ITTO20110275A1 - Configurazione ad accoppiamento di forma in un anello di cuscinetto per la ruota di un veicolo a motore - Google Patents

Description

“Configurazione ad accoppiamento di forma in un anello di cuscinetto per la ruota di un veicolo a motoreâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un anello di cuscinetto avente un nucleo radialmente interno di un primo materiale ad elevata tenacità, ed un corpo radialmente esterno, che à ̈ formato attorno al nucleo, e che à ̈ fatto di un secondo materiale più leggero del primo materiale. Più in particolare, l’invenzione si riferisce ad una configurazione ad accoppiamento di forma all’interfaccia tra il nucleo interno ed il corpo esterno.

L’industria automobilistica deve soddisfare una richiesta sempre crescente in termini di riduzione di peso della componentistica degli autoveicoli al fine di ridurre i consumi di carburante e le emissioni di scarico. Per un cuscinetto della ruota di un veicolo, una riduzione di peso non deve comportare alcuna riduzione in termini di robustezza e sicurezza. Le piste di rotolamento devono essere fatte di un materiale abbastanza duro da sopportare le sollecitazioni del contatto volvente. Trova ancora largo uso il tradizionale acciaio per cuscinetti. Le piste di rotolamento sono trattate termicamente così da acquisire un livello di durezza ed una microstruttura omogenea adeguate a sopportare gli sforzi provocati dai contatti di rotolamento hertziani.

Anelli di cuscinetto flangiati di tipo recente includono un inserto (o nucleo) radialmente interno, di forma tubolare o anulare, fatto di acciaio per cuscinetti, il quale forma una o due piste di rotolamento, ed un corpo radialmente esterno che forma una flangia che si estende radialmente verso l’esterno attorno all’inserto ed à ̈ fatto di un materiale di peso leggero quale una lega d’alluminio. La flangia di peso leggero à ̈ disegnata per montare la ruota e/o il rotore freno e per trasferire i carichi da questi componenti all’inserto tubolare.

WO 2008/147284 A1 descrive un anello per cuscinetto composto da due materiali diversi congiunti insieme in un pezzo singolo, cioà ̈ un primo materiale a tenacità elevata, quale l’acciaio per cuscinetti, che forma le piste di rotolamento, ed un secondo materiale leggero, quale un metallo leggero, che forma la parte restante dell’anello. Il secondo materiale viene unito al primo tramite un procedimento di formatura.

Uno scopo primario della presente invenzione à ̈ di realizzare un accoppiamento intimo e affidabile tra le due porzioni diverse di un anello di cuscinetto fatto di due materiali differenti, cioà ̈ un primo materiale duro ed un secondo materiale leggero. In particolare, si desidera realizzare una configurazione ad accoppiamento di forma assialmente compatta ed efficace, capace di resistere a qualsiasi combinazione di sforzi e tensioni, per tutto il campo possibile di condizioni di lavoro, che tenderebbero a causare uno spostamento relativo del nucleo rispetto al corpo esterno.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti, secondo l’invenzione, da una configurazione ad accoppiamento di forma così come definita nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferenziali dell’invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.

Per una buona comprensione della presente invenzione, ne verrà ora descritta una forma di realizzazione preferita, data a titolo esemplificativo, e facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 à ̈ una vista parziale in sezione assiale di una forma di realizzazione di un anello flangiato di cuscinetto secondo l’invenzione;

la figura 2 à ̈ una vista prospettica di un nucleo d’acciaio tubolare che costituisce la parte interna dell’anello di cuscinetto della figura 1; la figura 3 à ̈ una vista in sezione assiale del nucleo tubolare della figura 2, dove sono mostrate schematicamente a tratto pieno le superfici che vengono trattate diversamente da quelle illustrate in tratteggio; e

la figura 4 Ã ̈ una vista ingrandita di un dettaglio della figura 3.

