BRPI0601413B1

BRPI0601413B1 - Montagem diferencial esférica de folga "zero", usando arruelas de mola

Info

Publication number: BRPI0601413B1
Application number: BRPI0601413-5A
Authority: BR
Inventors: Jeremey L. Cradit
Original assignee: American Axle & Manufacturing, Inc.
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2020-12-15
Also published as: US20070289408A1; BRPI0601413B8; US7390279B2; US7278948B2; BRPI0601413A; BRPI0601413A8; EP1717484A2; EP1717484A3; EP1717484B1; US20060240934A1; KR20060112610A

Abstract

MONTAGEM DIFERENCIAL ESFÉRICA DE FOLGA 'ZERO', USANDO ARRUELAS DE MOLA. Uma montagem diferencial inclui um alojamento diferencial, incluindo uma câmara de formato substancialmente esférico. Um par de engrenagens laterais de formato esférico é posicionado, de forma rotacionável, na câmara em comunicação de acionamento com um par de engrenagens de pinhão de formato esférico. Um par de molas é posicionado em encaixe com faces terminais das engrenagens laterais para minimizar folga de engrenagem entre as engrenagens laterais e a engrenagem de pinhão.

Description

Antecedentes e Sumário da Invenção

[001] A presente invenção refere-se, de forma geral, a diferenciais automotivos e, mais particularmente, a uma montagem diferencial que inclui arruelas de molas para posicionar engrenagens diferenciais em uma condição de folga zero.

[002] As presentes montagens diferenciais São usadas em um trem de acionamento de veículos automotores para entregar torque de acionamento às rodas, enquanto permite diferenciação de velocidade entre os mesmos. De forma a proporcionar conjuntos de engrenagens diferenciais facilmente montadas e funcionando adequadamente, uma folga ou vão livre é projetado para existir entre as engrenagens de pinhão e as engrenagens laterais dentro da montagem diferencial. Uma folga excessiva é conhecida para causar um som de batida que é, em alguns momentos, audíveis para o motorista quando o veículo muda a direção de viagem. Enquanto tais ruídos que emanam. do trem de acionamento podem ter sido tolerado anteriormente pelos fabricantes de equipamentos originais, o presente nível de aceitação para tal ruído indesejável é baixo.

[003] Adicionalmente, algumas montagens diferenciais produzidas atualmente incluem um alojamento tendo uma cavidade esférica em recebimento de engrenagens de pinhão parcialmente em forma de esfera e engrenagem laterais. O uso de componentes de formato esférico permitiu, durabilidade estrutural aumentada dos componentes da linha de acionamento e pode ser desejável. Além disso, formas esféricas são mais fáceis para fabricar e permitem tolerâncias mais rigorosas que proporcionam folga reduzida entre as engrenagens. O uso de engrenagens laterais de formato esférico reduziu substancialmente a área de "face posterior", na qual uma mola ou outro dispositivo propulsor pode ser posicionado para propulsionar as engrenagens laterais em direção às engrenagens de pinhão para reduzir a folga das engrenagens. Como tal, o uso de uma arruela de Belleville relativamente grande adjacente a uma engrenagem lateral que tem uma área de superfície posterior planar relativamente grande não é mais uma solução de projeto praticável. Consequentemente, pode ser desejável produzir uma montagem diferencial que tem componentes em formato esférico que usam arruelas de molas para fornecer uma montagem de folga zero.

[004] O documento JP58165359 divulga uma montagem diferencial para fornecer torque de acionamento do eixo de entrada para um par de eixos de saída.

[005] O documento US5951431 divulga uma unidade diferencial com uma montagem otimizada com geometria de janela.

