ES2319581T3 - Estructura de soporte para un buje de un automovil. - Google Patents

Abstract

Estructura de soporte (10) para la conexión de un eje (11) de una rueda de un automóvil con un elemento estructural (12) de la suspensión de esa rueda, comprendiendo la estructura (10) un cuerpo de soporte (13) al cual está unido el eje (11) y un par de elementos flexibles en forma de hoja (14) para la conexión del miembro estructural (12), en la que cada uno de los elementos elementos en forma de hoja (14) es deformable bajo torsión alrededor de un eje perpendicular al plano medio respectivo y estando orientado de tal manera que proporcione a la estructura de soporte (10) un primer grado estructural de libertad alrededor de un eje de cizalla (T1) de orientación predeterminada; estando la estructura de soporte (10) caracterizada porque comprende adicionalmente una pareja de piezas de unión (19) sustancialmente coaxiales, por medio de las cuales el cuerpo de soporte (13) está unido a los segundos extremos de los elementos flexibles en forma de hoja (14) y estando las piezas de unión (19) configuradas de tal manera que proporcionan a la estructura de soporte (10) un segundo grado de libertad estructural alrededor de un segundo eje de cizalladura (T2) que corresponde aproximadamente al eje de las dos piezas de unión (19).

Description

Estructura de soporte para un buje de un automóvil.

La presente invención se refiere a una estructura de soporte para un buje de un automóvil, destinado a conectar el buje con un elemento estructural de la suspensión de la rueda.

En la siguiente descripción la invención será ilustrada para mayor brevedad con referencia a su aplicación al soporte del buje de una rueda no direccional. Esta aplicación, sin embargo, no tiene que construirse de manera que limite el alcance de protección de la patente, estando claro para la persona experta en la técnica que la estructura de la invención es también apropiada para una rueda direccional.

Cada una de las ruedas no direccionales de un automóvil está montada de manera que pueda rotar en un elemento en forma de perno, llamado eje, que puede estar fijado directamente a un elemento de la suspensión de esa rueda, como un brazo de arrastre conectado con un eje torsional en un sistema de suspensión interconectada, o con un tirante articulado en su parte curvada al menos con un elemento de la suspensión, como una pareja de horquillas en un sistema de suspensión independiente.

Debido a su sencillez, una de las configuraciones de suspensión más comúnmente utilizadas para las ruedas traseras es el sistema de suspensión interconectada, en el cual un eje torsional transversal está conectado en sus extremos laterales con una pareja de brazos de arrastre, cada uno para una rueda respectiva. Estos brazos están articulados en sus extremos frontales con la estructura del vehículo y tienen respectivamente ejes del buje conectados con los mismos generalmente mediante soldadura. Tal estructura de soporte del buje en un elemento estructural de la suspensión (aquí, un brazo de arrastre) causa que el desplazamiento del buje cuando se somete a una carga, provocado por las fuerzas laterales al tomar una curva y la fuerzas longitudinales al frenar o en caso de impacto, sea controlado principalmente por la elasticidad de los cojinetes de articulación del elemento de la suspensión con la estructura del vehículo. Cuando se utilizan configuraciones de suspensión simples, como el sistema de suspensión interconectada mencionado anteriormente, el conflicto inevitable entre los requerimientos de flexibilidad longitudinal por un lado y rigidez transversal del sistema de suspensión por el otro lado no pueden ser resueltos satisfactoriamente, puesto que la mera conexión del sistema de suspensión con la estructura del vehículo mediante dos cojinetes no proporciona el comportamiento requerido.

Incluso los sistemas de suspensión independientes, los cuales comprenden en sus realizaciones más simples uno o dos brazos transversales con los que el tirante y su eje del buje están articulados, no permiten un control satisfactorio del comportamiento elástico de la suspensión como respuesta a las fuerzas que actúan en el buje, a no ser que se adopten configuraciones más complejas y caras, como, por ejemplo, los sistemas multibrazo, en los que varios vástagos conectan el tirante del buje con la estructura del vehículo.

