ES2258576T3 - Pieza de soporte metalica con un casquillo cojinete soldado sobre ella. - Google Patents

Abstract

Pieza de soporte metálica (1) con un casquillo cojinete (2) soldado sobre ella para recibir una pieza de montaje posterior, presentando el casquillo cojinete (2) una abertura de alojamiento (4) y una estructura anular (3) circundante de ésta, caracterizada porque dentro de la estructura anular (3), que está soldada por el lado exterior con la pieza de soporte metálica (1), está prevista, aparte de la abertura de alojamiento (4), una llamada abertura de descarga adicional (7) que está separada de la abertura de alojamiento (4) por un alma (8) unida con la estructura anular (3).

Description

Pieza de soporte metálica con un casquillo cojinete soldado sobre ella.

La invención concierne a una pieza de soporte metálica con un casquillo cojinete soldado sobre ella para recibir una pieza de montaje posterior, presentando el casquillo cojinete una abertura de alojamiento y una estructura anular circundante de ésta. Una pieza de soporte metálica de esta clase puede utilizarse, por ejemplo, como pieza de soporte de eje de un vehículo, estando configurada entonces preferiblemente esta pieza de soporte como perfil hueco y/o estando construida en metal ligero.

Aparte del caso de aplicación citado, puede ser en principio necesario para los más diferentes casos de aplicación prever en una pieza de soporte metálica de cualquier clase que sea un casquillo cojinete para recibir una pieza de montaje posterior o similar que se fije o esté fijada a la pieza de soporte por medio de una unión de soldadura. En una abertura de alojamiento de este casquillo cojinete, que está rodeada por una llamada estructura anular, puede estar entonces enchufada una pieza de montaje posterior. Frecuentemente, la abertura de alojamiento se extiende junto con la estructura anular como un casquillo cojinete autónomo a través de la pieza de soporte. Por tanto, un perno o similar que esté enchufado en la abertura de alojamiento del casquillo cojinete puede estar enchufado a través de la pieza de soporte (transversalmente) y se apoya de momento tan sólo en el casquillo cojinete como tal. Sin embargo, dado que este casquillo cojinete está soldado con la pieza de soporte metálica, la fuerza de apoyo es retransmitida, naturalmente, a la pieza de soporte, no estando usualmente la dirección de ataque de la fuerza en el plano medio de la pieza de soporte, con lo que se introduce adicionalmente un par de giro en la pieza de soporte a través del casquillo cojinete.

Especialmente cuando la pieza de soporte es de construcción hueca, se presentan altas tensiones mecánicas en la zona de transición (es decir, en la zona de la costura de soldadura) entre el casquillo cojinete relativamente rígido y la pieza de soporte relativamente blanda en comparación con éste, lo que, en principio, no es deseable. Este problema es especialmente gravoso cuando la pieza de soporte es especialmente blanda, es decir, cuando la pieza de soporte metálica está construida, por ejemplo, en metal ligero y/o presenta espesores de pared relativamente pequeños.

Se debe señalar aquí ahora el modo en que pueden reducirse tales picos de tensión, es decir, el modo en que pueden mantenerse pequeñas las tensiones de comparación mecánicas a igual carga de fuerza, especialmente en la zona de transición entre el casquillo cojinete y la pieza de soporte (= cometido de la presente invención).

La solución de este problema se caracteriza porque dentro de la estructura anular (circundante) que está soldada con el lado exterior de la pieza de soporte metálica está prevista, aparte de la abertura de alojamiento, una llamada abertura de descarga adicional que está separada de la abertura de alojamiento por un alma unida con la estructura anular. Ejecuciones y perfeccionamientos ventajosos constituyen el contenido de las reivindicaciones subordinadas.

