MXPA97008092A - Eje impulsor de aluminio - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un eje impulsor de aluminio que incluye un tubo de par de torsión a base de aleación de aluminio y yugo de aleación de aluminio, que se presionan a cada sección de extremo del tubo de par de torsión y unen por soldadura al extremo del tubo de par de torsión. Cada sección de extremo se reduce en diámetro y une a una sección central más grande por una sección de transición. Las secciones de extremo y las secciones de transición se forman al reducir por movimiento rotatorio de los extremos de una preforma de tubo de aleación de aluminio radialmente hacia adentro en dos etapas. Las secciones de transición incluyen una costilla anular en la forma de una banda circular concéntrica localizada a la mitad entre las porciones cónicas interior y exterior. Las costillas anulares refuerzan las secciones de transición para reducir el sonido de enlatado de aceite y ruido.

Description

EJE IMPTOSQR pg ALUMT.NT.O ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona en general a ejes impulsores para vehículos automotrices y más particularmente a ejes impulsores que comprenden un tubo de par de torsión de aluminio y un miembro conector en cada extremo del tubo de par de torsión de aluminio, para conectar el eje impulsor en una línea de impulso automotriz. El uso de aluminio y componentes de aleaciones de aluminio en vez de componentes de acero en automóviles se está volviendo cada vez más popular, debido a que puede lograrse una reducción substancial de peso sin sacrificio alguno en resistencia o durabilidad. Aún más los componentes de aluminio son más resistentes a la corrosión que sus contrapartes de acero. La patente de los E.U.A. No. 4,527,978 otorgada a Barry L. Zac risson en julio 9 de 1985, describe un eje impulsor que tiene un tubo de par de torsión de aleación de aluminio termotratado y un miembro de conexión o yugo de aleación de aluminio termotratado, que telescopan parcialmente dentro de cada extremo del tubo y unidos a él por soldadura. El tubo de par de torsión tiene un diámetro exterior constante y un espesor de pared que es constante a través de la mayoría de su longitud. Sin embargo, el espesor de pared se incrementa adyacente a cada extremo para compensar la dureza reducida resultante por la operación de soldadura.

La solicitud de patente de los E.U.A. pendiente No. de Serie 08/692,414 presentada en agosto 5 de 1996 y otorgada a la cesionaria de esta invención también describe un eje impulsor que tiene un tubo de par de torsión de aluminio y yugos en cada extremo y un método para soldar los componentes del eje impulsor de aluminio entre sí. El tamaño del tubo de par de torsión de aluminio empleado en los ejes impulsores de aluminio para líneas de impulso automotriz, se determina en parte por la longitud requerida y capacidad de par de torsión del eje impulsor. Un tubo de par de torsión de aluminio que tiene una longitud en la gama de 1.5 a 1.83 metros (5 a 6 pies), un diámetro exterior de 12.7 cm (5.0") y un espesor de pared de .21 cm (.083") es típico. El diámetro exterior de 12.7 cm (5.0") es más grande que una flecha impulsora de acero comparable. Sin embargo, las secciones de extremo del tubo de diámetro exterior de 12.7 cm (5.0") pueden reducirse en diámetro y pueden emplearse en cada extremo yugos u otros miembros de conexión más pequeños. Esto reduce los requerimientos de espacio en los extremos de flecha de impulso que usualmente se localizan en ambientes atestados. Las secciones de extremo más pequeñas y los yugos también reducen peso significativamente en forma particular cuando se toma en cuenta todo el montaje de eje impulsor. Las secciones de extremo usualmente se reducen por movimiento rotatorio de una preforma de tubo de diámetro más grande.