El documento FR-2.484.926 divulga una suspensión de vehículo automóvil que comprende para cada rueda, dos hojas flexibles que se extienden transversalmente en una relación espaciada pero con solapamiento que están aseguradas por sus extremos transversalmente hacia dentro a una parte central de la estructura del vehículo y por sus extremos transversalmente hacia fuera a un miembro de montaje para el eje de la rueda. Cada hoja comprende una deformación de doble doblado tanto en la condición de reposo como durante el movimiento vertical de choque y de rebote de la rueda.

Una estructura de soporte para la conexión de un eje de un vehículo a motor con un miembro estructural de suspensión por el que la rueda tiene las características establecidas en el preámbulo de la reivindicación independiente 1 es conocida a partir del documento JP-01.190.511. De acuerdo con esta solución conocida, la estructura de soporte incluye un cuerpo de soporte al cual está unido el eje y un par de elementos flexibles en forma de hoja que tienen primeros extremos para la conexión del miembro estructural, siendo cada uno de los elementos flexibles en forma de hoja deformable bajo torsión alrededor de un eje perpendicular al plano medio respectivo y estando orientados de tal manera que proporcionen a la estructura de soporte un primer grado estructural de libertad alrededor de un primer eje de orientación predeterminada.

Es el objeto de la presente invención proporcionar una configuración sencilla y económica para mejorar los rendimientos elasto-cinéticos de una suspensión para una rueda de un automóvil.

Este objetivo es alcanzado plenamente de acuerdo con la presente invención en virtud de una estructura de soporte como se define en la reivindicación independiente 1 para la conexión del buje de la rueda de un automóvil con un elemento estructural de la suspensión de esa rueda. Realizaciones preferidas de la estructura de la invención se especifican en las reivindicaciones dependientes.

En resumen, la invención está basada en la idea de proporcionar una conexión flexible entre el buje y un elemento estructural de la suspensión, como el brazo tirado de un eje torsional o una horquilla, a través de una estructura capaz de proporcionar al menos un grado de libertad de tipo estructural sobre un eje de cizalladura, cuya orientación puede ser determinada en la etapa de diseño dependiendo de las especificaciones operacionales requeridas. En virtud de tal conexión flexible, el buje tiende a girar sobre el eje de cizalladura bajo el efecto de las fuerzas que actúan sobre la rueda, en lugar de transmitir rígidamente esas fuerzas al elemento estructural asociado a la suspensión.

Preferiblemente, la estructura de soporte comprende una pareja de elementos en forma de hoja orientados apropiadamente, conectados en un lado con una parte de placa que lleva el eje del buje y en el lado opuesto con el elemento estructural asociado de la suspensión.

La invención se describirá en lo sucesivo en mayor detalle, meramente a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

las figuras 1, 2 y 3 son vistas en perspectiva de respectivas realizaciones (que no forman parte de la invención) de una estructura de soporte con un grado de libertad estructural de acuerdo con la invención, para la conexión del eje del buje con un brazo tirado de un sistema de suspensión interconectado;

la figura 4 es una vista en perspectiva de una estructura de soporte muy similar con dos grados de libertad estructurales que no forman parte de la invención tal y como se reivindica para la conexión del eje del buje con un brazo tirado de un sistema de suspensión interconectado; y

las figuras 5A, 5B y 5C son una vista en perspectiva, una vista en planta y una vista en alzado lateral, respectivamente, de una realización adicional (que tampoco forma parte de la invención) de una estructura de soporte con un grado de libertad estructural de acuerdo con la invención, para la conexión del eje del buje con una pareja de horquillas de un sistema de suspensión independiente.

En la descripción y las reivindicaciones que siguen, términos como "longitudinal" y "transversal", "interior" y "exterior", "parte delantera" y "parte trasera" se refieren a la situación de montaje en el vehículo.

En referencia primero a la figura 1, una estructura de soporte para la conexión del eje 11 de una rueda con un brazo 12 de la suspensión de esa rueda, como, por ejemplo, un brazo tirado acoplado a un extremo de un eje torsional en un sistema de suspensión trasera interconectado, se indica en general como 10. La estructura 10 comprende básicamente una pieza 13 para sostener el eje 11, que forma una pared vertical longitudinal en la superficie exterior en la que el eje está acoplado, y una pareja de elementos flexibles 14 para la conexión entre la pieza 13 y el brazo 12 de la suspensión. En la realización ilustrada en la figura 1, los elementos 14 están formados integralmente con la parte 13 y soldados en sus extremos libres al brazo 12.

