BRPI0707301B1

BRPI0707301B1 - montagem de engrenagem diferencial

Info

Publication number: BRPI0707301B1
Application number: BRPI0707301A
Authority: BR
Inventors: Kalaoui Hussein; Kvrgic Milenko; Gianone Roberto
Original assignee: Meritor Heavy Vehicle Systems Cameri Spa
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2018-12-11
Also published as: DE602007005097D1; GB0601720D0; BRPI0707301A2; US8015899B2; CN101375088B; US20090205463A1; EP1977144A1; EP1977144B1; WO2007085848A1; CN101375088A

Abstract

montagem de engrenagem diferencial. trata-se de montagem de uma engrenagem de coroa dentada (12) e de uma caixa (11) de uma montagem de engrenagem diferencial (10) adaptada para soldagem. a caixa (11) possui um flange circular (17) com uma borda estendida axialmente engatada em um sulco circular (33), o qual é ainda liberado no lado radialmente externo, de modo a fornecer um vão para o feixe de soldagem de energia elevada (13) . a interface entre a engrenagem de coroa dentada (12) e o flange (17) é, preferencialmente, uma superfície cônico-piramidal (70 e 65) que apresenta um ângulo oblíquo em relação ao dito feixe de soldagem.

Description

(54) Título: MONTAGEM DE ENGRENAGEM DIFERENCIAL (73) Titular: MERITOR HEAVY VEHICLE SYSTEMS CAMERI SPA, Sociedade Italiana. Endereço: Strada Provinciale, Cameri-Bellinzago Km 5, Cameri (Novara) 28062, ITÁLIA(IT) (72) Inventor: ROBERTO GIANONE; MILENKO KVRGIC; HUSSEIN KALAOUI.

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 11/12/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 11/12/2018

Assinado digitalmente por:

Liane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

1/13

MONTAGEM DE ENGRENAGEM DIFERENCIAL

A invenção refere-se à montagem de engrenagem diferencial de um veículo motor, e particularmente a uma montagem em que a engrenagem de coroa dentada e a caixa do diferencial são soldados em conjunto formando uma única peça.

Como é bastante conhecido, uma montagem da caixa do diferencial de um 'veicule· motor compreende uma caixa em que as engrenagens satélite e as engrenagens de saída giram engrenadas, a fim de permitir que as rodas opostas de um eixo mecânico girem em velocidades diferentes. Ά caixa é montada para rotação em um compartimento do eixo mecânico, e é acionada por uma engrenagem de coroa dentada fixada na caixa, e acionada pelo motor do veículo.

Até o presente, tem sido habitual o aparafusarnento da engrenagem de coroa dentada à caixa do diferencial. Uma das razões parei este tipo de construção é assegurar que a taxa de saída do diferencial possa ser selecionada no momento da fabricação; outras razões são assegurar que a engrenagem de coroa dentada possa ser substituída como um item de serviço, e o custo extremamente elevado de um componente uni tãrio.

A soldagem permanente da engrenagem de coroa dentada à caixa do diferencial oferece a possibilidade de redução do custo, se não forem exigidas vantagens como escolha e facilidade de manutenção. Outras vantagens são a. potencial redução do peso e um desenho mais compacto, lio entanto, a engrenagem de coroa dentada e cementada após a usinagem final, enquanto· a caixa do diferencial é fabricada em aço forjado, por exemplo. Muito embora seja possível a

2/13 soldagem do aço de cementação a um aço forjado relativamente maleável, usando de um material de carga como o níquel, a qualidade da soldagem é de difícil controle, e o processo de soldagem é caro. Como alternativa, tem sido proposto o torneamento duro ou a retifica ao longe· da cementação· da engrenagem de coroa dentada a um núcleo relativamente maleável, de modo a expor o material adequado à soldagem, sendo ainda, no entanto, demorado e dispendioso.

Também foi proposto usinar a face de montagem da engrenagem de coroa dentada como urna forma com degraus para foi'a antes da têmpera, de modo a facilitar a remoção da caixa de proteção. Entretanto, ainda assim é desvantajoso porque, tipicamente, a engrenagem de coroa dentada deve ser submetida à têmpera por pressão durante o processo de têmpera para impedir sua deformação, e a forma com degraus exige a centralizaçao da ferramenta de pressà·-· ·- o utensílio de montagem, o que é demorado e de obtenção· pouco confiável. Este problema é exacerbado· porejue a engrenagem de coroa dentada é imersa em óleo durante a têmpera e, portanto, difícil, se não· impossível de se observar. O último problema também é especialmente inconveniente com relação· aos eixos mecânicos de caminhões, onde numerosas taxas finais de acionamento podem ser fornecidas para uso com montagens usuais de engrenagem diferencial. Assim, por exemplo, 12 taxas diferentes (significando 12 engrenagens •de roda dentada distintas) são· fornecidas, cada uma delas exigindo urn utensílio· de montagem respectivo durante a têmpera por pressão. Se for usado· o utensílio incorreto·, ao menos a engrenagem da coroa dentada será inutilizada, e

3/13 possivelmente o utensílio e/ou ferramenta de pressão será danificada.

