HU220942B1 - Wheel hub and brake disc arrangement for wheels of vehicles - Google Patents

Description

A találmány tárgya kerékagy- és féktárcsa-elrendezés járműkerekekhez, főleg nehézjárművek kerekeihez. Az ilyen kerekek tengelycsonkon vagy tengelyvégen forgathatóan ágyazott kerékaggyal és féktárcsával rendelkeznek, ahol a kerékagy a külső kerületén váltakozó fogazással és ferde oldalú hornyokkal van ellátva. A féktárcsa a kerékagyon van elrendezve, mégpedig annak azon a részén, amely koncentrikus nyílással van ellátva és ez a kerékagy fogaival és hornyaival alakzáró kapcsolatban lévő fogakkal és hornyokkal van ellátva. így tehát a féktárcsa alakzáróan (el nem fordíthatóan) van rögzítve a kerékagyon, és közöttük csupán illesztési viszonylagos elmozdulás jöhet létre.

A tárcsafékekkel ellátott nehézjárművek féktárcsáit korábban úgy rögzítették a kerékagyhoz, hogy azt a kerékagy körkörös pereméhez csavarozták. Ez a rögzítésmód azonban problémákat okozott, mivel a féktárcsa és a kerékagy közötti merev kapcsolat a nagyobb fékezési nyomatékoknál, ami a nehézjárműveknél elérheti a 2000 mkp értéket, a féktárcsa deformációját idézheti elő, mivel a nagy fékezési erők következtében jelentős hőképződéssel kell számolni.

A féktárcsa és a kerékagy merev összekapcsolása helyett javasoltak már olyan megoldást is, amelynél a féktárcsát és a kerékagyat alakzáró kapcsolat révén kapcsolták össze. Ez az elrendezés némiképpen javította a fékezéskor fellépő hő hatására bekövetkező deformációk veszélyét, sőt bizonyos mértékig lehetővé tette a féktárcsa és a kerékagy közötti hőátadás szabályozását is, mégpedig a kerékagy alakjától, valamint a fogak és hornyok kialakításától függően. Ez utóbbiként ismertetett kerékagy- és féktárcsa-elrendezésnél a fentiekben említett negatív hatások bizonyos mértékben csökkenthetők voltak, éppen ezért a nehezebb járműveknél ezeket széles körben alkalmazzák. Ilyen megoldást ismertet például a jelen feltalálók korábbi SE-9200202-1 (469655) számú szabadalmi bejelentése, amely a bevezetőben ismertetett típusú kerékagy- és féktárcsa-elrendezést ír le, ennél azonban a hornyok és a fogak száma harmincban volt meghatározva. Továbbá, ennél a megoldásnál feszültségmentesítő nyílásokat alkalmaznak, amelyek radiálisán befelé irányuló hornyokkal vannak ellátva. Ezek biztosítják a tárcsában fellépő nyírófeszültségek kiegyenlítését. A féktárcsát ennél a megoldásnál külön szellőztetőnyílásokkal hűtik. Továbbá, a kerékagyban körkörös csatorna van kialakítva a fogaktól radiális irányban befelé, hogy ezáltal a hőátadási pályát a kerékagyon keresztül meghosszabbítsák.

A fenti elrendezéssel nem csupán azt érték el, hogy a féktárcsa a hő hatására radiális irányban ki tud terjedni anélkül, hogy eközben csavarodna, hanem azt is elérték, hogy a féktárcsában fellépő repesztőerők, valamint a csavaró- és hajlítófeszültségek a profilokon elfogadható szinten tarthatók. Továbbá, még igen nagy fékezési erők esetében is a gyors beékelődés veszélye kiküszöbölhető, ami pedig a nehéz kategóriájú járműveknél egyébként előfordulhat. Ezzel az elrendezéssel némileg korlátozható a hőátadás a csapágyakhoz, amit a féktárcsában kialakított körkörös csatornával és a szellőztetőcsatomákkal, vagy -járatokkal érnek el.

