ES2625262T3 - Montaje de tuerca esférica con resorte ondulado - Google Patents

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Abstract

Mecanismo de recirculación de bolas para un sistema de dirección de un vehículo de motor con una tuerca (4) montada por medio de un cojinete (7) en una carcasa (1, 2), estando dispuesto en cada uno de los lados frontales del cojinete (7) entre un anillo exterior de cojinete (8) y la carcasa (1, 2) al menos un elemento de resorte con forma anular (12, 13), presentando el anillo exterior de cojinete un radio exterior (ra) y un radio interior (ri(R)), así como una anchura (b(R)), caracterizado porque los elementos de resorte (12, 13) son resortes ondulados que presentan un radio exterior (ra) y un radio interior (ri(F)) así como una anchura (b(F)), siendo el radio interior (ri(F)) del elemento de resorte (12, 13) más pequeño que el radio interior (ri(R)) del anillo exterior de cojinete.

Description

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DESCRIPCION
Montaje de tuerca esferica con resorte ondulado
La presente invencion ser refiere a un mecanismo de recirculacion de bolas para un sistema de direccion de un vehiculo de motor con una tuerca montada por medio de un cojinete en una carcasa, estando dispuesto en cada uno de los lados frontales del cojinete, entre el cojinete y la carcasa, al menos un elemento de resorte.
El documento DE 10 2007 048 075 A1 describe un mecanismo de recirculacion de bolas con un cojinete suspendido por resorte en un lado. El resorte montado en un lado en el cojinete cumple la funcion de compensar momentos de vuelco y una dilatacion termica y, al mismo tiempo, fijar el cojinete en la carcasa. Debido a la disposicion del resorte en un lado del cojinete, con esta construccion no pueden absorberse impactos que pueden actuar sobre la tuerca esferica en las dos direcciones.
El documento EP 2 080 934 B1 muestra un montaje de cojinete suspendido por resorte en un lado con resortes de disco cuyo diametro exterior es mayor que el diametro exterior del anillo exterior de cojinete adyacente.
Otro mecanismo de recirculacion de bolas se conoce por el documento DE 10 2010 029 266 A1. En este documento estan previstos dos elementos de resorte de los que en cada caso uno de ellos esta dispuesto en el lado frontal del anillo exterior de cojinete entre el anillo exterior y la carcasa adyacente De esta manera, el cojinete puede retroceder en las dos direcciones axiales contra la fuerza de resorte en caso de recibir una carga de impacto. En estado de reposo, con en el cojinete montado, los dos elementos de resorte previstos a ambos lados del cojinete estan pretensados y se encuentran en este estado en la zona progresiva de su curva caracteristica. Los propios elementos de resorte presentan un radio exterior que se corresponde aproximadamente con el radio exterior del anillo exterior de cojinete, asi como un radio interior que se corresponde con el radio interior del anillo exterior de cojinete. El anillo exterior de cojinete cubre por completo, por tanto, los elementos de resorte con forma anular, que pueden estar configurados como resortes de disco o resortes ondulados. Para la funcion prevista del montaje suspendido por resorte en este documento es decisivo que el cojinete en el estado de reposo descrito se situe centralmente entre las dos superficies anulares que presenta la carcasa como contrasoporte para los elementos de resorte. El recorrido elastico previsto en este tipo de montajes es relativamente pequeno. Se situa a ambos lados del cojinete en aproximadamente 0,1 mm en cada caso. Resulta problematico en este montaje que leves tolerancias de los elementos de resorte conllevan que el cojinete en el estado de reposo este montado de manera descentrada entre las superficies de contacto de la carcasa. Este denominado descentramiento del cojinete puede llegar al extremo de que uno de los elementos de resorte este por completo o casi por completo comprimido ya en el estado de reposo y, en consecuencia, no se disponga en ese lado del recorrido elastico, previsto constructivamente, del cojinete.