Cada elemento de conexión 14 es una barra recta cuya sección transversal tiene características inerciales de tal manera que el elemento es elástico bajo flexión en una dirección perpendicular a su propio eje longitudinal. La sección transversal puede ser, por ejemplo, axialmente simétrica alrededor de un primer y un segundo eje perpendiculares entre sí, siendo el momento de inercia sobre el primer eje mucho mayor que aquél sobre el segundo eje, según lo cual el elemento 14 es elástico bajo flexión sobre este segundo eje. Como se muestra en las figuras, los elementos 14 están formados preferiblemente como hojas con una sección transversal estrecha y rectangular, para ser flexible en una dirección perpendicular al plano medio de la sección transversal.

En virtud de la flexibilidad inherente de los elementos de conexión 14, la estructura 10 no actúa como un cuerpo rígido, sino que proporciona un grado de libertad de tipo "estructural" sobre un eje T, o eje de cizalladura, puesto que proporciona una cierta cantidad de deformación torsional sobre este eje como resultado de la tensión transmitida por la rueda. El eje T puede ser construido, aproximadamente, como intersección de los planos que pasan por los ejes longitudinales y los ejes de flexión de ambos elementos 14. Por lo tanto, en el caso de elementos con sección transversal estrecha y rectangular el eje T se obtiene al intersecar los planos medios de estos elementos.

Se ha hecho referencia previamente al grado de libertad sobre el eje T de cizalladura como "estructural", puesto que no está definido por una restricción geométrica (como lo está un grado de libertad cinético, por el contrario), sino por las características de flexibilidad de la estructura. La orientación del eje T y la rigidez de la estructura en respuesta a tensiones torsionales sobre ese eje dependen de las características inerciales de las secciones transversales de los elementos 14. Por lo tanto, seleccionando apropiadamente la forma y la orientación de estas secciones transversales, se puede alcanzar un comportamiento elástico de la estructura que satisfaga las especificaciones de diseño requeridas.

En particular, es posible concentrar la conformidad de la suspensión requerida en la estructura de soporte del buje, dejando a los cojinetes de articulación (preferiblemente hechos de material amortiguador) sustancialmente la única tarea de proporcionar aislamiento en altas frecuencias. Así, el tradicional punto débil de asignar la tarea de solucionar el compromiso mencionado entre confort y manejabilidad sólo a los cojinetes de articulación de la suspensión es evitado y los distintos requerimientos operacionales son repartidos de una manera mejor entre las diferentes partes del sistema de suspensión.

En la realización de la figura 1, los dos elementos de conexión flexibles 14 definen un eje T de cizalladura que pasa por el eje de rotación de la rueda y está inclinado tanto en un plano horizontal como en un plano vertical longitudinal. En referencia a la figura 1, el punto de intersección entre el eje T y la superficie de la carretera está indicado como Q, mientras que el punto de contacto teórico entre la rueda (no mostrada) y la superficie de la carretera está indicado como P.

Además, las tres fuerzas que actúan sobre la rueda, es decir, la fuerza de frenado, la fuerza centrípeta y la fuerza de impacto longitudinal están indicadas como BF, CF e IF, respectivamente. La fuerza de frenado BF se aplica en el punto de contacto P y actúa longitudinalmente en la dirección opuesta a la dirección de marcha DD. La fuerza centrípeta CF se aplica en el punto de contacto P y actúa transversalmente hacia dentro o hacia fuera dependiendo de que el vehículo de mueva a lo largo de una curva hacia la izquierda o hacia la derecha, respectivamente. Finalmente, la fuerza de impacto IF se aplica en el centro de la rueda y actúa longitudinalmente opuesta a la dirección de marcha DD.