Mivel a fenti elrendezésnél a feszültségmentesítő nyílások, hornyok és szellőztetőnyílások és -csatornák vannak kialakítva a féktárcsában, mégpedig a féktárcsának azon a részén, amely radiális irányban a központi nyílás körzetében helyezkedik el és a súrlódófelülettől távközzel van elrendezve, a súrlódóbetétek ezen nyílások fölött helyezkednek el, ami pedig a súrlódóbetétek fokozott kopását idézi elő, és a fékezési por és szennyeződés lerakódik a nyílásokban, ami pedig rendszeres tisztítást igényel, különben kedvezőtlen esetben a fék működésképtelenné válhat.

A jelen találmánnyal célunk a fenti hiányosságok kiküszöbölése, azaz olyan tökéletesített kerékagy- és féktárcsa-elrendezés létrehozása, amely a repesztőerőknek, nyírási és hajlítási feszültségeknek a kedvezőbb keresztmetszeti profiljai révén jobban ellenáll, mint az ismert megoldások, továbbá a féktárcsában a hőelosztás révén előidézett feszültségek elfogadható szintre csökkenthetők, továbbá a kerékagyra történő hőátadás viszonylag egyszerűen jelentősen csökkenthető. A találmány szerinti elrendezésnek jóval kisebb karbantartási ráfordítást kell igényelnie, mint az ismert megoldásoknak.

A kitűzött feladatot a bevezetőben ismertetett típusú kerékagy- és féktárcsa-elrendezéssel oldottuk meg, amelynek tengelyen csapágyakban forgathatóan ágyazott kerékagya van, ennek külső keresztmetszetprofillal ellátott része van, amelyen egymással váltakozó hornyok és ferde oldalfelületű fogak vannak kialakítva, továbbá a kerékagyon elrendezett féktárcsája van, amelynek koncentrikus nyílása a kerékagy hornyaival és fogaival kapcsolódó fogakkal és hornyokkal van ellátva, vagyis a féktárcsa a kerékaggyal alakzáró kapcsolattal kapcsolódik, amelynél a féktárcsa és a kerékagy között illesztési hézag van. A féktárcsán minden fog fejrészívhossza kisebb, mint legalább minden második horony lábrészívhossza, amelyet a szomszédos fog két szemben fekvő oldalfelülete határol. A továbbfejlesztés, vagyis a találmány lényege, hogy minden fognak legalább az egyik oldalfelülete a lábrészen első sugárral van kialakítva, valamint minden ilyen első sugár második sugárban folytatódik, amely a horony fenékrészét képezi és közös a két szemben fekvő oldalfelület számára.

Egy célszerű kiviteli alak szerint a féktárcsán kialakított minden fog fejrészívhossza kisebb, mint a horony lábrészívhossza.

Egy előnyös kiviteli alak szerint a kerékagy keresztmetszetprofilján kialakított minden fog fejrészívhossza nagyobb, mint a horony lábrészívhossza, amelyet a szomszédos fogak szemben fekvő oldalfelületei határolnak, továbbá a kerékagy fogainak lábrész felőli oldalfelületei a hornyok lekerekített lábrészében folytatódnak.

Egy további előnyös kiviteli alak szerint a kerékagy keresztmetszetprofilján kialakított szomszédos fogak két szemben fekvő oldalfelülete által határolt horony lábrészívhossza legalább akkora, mint a fogak fejrészívhossza.

Célszerűen minden fognak sík oldalfelületei és fejfelülete van, amely kapcsolódik a sík oldalfelületekhez, és a középvonalhoz képest íves kialakítású.

HU 220 942 Bl

Előnyösen a féktárcsa hornyainak legalább az egyikénél a fenékrészén a féktárcsa anyagánál egy gyengébb minőségű anyagú anód van elrendezve, amely célszerűen cinkből van kialakítva.