[006] A montagem diferencial da presente invenção inclui um alojamento diferencial adaptado para ser acionado, de forma rotacionável, por um eixo de entrada. O alojamento inclui uma câmara e tem uma superfície interna em formato substancialmente esférico com aberturas de eixo em extremidades opostas da câmara. Um par de engrenagens laterais é posicionado, de forma rotacionável, na câmara. As engrenagens laterais são adaptadas para serem sobrepostas, de forma não rotacionável, aos eixos de saída, que se estendem através das aberturas de eixo. Cada engrenagem lateral inclui uma superfície de formato esférico com um munhão que tem uma face terminal. Um par de pinhões diferenciais é montado, de forma rotacionável, dentro da câmara. Os pinhões têm um eixo geométrico longitudinal perpendicular ao eixo geométrico das engrenagens laterais com cada um dos pinhões que está enredado com cada uma das engrenagens laterais. Cada dos pinhões inclui uma superfície de formato esférico. Um par de arruelas de impulso de pinhão, cada uma tendo superfícies externa e interna em formato esférico, é posicionado entre a superfície interna do alojamento e uma das superfícies em formato esférico do pinhão. De forma similar, um par de arruelas de impulso de engrenagem lateral, cada uma tem superfícies externa e interna em formato esférico. Cada uma das arruelas de impulso de engrenagem lateral é posicionada entre a superfíc.ie interna do alojamento e uma das superfícies em formato esférico das engrenagens laterais. Um par de molas é posicionado dentro da câmara. Cada mola é engrenada com uma das faces terminais das engrenagens laterais para minimizar a folga de engrenagem entre as engrenagens laterais e as engrenagens de pinhão.

[007] Áreas adicionais de aplicabilidade da presente invenção tornar-se-ão aparentes a partir da descrição detalhada proporcionada aqui a seguir. deve ser entendido que a descrição detalhada e exemplos específicos, enquanto indicam a concretização preferida da invenção são pretendidas apenas para propósitos de ilustração e não são pretendidos para limitar o escopo cia invenção.

Breve Descrição dos Desenhos

[008] A presente invenção tornar-se-á mais completamente entendida a partir da descrição detalhada e desenhos anexos, em que:

[009] A figura 1 é uma vista transversal seccional de uma montagem diferencial equipada com arruelas de molas incorporadas em uma montagem de eixo de veículo automotor exemplificativo.

[010] A figura 2 é uma vista em perspectiva de uma primeira concretização de arruela de mola.

[011] A figura 3 é uma vista em perspectiva de uma segunda concretização de arruela de mola.

Descrição Detalhada da Concretização Preferida

[012] A descrição a seguir da concretização preferida é meramente exemplificativa em natureza e não é, de nenhuma forma, pretendida para limitar a invenção, a aplicação da mesma ou usos.

[013] Fazendo referência à figura 1, a montagem diferencial 10 é mostrada para incluir um invólucro diferencial 12 suportado em suas extremidades axiais opostas por montagens de mancais 14 para rotação em relação a um portador diferencial ou alojamento 16. O alojamento 16 pode ser parte de uma montagem de eixo do tipo usada em veículos de tração traseira ou, na alternativa, pode ser incorporado no transeixo de um veículo de tração dianteira. O invólucro diferencial 12 é formado paira incluir uma câmara interior aumentada 18 dentro da qual um conjunto de engrenagens é retido. O invólucro diferencial 12 também inclui um par de primeiras aberturas 20 e um par de segundas aberturas 22, com ambos pares de aberturas que se comunicam com a câmara 18. Além disso, o invólucro diferencial 12 inclui um flange radial 24 ao qual uma engrenagem anelar 26 é presa, tal como por meio de parafusos 28. Um eixo de pinhão 30 estende-se entre as primeiras aberturas 20 e é fixado, de forma rígida, ao invólucro diferencial 12 por meio de um anel de pressão (não mostrado).

[014] o conjunto de engrenagens incluí um par de engrenagens de pinhão 34 que é suportado no eixo de pinhão 30 dentro da câmara 18 para rotação em torno de seu eixo geométrico longitudinal, denotado na figura 1 pela linha de construção "A". Cada engrenagem de pinhão 34 é enredada com um par de engrenagens laterais 36 que, por sua vez, é, cada uma, suportada, por meio de munhão, para rotação em torno do eixo geométrico longitudinal do invólucro diferencial 12, denotado pela linha de construção "B". As extremidades axiais do invólucro diferencial 12 definem um par de eixos tubulares 38 e 40, que suporta, por meio de munhão, um par de eixos 42 e 44, respectivamente, e nos quais as montagens de mancal 14 são sobrepostas. Uma extremidade de eixo 42 é fixada (isto é, ranhurada) a uma das engrenagens laterais 36, enquanto sua extremidade oposta é fixada a uma das rodas do veículo. De forma similar, uma extremidade do eixo 44 é fixada (isto é, ranhurada) ao outro eixo das engrenagens laterais 36, enquanto sua extremidade oposta é fixada ao outra das rodas do veículo. Como é convencional, a engrenagem anelar 26 e o invólucro diferencial 12, ao qual esta é fixada, são rotacionados dentro do alojamento 16 por um pinhão de acionamento de entrada (não mostrado), que é preso à extremidade de um eixo de acionamento (não mostrado). Como tal, o movimento rotacional do invólucro 12 é entregue ao eixo 42 e 44 através do engajamento das engrenagens de pinhão 34 e engrenagens laterais 36 para permitir rotação rotativa entre os mesmos.