La fuerza de frenado BF y la fuerza de impacto IF actúan con un brazo de palanca corto, cuando no nulo, respecto al eje de cizalladura T, por medio del cual la estructura de soporte 10 sufre una flexión torsional muy pequeña sobre el eje T. La estructura 10, por lo tanto, reacciona casi rígidamente a estas fuerzas. La fuerza centrípeta lateral CF, en cambio, actúa con un brazo de palanca mayor y entonces provoca una deformación torsional considerable de la estructura. Sin embargo, el efecto de esta deformación, que aumenta la convergencia de la rueda, es ventajoso, por ejemplo, en un sistema de suspensión interconectada, puesto que compensa en efecto opuesto debido a la rotación rígida del conjunto del eje torsional y los brazos tirados permitida por la elasticidad de los cojinetes de articulación de los brazos.

En la realización de la figura 2, los dos elementos de conexión flexibles 14 no están directamente acoplados al brazo 12 de la suspensión, sino que están asegurados, por ejemplo por medio de remaches 16, a una placa inferior 15 soldada al brazo 12. Aquí, el eje de cizalladura T está orientado verticalmente y está situado fuera de la rueda, sustancialmente en el mismo plano vertical que pasa por el eje de rotación de la rueda. Con el mismo razonamiento que antes, se puede apreciar que esta segunda realización proporciona una mayor rigidez respecto a la fuerza centrípeta, pero una menor rigidez respecto a la fuerza de frenado y la fuerza de impacto, asegurando de este modo una buena amortiguación de los golpes y una buena manejabilidad en curva.

Una tercera realización de una estructura de soporte de acuerdo con la presente invención se ilustra en la figura 3, donde se ha dado a las partes y elementos idénticos o correspondientes a aquéllos de las figuras 1 y 2 los mismos números de referencia.

En este caso, se proporcionan dos parejas de elementos de conexión flexibles 14 en la forma de placas finas verticales, que convergen de dos en dos hacia el exterior del vehículo. Como en el ejemplo de la figura 2, los elementos flexibles 14 están acoplados a una placa inferior 15 soldada al brazo 12. Además, los elementos 14 están integralmente conectados de dos en dos, en la parte exterior, por una pareja de paredes 13 verticales longitudinales a las que el eje 11 de la rueda está asegurado. La estructura está diseñada para proporcionar una orientación del eje de cizalladura como la de la figura 2, pero para reducir la tensión en los elementos flexibles.

Como se puede ver, sin considerar el número y configuración de los elementos de conexión, la idea en la que la invención está basada es proporcionar una estructura de soporte flexible adaptada para permitir una elasticidad torsional dada sobre un eje de cizalladura de orientación predeterminada.

Una estructura de soporte adicional con dos grados de libertad estructurales se muestra en la figura 4, donde se ha dado a las partes y elementos idénticos o correspondientes a aquéllos de las figuras precedentes los mismos números de referencia.

De acuerdo con esta realización, un cuerpo de soporte 13 provisto de un eje 11 está conectado en sus partes superior e inferior, a través de una pareja de piezas cilíndricas 19, sustancialmente coaxiales, con unos elementos de apoyo 18 acoplados a los extremos libres de dos elementos flexibles 14 en forma de hoja, cuyos extremos opuestos están conectados con respectivas estructuras de escuadra 17 que lleva el brazo longitudinal 12 de la suspensión.

De acuerdo con el ejemplo de la figura 4, las dos estructuras de escuadra 17 se extienden sustancialmente perpendiculares entre sí, una verticalmente hacia arriba y la otra transversalmente hacia el exterior del vehículo, y las hojas 14 están orientadas de tal manera que convergen hacia abajo. En virtud de tal configuración, la estructura de soporte tiene un primer eje de cizalladura T1, definido teóricamente por la intersección geométrica entre los planos medios de las hojas 14, y un segundo eje de cizalladura T2 que corresponde aproximadamente al eje de las dos partes cilíndricas 19. La elasticidad de la estructura sobre este segundo eje está asegurada por la baja rigidez torsional de las hojas 14.