Mivel a féktárcsa agyrészében a feszültségmentesítő nyílásokat elhagytuk és ehelyett viszonylag nagy koncentrikus nyílást alkalmaztunk, amely fogakkal és hornyokkal van ellátva, mégpedig olyan arányban, hogy a fejrészívhossz a fogaknál a hornyok lábrészívhosszához képest 1-nél kisebb arányú, és mivel a hőmérsékletelosztás révén előidézett nyírófeszültségeket minimális értékűre csökkentettük azáltal, hogy viszonylag nagy Rb sugarakat alkalmaztunk a két szomszédos fog lábrészeinél. A mechanikai feszültségeket pedig azáltal csökkentettük, hogy viszonylag kis Ra sugarakat alkalmaztunk, amelyek összekötik a fogoldalak lábrészének szárait. A hőgradiensben lényegesen kisebb különbséget értünk el a találmányunkkal, a tangenciális és radiális feszültségek felvevőképességét illetően pedig jelentős mértékben javítottuk a hagyományos feszültségmentesítő nyílásokkal és ezzel társított hornyokkal ellátott megoldásokhoz képest.

Mivel a hőátadás a féktárcsa és a kerékagy között közvetlenül arányos az egymással kapcsolódó hornyok és fogak oldalfelületeivel, éppen ezért a hornyok és fogak számának a függvénye. így tehát a kerékagyra való hőátadást egyszerűen szabályozhatjuk a hornyok és fogak számának megfelelő megválasztásával.

A találmányt részletesebben a csatolt rajz alapján ismertetjük, amelyen a találmány szerinti megoldás két példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon:

az 1. ábrán féktárcsa belső részének homloknézete látható;

a 2. ábrán az 1. ábra szerinti megoldás részlete látható a kapcsolódó kerékagy részletével együtt, viszonylag nagyobb léptékben;

a 3. ábrán a találmány szerinti féktárcsa belső részének kiviteli változata látható nézetben;

a 4. ábrán a 3. ábra szerinti keréktárcsa részlete és a vele kapcsolódó kerékagy részlete látható viszonylag nagyobb léptékű nézetben.

A 2. ábrán 10 hivatkozási számmal tengely csonk vagy tengely vég középvonalát jelöltük, amely tengelycsonkot vagy tengelyvéget önmagában ismert módon csapágyak ágyaznak, például tehergépkocsi mellső vagy hátsó tengelyénél szokásos módon. A tengely ugyancsak külön nem ábrázolt módon fékkengyellel vagy fékműködtető mechanizmussal van felszerelve. Továbbá, 11 kerékaggyal rendelkezik, amely 12 féktárcsát tart, amely önmagában ismert módon alakzáró kapcsolattal van rögzítve a 11 kerékagyhoz. E célból a 11 kerékagy a külső részén váltakozó 14 fogakkal és 16 hornyokkal van ellátva, amelyek ferde oldalfelületekkel rendelkeznek. A 12 féktárcsa radiális irányban tekintve belső 17 agyrésze (1. ábra) hasonlóképpen megfelelő 18 hornyokkal és 20 fogakkal van ellátva, amelyek kapcsolódnak all kerékagy 14 fogaival, illetve 16 hornyaival (2. ábra).

A 2. ábrán részletesebben látható, hogy a 16 és 18 hornyok mélysége kissé nagyobb, mint a 14 és 20 fogak magassága. All kerékagyban és a 12 féktárcsában a 16, illetve 18 hornyok lekerekített 22, illetve 24 lábrésszel rendelkeznek, ugyanakkor a 14 és 20 fogak 26, illetve 28 fejfelülete a 10 középvonalhoz képest radiális kialakításúak, és ezek a 14 és 20 fogak ferde 30 oldalfelületeihez kapcsolódnak. Ezzel az elrendezéssel tehát felületi érintkezést hozunk létre a 14 és 20 fogak ferde 30 oldalfelületein.