A DE-A-10233236 revela uma construção em que a. engrenagem de coroa dentada é soldada ao compartimento do diferencial por meio de uma solda aplicada radialmente. Por esta razão, a face posterior da engrenagem de coroa dentada é eliminada de modo a. fornecer acesso a ferramenta de solda, e não é plana. A mesma técnica é usada na soldagem radial do compartimento e da cobertura do diferencial, de modo que o compartimento seja eliminado (ou relativamente distendido) na direção axial.

C> que se requer é uma sedução para as dificuldades citadas anteriormente, de modo a facilitar a soldagem da engrenagem de coros, dentada e a cai?:a do diferencial.

	De acordo com um primeiro asp·	ecto da	invenção, é
fome	cida	utiia montagem so	>ldada de uma	caixa de	diferencial
e de	uma	engrenagem de	coroa dentada	sendo	que a dita

caixa inclui um eixo geométrico rotacional e um flange circular estendido radialmente, sendo que o dito flange inclui uma borda projetada axialmente em sua periferia, que a dita engrenagem de coroa dentada inclui um recesso circular para engatar com a dita borda em uma interface, em que o dito recesso se estende radialmente para fora da dita borda de modo a expor o lado radialmente externo da dita interface para soldagem.

Esta disposição permite que a face radial da engrenagem da coroa dentada fique plana durante a tempera por pressão, minimizando ainda o torneamento duro da interface. Desse modo, já que a totalidade das engrenagens de coroa dentada relevantes podem apresentar uma face

-1/13 plana, o problema da localização da prensa e do utensílio durante a têmpera pode ser evitado. Em uma modalidade da invenção, a borda e o recesso definem faces circulares substancialmente perpendiculares no lado radialmente externo, e a soldagem ocorre por feixe de energia elevada, bisseccionando o ângulo entre as ditas faces. A engrenagem de coroa dentada é suficientemente sustentada de modo a assegurar a resistência da propulsão da engrenagem na mesma.

Na modalidade preferencial, a dita engrenagem de coroa dentada compreende uma face anelar plana perpendicular ao seu eixo geométrico rotacional, e o dito recesso compreende em si um sulce· circular concêntrico. 0 sulco divide a dita face em porções da face anelar concêntrica, as quais, preferencialmente, possuem uma extensão radial substancialmente semelhante.

Em uma modalidade .c ao dite· pref e renc ialmente a de

30°, e mais pre f erenc ialment ixo geomé tr i co.

pre ferencialmente onstituída por faces opostas circulares planas da dita caixa e da engrenagem de

No lado radialmente unida por uma parede circular em um ângulo oblíquo em rela·:

a·.

ac· dito flange, o qual, na modalidade preferencial, está na faixa de 25° a mais preferencialmente a 30°.

Em uma modalidade, o externo da dita interface compreende respectivas

5/13 perpendiculares da engrenagem de coroa dentada e da caixa. Preferencialmente, a dita engrenagem de coroa dentada é ainda rebaixada radialmente para fora da dita interface, de modo que o lado radialmente externe· da dita interface está axialmente para dentre· da face anular plana da engrenagem de coroa dentada.

Em urna modalidade alternativa, a borda e o· recesso definem em conjunto, no· lado· radialmente externe· da interface, uma face circular substancialmente coplanar. Preferencialmente, a dita face coplanar forma, tipicamente, um ângulo· de 30° em relação· ao dito eixo· geométrico, de mCde< a apresentar^- uma face c-blíqua em relação· ao· feiroe de solda de alta energia. A face forma um cone pirarnidal em relação ac· eixo· geométrico rotacional.

Na dita modalidade, o recesso circular compreende uma endentação· dupla substancialmente com uma seção· W, cujo pico· central compreende era um lado· a dita interface, e no outro· lado, uma porção da dita face c>blíqua.

Na modalidade preferencial, ·ο· lado· radialmente interno· do· dito· recesso· é afastado do lado· correspondente da dita borda, de modo a definir um 'vãc· circular de extensão· axial limitada.