El documento abierto a inspeccion publica, DE 10 2010 038 715 A1, que constituye el estado de la tecnica mas proximo, muestra un montaje de una tuerca esferica en el que el anillo exterior de cojinete se sujeta entre dos elementos de resorte en forma de arandelas elasticas planas. Una deformacion elastica de las arandelas elasticas en caso de carga axial se posibilita al apoyarse las arandelas elasticas en su borde exterior en una zona estrecha en el anillo exterior de cojinete y en su borde interior en una zona igualmente estrecha en un escalon de la carcasa. En caso de carga axial, la correspondiente arandela elastica se deforma conicamente al estilo de un resorte de disco.
Debido a ello, es objetivo de la presente invencion crear un mecanismo de recirculacion de bolas para un sistema de direccion de un vehiculo de motor en el que el anillo exterior de cojinete del cojinete de la tuerca esferica en su carcasa este montado, tambien en caso de tolerancias de los elementos de resorte utilizados, de la manera mas centrada posible entre las superficies de contacto de la carcasa del sistema de direccion, de tal manera que se disponga de aproximadamente el mismo recorrido elastico en las dos direcciones axiales y pueda obtenerse una curva caracteristica ventajosa de la suspension por resorte.
Este objetivo se resuelve con un mecanismo de recirculacion de bolas con las caracteristicas de la reivindicacion 1.
Dado que los resortes ondulados metalicos con forma anular presentan un radio interior menor que el radio interior del anillo exterior de cojinete, se obtiene una curva caracteristica no puramente progresiva de los elementos de resorte, ya que los elementos de resorte no se comprimen exclusivamente en direccion axial, sino que adicionalmente pueden experimentar un ladeo. Este ladeo provoca un recorrido lineal de la curva caracteristica en el que se compensan tolerancias de los dos elementos de resorte utilizados como, por ejemplo, tolerancias en la constante de elasticidad o tolerancias en la altura libre de los elementos de resorte en el estado no tensado. Se ha demostrado que el efecto ventajoso se da particularmente con el uso de resortes ondulados. A este respecto, se utilizan preferentemente a ambos lados del anillo exterior de cojinete un resorte ondulado en cada caso cuyo radio exterior es menor o igual que el radio exterior del anillo exterior de cojinete adyacente, cuyo radio interior es menor que el radio interior del anillo exterior de cojinete, ascendiendo la anchura resultante en direccion radial preferentemente a entre 1,3 veces la anchura del anillo de cojinete y 2,5 veces la anchura del anillo de cojinete, preferentemente entre 1,7 veces y 2,2 veces y particularmente 1,9 veces el anillo exterior de cojinete. La anchura se mide a este respecto como diferencia del radio exterior respecto al radio interior del resorte o del anillo exterior de cojinete.
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Particularmente preferente es que la relacion de la anchura b(R) del anillo exterior de cojinete respecto a la anchura b(F) de los elementos de resorte se situe entre 0,3 y 0,7, particularmente entre 0,4 y 0,6.
Ademas, es preferente que en una realizacion de acuerdo con la invencion esta relacion se situe en 0,4. En otra realizacion puede ser preferente una relacion de 0,6.
Particularmente preferente es una superficie de contacto con forma anular de la carcasa en la que se apoya el lado exterior del resorte ondulado opuesto al anillo exterior de cojinete, configurada en el radio exterior y en el radio interior coincidiendo con las dimensiones del resorte ondulado, de tal modo que el resorte ondulado se apoya en ella en su anchura radial. La carcasa puede presentar alli un collar anular, por ejemplo, dentro de un manguito de montaje, o una arandela de ajuste disenada correspondientemente.
A continuacion se describe con mas detalle un ejemplo de realizacion de la presente invencion con ayuda del dibujo. Muestran:
La Figura 1: un detalle del montaje de una tuerca esferica de un mecanismo de recirculacion de bolas de acuerdo con la invencion en un corte longitudinal; asi como
la Figura 2: una curva caracteristica de un elemento de resorte en un mecanismo de recirculacion de bolas de acuerdo con la invencion con ilustracion del punto de funcionamiento de los elementos de resorte en estado montado.
