BRPI0610845A2

BRPI0610845A2 - denteação frontal em um elemento de acoplamento para a transmissão de momentos de torção

Info

Publication number: BRPI0610845A2
Application number: BRPI0610845-8A
Authority: BR
Inventors: Roland Langer; Ernst Masur; Ralf Heiss; Benno Fueller; Peter Niebling
Original assignee: Schaeffler Kg
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2010-07-27
Also published as: CN100564915C; US20080156610A1; BRPI0610845B1; EP1872024A1; BRPI0610845A8; EP1872024B1; CN101163899A; KR101498281B1; US20140216125A1; DE102005018127A1; JP2008538735A; US8876427B2; KR20070121047A; WO2006111140A1; US9289814B2

Abstract

DENTEAçãO FRONTAL EM UM ELEMENTO DE ACOPLAMENTO PARA A TRANSMISSãO DE MOMENTOS DE TORçãO. A presente invenção refere-se a uma denteação frontal (5, 6, 7) em, pelo menos, um elemento de acoplamento (1), para a transmissão de momentos de torção em torno de um eixo de rotação (3), sendo que, a denteação frontal (5, 6, 7) engata em uma denteação oposta (24) correspondente. A denteação frontal (5, 6, 7) está equipada com dentes (14) de material do elemento de acoplamento (1) moldado plasticamente sem levantamento de aparas, pelo menos, parcialmente.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DENTEAÇÃOFRONTAL EM UM ELEMENTO DE ACOPLAMENTO PARA A TRANSMISSÃODE MOMENTOS DE TORÇÃO".

Descrição

Âmbito da Invenção

A presente invenção refere-se a uma denteação frontal em, pelomenos, um elemento de acoplamento, para a transmissão de momentos detorção em torno de um eixo de rotação, sendo que, a denteação frontal en-gata axialmente em uma denteação oposta correspondente. A denteaçãofrontal apresenta dentes de material do elemento de acoplamento moldadoplâsticamente sem levantamento de aparas, pelo menos, parcialmente.Fundamento da Invenção

Uma denteação frontal desse tipo está prevista em uma unidadede mancai da roda, por exemplo, de acordo com a patente DE 36 36 243A1. Na unidade de mancai da roda está apoiado um cubo, podendo girar,por meio de um mancai da roda. O cubo está ligado, à prova torção comuma roda de veículo, e pode ser acionado por uma disposição de eixo dearticulação. No caso em questão o cubo está acoplado com a disposição deeixo de articulação. Como elemento de acoplamento está previsto o sino deuma articulação, no qual está executada a denteação frontal. A denteaçãofrontal está voltada axialmente para uma denteação oposta correspondente.A denteação oposta, do mesmo modo, é uma denteação frontal e está exe-

cutada diretamente no cubo ou em um anel interno do mancai da roda queestá assentado no cubo. As denteaçoes frontais engatam axialmente umana outra e estão apertadas axialmente entre si. Através dessa ligação, osmomentos de torção em torno do eixo de rotação podem ser transmitidos dadisposição de eixo de articulação para o cubo e, com isso, para a roda doveículo, ou na direção inversa. As denteaçoes em geral são apertadas axi-almente entre si de tal modo que, os flancos do dente são carregados demaneira uniforme. Todavia, isso pressupõe que, a geometria da denteaçãoseja executada muito exata, de tal forma que a parte que suporta atuandoaxialmente e no lado da circunferência seja muito alta.De acordo com a patente DE 36 36 243 A1 está previsto que, asdenteações frontais sejam moldadas por moldagem a frio de determinadasáreas do material dos elementos de acoplamento. Para isso, através dacondução de ferramentas de molde, o material é deslocado plasticamenteda direção axial e, parcialmente, também através de giro das ferramentasem relação ao eixo de rotação, na direção radial. A resistência do materialcontra o deslocamento é particularmente alta no elemento de acoplamentoda disposição de eixo de articulação, uma vez que o material precisa sermoldado diretamente a partir da superfície do elemento de acoplamento e,com isso, a partir de um acúmulo de material relativamente grande e maci-ço. As forças necessárias para o andamento de moldagem são muito altas.