[015] A câmara 18 tem formato substancialmente esférico e comunica-se com um par de aberturas 22 alinhado ao longo do eixo "B". Cada abertura 22 tem formato de um furo axial que tem um primeiro segmento 50 adaptado para receber um dos eixos 42, 44 no mesmo e um segundo segmento 52 adaptado para receber um segmento de eixo axial de uma das engrenagens lateral 36 no mesmo. O segundo segmento 52 tem um diâmetro maior que o primeiro segmento 50 e funções para assentar adequadamente a engrenagem lateral 36 em relação à câmara 18 e abertura 22.

[016] As engrenagens laterais 36 são mostradas para incluir um segmento de engrenagem frontal 60, uma face de impulso traseiro 62 e um eixo axial 64. Ranhuras internas 64 formadas no eixo 64 são proporcionadas para engajamento enredado com as ranhuras externas correspondentes 68 nos eixos. A face de impulso traseira 62 é substancialmente esférica em contorno e é configurada para conformar-se ao contorno local da câmara 18. As arruelas de impulso de engrenagem lateral 70 são posicionadas entre a câmara 18 e cada engrenagem lateral 36 para absorver carregamento de impulso e fornecer um superfície de deslizamento enrijecida contra a qual cada engrenagem lateral 36 pode girar.

[017] O diferencial 10 é mostrado para incluir engrenagens de pinhão 34, cada uma tendo um segmento de engrenagem frontal 80, uma face de impulso traseira 82 e um furo 84 adaptado para receber o eixo de pinhão 30 no mesmo. A face de impulso traseira 82 é parcialmente esférica em contorno e é configurada para conformar-se ao contorno esférico da câmara 18. Placas de impulso parcialmente esférica 86 são também usadas em associação com engrenagens de pinhão 34 para fornecer um superfície de deslizamento enrijecida relativa ao invólucro 12. As placas de impulso 86 incluem uma borda que se estende para dentro 88 posicionada dentro do furo 84 para manter a posição apropriada de cada placa de impulso 86 em relação a cada engrenagem de pinhão 34.

[018] Uma pessoa versada na técnica apreciará que uma folga ou afastamento pré-determinado existe entre a engrenagem lateral 36 e o invólucro diferencial 12 tal que cada engrenagem lateral 36 pode mover-se axialmente entre uma posição de folga zero, onde o deslocamento da engrenagem lateral é limitado pelas engrenagens de pinhão e uma posição de folga máxima, onde o deslocamento de engrenagens laterais é limitado pelas arruelas de impulso de engrenagem lateral 70 e o invólucro 12. Conseqüentemente, cada engrenagem lateral 36 pode trasladar axialmente uma distância pré- determinada entre uma posição de folga zero e uma posição de folga máxima, dependendo da carga aplicada às engrenagens durante a operação. Na posição de folga zero, existe um vão livre mínimo entre o dente de cada engrenagem lateral 36 e o dente de cada engrenagem de pinhão 34. Portanto, quando a engrenagem anelar comuta de ser acionada em um lado de acionamento do dente para contatar o pinhão com o lado deslizante do dente da engrenagem anelar, apenas uma pequena distância existe entre a face deslizante anterior da engrenagem que é, agora, para estar em contato com o pinhão. Conseqüentemente, a engrenagem de acionamento não é permitida aumentar a velocidade e o impacto na face da engrenagem de acionamento, como ocorreria se uma grande folga estivesse presente. Por meio da redução da distância entre as faces dos dentes da engrenagem, a geração de som de "batida"é reduzida ou eliminada. Na posição de folga máxima, o vão livre entre os dentes da engrenagem está em seu máximo e a geração de ruído é provável.

