BRPI0610003A2

BRPI0610003A2 - roda dentada

Info

Publication number: BRPI0610003A2
Application number: BRPI0610003-1A
Authority: BR
Inventors: Yahya Hodjat
Original assignee: Gates Corp
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2010-05-18
Also published as: CA2607587A1; TWI305812B; JP2008545925A; CN101198809A; KR100958365B1; TW200702572A; WO2006127170A1; US20060264286A1; KR20070120194A; MX2007015953A; CA2607587C; EP1882116A1

Abstract

RODA DENTADA. Roda dentada compreendendo uma roda fundida (10) tendo um aro (12), o aro tendo um perfil dentado (15), um anel (20) tendo uma espessura e perfil dentado (21) que combina substancialmente com, o perfil dentado de aro, o anel tendo um encaixe de pressão no aro, e o anel compreendendo um material metálico tendo uma dureza maior que uma dureza da roda fundida.

Description

"RODA DENTADA"

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção refere-se a uma roda dentada, a saber,uma roda dentada fundida tendo uma camisa metálica resisten-te ao desgaste.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Rodas dentadas são usadas em sistemas de transmis-são de energia j unto com correias dentadas. Uma das aplica-ções mais comuns é em sistemas de acionamento de motocicle-ta . A roda dentada para o acionamento da roda traseira deuma motocicleta está normalmente na faixa de 25,4 a 38,1 cmde diâmetro. Estas rodas dentadas têm que transferir a ener-gia, resistir ao desgaste, resistir à corrosão e ser cosme-ticamente aceitável na medida em que estão em uma parte ex-posta da motocicleta.

Estas rodas dentadas são de aluminio fundido comranhuras cromadas duras (para resistir ao desgaste), ou ro-das dentadas de aço laminado formado e pintado. A camada decromação em rodas dentadas de aluminio tem uma vida relati-vamente curta A camada de cromação usualmente desgasta oulasca. Depois que a cromação é perdida o aluminio subjacentedesgasta muito rapidamente.

A cromação tem que ser aplicada de modo muito pre-ciso a fim de manter as dimensões apropriadas dos dentes eranhuras para as tolerâncias justas exigidas. A falha dequalquer uma das tolerâncias acelerará o desgaste da corriae roda dentada, um inconveniente indesejável. A cromação étambém um processo muito dispendioso.As rodas dentadas de aço laminado não são comumen-te usadas para rodas dentadas de acionamento de motocicletaporque não podem ter os aspectos cosméticos de uma partefundida. Isto é porque as rodas dentadas de metal laminadosão planas na face enquanto as fundições podem ter três de-senhos dimensionais. Elas também enferrujam na medida em quea correia desgasta a tinta na párea do dente expondo o aço laminado ao ambiente.

A Patente U.S. N°. 5.098.346 para Redmond (1992) érepresentativa da técnica, que descreve uma roda dentada coma parte de aro feita de um primeiro material composto de fi-bra descontínua disposta em uma matriz de plástico e onde osdentes da parte de aro são cobertos com uma camada envolven-te de um segundo material composto que inclui um materialfibroso e uma matriz elastomerica e fibras embutidas na ma-triz .

O que é necessário é uma roda dentada fundida ten-do um invólucro metálico resistente ao desgaste. A presenteinvenção satisfaz esta necessidade.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O aspecto primário da invenção é fornecer uma rodadentada fundida tendo um invólucro metálico resistente aodesgaste.

Outros aspectos da invenção serão apontados outornados óbvios pela descrição seguinte da invenção e os de-senhos anexos.

A invenção compreende uma roda dentada compreen-dendo uma roda fundida tendo um aro, o aro tendo um perfildentado, um anel tendo uma espessura e um perfil dentado quecorresponde substancialmente com o perfil dentado do aro, oanel tendo um encaixe de pressão com o aro, e o anel compre-endendo um material metálico tendo uma dureza maior que adureza da roda fundida.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os desenhos anexos, que são incorporados em e for-mam uma parte do relatório, ilustram as modalidades preferi-das da presente invenção, e junto com uma descrição, servempara explicar os princípios da invenção.

A Figura 1 é uma vista lateral direita da rodadentada da invenção.

A Figura 2 é uma vista lateral esquerda da rodadentada da invenção.

A Figura 3 é um detalhe da Figura 1.

A Figura 4 é uma seção transversal de uma ferra-menta de matriz de forja e roda.