En la figura 1 se representa parcialmente el montaje de un husillo de rosca de bolas de un sistema de direccion de un vehiculo de motor en un corte longitudinal. El mecanismo de direccion comprende una carcasa del sistema de direccion 1 que esta cerrada con una tapa de carcasa 2. La carcasa del sistema de direccion 1 esta formada esencialmente con forma tubular como se conoce del estado de la tecnica. En la carcasa del sistema de direccion 1 esta montada de manera desplazable en la direccion de un eje longitudinal 3 un husillo roscado 4. El husillo roscado 4 engrana, a traves de una multitud de bolas 5, con una tuerca esferica 6. La tuerca esferica 6 a su vez esta montada con un cojinete 7 en la carcasa del sistema de direccion 1. Un giro de la tuerca esferica 6 en la carcasa del sistema de direccion 1 provoca un desplazamiento longitudinal del husillo roscado 4 en la direccion del eje longitudinal 3.
El eje longitudinal 3 en la figura 1 es al mismo tiempo el eje central del husillo roscado 4 y, por tanto, tambien el eje de simetria del cojinete de rodillos 7, cuyo punto central de cojinete se mantiene unido al eje 3.
El cojinete 7 a su vez presenta un anillo exterior de cojinete 8 y un anillo interior de cojinete 9. El anillo interior de cojinete 9 esta dispuesto de manera fija en un asiento sobre la tuerca esferica 6. El anillo exterior de cojinete 8 se asienta en un manguito de montaje 10 que esta introducido en la carcasa del sistema de direccion 1. El anillo exterior de cojinete 8 presenta un radio exterior ra y un radio interior ri(R). La anchura del anillo exterior de cojinete 8 esta indicada en la figura 1 con b(R). A este respecto, el radio interior ri(R) se mide en el punto de contacto que se situa radialmente mas en el interior entre el anillo exterior de cojinete 8 y el resorte ondulado 12. Este radio interior no es necesariamente igual que la anchura libre interior del anillo interior de cojinete 8.
En la direccion axial de la disposicion, es decir, en la direccion del eje 3, el anillo exterior de cojinete 8 esta montado de manera elastica entre la carcasa del sistema de direccion 1 y la tapa de carcasa 2. Para ello, en el manguito de montaje 10 esta configurado un collar anular 11 orientado en direccion axial en el que se apoya un primer resorte ondulado 12. El primer resorte ondulado 12 esta fabricado esencialmente a partir de un anillo metalico con forma de banda y se apoya con un lado plano en el collar anular 11 del manguito de montaje 10. El otro lado plano se apoya parcialmente en el lado frontal axial del anillo exterior de cojinete 8 y las dimensiones del primer resorte ondulado 12 estan indicadas en la figura 1. El radio exterior del primer resorte ondulado 12 coincide esencialmente con el radio exterior del anillo exterior de cojinete 8 y esta designado con ra. El radio interior del primer resorte ondulado 12 esta designado con ri(F) y coincide esencialmente con el radio interior del manguito de montaje 10. El radio interior r1(F) es menor que el radio interior del anillo exterior de cojinete 8. La anchura del primer resorte ondulado 12 resulta de la diferencia del radio exterior y del radio interior y esta indicada en la figura 1 con b(F).
En el otro lado del anillo exterior de cojinete esta previsto un segundo resorte ondulado 13 con identica construccion que el primer resorte ondulado 12. El segundo resorte ondulado 13 se apoya en el lado exterior, el derecho en direccion axial, del anillo exterior de cojinete 8 y se apoya con su segundo lado plano en una arandela de ajuste 14. La arandela de ajuste 14 se corresponde en su radio interior y su radio exterior con las dimensiones del resorte ondulado 13. El anillo exterior de cojinete 8 es en su anchura b(R) sustancialmente mas estrecho que la anchura b(F) del segundo resorte ondulado 13.