Facendo inizialmente riferimento alla figura 1, con 10 à ̈ indicato nel suo insieme un anello di cuscinetto flangiato secondo una forma di realizzazione dell’invenzione. L’anello 10 à ̈ progettato per essere l’anello girevole esterno di un cuscinetto a doppia corona di sfere a contatto angolare per applicazioni automobilistiche, in particolare per il montaggio ad una ruota di veicolo (non illustrata) da montare in modo girevole rispetto al montante stazionario (non illustrato) di una sospensione del veicolo attorno ad un asse centrale di rotazione x. In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, termini ed espressioni che indicano posizioni e direzioni quali “radiale†e “assiale†sono da intendersi riferiti all’asse di rotazione x del cuscinetto. Espressioni quali “inboard†ed “outboard†si intendono invece riferite ad una condizione montata su un veicolo. L’invenzione non à ̈ limitata a questa particolare configurazione di anelli per cuscinetto.

L’anello di cuscinetto 10 comprende un inserto o nucleo radialmente interno 15 di forma generalmente tubolare o anulare ed un corpo radialmente esterno 16 che presenta una flangia 17 che si estende radialmente verso l’esterno dal lato outboard del nucleo 15. La flangia 17 presenta un certo numero di fori 18 che permettono il collegamento alla ruota del veicolo tramite bulloni (non illustrati).

Il nucleo 15 presenta due piste di rotolamento 11, 12 per due corone di sfere (non illustrate) e perciò à ̈ fatto di un primo materiale duro e tenace, preferibilmente un acciaio per cuscinetti. Il corpo radialmente esterno 16 à ̈ fatto di un secondo materiale leggero, tipicamente un metallo leggero, quale l’alluminio, il magnesio, o leghe di questi. Altri materiali adatti per il corpo esterno possono includere, ma senza essere limitati a questi, i compositi del carbonio o i polimeri rinforzati. Il nucleo tubolare 15 forma un prolungamento tubolare assiale 19 dal proprio lato outboard, che facilita il centraggio della ruota del veicolo.

Il corpo esterno 16 può essere formato attorno al nucleo 15 in diversi modi, per esempio attraverso un processo di colata semi-solida, oppure mediante sinterizzazione o colata, o presso-fusione. Al termine di qualsiasi di questi processi, il materiale leggero copia strettamente la forma esterna del nucleo 15, per cui i corpi interno ed esterno risultano strettamente bloccati l’uno con l’altro, come spiegato nel seguito.

La forma esterna del nucleo 15 à ̈ configurata così da procurare un’azione di bloccaggio reciproco tra il nucleo interno ed il corpo esterno 16, opponendosi agli spostamenti relativi tra questi due corpi, spostamenti causati durante l’esercizio dalle forze e dalle reazioni che vengono trasmesse attraverso l’anello di cuscinetto dalla ruota e/o dal freno alle piste di rotolamento, e viceversa. Queste forze e reazioni da contrastare sono variamente combinate ed agiscono nelle direzioni assiale, radiale e circonferenziale.

I movimenti assiali relativi sono impediti dalla combinazione di una gola 22 e di uno spallamento radialmente sporgente 26 che si estende in direzione circonferenziale. I movimenti radiali relativi del corpo esterno, in allontanamento dall’asse di rotazione x, sono prevenuti da un sottosquadro 23 che forma una delle superfici laterali della gola. Gli spostamenti angolari relativi, nella direzione circonferenziale, sono evitati da un certo numero di tacche radiali 28.