Mientras que dichos ejes impulsores de aluminio se han encontrado generalmente satisfactorios, la experiencia ha mostrado que se encuentran problemas de ruido ocasionalmente cuando se emplean tubos de pared delgada. Un problema de estos es un sonido de tintineo periódico iniciado por inversión de par de torsión cuando el tubo de par de torsión tienen secciones de transición cónicas. Hemos determinado que este sonido se debe a un fenómeno de inestabilidad en las secciones de transición cónicas que caracterizamos como sonido de envasado en lata de aceite y que hemos encontrado se relaciona con el espesor de pared del tubo de aluminio. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN El objetivo de esta invención consiste en proporcionar un eje impulsor de aluminio que comprende un tubo de par de torsión de aluminio con pared delgada que tiene secciones de extremo de diámetro reducido conectadas con una sección central de diámetro más grande por secciones de transición que son estables bajo todas las condiciones operativas normales. Una característica de la invención es que el eje impulsor de aluminio incluye un tubo de par de torsión de aluminio de pared delgada que tiene secciones de extremo de diámetro reducido conectadas con una sección central de diámetro más grande por secciones de transición que tienen una costilla anular para reforzar las secciones de transición a fin de reducir el envasado en lata de aceite y el ruido.

Otra característica de la invención es que el eje impulsor de aluminio incluye un tubo de par de torsión de aluminio de pared delgada, que tiene secciones de extremo de diámetro reducido conectadas con una sección central de diámetro más grande por secciones de transición que se forman con una banda cilindrica concéntrica, localizada entre porciones cónicas interior y exterior para reforzar las secciones de transición, a fin de reducir el sonido de enlatado de aceite y el ruido. Aún otra característica de la invención es que el eje impulsor de aluminio incluye un tubo de par de torsión de aluminio de pared delgada que tiene secciones de extremo de diámetro reducido, que son de longitud suficiente para utilizar en equilibrar el eje impulsor de aluminio. Aún otra característica de la invención es que el eje impulsor de aluminio incluye un tubo de par de torsión de aluminio que tiene secciones de extremo reducidas y secciones de transición que se forman al reducir por movimiento rotatorio de los extremos de una preforma de tubo de aluminio radialmente hacia adentro. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los anteriores y otros objetivos características y ventajas de la invención serán más aparentes a partir de la siguiente descripción que se toma en conjunto con los dibujos acompañantes en donde referencia semejantes se refieren a partes semejantes y en donde: La Figura 1 es una vista longitudinal parcialmente seccionada de un montaje de eje impulsor conocido que tiene componentes de aluminio incluyendo un tubo de par de torsión de aluminio; La Figura 2 es una vista seccional fragmentaria agrandada del eje impulsor de la Figura 1, que muestra una porción de extremo reducido y porción de transición en detalle; La Figura 3 es una vista longitudinal parcialmente seccionada de un montaje de eje impulsor que tiene componentes de aluminio incluyendo un tubo de par de torsión de aluminio de acuerdo con la invención; y La Figura 4 es una vista seccional fragmentaria agrandada del montaje de eje impulsor de la Figura 3 que muestra una porción de extremo reducida y porción de transición en detalle. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Ahora con referencia al dibujo, la Figura 1 ilustra un eje impulsor conocido 10 que comprende un tubo de par de torsión o eje impulsor tubular 12, que tiene yugos 14 en cada extremo para instalar el eje impulsor 10 en un vehículo motor. El tubo de par de torsión se elabora a partir de un tubo de aleación de aluminio 60, 61 tratada térmicamente a una condición T-6 que tiene un diámetro exterior de 12.7 cm (5.0") y un espesor de pared de .21 cm (.083") para proporcionar la capacidad de par de torsión requerido y otras características operativas deseadas para un eje impulsor con longitud entre 1.5 y 1.83 metros (5 y 6 pies). El tubo de par de torsión 12 tiene una sección cilindrica 16 en cada extremo que se reduce a un diámetro aproximado de 10.16 cm (4") por un proceso de reducir por movimiento rotatorio. Este proceso incrementa el espesor de pared en las secciones de extremo a aproximadamente .236 cm (.093"). Los yugos 14 que también se elaboran de una aleación de aluminio y de preferencia la misma aleación de aluminio se ajustan a presión en las secciones de extremo con diámetro reducido 16 y