La figura 1 muestra, pues, una disposicion de cojinete para la tuerca esferica 6 esencialmente con simetria de revolucion respecto al eje 3, en la que el anillo exterior de cojinete 8 esta apoyado de manera suspendida por resorte por medio de un primer y un segundo resorte ondulado 12, 13 en relacion con la carcasa del sistema de direccion 1 y la tapa de carcasa 2. La zona con forma anular con la anchura b(R) de las superficies frontales del anillo exterior de cojinete 8, que se apoya por secciones en los resortes ondulados 12 y 13, es mas estrecha que la anchura b(F)
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de los resortes ondulados. La relacion de las dos anchuras se designa a continuacion como "solapamiento". En la figura 1 el solapamiento asciende aproximadamente a 0,4.
La figura 2 muestra una curva caracteristica de los resortes ondulados 12 y 13 en la situacion de montaje de acuerdo con la figura 1.
El recorrido elastico maximo de los resortes ondulados asciende en este caso a 0,6 mm desde la posicion completamente no tensada hasta la posicion final plana. Partiendo de la posicion no tensada en un recorrido elastico desde cero, la fuerza elastica se eleva en primer lugar de manera lineal con una pendiente de aproximadamente 1900 N/mm. Esta zona se denomina a continuacion "primera zona lineal".
En un recorrido elastico de 0,46 mm, que esta indicado como punto A, la constante de elasticidad cambia a aproximadamente 6000 N/mm y es igualmente lineal desde A hasta un punto C en un recorrido elastico de 0,58 mm. Este recorrido entre A y C se denomina a continuacion "segunda zona lineal".
En un recorrido elastico de mas de 0,58 mm, la curva caracteristica del resorte ondulado se vuelve progresiva, hasta que finalmente en 0,6 mm llega a su tope. Esta zona se denomina a continuacion "zona progresiva".
En la situacion de montaje de acuerdo con la figura 1, la distancia entre el collar anular 11 y la superficie anular, situada enfrente, de la arandela de ajuste 14 esta ajustada mediante la seleccion de la arandela de ajuste 14 de tal modo que los resortes ondulados 12 y 13 estan montados con un recorrido elastico en cada caso de 0,075 mm (75 pm) entre el anillo exterior de cojinete 8 y el manguito de montaje 10 o la arandela de ajuste 14. La suma de los espesores de los dos resortes ondulados 12 y 13 y del anillo exterior de cojinete 8 en direccion axial es, por tanto, 0,15 mm menor que la distancia entre el collar anular 11 y la arandela de ajuste 14. Con este ajuste, los dos resortes ondulados 12 y 13 se encuentran en el punto B de su respectiva curva caracteristica, es decir, en la segunda zona lineal.
Se ha demostrado que con este diseno de las curvas caracteristicas de los resortes ondulados 12 y 13 y seleccionando el punto de funcionamiento B en la segunda zona lineal se obtiene un comportamiento particularmente ventajoso del montaje en relacion con tolerancias de los resortes ondulados. Este diseno provoca concretamente que tolerancias de los resortes ondulados no tengan efecto o solo lo tengan minimamente sobre la posicion centrada, constructivamente buscada, del cojinete 7 entre el manguito 10 y la arandela de ajuste 14. Asi se reduce de manera efectiva un descentramiento perjudicial, como el descrito al principio, del cojinete 7.
Los resortes ondulados 12 y 13 pueden, por ejemplo, presentar una tolerancia en la altura en direccion axial en estado no tensado antes del montaje. Si esta diferencia asciende a 0,05 mm, en el montaje de acuerdo con el estado de la tecnica esta diferencia aparece como descentramiento tambien en el estado montado. El motivo de ello radica en la curva caracteristica progresiva por los dos lados de los elementos de resorte utilizados, que centran entre si necesariamente el cojinete de manera centrada y, debido a ello, conservan una tolerancia de altura de los elementos de resorte en el estado montado como descentramiento. Debido a ello, se produce una posicion de montaje del cojinete en la que hacia un lado esta disponible un recorrido elastico menor que hacia el otro lado.
En el montaje de acuerdo con la invencion, debido a las curvas caracteristicas lineales, se produce una compensacion que provoca que no aparezca un descentramiento tampoco en el caso de una tolerancia de altura de los resortes ondulados 12 y 13, o que solo aparezca de manera sustancialmente menor que la propia tolerancia de altura.
