 24 e para o interior de um primeirointervalo 86 formado entre a superfície interna 48 da taça 26 e a superfícieexterna 46 do dedal de cardan 24. A segunda porção de vedação 82 estende-se transversalmente ao eixo A e para o interior de um segundo intervalo88, formado entre uma superfície de aresta afastada 78 do copo 26 e a superfície externa 46 do dedo do cardan 24. A terceira porção de vedação 84está orientada obliquamente em relação à primeira 80 e à segunda 82 porções de vedação.

O membro elástico de vedação 54 está configurado de formaúnica com múltiplas porções salientes a fim de fornecer uma interface devedação eficaz entre o copo 26 e o dedal de cardan 24. O membro elásticode vedação 54 inclui um primeiro lado 90, que está virado para o copo 26 eum segundo lado 92, que está virado para o dedal de cardan 24. No exemplo apresentado, uma primeira porção saliente 94 estende-se desde o primeiro lado 90 da primeira porção de vedação 80 até se encaixar diretamentena superfície interna 48 do copo 26.. Uma segunda porção saliente 96 estende-se desde o segundo lado 92 da primeira porção de vedação 80 para seencaixar diretamente na superfície externa 46 do dedal de cardan 24. Umaterceira porção saliente 98 estende-se a partir do segundo lado 92 da terceira porção de vedação 84 para se encaixar diretamente na superfície externa48 do dedal de cardan 24. Uma quarta porção saliente 100 estende-se a partir do primeiro lado 90 da segunda porção de vedação 82 para se encaixardiretamente na superfície de aresta afastada 78 do copo 26. Uma quintaporção saliente 102 estende-se a partir do segundo lado 92 da segunda porção de vedação 82 de modo a encaixar-sé diretamente na superfície externa46 do dedal de cardan 24.

A superfície externa 46 do dedal de cardan 24 compreende umasuperfície com contornos, a qual possui múltiplas porções escalonadas, asquais cooperam com o membro elástico de vedação 54 e com o defletor 58para proporcionar um ambiente seguro e vedado. No exemplo representado,a superfície com contornos inclui pelo menos uma primeira porção de superfície 110, que se estende em uma direção genericamente paralela ao eixo A,uma segunda porção de superfície 112, que se curva em afastamento daprimeira porção de superfície 110, para o exterior, em uma direção que seafasta do eixo A e uma terceira porção de superfície 114, que se estende apartir da segunda porção de superfície 112 em uma direção genericamenteparalela ao eixo A. A segunda porção saliente 96 contata diretamente com aprimeira porção de superfície 110 e a terceira porção saliente 98 contactadiretamente com a segunda porção de superfície 112. A quinta porção saliente 102 contacta diretamente com a terceira porção de superfície 114.

No exemplo apresentado, a superfície com contornos inclui umaquarta porção de superfície 116, que se curva para o interior a partir da ter-ceira porção de superfície 114 em uma direção que se estende na direçãodo eixo A, uma quinta porção de superfície 118, que se estende desde aquarta porção de superfície 116 em uma direção transversal ao eixo A e umasexta porção de superfície 120, que se estende desde a quinta porção desuperfície 118, em uma direção paralela ao eixo A. O defletor 58 contactadiretamente pelo menos a quarta porção de superfície 116 e a quinta porçãode superfície 118. A sexta porção de superfície 120 compreende uma super-fície de dedal de cardan não maquinada.

A configuração original do membro elástico de vedação 54 commúltiplas porções salientes, em combinação com o defletor 58, fornece umambiente protetor ao conjunto de rolamentos de agulhas 40 e a outros com-ponentes internos da junta em U. Esta configuração única permitirá interva-los longos de lubrificação, que poderão ser tão grandes como cerca de160.000 quilômetros (100.000 milhas) entre lubrificações. Adicionalmente, odefletor 58 tem integrada uma função de retenção do copo 26 no dedal docardan 24 para finalidades de manipulação, a qual elimina a necessidade dearames e de ranhuras de retenção dos arames no copo 26.