De aco-rdo com um segundo aspecto da presente invenção, é fornecida uma engrenagem de coroa dentada para uma montagem de engrenagem diferencial de um veículo·, sendo que a dita engrenagem de coroa dentada possui um eixo geométrico de rotação, uma face posterior substancialmente perpendicular ac· dito eixo geométrico, e um sulco coaxial na dita face posterior adaptado para d.efinir uma interface de solda circular entre a dita engrenagem de coroa dentada <5/13 e um compartimento de uma engrenagem diferencial.

A solda é aplicada a partir do lado radialmente externo em um ângulo agudo em relação à dita face posterior, preferencialmente na faixa de 25° a 35°.

De acordo com um terceiro aspecto da invenção, é fornecido um método para produção de uma engrenagem de coroa dentada para uma montagem de engrenagem diferencial de um veículo e que compreende as etapas de:

produzir urna engrenagem de coroa dentada anular não temperada de faces radiais opostas, sendo uma face radial dotada de um perfil de engrenagem, e a outra face radial é plana, efetuar um sulco circular na face radial plana por meio de torneamento a mede, temperai' a dita engrenagem de coroa dentada, e efetuar o torneamento duro do dite· sulco de modo a revelar uma superfície não temperada.

Em uma alternativa, o método poele compreender sulcos circulares concêntricos duplos por meio de torneamento a mede na face radial plana, sendo que a porção entre os ditos sulcos está:

abaixo da dita face radial plana, efetuando a tempera da dita engrenagem de coroa dentada, e efetuando c· tc-rneamentc· a dure· das faces adjacentes elos ditos sulcos, de modo a revelar uma superfície contínua não temperada.

1-Jos dois casos, o método pode incluir adicionalmente uma etapa de soldagem da dita engrenagem de coroa dentada a uma caixa de diferencial dotada de uma

7/13 projeção circular engatável a uma respectiva superfície não temperada, preferencialmente por meio de feixe de energia elevada direcionado à interface radialmente externa.

Outrc-s da subseqüente descrição das modalidades a título nos desenhos anexos, em que:

Figura 1 mostra uma seção uma caixa de engrenagem de coroa

A Figura 2 mostra a região da solda da Figura 2 em detalhe ampliado.

A Figura 3 é uma seção transversal ao longo da engrenagem de coroa dentada dei Figura 1.

A Figura 4 mostra o perfil da região de solda da

Figura 3 em detalhe ampliado.

A Figura 5 é uma seção transversal parcial ao longo da caixa, de diferencial da Figura 1.

A Figurei 6 ilustra uma seção radial, da disposição das Figuras 1 a 5.

A Figura 7 corresponde à Figura 5 e mostra um perfil alternativo.

A Figura & é uma seção de um fragmente· que mostra as partes do ccmponente dei Figura 7.

A Figura 9 mostra na seção do fragmento um perfil de solda dei modalidade da Figura 6.

A Figura 10 mostrei na seção do fragmento um perfil de solda da modalidade da Figura 7.

Com referencia à Figura 1, uma montagem da engrenagem do diferencial 10 compreende uma caixa 11 de aço

8/13 forjado, uma engrenagem de coroa dentada 12 de aço temperado revertido; a caixa 11 e a engrenagem de coroa dentada 12 são soldadas em conjunto na área próxima indicada pelo círculo 2 (e mostrada em maior detalhe na Figura 2) por urna ferramenta de solda a laser cujo cone do laser 1?. é ilustrado.

Conforme mostrado na Figura 5, a caixa de diferencial 11 apresenta um formato de bacia e, em geral, é simétrica em torne· do eixo geométrico rotacional A. Um cepo cilíndrico 1-1 define uma superfície de rolamento interna associada a um eixo de comando e a uma superfície de rolamento externa associada ao compartimento do eixo mecânico. Superfícies correspondentes são fornecidas em uma tomada circular que, em uso, é posicionada no recesso circular 15, oposto ac· cepo 14. As engrenagens satélites usuais são rotacic-náveis em torno dos eixos localizados em quatro aberturas eqüidistantes 16.

A caixa 11 possui um flange circular contínuo 17 em sua boca, cuja periferia axialmente externe. IS sofre um afunilamento, conforme ilustrado, em direção ao lado do cepo, de modo a. formar uma superfície geralmente plana de formato cónico-piramidal.