Lo mismo cabe afirmar para una tolerancia de las curvas caracteristicas de los propios resortes que, por ejemplo, puede producirse por espesores distintos de los resortes. Tambien estas tolerancias se compensan ampliamente.
A ambos lados del anillo exterior de cojinete 8 se dispone practicamente del mismo recorrido elastico para la amortiguacion de cargas de impacto.
La situacion de los puntos de transicion A, entre la primera y la segunda zona lineal, y C, entre la segunda zona lineal y la zona progresiva, puede modificarse mediante la relacion de b(R) respecto a b(F). Son preferentes actualmente relaciones entre 0,3 y 0,7, aunque puede mostrarse ventajosa tanto una relacion de 0,4 asi como, en otro caso, una relacion de 0,6.
De manera general tambien puede preverse que la relacion de la anchura b(R) del anillo exterior de cojinete 8 respecto a la anchura b(F) de los elementos de resorte 12, 13 se situe entre 0,4 y 0,6.
Debe resaltarse una vez mas que el husillo de rosca de bolas de acuerdo con la invencion adquiere sus caracteristicas ventajosas debido al uso de resortes ondulados que no sobrepasan en su diametro exterior ra el diametro exterior del anillo exterior de cojinete 8 y que en su diametro interior son mas pequenos que el anillo exterior de cojinete 8, de tal modo que entre los componentes de construccion se obtiene un solapamiento parcial y no un solapamiento completo.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Mecanismo de recirculacion de bolas para un sistema de direccion de un vehiculo de motor con una tuerca (4) montada por medio de un cojinete (7) en una carcasa (1, 2), estando dispuesto en cada uno de los lados frontales del cojinete (7) entre un anillo exterior de cojinete (8) y la carcasa (1, 2) al menos un elemento de resorte con forma
    5 anular (12, 13), presentando el anillo exterior de cojinete un radio exterior (ra) y un radio interior (ri(R)), asi como una anchura (b(R)), caracterizado porque los elementos de resorte (12, 13) son resortes ondulados que presentan un radio exterior (ra) y un radio interior (ri(F)) asi como una anchura (b(F)), siendo el radio interior (ri(F)) del elemento de resorte (12, 13) mas pequeno que el radio interior (ri(R)) del anillo exterior de cojinete.
  2. 2. Mecanismo de recirculacion de bolas de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque la relacion de la 10 anchura (b(R)) del anillo exterior de cojinete (8) respecto a la anchura (b(F)) del elemento de resorte (12, 13) se situa
    entre 0,3 y 0,7.
  3. 3. Mecanismo de recirculacion de bolas de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relacion de la anchura (b(R)) del anillo exterior de cojinete (8) respecto a la anchura (b(F)) del elemento de resorte (12, 13) se situa entre 0,4 y 0,6.
    15 4. Mecanismo de recirculacion de bolas de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
    porque la relacion de la anchura (b(R)) del anillo exterior de cojinete (8) respecto a la anchura (b(F)) del elemento de resorte (12, 13) asciende a 0,4.
  4. 5. Mecanismo de recirculacion de bolas de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relacion de la anchura (b(R)) del anillo exterior de cojinete (8) respecto a la anchura (b(F)) del elemento
    20 de resorte (12, 13) asciende a 0,6.
  5. 6. Mecanismo de recirculacion de bolas de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos una superficie de contacto con forma anular de la carcasa (1, 2), en la que se apoya el lado exterior del resorte ondulado (12, 13) opuesto al anillo exterior de cojinete (8), esta configurada en el radio exterior y en el radio interior coincidiendo con las dimensiones del resorte ondulado (12, 13), de tal modo que el resorte
    25 ondulado (12, 13) esta apoyado en la superficie de contacto en su anchura radial (b(F)).
  6. 7. Mecanismo de recirculacion de bolas de acuerdo con la reivindicacion 6, caracterizado porque la al menos una superficie de contacto es un collar anular (11) y/o una arandela de ajuste (14).
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