Según la invención, la llamada estructura anular que rodea a la abertura de alojamiento del casquillo cojinete está construida con una dimensión mayor que la propiamente necesaria para hacer que el casquillo cojinete en conjunto resulte algo más débil o más blando, concretamente porque dentro de la estructura anular se preve, aparte de la abertura de alojamiento funcionalmente necesaria, una abertura adicional que se denomina aquí abertura de descarga. El efecto que puede lograrse con esta medida, concretamente un descenso de las tensiones mecánicas - que se presentan en la zona de la costura de soldadura crítica para la resistencia entre la estructura anular y la pieza de soporte metálica - en comparación con el estado de la técnica conocido para una carga por lo demás igual, puede ser demostrado por programas de simulación corrientes en ordenadores grandes (por ejemplo, sobre la base de elementos finitos).

Ventajosamente, un casquillo cojinete agrandado en sección transversal debido a la abertura de descarga posee una estructura anular agrandada en cuanto a la dimensión de la longitud, con lo que se obtiene una costura de soldadura más larga por medio de la cual el casquillo cojinete está unido con la pieza de soporte metálica. Las cargas de tensión que parten del casquillo cojinete o de su abertura de alojamiento y que son introducidas por la llamada pieza de montaje posterior en el casquillo cojinete y, por tanto, en la pieza de soporte metálica, son introducidas así en una superficie más grande de la pieza de soporte metálica. Sin embargo, este efecto por sí solo, es decir, sin que, aparte de la abertura de alojamiento, esté prevista una abertura de descarga según la invención, no muestra un efecto suficiente. Únicamente junto con una abertura de descarga se ajusta la reducción de tensión deseada, ya que, debido a esta abertura de descarga, el par de giro anteriormente citado, introducido adicionalmente a través del casquillo cojinete, se distribuye ahora casi uniformemente por toda la costura de soldadura.

Cuando se introducen fuerzas en la abertura de alojamiento del casquillo cojinete a través de la pieza de montaje posterior en una llamada dirección principal preferida de ataque de las fuerzas, una dirección de extensión principal del casquillo cojinete o de su estructura anular deberá coincidir sustancialmente con esta dirección principal de ataque de las fuerzas para lograr resultados óptimos. Así, la estructura anular puede estar configurada, por ejemplo, en forma ovalada. En cuanto a una construcción compacta, una abertura de descarga configurada en forma alargada en la zona del alma por medio de la cual dicha abertura de descarga está separada de la abertura de alojamiento puede ser de configuración cóncava y, en el extremo opuesto, de configuración convexa, ya que así se puede materializar un alma con espesor de pared aproximadamente constante y, en consecuencia, relativamente pequeño.

En principio, pueden estar previstas varias aberturas de descarga dentro de la estructura anular, especialmente cuando no existe una dirección principal preferida de ataque de las fuerzas. Esto y otras ventajas y características se desprenden también de la descripción siguiente de ejemplos de realización preferidos que están representados en los croquis de principio adjuntos. La figura 1 muestra un primer ejemplo de realización, y en esta figura, al igual que en la figura 2, que reproduce el estado usual de la técnica, está representada una vista en planta de una pieza de soporte metálica con casquillo cojinete soldado sobre ella. La figura 3 muestra la sección A-A de la figura 1. En la figura 4 está representada la vista en planta de otro ejemplo de realización, del cual se muestra en la figura 5 la sección B-B, que, por lo demás, es igual a la sección B-B de la figura 2.

Haciendo referencia en primer lugar a la figura 2 y al estado de la técnica conocido, se ha designado con el número de referencia 1 una pieza de soporte metálica que está configurada preferiblemente como un perfil hueco (por ejemplo como un tubo) y que, con miras a reducir el peso, no sólo se ha construido con pared relativamente delgada, sino que, por el mismo motivo, está hecha de una aleación de metal ligero. En esta pieza de soporte metálica 1 está introducido un casquillo cojinete 2 de tal manera que este casquillo cojinete 2 atraviesa la pieza de soporte metálica 1 en un taladro, estando soldado el casquillo cojinete 2 con la pieza de soporte metálica 1 en la pared exterior de esta pieza. Esto se desprende también de la figura 5, que muestra la sección B-B de la figura 2 (y de la figura 4). La costura de soldadura correspondiente está provista aquí del número de referencia 5.