No lado do cepo, o flange define um ombro circulai radial 19 adaptado para receber a engrenagem de coroa dentada 12 como um ajuste de pressão ou aperto. A porção externa 2 0 do flange 17 se projeta axialmente em direção ao lado do cepo e termina em um fio de faca circular 21 interno da periferia radialmente externa 22. Esta porção 20 se afunila para o interior do flange a partir do fio de faca 21 até a periferia radialmente externa 22, formando um

9/13 ângulo de 20° em relação ao diâmetro (conforme representado pelo número 23) , originando assim uma face de formato cônico-piramidal 2-1 dotada de uma largura 25 de cercei de 10 mm. Outros ângulos, por exemplo, de 30°, são possíveis, e a largura 25 pode ser menor ou maior, conforme o caso.

Conforme melhor ilustrado na Figura 2, a engrenagem de coroa dentada 12 quando montada sobre a caixa 11 está em contato corn a face 2-1, rnas axialmente livre da parte interna da caixa, da face 24 .

A engrenagem de coroa dentada 12 compreende um anel tubular dotado de uma forma de engrenagem no mesmo, (tipicamente hipóide ou um bisel ern espiral) e representado pelas linhas tracejadas 3ü. As linhas tracejadas representam o ângulo de inclinação longitudinal, o ângulo de poliedro e o angulo base dos dentes da engrenagem. O diâmetro interno compreende uma face circular axialmente direcionada 31 adaptada para se ajustar ao ombro 19. lio lado axial oposto aos dentes da engrenagem, a engrenagem de coroa dentada possui uma. face radial 32 com um sulco circulai' 33 usinado na mesma após a tempera.

A face radial têmpera, e consequentemente uma ferramenta de prensagem mesma durante a têmpera pox de posicionamento.

Após a o sulco de modo a revelar o núcleo lativamente maleável.

sul tem uma forma ilustrada na Fig. 4, e compreendendo um recesso principal radialmente mais profundo 34 e um recesso secundário radialmente mais externo 35.

10/13

O recesso principal é urna seção geralmente triangular dotado de paredes 36 e 3 7 em um ângulo obtuso, incluso ° em ctO lado interno da face radial respectiva t' e 3 7 são ângulos com os números 40 e 41.

C> recesso secundário compreende unia parede radialmente enterna 38, preferencialmente paralela à parede 37, e uma parede radial verdadeira 3 9 que se une à parede

37, de modo que o perfil da face 37, 33, 39, em geral, radialmente direcionada é escalonado conforme ilustrado.

Conforme será evidenciado, as faces 24 e 37 estão em contato planar na montagem dos componentes, conforme ilustrado na Figura 1. ü recesso secundário 35 permite o acesso desimpedido para que o cone de laser 13 forme uma solda circular em torno do flange 17 na interface do componente. Visto que as faces 37 e 38 estão no mesmo ângulo relativo, ambas podem ser imediatamente formadas ern uma operação de usinagem em torneamento e imersão direta usando uma ferramenta de moldagem adequada.

A Figura 6 ilustra .a disposição geral descrita com relação ãs Figuras 1 a 5, em que uma caixa do diferencial 11 está conectada à engrenagem de coroa dentada 12 via um feixe de solda a laser 13. A solda resultante 51 é ilustrada na Figura 9 e está direcionada para dentro a partir do canto na junção da periferia externa 22 e da parede radial 39 .

Um perfil de engate alternativo está ilustrado nas Figuras 7 e S. Conforme imediatamente visível a partir da Figurei 7, o sulco circular formado nei face radial da

11/13 engrenagem de coroa dentada está, em geral, na forma de W, e compreende um recesso radialmente interno 61 e um recesso radialmente externo 62.

•j recesso interno geralmente corresponde ao recesso 34, e apresenta formato triangular, tende· as paredes 63 e 64 dispostas em um angule· incluso de cerca de 90°. O recesso· superior 62 também apresenta formate· triangular, e possui um ângulo· incluso· de cerca de 60° definido pelas paredes 65 e 66.

A periferia radialmente externa 67 de· flange 17 compreende uma borda voltada para cima dotada de uma margem ortogonal 69 a cerca de 30° em relação ac· raie·, e um ângulo correspondente em relação· à parede 64. Adicionalmente, a face externa da borda 7 0 está alinhada com a parede radialmente interna 65, de modo· a apresentar uma superfície circular geralmente planar em relação· ao cone do· laser 13..