A 12 féktárcsa és a 11 kerékagy a jelen esetben úgy van méretezve, hogy terheletlen állapotban a 12 féktárcsa és a 11 kerékagy egymással együttműködő 30 oldalfelületei között 0,2-0,3 mm közötti hézag van. Az

1. és 2. ábrán feltüntetett példakénti kiviteli alak esetében all kerékagy és a 12 féktárcsa is húsz-húsz 14, illetve 20 foggal, valamint 16, illetve 18 horonnyal van ellátva.

A 2. ábrán látható példakénti kiviteli alaknál cinkből vagy más megfelelő, a 12 féktárcsa anyagánál gyengébb minőségű anyagból készült mesterséges 32 anódot alkalmaztunk a 12 féktárcsa egyik 18 hornyának fenékrészén, ahol 36 horonyhézag képződött, hogy ezáltal megakadályozzuk, hogy a 12 féktárcsa gyorsan rozsdásodjék all kerékagyon. Szükség esetén a mesterséges 32 anód (úgynevezett katódos védelem) több helyen is elrendezhető vagy akár a 12 féktárcsa minden 18 hornyában. Továbbá megemlítjük, hogy a 16 és 18 hornyok, valamint a 14 és 20 fogak száma az alább ismertetésre kerülő módon növelhető, de azt nem célszerű huszonnégy fölé növelni. A fogszámok és horonyszámok fent említett tartományában különböző változatok lehetségesek a 12 féktárcsa méretétől függően, amelynél a 18 hornyok mélysége például a 12 féktárcsában kialakított központi nyílás sugarának 7,5-9% közötti értékűre választható.

Az 1. és 2. ábrán látható első példakénti kiviteli alaknál a 12 féktárcsában kialakított 18 hornyok SS1 lábrészívhosszal, a 20 fogak pedig BS1 fejrészívhosszal vannak kialakítva (1. ábra). A 20 fogak egyenletesen vannak elosztva értelemszerűen a kerület mentén és az említett ívhosszak közötti arány a következő:

BS1:SS1<1.

Ellentétben a hagyományos konstrukciókkal, a találmány szerinti megoldásnál feszültségmentesítő nyílásokat a hozzájuk tartozó hornyokkal nem alkalmaztunk. A 12 féktárcsa súrlódó része és a 17 agyrész közötti egyenetlen hőelosztás révén a fékezéskor fellépő tangenciális feszültségeket jelentősen csökkentettük, mégpedig a 18 hornyok lekerekített 24 lábrésze révén, amelyek közvetlenül, mielőtt a 18 horony két szemben fekvő 30 oldalfelületéhez csatlakoznának, először első Ra sugáron keresztül, majd második Rb sugáron keresztül kapcsolódnak. Az első Ra sugár révén a mechanikai feszültségek, így a keresztmetszetprofilok csavarási és hajlítási feszültségeit minimálisra csökkentettük. Célszerűnek mutatkozott, ha az Rb sugár nagyobb, mint az Ra sugár, és ezek arányainak megválasztásával - a kísérleti tapasztalataink szerint - optimálisan csökkenthetők a termikus és mechanikai feszültségek. A jelen példakénti

HU 220 942 Bl kiviteli alak esetében az Ra sugár értékét 5 mm-re, az Rb sugár értékét pedig 24 mm-re választottuk. A 12 féktárcsa méretétől függően az Ra és az Rb sugarak értéke változhat 3-8 mm, illetve 15-30 mm között.