Embora tenha sido apresentada uma forma de realização prefe-rida da presente invenção, um técnico com conhecimentos normais destatécnica reconhecerá que poderão ser efetuadas determinadas modificações,as quais cairão no âmbito da presente invenção. Por essa razão, as reivindi-cações que se seguem deverão ser estudadas de modo a determinar o ver-dadeiro âmbito e conteúdo da presente invenção.

Claims (18)

1. Junta universal, que compreende:um corpo central que possui pelo menos um dedal de cardan;um copo, giratoriamente suportado pelo referido dedal de cardan; econjunto de vedação, que fornece uma interface vedada entre oreferido pelo menos um dedal de cardan e o referido copo, em que o referidoconjunto de vedação inclui um vedante elástico, que contata com uma super-fície interna do referido copo e uma superfície externa do referido pelo me-nos um dedal de cardan e um defletor, que proporciona uma interface deunião entre o referido copo e o referido pelo menos um dedal de cardan, demodo a envolver praticamente o referido vedante elástico no interior de umacavidade formada entre o referido pelo menos um dedal de cardan e o refe-rido copo.

2. Junta universal de acordo com a reivindicação 1, em que areferida interface de ligação compreende uma união por aperto de mola.

3. Junta universal de acordo com a reivindicação 1, em que oreferido defletor compreende um material rígido e deformável.

4. Junta universal de acordo com a reivindicação 3, em que oreferido material rígido e deformável compreende um elastômero de poliéstertermoplástico.

5. Junta universal de acordo com a reivindicação 1, em que areferida primeira porção é recebida no interior de uma primeira ranhura for-mada em uma superfície externa do referido copo e a referida segunda por-ção é recebida no interior de uma segunda ranhura formada no interior dareferida superfície externa do referido pelo menos um dedal de cardan.

6. Junta universal de acordo com a reivindicação 5, em que areferida primeira porção se estende em uma primeira direção e a referidasegunda porção se estende em uma segunda direção, que é genericamenteperpendicular à referida primeira direção.

7. Junta universal de acordo com a reivindicação 5, em que oreferido copo inclui uma porção saliente, adjacente à referida primeira ranhu-ra, em que a referida porção saliente recebida no interior de uma cavidadeformada no interior de uma superfície interna da referida primeira porção doreferido defletor.

8. Junta universal de acordo com a reivindicação 5, em que oreferido defletor inclui uma porção central que liga entre si as referidas primeira e segunda porções, estendendo-se a referida porção centra) obliquamente em relação às referidas primeira e segunda porções.

9. Junta universal de acordo com a reivindicação 5, em que oreferido defletor inclui uma pluralidade de abas de reforço, que se estendempara o interior a partir de uma superfície interna do referido defletor, em direção ao referido vedante elástico.

10. Junta universal de acordo com a reivindicação 1, em que oreferido pelo menos um dedal de cardan defini um eixo, que se estende aolongo de uma extensão do referido pelo menos um dedal de cardan e o referido vedante elástico inclui uma primeira porção de vedação, que se estendegenericamente em paralelo ao referido eixo e para o interior de um primeirointervalo formado entre a referida superfície interna do referido copo e a referida superfície externa do referido pelo menos um dedal de cardan, estendendo-se uma segunda porção de vedação transversalmente ao referido eixo e para o interior de um segundo intervalo formado entre uma superfíciede aresta afastada do referido copo e a referida superfície externa do referido pelo menos um dedal de cardan e uma terceira porção de vedação, queestabelece a transição entre a referida primeira porção de vedação e a referida segunda porção de vedação, em que a referida terceira porção de vedação está orientada obliquamente em relação às referidas primeira e segundaporções de vedação.