A Figura 10 ilustra a solda 71 obtida pelo· uso· da modalidade das Figuras 7 e 8, a qual possui um perfil externo convexo- vantajoso, preferível ac· perfil côncavo mostrado· na Figura 9. ü perfil de solda convexo apresenta menor risco· de concentração· de tensão·, e também reduz o aquecimento localizado da engrenagem de coroa dentada 12 e da caixa 11, devido· à proximidade do· cone de laser 13. Ao reduzir o aquecimento· localizado, a potência exigida da solda a laser também é reduzida, quando* comparada com a modalidade da Figura 9; também há um risco reduzido· de que c· material da engrenagem de coroa dentada radialrnente fora da junção· será parcialmente preenchido· pela solda e forme o perfil côncavo menos desejável. Uma vantagem adicional da face planar apresentada pelas superfícies 65 e 70 é a

reflexão mínima	do feixe	localizado	— /	portanto,
substancialmente í	í totalidade	da energia	dO	feixe será.
usada na soldagem.
0 formato	preciso do	recesso ext	erno	62 não é

importante, já que a superfície planar está presente substancialmente em posição ortogonal ao cone de laser, e um vão suficiente radialmente externo para o cone é fornecido pela parede 6β. No lado radialmente interno, são fornecidos vãos adequados para assegurar o contate· físico da margem 69 e da parede 64.

Adicionalmente a Figura & ilustra um processo vantajoso de usinagern dos recessos 61 e 62. Conforme explicado acima, para fins de têmpera por pressão durante a etapa de têmpera, a face radial posterior 32 da engrenagem de coroa dentada 12 deveria ser plana, de modo que a localização de uma ferramenta de prensagem acima de urna protuberãncia não é necessária. Os sulcos de localização ilustrados nas Figuras 6 e 7 não impedem a têmpera por pressão, porque não podem ser formados por torneamento duro após a etapa de tempera.

Entretanto, os sulcos 61 e 62 podem ser parcialmente formados antes da têmpera, isto é, enquanto a engrenagem de coroa dentada está relativamente maleável, pela remoção das duas áreas sombreadas 72 e 73 mostradas na Figura 3. Desse modo, a remoção não impede a têmpera por pressão, e uma região 74 permanece entre os recessos 72 e 73· a fim de fornecer suporte adicional.

Após a têmpera, os sulcos 61 e 62 são integralmente formados por torneamento duro das áreas 7 5 e 76, mas o volume do material a ser removido é bastante reduzido, e

13/13 está restrito à formação das faces correspondentes 64 e 65.

1/2

Claims

REIVINDICAÇÕES

1/3

1. Montagem de uma caixa de diferencial (11) e de uma engrenagem de coroa dentada (12), em que a dita caixa (11) possui um eixo geométrico rotacional (A) e um flange circular (17) geralmente estendido radialmente, caracterizada pelo fato de que o dito flange (17) possui uma borda (20; 70) projetada axialmente em sua periferia, e que a dita engrenagem de coroa dentada (12) possui um recesso (34, 35; 61, 62) circular para o engate com a dita borda (20; 70) em uma interface (24, 37; 69; 64), em que o dito recesso (34, 35; 61, 62) se estende radialmente para fora da dita borda (20; 70), de modo a expor o lado radialmente externo da dita interface (24, 37; 69; 64) para soldagem.

2/3

2/2 interface (69, 64) está em um ângulo oblíquo em relação ao dito eixo geométrico e é constituída por faces (70, 65) circulares coplanares adjacentes da dita borda (70) e recesso (61, 62).

6. Montagem (11), de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o dito recesso circular (61, 62) compreende uma endentação dupla substancialmente de seção W, cujo pico central compreende de um lado a dita interface (64), e do outro lado uma porção (65) da dita face oblíqua.

7. Montagem (11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que no lado radialmente interno a dita interface (24, 37; 69; 64) é unida por uma parede circular (36; 63) em um ângulo oblíquo em relação ao dito flange (17).

8. Montagem (11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a dita engrenagem de coroa dentada (12) é ainda rebaixada (35, 62) radialmente para fora da dita interface (24, 37; 69; 64).

9. Montagem (11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o lado radialmente interno do dito recesso (34, 35; 61, 62) está afastado do lado correspondente da dita borda (20; 70), de modo a definir um vão circular.

Petição 870180143262, de 22/10/2018, pág. 9/9

2. Montagem (11), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a face radial (32) da dita engrenagem de coroa dentada (12) é plana no lado do dito recesso (34, 35).

3. Montagem (11), de acordo com a reivindicação 2,

caracterizada pelo fato de que o dito recesso (34, 35; 61, 62) divide a dita face (32) em porções da face anulares concêntricas que possuem substancialmente uma extensão radial semelhante.

4. Montagem (11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a dita interface (24, 37) compreende faces (22, 39) circulares substancialmente perpendiculares da dita borda (20) e do recesso (34, 35).

5. Montagem (11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a dita

Petição 870180143262, de 22/10/2018, pág. 8/9

3/3