luego se unen por soldadura al extremo del tubo por una tira de soldadura circunferencial 17, como se ilustra en el extremo a mano derecha en la Figura 1. Los yugos 14 se emplean para conectar el montaje de eje impulsor 10 en una línea de impulso automotriz por juntas Cardán bien conocidas. Las secciones de extremo y diámetro más pequeño 16 ajustan yugos más pequeños 14 y reducen los requerimientos de espacio y los extremos de flecha de impulso que generalmente se localizan en un ambiente atestado. Ahorros significantes en peso también se logran particularmente cuando las juntas Cardán más pequeñas o universales alternas se toman en cuenta. La sección cilindrica del diámetro reducido en cada extremo del tubo de par de torsión 12 se une a la sección central más grande 18 por las secciones de transición 19 que son substancialmente cónicas. Estas flechas de impulso conocidas 10 tienen los tubos de par de torsión 12 que se desempeñan en forma bastante satisfactoria en la mayoría de los casos. Sin embargo, algunas flechas de ejes impulsores conocidos producen ocasionalmente ruido, en la naturaleza de un sonido de tintineo periódico que parece iniciarse por inversión del par de torsión. Hemos encontrado que este sonido de tañido periódico se debe a un fenómeno de inestabilidad en las secciones de transición cónicas 19, que caracterizamos como enlatado de aceite. En esencia, las secciones de transición cónicas 19 se doblan hacia adelante y hacia atrás entre una forma cóncava interior y una forma convexa exterior, como se ilustra gráficamente por las líneas punteadas 20 y 21 en la Figura 2. Este fenómeno de envasado de aceite se relaciona al espesor de pared y trama de cizalla de las secciones de transición 19, que en el ejemplo bajo consideración nominalmente son de .224 cm (.088"). La probabilidad de que ocurra inestabilidad se incrementa conforme el espesor de la sección de pared 19 disminuye. Hemos encontrado que la amplitud del fenómeno de enlatado de aceite que produce ruido audible, está en la gama aproximada de .0762 a .1143 cm (.030 a .045") de deflexión de transición. Ahora con referencia a la Figura 3, se describe un eje impulsor 110 de acuerdo con la invención. El eje impulsor 110 comprende un eje de impulsor tubular o tubo de par de torsión 112 que tiene yugos 114 en cada extremo para instalar el eje impulsor 110 en un vehículo motor. El tubo de par de torsión 112 se elabora a partir de un tubo de aleación de aluminio 60, 61 tratado térmicamente a una condición T-6 que tiene un diámetro exterior aproximado de 12.7 cm (5.0") y un espesor de pared de .224 cm (0.83"), a fin de proporcionar la capacidad de par de torsión requerida y otras características operativas deseadas. El tubo de par de torsión 112 tiene una sección cilindrica 116 en cada extremo que se reduce a un diámetro exterior aproximado de 10.16 cm (4.0") para permitir que yugos de aleación de aluminio más pequeños 114 se opriman en cada extremo y unan por soldadura. Estas secciones de extremo cilindricas 116 de preferencia se mantienen a una longitud substancial, de manera tal que pueden conectarse pesos a las secciones de extremos cilindricas 116 para equilibrar dinámicamente el eje impulsor 110. La sección de extremo cilindrica 116 típicamente tendrá una longitud aproximada de 10.16 cm (4.0") para este propósito. Las secciones de transición 119 se unen a la sección cilindrica 116 de diámetro reducido en cada extremo a la sección central más grande 118. Estas secciones de transición 119 se configuran para reducir el sonido de envasado de aceite significativamente si y cuando se encuentra dicha inestabilidad. Más específicamente, las secciones de transición 119 incluyen una costilla de refuerzo anular que se localiza entre porciones exteriores interior y exterior 122 y 124, como mejor se ilustra en la Figura 4. La costilla de refuerzo anular 120 está en la forma de una banda circular concéntrica que tiene un diámetro exterior nominal aproximado de 11.43 cm (4.5") y que se localiza aproximadamente a la mitad entre la sección de extremo 116 y la sección central 118 en la dirección radial y en la dirección longitudinal. La banda circular que proporciona la costilla de refuerzo anular 120 tiene una longitud aproximada de 1.27 cm (.5") en la dirección axial o longitudinal. Las secciones de extremo 116 y las secciones de transición 119 pueden formarse por una operación de reducir por movimiento rotatorio en dos etapas. La sección cónica exterior 124 y una sección cilindrica con diámetro exterior aproximado de 11.43 cm (4.5") que se extienden al extremo del tubo, se forman en la primera etapa. La sección cónica interior 122 y la sección de extremo totalmente reducida 116 luego se forman en la segunda etapa dejando