11. Junta universal de acordo com a reivindicação 10, em que oreferido vedante elástico inclui um primeiro lado, virado para o referido copoe um segundo lado, virado para o referido pelo menos um dedal de cardan eem que o referido vedante elástico inclui uma primeira porção saliente, quese estende do referido primeiro lado da referida primeira porção de vedaçãopara contatar diretamente a referida superfície interna do referido copo, umasegunda porção saliente, que se estende a partir do referido segundo ladoda referida primeira porção de vedação de modo a contatar diretamente areferida superfície externa do referido pelo menos um dedal de cardan, umaterceira porção saliente, que se estende a partir do referido segundo lado dareferida terceira porção de vedação, de modo a contatar diretamente a refe-rida superfície externa do referido pelo menos um dedal de cardan, umaquarta porção saliente, que se estende a partir do referido primeiro lado dareferida segunda porção de vedação, de modo a contatar diretamente a refe-rida superfície de aresta afastada do referido copo e uma quinta porção sali-ente, que se estende a partir do referido segundo lado da referida segundaporção de vedação, de modo a contatar diretamente a referida superfícieexterna do referido pelo menos um dedal de cardan.

12. Junta universal de acordo com a reivindicação 10, em queinclui uma inserção, posicionada diretamente entre a referida segunda porção de vedação e o referido defletor.

13. Junta universal de acordo com a reivindicação 10, em que asuperfície externa do referido pelo menos um dedal de cardan compreendeuma superfície com contornos, que possui uma primeira porção de superfície, que se estende genericamente paralela ao referido eixo, uma segundaporção de superfície, que se curva, afastando-se para o exterior, em relaçãoà referida primeira porção de superfície, em uma direção que a afasta doreferido eixo, uma terceira porção de superfície, que se estende a partir dareferida segunda porção de superfície, em uma direção genericamente paralela ao referido eixo, uma quarta porção de superfície, que se estende a partir da referida porção de superfície em uma direção orientada para dentro, nadireção do referido eixo, uma quinta porção de superfície em uma direçãotransversal ao referido eixo e uma sexta porção de superfície, que se estende a partir da referida quinta porção de superfície, em uma direção paralelaao referido eixo.

14. Junta universal de acordo com a reivindicação 13, em que areferida primeira porção de vedação contata com a referida primeira porçãode superfície e a referida segunda porção de vedação contata com a referidaterceira porção de superfície.

15. Junta universal de acordo com a reivindicação 14, em que oreferido defletor contata pelo menos as referidas quarta e quinta porções desuperfície.

16. Junta universal de acordo com a reivindicação 14, em que areferida sexta porção de superfície compreende uma superfície não maquinada do dedal de cardan.

17. Junta universal que compreende:um corpo central, que tem uma pluralidade de dedais de cardan,que se estendem radialmente para o exterior a partir do referido corpo cen-tral;um copo, giratoriamente suportado em cada um dos referidosdedais de cardan da referida pluralidade de dedais de cardan;um conjunto de rolamentos de agulha posicionado entre umasuperfície externa de cada um dos referidos dedais de cardan da referidapluralidade de dedais de cardan; eum conjunto de vedação, que proporciona uma interface vedadaentre cada dos referidos dedais de cardan da referida pluralidade de dedaisde cardan e um copo correspondente, em que o referido conjunto de vedação inclui um vedante elástico, o qual contata a referida superfície interna doreferido copo correspondente e uma a superfície externa de cada dedal decardan, sendo proporcionada por um defletor uma interface de união de retenção por ação de mola entre cada dedal de cardan e uma inserção, posicionada entre o referido vedante elástico e o referido defletor.

18. Junta universal de acordo com a reivindicação 17, em que oreferido defletor inclui a referida primeira porção, a qual é recebida no interiorde uma primeira ranhura formada em uma superfície externa do referido copo e uma segunda porção, a qual é recebida no interior de uma cavidadeformada na referida superfície externa de cada dedal de cardan da referidapluralidade de dedais de cardan, envolvendo o referido vedante elástico e areferida inserção dentro de uma cavidade formada entre cada um dos referidos dedais de cardan e o referido copo correspondente.