MXPA06004192A - Ensamble de masa asimetrico. - Google Patents

Ensamble de masa asimetrico.

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Abstract

Un ensamble de cojinete de cubo, que comprende un cubo que tienen un flanco dirigido radialmente hacia fuera en un extremo axial, para montar la ruda de un vehiculo, un anillo exterior que posee superficies de rodamiento axialmente separadas, y una pluralidad de elementos de rodamiento dispuestos en dos hileras en el espacio anular entre el anillo exterior y el cubo, donde el diametro del circulo de contacto de la hilera exterior de los elementos de rodamiento adyacentes al flanco es mayor que el diametro del circulo de contacto de los elementos de rodamiento en la hilera interior.

Description

ENSAMBLE DE CUBO ASIMÉTRICO Campo de la invención La presente invención se refiere a perfeccionamientos en unidades de cubo para vehículos, y más específicamente a una nueva disposición de balero asimétrico para soportar giratoriamente una rueda de vehículo.
Antecedentes de la invención Las unidades de cubo para ruedas de vehículo no son nuevas por sí mismas. Las unidades típicas de la técnica anterior son como las que se describen en patentes como la de Oshia i, Patente de los Estados Unidos No. 6,036,371 para UNIDAD DE BALERO DE RODILLO PARA RUEDA DE VEHÍCULO, emitida el 14 de marzo, 2000, y la de Evans, Patente de los Estados Unidos No. 4,333,695 para BALERO DE RODILLO, emitida el 8 de enero, 1982. Como se muestra en estas patentes, las unidades de cubo típicamente comprenden un cubo en general cilindrico que posee un flanco dirigido radialmente hacia fuera, para montarse a una rueda de vehículo mediante una serie de perforaciones para pernos separadas circularmente, para acomodar asas o postes para soportar la rueda. Un par de hileras axialmente separadas de baleros soportan la rueda, para que gire entre un anillo exterior que posee superficies de rodamiento internas para los elementos de rodamiento. En la patente de Yoshiaki ?371, el soporte de balero comprende una hilera de baleros, y una hilera de rodillos cónicos . Aunque estos ensambles de cubo son en general satisfactorios para su propósito, la presente invención es un perfeccionamiento en los ensambles de cubo de este tipo general, y se caracteriza por nuevas características de construcción y disposición, que proporcionan ventajas funcionales respecto a la técnica anterior, como una distribución de carga más balanceada sobre los baleros, y lo que se conoce como un cubo más "rígido" , el cual reduce los momentos de flexión, y lo que es particularmente benéfico en maniobras de viraje.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona una unidad asimétrica, donde el diámetro del círculo de contacto del balero en la hilera exterior adyacente al flanco radial del cubo es mayor que el diámetro del círculo de contacto del balero en el extremo interior. En una modalidad preferida de la presente invención, las hileras interiores y exteriores de baleros son baleros esféricos de contacto angular, y el diámetro de la hilera en el extremo exterior o de rueda preferiblemente tiene cuando menos cinco mm más que el diámetro del círculo de contacto de la hilera en el extremo de suspensión interior. Mediante esta disposición, la distancia entre centros de presión, donde el ángulo de contacto de las dos hileras de baleros intersecta el eje del cubo, puede aumentarse al máximo, para proporcionar una alta rigidez de ángulo de comba. Además, la hilera exterior preferiblemente intersecta el eje del cubo fuera del flanco del cubo, lo cual balancea más uniformemente las cargas sobre el sistema entre las hileras de baleros exterior e interior. Adicionalmente, y debido al diseño asimétrico, la hilera exterior puede acomodar más balines, y con ello incrementar la capacidad del balero sin modificar la geometría del paquete. Con este diseño, el centro de presión exterior puede colocarse más hacia el exterior que una unidad simétrica, sin necesidad de incrementar el ángulo de contacto, lo cual reduce la capacidad dinámica radial del balero. En otras palabras, al compararse las unidades simétricas de balines de la técnica anterior con la unidad asimétrica de la presente invención, la disposición asimétrica proporciona más capacidad sin producir impacto sobre la geometría del muñón de dirección o el flanco axial. De este modo, los diseñadores de baleros pueden utilizar baleros esféricos en aplicaciones que normalmente requerirían baleros cónicos, con lo que se proporciona economía sin comprometer el funcionamiento. Como se indicó anteriormente, incrementar la rigidez del cubo mediante el diseño asimétrico disminuye la formación de ruido y vibración, mejora la precisión de la dirección y el comportamiento dinámico del vehículo, y también disminuye el desgaste de frenos debido al funcionamiento real de los rotores . Con la mayor rigidez del diseño asimétrico, la unidad de cubo puede acomodar ruedas de gran diámetro, que aplican un mayor momento de flexión a los cubos. El diseño asimétrico permite incrementos en el tamaño de la rueda, sin necesidad de cambios en el diseño del cubo. En resumen, la presente invención aumenta la resistencia del flanco del cubo, además de mejorar la solidez y seguridad de los cubos .