As máquinas com a alta potência necessária correspondente são onerosas.

É difícil executar dentes individuais da denteação com a exatidão necessáriae com uma alta cota de suporte dos dentes, uma vez que, em virtude dasaltas forças de moldagem uma grande parte do material se desvia radial-mente para fora, e não passa na ferramenta de molde.

Sumário da Invenção

Por esse motivo, a tarefa da invenção é criar uma denteaçãofrontal com alta cota de suporte, que possa ser fabricada com custos vanta-josos.

Essa tarefa é solucionada com as características da reivindica-ção 1 pelo fato de que, a denteação frontal é executada em, pelo menos,uma seção que se sobressai axialmente para fora do elemento de acopla-mento. A seção de qualquer forma apresenta em um lado frontal axial, pelomenos, em parte, os dentes da denteação frontal. A denteação frontal tam-bém pode ser a denteação oposta do outro elemento de acoplamento noacoplamento do momento de torção.

A seção executada em peça única com o elemento de acopla-mento é projetada de tal modo que, durante a moldagem precisa ser deslo-cado apenas o material, que é necessário para a execução da denteação. Omaterial restante do elemento de acoplamento não impede mais o anda-mento da moldagem, uma vez que, primeiramente o acúmulo do material érestrito ao mínimo necessário. As forças necessárias para o andamento damoldagem são reduzidas. Podem ser empregadas máquinas de custos favo-ráveis com dados característicos de potência menores. Os dentes são me-lhor executados, e apresentam uma cota de suporte mais alta.

A invenção se refere a todos os acoplamentos para a transmis-são de movimentos de rotação e momentos de torção, nos quais engatamaxialmente um no outro, pelo menos, dois elementos de acoplamento pormeio de denteações frontais axiais - de preferência, acoplamentos de mo-mento de torção em unidades do mancai da roda, que apresentam um cuboacionado por meio da disposição de eixo de articulação.

A geometria da seção é opcional. Assim, é possível que a seçãoseja centrada em relação ao eixo de rotação em um elemento de acopla-mento, em essência, com rotação simétrica, e seja executada em torno des-se eixo, por exemplo, como um tronco de cone.

Uma execução da invenção prevê que, a seção passe com rota-ção simétrica em formato anular em torno do eixo de rotação. Isso é degrande vantagem, em particular, então, se radialmente entre a seção que sesobressai axialmente para fora do elemento de acoplamento e uma parte doelemento de acoplamento for executada uma ranhura anular aberta axial-mente, isto é, se a seção de formato anual circundar de forma concêntrica,pelo menos, uma parte do elemento de acoplamento.

Outras execuções da invenção se referem à forma geométricada seção antes da moldagem. Assim está previsto que, antes da moldagemdos dentes a seção seja limitada, pelo menos, radialmente por contornosque se aproximam radialmente um do outro, e com isso, se reduza na seçãotransversal em uma direção. Nas áreas mais estreitas da seção, durante amoldagem precisa ser deslocado menos material. O pouco material flui con-trolado nos moldes da ferramenta, e não se desvia de forma descontrolada.

Com isso, com formas desse tipo a precisão e a qualidade do andamento demoldagem podem ser influenciadas de modo visado.

A seção é formada, de preferência, de tal modo que, os contor-nos dali, onde a seção se sobressai axialmente para fora do elemento deacoplamento, se aproximam radialmente um do outro de forma crescente,na direção do lado frontal. Neste caso, em quaisquer seções longitudinaisalinhadas axialmente ao longo do eixo de rotação os contornos, em primeirolugar, são delineados por linhas de contorno que ficam opostas radialmenteuma à outra, que se aproximam uma da outra na direção do lado frontal.

Em uma forma de execução possível da seção, a linha de con-torno radialmente externa na seção longitudinal passa primeiramente caindoem relação ao eixo de rotação na direção do lado frontal, e por fim no ladofrontal passa em uma linha de contorno radialmente interna. Este, então, é ocaso, se em uma seção de formato anular o diâmetro externo do contornoexterno radial se reduzir sempre linearmente aumentando na direção do la-do frontal, ou regressivamente ou com trajeto que se altera arbitrariamente.