[019] Para manter a posição de engrenagens laterais 36 na posição de folga zero, como freqüentemente possível, um par de arruelas de molas 90 é posicionado dentro dos segundos segmentos 52 das aberturas 22. Cada arruela de mola 90 engrena, de forma polarizada, uma face terminal 92 formada no eixo axial 64 de cada engrenagem lateral 36.

[020] A figura 2 mostra uma primeira concretização da arruela de mola 90 sendo dimensionada como uma mola de vão, tendo uma primeira extremidade 91 espaçada para longe de uma segunda extremidade 93. o projeto do vão permite expansão radial dentro de uma cavidade sem encadeamento. A arruela inclui uma espessura substancialmente constante com convoluções 94 tal que nenhuma das primeira e segunda superfícies de oposição 96 e 98 da arruela de mola ficam sobre um único plano. A arruela de mola 90 é construída a partir de um material substancialmente resiliente tal que a arruela tem uma tendência a retornar a sua forma original, incluindo as convoluções anteriormente descritas. Conseqüentemente, se uma carga é aplicada para tentar nivelar as convoluções 94, o material da arruela de mola 90 resiste a essa carga. Mais particularmente, as convoluções e a arruela de mola 90 são dimensionadas para definir uma altura global máxima maior que a distância máxima entre a face terminal 92 de cada engrenagem 36 e o solo 100 formado dentro do segando segmento 52. Após instalação de cada uma das engrenagens diferenciais e arruelas de mola 90, cada arruela de mola 90 proporciona uma força de impulsão em cada engrenagem lateral 36 que tende a impulsionar cada engrenagem lateral 36 em engajamento adicional com cada engrenagem de pinhão 34.

[021] A figura 3 representa uma concretização alternada da arruela de mola 90'. A arruela de mola 90' funciona substancialmente de maneira similar à arruela de mola 90. Como tal, elementos semelhantes serão identificados com numerais de referência similares, incluindo designação "prima". A arruela de mola 90'é uma mola do tipo de superposição tal que as extremidades 91' e 93'superpõem-se uma a outra. Smalley Steel Ring Company constrói molas onduladas de ambos os tipos de vão e superposição. Uma pessoa versada na técnica apreciará que outras formas de mola, tal como encaixe, encaixe de topo, molas helicoidais são também contempladas como estando dentro do escopo da invenção.

[022] Em operação, a montagem diferencial 10 funciona para proporcionar uma característica de redução de ruído a custo muito baixo. Especificamente, quando o veículo está viajando ao longo de uma linha substancialmente reta, pouca a nenhuma diferenciação de velocidade entre os eixos 42 e 44 é requerida. Nessa hora, as arruelas de mola 90 exibem força suficiente para posicionar cada engrenagem lateral 36 em uma posição de folga zero. Se o operador do veículo faz com que as faces de acionamento e deslizamento da engrenagem anelar conectar alternadamente o pinhão por meio da mudança de direção do veículo ou por aceleração e desaceleração usando o afogador, as engrenagens laterais estarão em engajamento próximo com as engrenagens de pinhão e um barulho de batida não será emanado. Quando o veículo está viajando ao longo de um arco, a diferenciação de velocidade é requerida. Durante a diferenciação da velocidade, uma carga de separação é aplicada a cada engrenagem lateral 36, impulsionando cada engrenagem lateral em direção à posição de folga máxima. As arruelas de impulso de engrenagem lateral 70 e o invólucro diferencial 12 limitam a translação axial de cada engrenagem lateral 36 porque a carga de engrenagem lateral comunicada durante a diferenciação de velocidade é muito maior que a carga de propulsão fornecida pelas arruelas de mola 90. Dessa maneira, as arruelas de impulso de engrenagem lateral 70 reagem a uma maioria de carga lateral. A fim de aumentar a longevidade e minimizar o desgaste em cada arruela de mola 90, a distância entre a face terminal 92 e o solo 100 é mantida a uma distância mínima pré-determinada, quando as engrenagem laterais 36 são localizadas na posição de folga máxima. A distância mínima é calculada para assegurar que as arruelas de mola 90 não são achatadas para uma posição substancialmente plana, mas que uma altura de convolução mínima existe. Essa filosofia de projeto aumenta a vida da mola pela manutenção da tensão da mola dentro de um intervalo de operação desejado por toda a vida da montagem diferencial.