Breve descripción de las figuras Estos y otros objetos de la presente invención, y las diversas características y detalles de su operación y construcción, se comprenderán con más plenitud haciendo referencia a los dibujos anexos, en los que: La Figura 1 es una vista de sección transversal de un ensamble de cubo asimétrico de conformidad con la presente invención. La Figura 2 es una vista de sección transversal de otra modalidad del ensamble de cubo asimétrico de conformidad con la presente invención.
La Figura 3 es una vista de sección transversal de un ensamble de cubo asimétrico de conformidad con la presente invención, que muestra el balanceo de cargas, y una reducción en el componente de carga radial sobre la hilera exterior, en comparación a la disposición simétrica de la técnica anterior . La Figura 4 es un diagrama de cuerpo libre, en que se compara la distribución de cargas para el sistema simétrico de la técnica anterior, y el ensamble de cubo asimétrico de la presente invención. La Figura 5 es un diagrama de cuerpo libre, en que se compara el momento de flexión del diseño de cubo asimétrico de la presente invención, con los sistemas simétricos de la técnica anterior.
Descripción de las modalidades preferidas Haciendo ahora referencia a las figuras, y particularmente a la Figura 1, se muestra un ensamble de cubo asimétrico de conformidad con la presente invención, en general designado por el número (10) . El ensamble de cubo (10) incluye un cubo elongado (12) que posee una abertura central estriada que corre axialmente respecto al cubo (12) , y que posee en su extremo exterior o de rueda un flanco dirigido radialmente hacia fuera y que se extiende circularmente (16) , que posee una serie de perforaciones separadas circularmente (18) para montar la rueda de un vehículo mediante postes (20) . El ensamble de cubo (10) posee hileras exterior e interior de baleros esféricos Ro y Ri sobre superficies exteriores de rodamiento (22) , (24) de un anillo exterior (26) . La superficie de rodamiento interior (28) para la hilera exterior Ro está formada integralmente en el cubo (12) , y la superficie de rodamiento interior (30) para la hilera interior de baleros esféricos Ri está formada en una inserción anular (32) , colocada luego de ensamblar los balines en las dos hileras Ro, Ri, mediante un borde que se extiende circularmente (34) en el extremo axial interior del cubo (12) . Se proporcionan sellos convencionales S en los extremos axiales opuestos del espacio anular entre el cubo (12) y el anillo exterior (26) . Además, el anillo exterior (26) posee un dispositivo (27) en su extremo interior o de suspensión, para ser asegurado a un mecanismo de chasis o dirección de un vehículo. También está montado un sensor (38) en el anillo exterior (26) , frente a un anillo sensor (40) en el cubo, para medir de forma convencional la velocidad de rotación. La presente invención se caracteriza por nuevas características de construcción y disposición, que proporcionan un balero asimétrico con ventajas funcionales respecto a la técnica anterior. Para tal propósito, el diámetro D del círculo de contacto de la hilera exterior de balines Ro es preferiblemente mayor que el diámetro Di del círculo de contacto de la hilera interior de balines Ri . La diferencia entre los diámetros Do, Di es preferiblemente cuando menos cinco (5) mm. Además, el ángulo de contacto a de los baleros intersecta el eje de rotación A-A del cubo en puntos definidos en la presente como centros de presión Po, Pi. Los centros de presión Po, Pi yacen fuera del flanco (16) en el extremo exterior del ensamble de cubo y también en el extremo interior, para proporcionar mejor funcionamiento, como una mayor capacidad de transporte de carga, y una mejor distribución de carga sobre los baleros Ro, Ri . La Figura 3 ilustra cómo actúan las fuerzas de la carretera sobre los centros de presión Po, Pi de una unidad de cubo de balines de contacto angular de conformidad con la presente invención, para proporcionar una mejor distribución de cargas sobre los baleros Ro y Ri, y también para reducir el momento de flexión sobre el flanco exterior (16) del ensamble . Como se ilustra en la Figura 3, para una disposición de baleros donde los diámetros de los círculos de contacto de las hileras interior y exterior Ri, Ro son iguales, la fuerza de cargas Fr proveniente de la interfaz carretera-llanta actúa en el exterior del centro geométrico B-B del balero. Por consiguiente, la distancia desde el punto de aplicación de la fuerza Fr en el eje del balero A-A al centro de presión exterior Po es menor que la distancia al centro de presión interior Pi, y por consiguiente la magnitud de la fuerza vertical Fv2 que actúa sobre la hilera exterior del balero exterior Ro será mayor que la de la fuerza interior Fvl, con base en una simple teoría de vigas. Al incrementar el diámetro del círculo de contacto Do del balero exterior Ro sin cambiar el ángulo de contacto a, como se ilustra en la Figura 3 , se incrementa la distancia a la fuerza Fv3 , con lo que