Também está previsto que, uma linha de contorno radialmenteinterna na seção longitudinal passe primeiramente subindo através do eixode rotação na direção do lado frontal, e então no lado frontal passe em umalinha de contorno radialmente externa. Este, então, é o caso, se o diâmetrointerno de uma seção de formato anular aumentar sempre linearmente nadireção do lado frontal, ou regressivamente ou com trajeto que se altera ar-bitrariamente.

É vantajoso se ambos os trajetos mencionados anteriormenteforem realizados juntos em uma seção.

Com a diminuição da distância do lado frontal, o material a serdeslocado torna-se menor, de modo crescente. Durante a incidência da fer-ramenta de molde sobre o lado frontal, inicialmente é deslocado pouco ma-terial. Com isso, o material manifesta, no início, pouca resistência ao anda-mento de moldagem e desvia para o lado na ferramenta de molde. Nestecaso, o material não flui de forma indesejada para fora, mas para a ferra-menta de molde, e se distribui, então, na ferramenta de molde, pelo menos,parcialmente nas direções radiais. A ferramenta de molde é melhor preen-chida com o material. Quanto mais perto a ferramenta de molde se aproxi-mar axialmente da base, tanto maior se torna a resistência contra o fluir. Abase é a passagem na qual a seção se sobressai da massa do material doelemento de acoplamento, ou passa nele. O material que se encontra nomolde é distribuído de maneira uniforme na ferramenta de molde, e encheessa ferramenta quase completamente. O molde dos dentes na denteaçãopronta, por conseguinte, é melhor executado.

O molde dos dentes é executado de modo otimizado se, o es-boço da seção, antes da moldagem dos dentes for limitado por contornos, jádescritos anteriormente, que se aproximam radialmente um do outro. Nestecaso, as dimensões da seção, antes da moldagem e as dimensões dos den-tes após a moldagem estão em uma relação predeterminada. Assim, comuma forma de execução da invenção está previsto que, o maior intervaloentre os contornos antes da moldagem dos dentes está em uma base, ondea seção se sobressai do elemento de acoplamento. O comprimento totalmenor dos dentes moldados, observados na projeção axial é, no máximo,em torno de 1/5 do intervalo maior observado na projeção axial. O compri-mento total observado na projeção também pode ser menor ou igual ao in-tervalo axial na projeção axial. O comprimento total é medido no plano dabase do dente da denteação frontal.

De modo alternativo ou simultâneo a isso, antes da moldagemdos dentes na projeção radial a seção é, pelo menos, duas vezes tão longaquanto a altura do dente teórica dos dentes moldados. Na projeção radial,neste caso, está projetado o maior comprimento entre o lado frontal e a ba-se, na qual a seção se sobressai axialmente do elemento de acoplamento. Aaltura do dente teórica é o intervalo axial maior medido em uma ferramentade molde para a moldagem dos dentes, entre o plano da base do dente e oplano da cabeça do dente.

Através da invenção é possível, por meio das medições teóricasprontas dos dentes individuais ou da denteação, executar a peça bruta naforma da seção, de maneira simples, com respeito às forças de moldagem edo fluxo do material.

Como denteação frontal e seus dentes, neste caso, deve serentendida toda disposição de elevações que se sobressaem axialmente ad-jacentes uma da outra no lado frontal, que cooperam de modo organizadoou arbitrário na proximidade com cavidades axiais (por exemplo, lacunas dodente) entre as elevações, e que correspondem com uma denteação opostacorrespondente. De preferência, está previsto o molde conhecido da dente-ação frontal, no qual os dentes e as lacunas do dente dos dentes estão ad-jacentes um ao outro, no lado da circunferência, e estão alinhados radial-mente de acordo com o comprimento. A denteação é fabricada, de prefe-rência, por meio de moldagem a frio de aço, contudo, também é possível oemprego de todos os outros processos de moldagem possíveis, o empregode metais leves ou de ligas de metal leve e materiais sintéticos.

Também está previsto o acabamento posterior com levantamen-to de aparas da denteação depois da moldagem.

Descrição dos Desenhos

A invenção será descrita em mais detalhes, a seguir, com auxíliode exemplos de execução.