En una abertura de alojamiento 4 que atraviesa el casquillo cojinete 2 a lo largo de su eje puede enchufarse un perno u otra pieza de montaje posterior cualquiera (no representado), con lo que esta pieza de montaje posterior o este perno o un elemento llevado a su vez por este perno puede ser alojado en la pieza de soporte metálica 1 a través de este casquillo cojinete 2. Usualmente, la abertura de alojamiento 4 discurre a través de todo el casquillo cojinete 2, es decir que se extiende por toda la longitud de dicho casquillo cojinete 2, tal como muestra la figura 5.

En la figura 1 se representa una pieza de soporte metálica 1 según la invención con una primera forma de realización correspondientemente configurada del casquillo cojinete 2. Como puede apreciarse, dentro de la estructura anular 3 está prevista, aparte de la abertura de alojamiento 4, una llamada abertura de descarga adicional 7 que está separada de la abertura de alojamiento 4 por un alma 8 unida con la estructura anular 3. Prácticamente, la estructura anular 3 y el alma 8 forman una unidad o un componente autónomo dentro de la cual o del cual están previstos yuxtapuestos dos orificios o agujeros. Análogamente a la abertura de alojamiento 4, la abertura de descarga 7 discurre a través de todo el casquillo cojinete 2, es decir que se extiende por toda la longitud de este casquillo cojinete 2, tal como muestra la figura 3.

Debido al segundo "agujero", concretamente la abertura de descarga 7, este componente autónomo o el casquillo cojinete 2 según la invención está debilitado aquí, es decir, construido más débil, en comparación con el estado usual de la técnica representado en la figura 3. Dado que, según la invención, sigue estando prevista la costura de soldadura 5 entre el borde de la estructura anular 3 y la pieza de soporte metálica 1, se presentan en el entorno de la costura de soldadura 5, en la zona de transición entre el casquillo cojinete 2 y la pieza de soporte 1, unas tensiones más bajas que en el estado de la técnica usual hasta ahora.

En las figuras 1 y 3 se representa una fuerza F que ataca en el perno no representado, enchufado en la abertura de alojamiento 4, y que no sólo se introduce en la pieza de soporte 1, sino que, debido al punto de ataque excéntrico, genera un par de giro adicional. En particular, este par de giro es distribuido de manera más uniforme por todo el perímetro del casquillo cojinete 2 debido a la configuración propuesta con la abertura de descarga 7 y es introducido así, distribuido más uniformemente, en la pieza de soporte 1 a través de la costura de soldadura 5. Esto conduce a una apreciable reducción de la tensión.

Especialmente cuando se presenta una llamada dirección principal de ataque de las fuerzas en la abertura de alojamiento 4, es decir que la fuerza introducida por una pieza de montaje posterior o similar en el casquillo cojinete 2 actúa prácticamente siempre en una dirección preferida, representada aquí por la flecha F, se logran resultados óptimos con un casquillo cojinete 2 cuya estructura anular 3, considerada en vista en planta, presenta una dirección de extensión principal que coincide sustancialmente con la dirección principal F de ataque de la fuerza en la abertura de alojamiento 4. El ejemplo de realización según la figura 1 muestra una configuración de esta clase, ya que el eje longitudinal mayor y, por tanto, la llamada dirección de extensión principal de la estructura anular 3 de configuración ovalada son paralelos a la dirección principal F de ataque de la fuerza o coinciden con ésta.

Se obtiene una reducción óptima de las tensiones mecánicas en la zona de la costura de soldadura 5 cuando la estructura anular 3 presenta una forma sustancialmente ovalada. Esto hace posible que - como se muestra - se configure en forma alargada también la abertura de descarga 7. La forma representada de esta manera o de manera similar ha dado buenos resultados, y la abertura de descarga 7 configurada en forma alargada en la zona del alma 8 (o junto a ésta) puede estar configurada, a diferencia de la representación de las figuras, en forma cóncava en lugar de estarlo en forma convexa como en el extremo opuesto (representado a la derecha en la figura 1). A diferencia de la representación según la figura 1, el alma 8, en el caso de una abertura de alojamiento 4 de forma circular (lo que es en sí usual), puede poseer también una forma paralela al segmento circular contiguo de la abertura de alojamiento 4.