se produce una reducción en la magnitud de esta fuerza. Incrementar el diámetro del círculo de contacto exterior Do proporciona más espacio entre cada uno de los balines, con lo que el incremento en el diámetro de la hilera exterior de balines Ro hace que se duplique la expectativa de vida de la hilera exterior Ro, y más capacidad de transporte de carga por más elementos rodamiento, además producir una distribución de cargas más balanceada entre los baleros Ro, Ri . En casi todos los ejemplos, la geometría general del ensamble no sufre un impacto por incrementar el diámetro de contacto Do de la hilera exterior Ro de elementos de rodamiento, puesto que hay más espacio radial en el lado exterior del balero que en su lado interior, debido principalmente a la geometría del muñón de dirección y los frenos . La Figura 5 es un diagrama de cuerpo libre que muestra el efecto de la fuerza lateral de carretera Fa en condiciones de viraje sobre el momento de flexión que actúa sobre el ensamble de cubo. Como se puede apreciar en la Figura 5, el momento Li de una disposición simétrica es mayor que el momento L2 de la disposición asimétrica y, debido a esta diferencia, el momento alrededor de A que es producto de Fa x L es mayor que el momento alrededor de B que es Fa x L2. Por consiguiente, y debido al diferencia de momentos, el momento efectivo de la disposición simétrica es mayor, y por ello el flanco del cubo cederá más y afectará adversamente la "rigidez" del ensamble de cubo. En la Figura 2 se muestra una modalidad modificada del ensamble de cubo asimétrico de conformidad con la presente invención. El ensamble de cubo generalmente designado por el número 10a es el mismo, en términos de componentes, excepto que, en esta instancia, el balero interior Ri es un balero de rodillo cónico, y se utiliza en aplicaciones en que la carga predominante es radial . Esta disposición puede utilizarse cuando sea necesario reemplazar un balero de rodillo cónico sin tener que modificar el diámetro del muñón de dirección. La presente invención proporciona mejor funcionamiento en condiciones de carga predominantemente radial, como en aplicaciones de camiones pesados, que típicamente utilizan rodillos cónicos. Los baleros incorporan la misma relación inclinada entre las hileras interior y exterior Ri, Ro anteriormente descrita, y la intersección del ángulo de contacto a está preferiblemente fuera del extremo axial del cubo. El diseño asimétrico preferido que utiliza balines en la hilera exterior Ro proporciona mejoras en la rigidez y resistencia estructural del cubo sin sacrificar capacidad de carga. Como se hizo notar anteriormente, en el diseño simétrico la magnitud de la fuerza vertical que actúa sobre la hilera exterior designada Fv2 es mayor que la fuerza Fvl en el lado interior, lo cual reduce la expectativa de vida de la hilera exterior Ro. Al incrementar el diámetro del círculo de contacto para producir un diseño asimétrico, los efectos benéficos son múltiples, aún sin haber un cambio en el ángulo de contacto a. Como se ilustra en la Figura 3, se reduce la magnitud de la fuerza (Fv3) , se crea más espacio para acomodar más balines, con lo que se mejora la expectativa de vida, y produce una reducción adicional de fuerzas Fv4. En resumen, los beneficios del diseño asimétrico incluyen una alta rigidez del ángulo de comba, con lo que se obtiene menor desgaste de frenos, más precisión de manejo, y capacidad de baleros y expectativa de vida óptimas . Aunque en la presente se ilustraron y describieron modalidades particulares de la presente invención, no se pretende que limiten la presente invención, y se pueden realizar cambios y modificaciones dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES Habiendo descrito la invención que antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un ensamble de baleros de cubo, caracterizado porque comprende un cubo que posee un flanco dirigido radialmente hacia afuera en un extremo axial, para montar una rueda de un vehículo, un anillo exterior que posee superficies de rodamiento separadas axialmente, y una pluralidad de elementos de rodamiento dispuestos en dos hileras en el espacio anular entre el anillo exterior y el cubo, donde el diámetro del círculo de contacto de la hilera exterior de los elementos de rodamiento adyacentes al flanco es mayor que el diámetro del círculo de contacto de los elementos de rodamiento en la hilera interior.
  2. 2. Un ensamble de baleros de cubo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado por que los elementos de rodamiento de ambas hileras son balines .
  3. 3. Un ensamble de baleros de cubo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado por que los elementos de rodamiento de la hilera exterior son balines, y los elementos de rodamiento de la hilera interior son rodillos cónicos .
  4. 4. Un ensamble de baleros de cubo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado por que el diámetro del círculo de contacto de la hilera exterior es cuando menos cinco mm mayor que el diámetro del círculo de contacto de la hilera interior de elementos de rodamiento.
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