A figura 1 mostra um exemplo de execução de um exemplo deexecução de um elemento de acoplamento 1 na forma de um sino de articu-lação 2 de uma disposição de eixo de articulação não representada em de-talhes. O sino de articulação 2 executado com simetria de rotação, em es-sência, em torno do eixo de rotação 3 está representado parcialmente emum corte longitudinal axial ao longo do eixo de rotação 3. O elemento deacoplamento 1 está equipado com uma seção 4, que na figura 1 está repre-sentada em um estado inicial antes da moldagem, e nas figuras 3, 4 e 5,está representada com denteação 5, 6, ou 7 moldada.

A seção 4 é um rebordo de formato anular que se sobressai axi-almente em uma base E' em peça única do material do sino de articulação2, cujo eixo de simetria 8 está sobre o eixo de rotação 3. Radialmente entrea seção 4 e entre uma parte 9 do elemento de acoplamento 1 é formadauma ranhura anular 10. A ranhura anular 10 está aberta na direção axial,para a qual está voltado o lado frontal 11 na seção 4.

A seção 4 está limitada radialmente pelos contornos 12 e 13 quese aproximam um do outro. Os contornos 12 e 13 partem dos pontos X e Y.O plano E que passa através dos pontos X e Y, nesse caso, é observadocomo a base E' da seção 4, na qual a seção 4 passa no elemento de aco-plamento 1. O contorno 12 está descrito nas seções longitudinais ao longodo eixo de rotação 3 de acordo com as figuras 1, 2, 3 e 4 através das linhasde contorno 12' e 13'. A linha de contorno 13' externa que passa radialmen-te externa se situa em frente à linha de contorno 12' interna que passa radi-almente interna, pelo menos, radialmente até que as linhas de contorno 12'e 13' passem radialmente uma na outra no lado frontal 11.

A figura 2 mostra o detalhe Z da seção 4 da figura 1, antes damoldagem da denteação 5, bem como, a seção 4 moldada pela moldagem afrio com a denteação 5 na posição oposta, representada não em escala eampliada.

A linha de contorno 13' passa a partir de X inicialmente comoreta, e é inclinada em torno do ângulo a na direção do eixo de rotação. Oângulo a é, de preferência, 5o < a < 20°. Na continuação do trajeto, a linhade contorno 13' se curva na direção do eixo de rotação e passa pela linhade contorno 12'. A linha de contorno 12' sobe a partir de Y como reta, e estáinclinada com o ângulo (3 em relação ao eixo de rotação. O ângulo (3 é, depreferência, 15° < (3 < 30°. A linha de contorno 12' se dobra na continuaçãodo trajeto a partir do ponto T, e passa com uma subida mais íngreme, bemcomo, a partir do ponto S com subida menor, e se curva finalmente na dire-ção radial, a fim de passar na linha de contorno 13'. De modo alternativo épossível que, as linhas de contorno 12' e 13', ao invés de através de retassejam descritas através de trajetos ou de combinações curvadas de retas etrajetos curvados.

As linhas pontuadas 16 e 17 na representação com os dentes14 da denteação 5 moldados, indicam de forma esquemática grosseira, oscontornos de um molde negativo 15 da ferramenta para um dente individual14. Neste caso, o molde negativo 15 teoricamente é completamente preen-chido de material, que foi deslocado da seção 4. A linha 16 limita a base dodente, e por conseguinte, está na representação também para um plano dabase do dente 16' colocado através dos pontos P e Q. O plano da base do den-te 16' é a passagem, na qual o dente passa na seção 4 e marca, ao mesmotempo, na vista, o vértice na base das lacunas do dente. A linha 17 marca alinha teórica da cabeça do dente ou o plano da cabeça do dente 17'.

O maior intervalo C entre os contornos 12 e 13 antes da molda-gem dos dentes está em uma base E' entre os pontos X e Y. Na projeçãoaxial, do trajeto C resulta o intervalo C. O comprimento total dos dentes L,no plano da base do dente 16' é o trajeto L entre os pontos P e Q. A proje-ção axial de L é o trajeto A. De acordo com uma execução da invenção estáprevisto que, o trajeto A é, no máximo, um sétimo maior que o trajeto C. Ospontos X e Y , portanto, durante a moldagem dos dentes dificilmente emi-gram para a direção radial. Com isso, o material deslocado plasticamentedurante a moldagem flui para a formação do dente 14 quase que exclusiva-mente para o molde negativo 15.