una banda circular concéntrica a la mitad entre las secciones cónicas interior y exterior 122 y 124. Al configurar la sección de transición 119 de esta manera, hemos reducido la amplitud del sonido de enlatado de aceite significativamente desde una gama de aproximadamente .0762 a .1143 cm (.030 a .045") a una gama de aproximadamente .0127 a .0381 cm ( .005-.015" ) . Esto reduce cualquier ruido a un nivel que no sea audible sin necesidad alguna por incrementar el espesor de pared de la preforma de tubo. Mientras que esta forma de transición particular se desempeña satisfactoriamente para el eje impulsor particular anteriormente descrito, otras formas y/o métodos de transición de formar transiciones también son posibles y en algunos otros casos pueden ser más deseables. También mientras que hemos ilustrado un tubo de par de torsión que se reduce en ambos extremos, algunas aplicaciones de eje impulsor pueden requerir una reducción solo de una sección de extremo. Además, la invención contempla el uso de otras aleaciones de aluminio y materiales de matriz de aluminio que comprende un óxido de aluminio y un material de aleación de aluminio. En otras palabras, la invención se ha descrito en una forma ilustrativa y habrá de entenderse que la terminología que se ha empleado se pretende en la naturaleza de palabras de descripción en vez de limitación. Evidentemente, pueden realizarse muchas modificaciones y variaciones de la presente invención a la luz de las enseñanzas anteriores. Por lo tanto, habrá de entenderse que dentro del alcance de las reivindicaciones anexas, la invención pueda practicarse diferente a como se ha descrito específicamente. Las modalidades de la invención en donde se reclama una propiedad o privilegio exclusivo, se definen como sigue:

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES 1.- Eje impulsor que tiene un tubo de par de torsión de aluminio y un yugo de impulso en cada extremo del tubo de par de torsión, el tubo de par de torsión de aluminio se caracteriza porque comprende: una sección central cilindrica de un diámetro determinado, una sección de extremo cilindrico de diámetro reducido en un extremo del tubo de par de torsión y una sección de transición que conecta a la sección de extremo cilindrico a la sección central cilindrica, la sección de transición tiene una costilla de refuerzo anular.
2. 2.- El eje impulsor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la sección de transición tiene una costilla de refuerzo anular que está a la mitad de entre la sección de extremo y la sección central en la dirección radial.
3. 3.- El eje impulsor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la sección de transición tiene una costilla de refuerzo anular que está a la mitad de entre la sección de extremo y la sección central en la dirección longitudinal.
4. 4.- El eje impulsor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la sección de transición tiene porciones cónicas interior y exterior y una costilla de refuerzo anular en la forma de una banda cilindrica concéntrica que está entre las porciones cónicas interior y exterior.
5. 5.- El eje impulsor de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la banda cilindrica concéntrica tiene una longitud aproximada de 1.27 cm (.5") en la dirección longitudinal.
6. 6.- El eje impulsor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el tubo de par de torsión se elabora a partir de una aleación de aluminio o una preforma de tubo de matriz metálica de aluminio que tiene un diámetro exterior que corresponde al diámetro determinado de la sección central y la sección de extremo y la sección de transición se forman al reducir por movimiento rotatorio de un extremo de la preforma de tubo.
7. 7.- El eje impulsor de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la preforma de tubo tiene un diámetro exterior aproximado de 12.7 cm (5.0") y un espesor de pared aproximado de 2.1 cm (.83").
8. 8.- El eje impulsor de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque un yugo de impulsor de aluminio se presiona dentro de la sección de extremo cilindrica y se une por soldadura a un extremo del tubo de par de torsión.
9. 9.- El eje impulsor de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el tubo de par de torsión tiene una sección de extremo cilindrica de diámetro reducido en cada extremo y una sección de transición que conecta a cada sección de extremo con la sección central.
10. 10.- El eje impulsor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el tubo de par de torsión se elabora a partir de una preforma de tubo con pared delgada y la costilla de refuerzo anular reduce el sonido de enlatado de aceite y ruido sin incrementar el espesor de pared de la preforma de tubo.