[023] Ademais, a discussão precedente mostra e descreve meramente concretizações exemplificativas da presente invenção. Uma pessoa versada na técnica reconhecerá prontamente a partir de tal discussão e a partir dos desenhos anexos e reivindicações que várias mudanças, alterações e variações podem ser feitas na mesma, sem fugir do espírito e escopo da invenção, conforme definido nas reivindicações a seguir.

Claims

1. Montagem diferencial (10) para fornecer torque de acionamento a partir de um eixo de entrada para um par de eixos de saída (42, 44), a montagem diferencial (10) compreendendo: um alojamento diferencial (12) adaptado para ser acionado de forma rotacionável pelo eixo de entrada, o referido alojamento (12) definindo uma câmara (18) que tendo uma superfície interna substancialmente em formato esférico e aberturas de eixo (22) em extremidades opostas da mesma, cada abertura de eixo tendo um solo (100); um par de engrenagens laterais (36) posicionadas de forma rotacionável na referida câmara (18), as referidas engrenagens laterais (36) sendo adaptadas para serem montadas de forma não rotacionável, aos eixos de saída (42, 44), que se estendem através das referidas aberturas de eixo (22), cada engrenagem lateral (36) incluindo uma superfície (62) em formato esférico e um munhão (64) que tem uma face terminal (92); um par de pinhões diferenciais (34) montados de forma rotacionável dentro da referida câmara (18), o referido pinhão (34) tendo um eixo longitudinal (A) perpendicular ao eixo (B) das referidas engrenagens laterais (36) com cada um dos referidos pinhões (34) sendo enredados com cada uma das referidas engrenagens laterais (36), cada um dos referidos pinhões (34) incluindo uma superfície (82) em formato esférico; um par de arruelas de impulso de pinhão (86), cada uma, tendo superfícies interna e externa em formato esférico, posicionadas entre a referida superfície interna do alojamento (12) e uma das referidas superfícies (82) em formato esférico dos referidos pinhões (34); um par de arruelas de impulso de engrenagem lateral (70), cada uma tendo superfícies interna e externa em formato esférico, posicionadas entre a referida superfície interna do alojamento (12) e uma das referidas superfícies em formato esférico (62) das referidas engrenagens laterais; e a montagem diferencial (10) sendo caracterizada pelo fato de que: compreende ainda um par de molas (90, 90’) posicionado dentro da referida câmara (18), cada mola (90, 90’) sendo engrenada com uma das referidas faces terminais (92) das referidas engrenagens laterais (36) para minimizar a folga de engrenagem entre as referidas engrenagens laterais (36) e os referidos pinhões(34), e em que a distância entre a face terminal (92) de cada engrenagem lateral (36) e o solo (100) associada à abertura de eixo (22) é mantida a uma distância mínima predeterminada, quando as engrenagens laterais (36) são localizadas na posição de folga máxima, a referida distância mínima predeterminada sendo calculada para assegurar que as mola (90, 90’) não são completamente achatadas quando as engrenagens laterais (36) são transladadas para contato com as arruelas de impulso de engrenagem lateral (70).

2. Montagem diferencial (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de as arruelas de impulso de engrenagem lateral (70) serem operáveis para reagir a cargas geradas durante diferenciação de velocidade de limitar a carga transferida para as referidas molas (90, 90’).

3. Montagem diferencial (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de ainda incluir um eixo de pinhão (30) acoplado ao referido alojamento diferencial (12) e que se estende pela referida câmara (18), os referidos pinhões (34) sendo suportados de forma rotacionável pelo referido eixo de pinhão (30).

4. Montagem diferencial (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de as referidas molas (90, 90’) serem dimensionadas como arruelas tendo convoluções de serpentina.

5. Montagem diferencial (10), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de as referidas molas (90, 90’) incluírem aberturas adaptadas para permitir que os eixos de saída (42, 44) passem através das mesmas.

6. Montagem diferencial (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato das referidas molas (90) terem uma primeira e segunda extremidade (91, 93) que são espaçadas entre si.

7. Montagem diferencial (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que as referidas molas (90’) têm uma primeira e uma segunda extremidade (91’, 93’) que sobrepõem uma a outra.