Claramente, la provisión de un grado de libertad estructural adicional da una mayor libertad de acción al diseñador del sistema de suspensión, puesto que configurando apropiadamente la orientación de los dos ejes de cizalladura es posible satisfacer especificaciones operacionales contradictorias, que de otra manera apenas podrían ser satisfechas simultáneamente.

Finalmente, las figuras 5A, 5B y 5C muestran un ejemplo de aplicación de la invención a un sistema de suspensión independiente, en el que el eje 11 de la rueda está asegurado a una estructura de soporte 10 flexible, que tiene sólo un grado de libertad estructural y está articulada con un primer brazo transversal inferior 12a por medio de una pareja de cojinetes 21 y a un segundo brazo transversal superior 12b por medio de un cojinete 22.

La configuración de la estructura de soporte 10 es similar a la de la figura 1, en la que el eje 11 está acoplado a una placa central 13 desde cuyos extremos opuestos dos elementos en forma de hoja 14 se extienden transversalmente hacia dentro, estando los elementos articulados aquí con el brazo inferior 12a por medio de los cojinetes 21. Respecto a la orientación de las hojas 14, se aplican las mismas observaciones que las expuestas anteriormente con referencia a la realización de la figura 1. Un soporte de fijación 20 en forma de C se extiende hacia arriba desde la placa 13 para la articulación con el brazo superior 12b por medio de un cojinete 22.

Claramente, se obtiene la mayor rigidez de la estructura de soporte con los ejes geométricos de los cojinetes 21 dispuestos perpendiculares al plano medio de las hojas 14. Sin embargo, nada impide orientar los ejes de los cojinetes en una dirección diferente respecto a las hojas, como se ilustra en la realización de la figura 5.

Lógicamente, permaneciendo inalterado el principio de la invención, las realizaciones y detalles de fabricación pueden variar ampliamente de los descritos e ilustrados meramente a modo de ejemplo no restrictivo.

Claims (5)

1. Estructura de soporte (10) para la conexión de un eje (11) de una rueda de un automóvil con un elemento estructural (12) de la suspensión de esa rueda, comprendiendo la estructura (10) un cuerpo de soporte (13) al cual está unido el eje (11) y un par de elementos flexibles en forma de hoja (14) para la conexión del miembro estructural (12), en la que cada uno de los elementos elementos en forma de hoja (14) es deformable bajo torsión alrededor de un eje perpendicular al plano medio respectivo y estando orientado de tal manera que proporcione a la estructura de soporte (10) un primer grado estructural de libertad alrededor de un eje de cizalla (T1) de orientación predeterminada; estando la estructura de soporte (10) caracterizada porque comprende adicionalmente una pareja de piezas de unión (19) sustancialmente coaxiales, por medio de las cuales el cuerpo de soporte (13) está unido a los segundos extremos de los elementos flexibles en forma de hoja (14) y estando las piezas de unión (19) configuradas de tal manera que proporcionan a la estructura de soporte (10) un segundo grado de libertad estructural alrededor de un segundo eje de cizalladura (T2) que corresponde aproximadamente al eje de las dos piezas de unión (19).

2. Estructura de soporte de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque los elementos flexibles (14) están inclinados los unos hacia los otros, de tal manera que el primer eje de cizalladura (T1) se define en la intersección entre los planos medios de los elementos similares a hojas (14).

3. Estructura de soporte de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque los elementos similares a hojas (14) están dispuestos en una posición sustancialmente vertical, de tal manera que uno soporta el eje de soporte (13) en la parte superior del mismo mientras el otro soporta el eje (11) en la parte inferior del mismo.

4. Estructura de soporte de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque además comprende una pareja de cuerpos en forma de escuadra (17) acoplados al elemento estructural (12) de la suspensión, estando los elementos flexibles (14) en voladizo en esos cuerpos desde lados verticalmente opuestos.

5. Estructura de soporte de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque los cuerpos en forma de escuadra (17) se proyectan desde el elemento estructural (12) de la suspensión, uno en esencia verticalmente y el otro en esencia transversalmente, y porque los elementos flexibles (14) convergen entre ellos hacia abajo, de ese modo adquiriendo una configuración sustancialmente en forma de V.