Összevetve a hagyományos megoldásokkal, amelyeknél harminc fogat és hornyot alkalmaztak, a 11 kerékagyhoz való hővezetést a hornyok és fogak számának csökkentésével is redukáltuk. Felismertük továbbá, hogy a 14 és 20 fogak, valamint a 16 és 18 hornyok számának megválasztásával az optimálist megközelítő módon meghatározható a hőátadás a 12 féktárcsáról a kerékagyra, úgyhogy a kerékcsapágyak a túlzott hőterhelésektől egyrészt megvédhetők, másrészt kellő hűtést érhetünk el, azaz megakadályozzuk a 12 féktárcsa túlzott felmelegedését. Következésképpen, ha a féktárcsa nem kap kellő hűtést, akkor növelni kell a fogak és a hornyok számát a fentiekben említett kiviteli alaknál alkalmazott húszról például huszonkettőre, vagy ha a csapágyak tűlmelegedésének veszélye kisebb, adott esetben a hornyok és fogak száma csökkenthető is.

A 3. és 4. ábrán a találmány szerinti elrendezés második példakénti kiviteli alakját tüntettük fel, amely lényegében hasonló az első példakénti kiviteli alakhoz. Éppen ezért az alábbiakban csak az eltéréseket ismertetjük részletesebben, és az analóg szerkezeti elemeket azonos hivatkozási számmal és vesszővel jelöljük.

A 12’ féktárcsa belső 17’ agyrésze hasonlóképpen 34 fogakkal, 36 horonyhézagokkal és 38 hornyokkal van ellátva, továbbá a 36 horonyhézagok és a 38 hornyok ferde oldalfelületekkel rendelkeznek. Megjegyezzük azonban, hogy a 34 fogak kettes csoportokban vannak elrendezve és minden ilyen kettes csoport el van különítve a szomszédos csoporttól a 36 horonyhézag révén. A kettős csoporton belül a 34 fogak között egyegy 38 horony van kialakítva. A 36 horonyhézag hasonlóképpen van kialakítva, mint ahogy azt már ismertettük az 1. és 2. ábra kapcsán, azaz sík oldalfelületekkel rendelkezik és ezek egymással az első Ra sugáron és a közbenső második Rb sugáron keresztül kapcsolódnak, amint azt vázlatosan szemléltettük a 3. ábrán.

All’ kerékagy hasonlóképpen váltakozó 40 fogakkal és 42 hornyokkal van ellátva, amelyek kapcsolódnak a 12’ féktárcsával. Ezek ferde oldalfelületekkel rendelkeznek és úgy vannak méretezve, hogy minden negyedik 40 fog kapcsolódik egy-egy 38 horonnyal. A minden negyedik 40 fogak között elhelyezkedő további három 40 fog közül a középső nem érintkezik a 36 horonyhézag közepével, ugyanakkor a fennmaradó két 40 fog érintkezik a 36 horonyhézag oldalfelületeivel. A 36 horonyhézag lekerekített 44 fenékrésszel van ellátva, valamint all’ kerékagy és a 12’ féktárcsa 34, illetve 40 fogai 46, illetve 48 fejfelülettel rendelkeznek, amelyek a 10 középvonalhoz képest radiális kialakításúak. Ezek az első példakénti kiviteli alakhoz hasonlóan ferde 51 oldalfelületeken keresztül kapcsolódnak a megfelelő fog sík 50 oldalfelületeihez. így tehát a 12’ féktárcsa és a 11’ kerékagy egymással érintkező 50 és 51 oldalfelületei között megfelelő együttműködést érünk el.

A 3. és 4. ábra szerinti kiviteli alaknál a 12’ féktárcsában kialakított 36 horonyhézagoknál a lábrészívhosszt S1S2 hivatkozási jellel, a 34 fognál viszont a fejrészívhosszt BS2 hivatkozási jellel jelöltük. A 34 fogak kettes csoportokban a kerület mentén egyenlő távközökkel vannak elrendezve és minden ilyen kettős csoportot S2S2 lábrészívhossz választ el. A fent említett ívhosszak arányát az alábbi összefüggéssel határozhatjuk meg:

BS2/S1S2 < 1, viszont BS2/S2S2=1.