O comprimento maior W da seção 4 reproduzido na projeçãoradial D, antes da moldagem dos dentes 14 é, pelo menos, duas vezes tãolongo quanto a altura do dente B teórica dos dentes 14 moldados. Nestecaso, na projeção radial está projetado o maior intervalo W entre o lado fron-tal 11 e a base E'. A altura do dente B teórica é o intervalo axial B maiormedido em uma ferramenta de molde para a moldagem dos dentes, entre oplano da base do dente 16' e o plano da cabeça do dente 17'.

O plano da base do dente 16' da denteação 5, na seção longitu-dinal de acordo com a figura 2, está inclinado ao contrário do sentido dosponteiros do relógio com um ângulo agudo õ afastado do plano H. O plano Hé um plano, que é atravessado perpendicularmente pelo eixo de rotação 3.O plano da cabeça do dente 17' está inclinado com o sentido dos ponteirosdo relógio em torno do ângulo agudo cp em relação ao plano H. Na represen-tação de acordo com a figura 3, de uma forma alternativa da seção 4, apósa moldagem de uma denteação 6, o plano da base do dente 16' está noplano H e, por conseguinte, é atravessado perpendicularmente pelo eixo derotação 3. O plano da cabeça do dente 17', neste caso, está inclinado nosentido dos ponteiros do relógio em torno do ângulo agudo (p afastado doplano da base do dente 16' e, com isso, do plano.

Na representação de acordo com a figura 4, o plano da cabeçado dente 17' de uma denteação 7, é atravessado perpendicularmente peloeixo de rotação 3 e, por conseguinte, está no plano H. O plano da base dodente 16', neste caso, está inclinado ao contrário do sentido dos ponteirosdo relógio no ângulo agudo õ afastado do plano da base do dente 17'.

A figura 5 mostra, em uma seção longitudinal, como o elementode acoplamento 1 está acoplado, à prova torção com um cubo 18, na formado sino de articulação 2. O cubo 18 é parte de uma unidade do mancai daroda, da qual está representado apenas um anel interno 19 com uma pistade rolamento 20 para corpos de rolamento, e um flange 21 no cubo 18 paraa fixação de uma roda de veículo não representada. No flange 21 está exe-cutada uma outra pista de rolamento 22 para uma outra série de corpos derolamento, o cubo 18 está acoplado com o sino de articulação 2. Para isso,a denteação frontal 5 e uma denteação oposta 24 correspondente engatamaxialmente uma na outra, e por meio de elementos de parafuso 23 são aper-tadas axialmente entre si. Entre o sino de articulação 2 e o cubo 18 podemser transmitidos momentos de torção em torno do eixo de rotação 3.Listagem de Referência

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Claims

1. Denteação frontal (5, 6, 7) em, pelo menos, um elemento deacoplamento (1) para a transmissão de momentos de torção em torno deum eixo de rotação (3), sendo que, a denteação frontal (5, 6, 7) engata axi-almente em uma denteação oposta (24) correspondente, a denteação fron-tal (5, 6, 7) com dentes (14) de material do elemento de acoplamento (1)moldado plasticamente, pelo menos, parcialmente sem levantamento deaparas, caracterizada pelo fato de que, a denteação frontal (5, 6, 7) é execu-tada em, pelo menos, uma seção (4) que se sobressai axialmente para forado elemento de acoplamento, e que apresenta em um lado frontal (11) axial,pelo menos, em parte os dentes (14).

2. Denteação frontal de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada pelo fato de que, o elemento de acoplamento (1) está coordenado auma disposição do eixo de articulação para o acionamento de, pelo menos,uma roda do veículo e a denteação oposta (24) de um cubo está coordena-da a uma unidade do mancai da roda, sendo que, o cubo (18) está apoiado,podendo girar junto com a roda do veículo por meio de um mancai da roda.

3. Denteação frontal de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada pelo fato de que, a seção (4) é executada de um só material com oelemento de acoplamento (1).