En la figura 4 se representa otro ejemplo de realización. Aquí están previstas sobre el círculo completo descrito por la estructura anular 3 varias aberturas de descarga 7 distribuidas de manera sustancialmente uniforme, las cuales están separadas una de otra por un alma respectiva 8 y están separadas de la abertura de alojamiento 4 por medio de un alma periférica 8. Con esta configuración se produce también una reducción importante de las tensiones introducidas en la pieza de soporte metálica 1 por la zona de la costura de soldadura 5, no presentándose aquí ninguna dirección principal de ataque de las fuerzas, es decir que en la abertura de alojamiento 4 del casquillo cojinete 2 pueden introducirse fuerzas en todas las direcciones posibles (paralelas al plano del dibujo).

Con el casquillo cojinete 2 mostrado en la figura 1 se dividen en más que por la mitad las tensiones de comparación (por ejemplo, según MISES) frente al estado de la técnica según la figura 2, especialmente en la zona de transición crítica entre el casquillo cojinete 2 y la pieza de soporte 1. Especialmente efectiva es la solución propuesta con sistemas de montaje flotantes; ahora bien, en el caso de sistemas de montaje por ambos lados, sometidos a altas cargas, se pueden lograr progresos respecto de una reducción de las tensiones. Por tanto, esto hace posible que la propia pieza de soporte 1 o sus espesores de pared (en el caso de un perfil hueco) se configuren en forma extremadamente delgada, con lo que se obtiene una ventajosa reducción del peso. Esto se aplica, por ejemplo, cuando la pieza de soporte metálica 1 es una pieza de soporte de eje de un vehículo, pero esto y un gran número de detalles de, especialmente, naturaleza constructiva pueden estar configurados de manera enteramente diferente del ejemplo de realización mostrado, sin salirse del contenido de las reivindicaciones.

Claims (8)

1. Pieza de soporte metálica (1) con un casquillo cojinete (2) soldado sobre ella para recibir una pieza de montaje posterior, presentando el casquillo cojinete (2) una abertura de alojamiento (4) y una estructura anular (3) circundante de ésta, caracterizada porque dentro de la estructura anular (3), que está soldada por el lado exterior con la pieza de soporte metálica (1), está prevista, aparte de la abertura de alojamiento (4), una llamada abertura de descarga adicional (7) que está separada de la abertura de alojamiento (4) por un alma (8) unida con la estructura anular (3).

2. Pieza de soporte metálica según la reivindicación 1, caracterizada porque dentro de la estructura anular (3) están previstas varias aberturas de descarga (7) que están separadas una de otra por un alma
(8).

3. Pieza de soporte metálica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la estructura anular (3) del casquillo cojinete (2) presenta, considerado en vista en planta, una dirección de extensión principal que coincide sustancialmente con la dirección principal (F) de ataque de la fuerza en la abertura de alojamiento (4).

4. Pieza de soporte metálica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la estructura anular (3) presenta una forma sustancialmente ovalada.

5. Pieza de soporte metálica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la abertura de descarga (7) configurada en forma alargada está construida en forma cóncava en la zona del alma (8) y en forma convexa en el extremo opuesto.

6. Pieza de soporte metálica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el casquillo cojinete (2) con la estructura anular (3) y la o las aberturas de descarga (7) atraviesa la pieza de soporte metálica (1).

7. Pieza de soporte metálica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la pieza de soporte metálica (1) es de construcción hueca.

8. Pieza de soporte metálica según una de las reivindicaciones anteriores en forma de una pieza de soporte de eje de un vehículo.