A 3. ábrán jól látható, hogy a 40 fogak és a 42 hornyok számát megkétszereztük ugyan, de a 11’ kerékagynak csak minden második 40 foga kapcsolódik a 12’ féktárcsa megfelelő 34 fogának oldalfelületével. Mivel a hőátadás csak az oldalfelületeken keresztül történhet, a teljes érintkezési felület nem nagyobb, mint az első kiviteli alaknál.

A 40 fogak és a 42 hornyok oldalfelületeit adott esetben íveitekre is kialakíthatjuk. Az 50 és 51 oldalfelületek lehetnek például evolvens alakúak is, továbbá a 40 fogak ívelt fejfelületei lehetnek adott esetben síkok is.

Amint a fentiekből kitűnik, a találmány szerinti 12 és 12’ féktárcsák teljesen szimmetrikus kialakításúak és önmagában ismert módon vannak rögzítve a 11, illetve 11’ kerékagyhoz külön nem ábrázolt hornyok révén, továbbá ugyancsak külön nem ábrázolt rögzítőgyűrűk és rugóalátétek alkalmazásával.

Claims (7)

1. Kerékagy- és féktárcsa-elrendezés járműkerekekhez, amelynek tengelyen csapágyakban forgathatóan ágyazott kerékagya van, ennek külső keresztmetszetprofillal ellátott része van, amelyen egymással váltakozó hornyok és ferde oldalfelületű fogak vannak kialakítva, továbbá a kerékagyon elrendezett féktárcsája van, amelynek koncentrikus nyílása a kerékagy hornyaival és fogaival kapcsolódó fogakkal és hornyokkal van ellátva, vagyis a féktárcsa a kerékaggyal alakzáró kapcsolattal kapcsolódik, amelynél a féktárcsa és a kerékagy között illesztési hézag van, továbbá a féktárcsán minden fog fejrészívhossza kisebb, mint legalább minden második horony lábrészívhossza, amelyet a szomszédos fog két szemben fekvő oldalfelülete határol, azzal jellemezve, hogy minden fognak (20; 34) legalább az egyik oldalfelülete (30; 50) a lábrészen első sugárral (Ra) van kialakítva, valamint minden ilyen első sugár (Ra) második sugárban (Rb) folytatódik, amely a horony (18; 36) fenékrészét képezi és közös a két szemben fekvő oldalfelület (30; 50) számára.

2. Az 1. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy a féktárcsán (12; 12’) kialakított minden fog (20; 34) fejrészivhossza (BS1) kisebb, mint a horony (18; 36) lábrészívhossza (SS1).

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy a kerékagy (11) keresztmetszetprofilján kialakított minden fog (14) fejrészívhossza (BS1) nagyobb, mint a horony (16) lábrészívhossza (SS1), amelyet a szomszédos fogak (14) szemben fek4

HU 220 942 BI vő oldalfelületei (30) határolnak, továbbá a kerékagy (11) fogainak (14) lábrész felőli oldalfelületei a hornyok (16) lekerekített lábrészében (22) folytatódnak.

4. Az 1. igénypont szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy a kerékagy (11’) keresztmetszetprofilján 5 kialakított szomszédos fogak (40) két szemben fekvő oldalfelülete (51) által határolt horony (42) lábrészívhossza (S1S2) legalább akkora, mint a fogak (40) fejrészívhossza (BS2).

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy minden fognak (14, 20;

34, 40) sík oldalfelületei (30; 50, 51) és fejfelülete (26, 28; 46,48) van, amely kapcsolódik a sík oldalfelületekhez (30; 50, 51), és a középvonalhoz (10) képest íves kialakítású.

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés, azzal jellemezve, hogy a féktárcsa (12; 12’) hornyainak (18; 36) legalább az egyikénél a fenékrészen a féktárcsa anyagánál gyengébb minőségű anyagból készült anód (32) van elrendezve.

10 7. A 6. igénypont szerinti elrendezés, azzaljellemezve, hogy az anód (32) cinkből van kialakítva.