4. Denteação frontal de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada pelo fato de que, a seção (4) passa com rotação simétrica em formatoanular em torno do eixo de rotação (3).

5. Denteação frontal de acordo com a reivindicação 4, caracteri-zada pelo fato de que, radialmente entre a seção (4) que se sobressai axi-almente para fora do elemento de acoplamento (1) e uma parte do elementode acoplamento (1) é executada uma ranhura anular (10) aberta axialmente.

6. Denteação frontal de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada pelo fato de que, a seção (4) antes da moldagem dos dentes (14) élimitada, pelo menos, radialmente por contornos (12, 13) que se aproximamradialmente um do outro.

7. Denteação frontal de acordo com a reivindicação 6, caracteri-zada pelo fato de que, os contornos (12, 13) dali, onde a seção (4) se so-bressai axialmente para fora do elemento de acoplamento (1), se aproxi-mam radialmente um do outro de forma crescente, e finalmente os contor-nos (12, 13) no lado frontal (11) da seção passam um no outro.

8. Denteação frontal de acordo com a reivindicação 7, caracteri-zada pelo fato de que, os contornos (12, 13) em quaisquer seções longitudi-nais alinhadas axialmente ao longo do eixo de rotação (3), em primeiro lu-gar, são delineados por linhas de contorno (12', 13') que ficam opostas radi-almente uma à outra, sendo que, na seção longitudinal uma das linhas decontorno (13') radialmente externa na seção longitudinal passa primeiramen-te caindo em relação ao eixo de rotação (3) na direção do lado frontal (11), epor fim no lado frontal (11) passa em uma linha de contorno (12') radialmen-te interna.

9. Denteação frontal de acordo com a reivindicação 7, caracteri-zada pelo fato de que, os contornos (12, 13) em quaisquer seções longitudi-nais alinhadas axialmente ao longo do eixo de rotação (3), em primeiro lu-gar, são delineados por linhas de contorno (12', 13') que ficam opostas radi-almente uma à outra, sendo que, na seção longitudinal uma linha de contorno(12') radialmente interna na seção longitudinal passa primeiramente subindoatravés do eixo de rotação (3) na direção do lado frontal (11), e então nolado frontal (11) passa em uma linha de contorno (12') radialmente externa.

10. Denteação frontal de acordo com a reivindicação 1, caracte-rizada pelo fato de que, a seção (4) passa com rotação simétrica em formatoanular em torno do eixo de rotação (3), e pelo fato de que, os dentes (14) eas lacunas do dente dos dentes (14) entre os dentes (14) adjacentes um aooutro na direção da circunferência estão alinhados radialmente de acordocom o comprimento.

11. Denteação frontal de acordo com a reivindicação 1, caracte-rizada pelo fato de que, o esboço da seção (4) antes da moldagem dos den-tes (14) é limitada por contornos (12, 13) que se aproximam radialmente umdo outro, e pelo fato de que, o maior intervalo (C) entre os contornos (12,-13) na seção (4) antes da moldagem dos dentes (14) está em uma base(E'), sendo que, a seção (4) na base (E') se sobressai do elemento de aco-plamento (1), e neste caso, o comprimento total (L) menor dos dentes (14)moldados na projeção (A) axial é, no máximo, em torno de um quinto maiorque a projeção (C) axial do intervalo (C) e sendo que, o comprimento total(L) dos dentes (14) é medido no plano da base do dente (16') da denteaçãofrontal (5, 6, 7).

12. Denteação frontal de acordo com a reivindicação 10, carac-terizada pelo fato de que, o comprimento (W) da seção (4) reproduzido naprojeção (D) radial, antes da moldagem dos dentes (14) é, pelo menos, duasvezes tão longo quanto a altura do dente (B) teórica dos dentes (14) molda-dos, sendo que, na projeção (D) está projetado o maior comprimento (W)entre o lado frontal (11) e uma base (E'), na qual a seção (4) se sobressaiaxialmente do elemento de acoplamento (1), e sendo que, a altura do dente(B) teórica é o intervalo axial maior medido em uma ferramenta de moldepara a moldagem dos dentes (14) entre o plano da base do dente (16') e oplano da cabeça do dente (17).