Nella superficie radialmente esterna del nucleo 15 à ̈ formata una gola anulare 22 che si estende nella direzione circonferenziale e che à ̈ delimitata, da almeno un lato, da una superficie in sottosquadro 23. Nella forma di realizzazione preferita illustrata nella figura 1, la gola 22 à ̈ delimitata da ambo i lati da due superfici in sottosquadro con inclinazione negativa 23, 24 assialmente affacciate e che definiscono un giunto a coda di rondine con una nervatura complementare anulare 25, che si estende radialmente verso l’interno, e che à ̈ formata dal corpo leggero 16. In questo contesto, il termine “sottosquadro†à ̈ da intendersi nel senso che almeno uno dei due lati della gola 22 presenta una porzione sporgente in rilievo. Ad esempio, l’angolo dei sottosquadri potrà essere di circa 85°. Il sottosquadro (o sottosquadri) 23 (e/o 24) procura un livello elevato di bloccaggio che impedisce al corpo esterno 16 di allontanarsi dal nucleo interno 15 in una direzione radiale, perpendicolarmente all’asse di rotazione x. Il sottosquadro (o sottosquadri) procurerà in questo modo un’azione di ritegno diretta in senso radiale che à ̈ particolarmente utile nel contrastare uno sforzo di trazione che tende a tirar via in senso radiale il materiale leggero 16 dal nucleo d’acciaio 15 a seguito di un momento ribaltante negativo –Mt che viene applicato all’anello di cuscinetto tramite la flangia 17. La forza di contrasto radiale à ̈ indicata con R. E’ particolarmente conveniente disporre il sottosquadro (o sottosquadri) 23, 24 all’estremità assialmente interna dell’anello di cuscinetto, cioà ̈ nella posizione più lontana dalla flangia 17, dato che in tale posizione la forza resistente sfrutterà la massima lunghezza possibile del braccio di leva nel contrastare il momento ribaltante –Mt. Ciononostante, l’invenzione non à ̈ limitata a tale collocazione della gola 22 e alle sue superfici in sottosquadro, che potranno essere formate in altre posizioni assiali all’interfaccia tra il nucleo interno ed il corpo esterno.

Inoltre, dato che un metallo leggero quale l’alluminio e le sue leghe presenta un coefficiente di dilatazione termica più elevato di quello dell’acciaio per cuscinetti di cui à ̈ fatto il nucleo, la configurazione a coda di rondine procurerà un grado ancora maggiore di bloccaggio reciproco tra il nucleo ed il corpo esterno alle alte temperature, quando la nervatura 25 di metallo leggero si espande maggiormente della gola d’acciaio 22 che la accoglie.

In posizione immediatamente adiacente alla gola anulare 22, dal suo lato outboard, si trova lo spallamento radialmente sporgente verso l’esterno 26. Questo spallamento à ̈ delimitato radialmente verso l’esterno da una superficie cilindrica 27, dal lato assialmente interno dalla superficie in sottosquadro 23 che à ̈ orientata in modo sostanzialmente radiale, ed assialmente esternamente da una superficie conica che si rastrema in senso assialmente esterno 21. Al fine di realizzare un accoppiamento anti-rotazione efficace tra il nucleo d’acciaio e il corpo esterno leggero, sono formate una pluralità di tacche radiali 28 nella superficie esterna del nucleo 15 tramite forgiatura. Le tacche 28 sono angolarmente equidistanziate attorno all’asse centrale di rotazione x.

Le tacche 28, collaborando con superfici complementari coniugate formate nel corpo esterno 16, procurano un elevato grado di bloccaggio reciproco che si oppone ai movimenti angolari relativi tra il corpo esterno ed il nucleo in una direzione circonferenziale attorno all’asse di rotazione x.

Il tratto non tornito 29 di sezione noncircolare del nucleo, che contiene le tacche 29, giace sulla faccia dello spallamento 26 opposta alla gola 22. In altri termini lo spallamento 226 à ̈ tornito da un solo lato, cioà ̈ parzialmente, mentre il lato opposto, che presenta i mezzi antirotazione quali le tacche radiali 28, à ̈ lasciato in una condizione semi-lavorata, non tornita, dopo la fase di forgiatura. La parte à ̈ destinata ad essere prodotta tramite operazioni di tornitura, che possono realizzare solamente superfici conformate come solidi di rotazione. L’intersezione di un profilo tornito con superfici non-circolari genera dei bordi che devono essere rimossi tramite un’operazione di finitura a macchina mediante una fresatrice 3D che va appositamente predisposta. Allo scopo di evitare l’aggiunta di tale operazione di fresatura, il tratto a sezione non-circolare 29 che presenta le tacche 28 à ̈ ottenuto per forgiatura, mentre le superfici della gola 22 e la superficie cilindrica 27 dello spallamento 26 devono essere ottenute assoggettando il nucleo ad un’ulteriore fase di tornitura. La superficie cilindrica 27 congiunge il tratto non-circolare 29 e la superficie in sottosquadro 23 si estende circonferenzialmente attorno all’intero nucleo 15. In assenza della superficie cilindrica 27, lo spallamento 26 esibirebbe una sfacciatura sul rovescio, che richiederebbe una specifica fresatura 3D per eliminare i bordi potenzialmente nocivi alla distribuzione degli sforzi. A causa della suddetta configurazione, una semplice operazione di tornitura procura la transizione dall’area assialmente asimmetrica all’area assialmente simmetrica (della gola 22) con un profilo liscio, dando luogo simultaneamente ad uno spallamento per la gola che si estende a 360°.

Come si potrà apprezzare, la configurazione ad accoppiamento di forma secondo l’invenzione, così come illustrato separatamente nella figura 4, procura una configurazione compatta che concentra in una zona assialmente molto compatta diversi mezzi anti-spostamento, che si rilevano efficaci per contrastare gli spostamenti relativi contro virtualmente qualsiasi combinazione di forze esterne agenti sull’anello del cuscinetto.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Configurazione ad accoppiamento di forma in un anello di cuscinetto (10) per la ruota di un veicolo a motore, disposta all’interfaccia tra un nucleo radialmente interno tubolare o anulare (15) fatto di un primo materiale ad elevata tenacità ed un corpo radialmente esterno (16) formato attorno ad una superficie radialmente esterna del nucleo (15) e fatto di un secondo materiale più leggero del primo materiale, caratterizzata dal fatto che la superficie radialmente esterna del nucleo (15) forma uno spallamento (26) che si estende in direzione circonferenziale e sporge in direzione radialmente esterna presentando due lati assialmente opposti: - un primo lato, assoggettato ad un processo di finitura per tornitura, che presenta una superficie in sottosquadro (23) che definisce parte di una gola anulare (22) che si estende in direzione circonferenziale; e - un secondo lato, non assoggettato ad un processo di finitura per tornitura, che presenta un tratto non-circolare (29) con recessi radiali (28) che realizzano mezzi anti-rotazione che collaborano con porzioni complementari formate dal corpo esterno 2. Configurazione ad accoppiamento di forma secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che lo spallamento sporgente (26) à ̈ delimitato in direzione radialmente esterna da una superficie cilindrica (27). 3. Configurazione ad accoppiamento di forma secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che la superficie cilindrica (27) à ̈ assoggetta ad un processo di finitura per tornitura. 4. Configurazione ad accoppiamento di forma secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il primo materiale à ̈ un acciaio per cuscinetti. 5. Configurazione ad accoppiamento di forma secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il secondo materiale à ̈ un materiale leggero. 6. Configurazione ad accoppiamento di forma secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che il materiale leggero à ̈ scelto tra l’alluminio, il magnesio, o leghe di questi, compositi del carbonio, polimeri rinforzati. 7. Configurazione ad accoppiamento di forma secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che i recessi radiali comprendono tacche (28) angolarmente equidistanziate in una direzione circonferenziale attorno ad un asse di rotazione centrale (x) dell’anello di cuscinetto. 8. Configurazione ad accoppiamento di forma secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la gola (22) à ̈ formata con due sottosquadri (23, 24) assialmente affacciati che definiscono un giunto a coda di rondine con una nervatura complementare anulare (25) che si estende radialmente verso l’interno ed à ̈ formata dal corpo esterno (16). 9. Configurazione ad accoppiamento di forma secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il corpo radialmente esterno (16) forma una flangia (17) che si estende in direzione radialmente esterna per permettere il collegamento ad una ruota di veicolo. 10. Unità cuscinetto comprendente un anello di cuscinetto (10) che incorpora una configurazione ad accoppiamento di forma secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.