A Figura 5 é uma vista plana de uma matriz de forja.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA

A invenção compreende uma roda dentada com invólu-cro. A roda dentada compreende uma roda interna com um invó-lucro em formato de anel externo montado em um aro de roda.A roda compreende um material relativamente barato e maciotal como aluminio fundido, magnésio fundido, resina fenóli-ca, uretano ou qualquer outro material adequado de suportaras cargas de torque operacionais. Uma liga de aluminio fun-dida em matriz que pode ser usada para a roda dentada da in-venção é 380, SC84A designação ASTM. Também adequadas sãoligas 384 e 390. A dureza da fundição está na faixa de apro-ximadamente 25 Rockwell B a 55 Rockwell B.

O anel externo compreende um material metálico dedureza suficiente para suportar o desgaste causado por umacorreia engatada com a superfície dentada. O anel externotem uma dureza maior que a dureza da roda, a saber, maiorque aproximadamente 55 Rockwell B.

A roda dentada da invenção pode ser usada em vá-rias aplicações, incluindo acionamentos de correia de moto-cicleta, acionamentos de carrinho de golfe e ATV para citaralguns. A roda dentada da invenção pode ser usada em qual-quer serviço que exija um material leve e pouco dispendiosode resistência adequada para suportar as cargas de torqueaplicadas e tendo uma superfície de suporte de correia re-sistente ao desgaste para longevidade operacional.

A Figura 1 é uma vista lateral direita da rodadentada da invenção. A roda dentada 100 compreende a roda10. A roda 10 compreende o cubo 11 e o aro 12. O aro 12 com-preende os dentes 15. 0 aro 12 pode compreender qualquerperfil desejado incluindo plano ou com estrias como conheci-do na técnica. Os dentes 15 não são oferecidos por meio delimitação. O perfil de dentes 15 pode compreender qualquerum conhecido na técnica, incluindo este descrito na PatenteU.S. N°. 4.605.389, incorporado aqui em sua totalidade porreferência.

O anel 20 é engatado com o aro 12. O anel 20, quepode ser caracterizado como um invólucro, compreende os den-tes 21 para formar um perfil dentado que corresponde subs-tancialmente com os dentes 15 no aro 12 - 0 anel 20 tem umadureza maior que a dureza da roda 10 para resistir ao des-gaste.

A roda dentada 100 engata um elemento de aciona-mento sem fim tal como uma correia dentada B em um sistemade transmissão de energia. Tal sistema de transmissão de e-nergia pode inclui, mas não está limitado a um acionamentosecundário de motocicleta (não mostrado) que compreende umaroda dentada de transmissão e uma roda dentada de roda. Asuperfície 22 do anel 20 engata a correia B.

A Figura 2 é uma vista lateral esquerda da rodadentada da invenção. A roda 10 compreende um flange 13 quese estende a um raio maior que o raio do anel 20. Isto per-mite que o flange 13 mantenha uma correia (não mostrada) a-propriadamente engatada com o anel 20 controlando o movimen-to lateral. A roda dentada da invenção pode compreender doisde tais flanges, a saber, um em cada lado do aro 12.

O anel 20 compreende um cubo 121 para montar a ro-da dentada em uma haste (não mostrada) . Os furos 14 recebemprendedores tais como parafusos (não mostrados) para montaro cubo 11 em uma haste ou em um cubo de roda da motocicleta(não mostrado) .

A seguir estão dois métodos exemplares de fabricara roda dentada que são oferecidos por meio de exemplo e nãopor meio de limitação.

Processo de Fabricação Um

a. A roda 10 é fabricada fundindo em matriz o alu-mínio usando métodos conhecidos na técnica. A roda 10 temuma dimensão de superfície externa de aro acabada 150 que écerca de 0,5 mm a 3 mm menor que o diâmetro de produto finalDl medido na superfície 22 quando o anel 20 está no lugar naroda 10. A permissão para o diâmetro de produto final desti-na-se a acomodar parâmetros de desenho do sistema que inclu-em o diâmetro da roda dentada na superfície onde a correiaengata a roda dentada, a saber, a superfície 22. É claro, seo diâmetro de produto final não é uma restrição, então a es-pessura do anel 20 não precisa ser compensada durante a fa-bricação da roda. A faixa de dureza para a roda de alumínioé Rockwell B (equivalente) de aproximadamente 25 a 55. Emuma modalidade alternada, a roda 10 pode ser formada usinan-do o material de lingote.

b. A roda 10 é dimensionada ou forjada em um ma-triz de forja em uma maneira conhecida na técnica. A Figura4 é uma seção transversal de uma ferramenta de matriz deforja. 0 matriz de forja 100 é usado para dimensionar a su-perfície externa 150 da roda 10 em um tamanho bastante pre-ciso. O matriz de forja pode compreender uma ou mais seções101, por exemplo cinco seções, que são empilhadas uma no to-po da outra. A roda 10 é primeiro fundida em matriz comodescrito acima, incluindo dentes 15 e ranhuras 16, em umadimensão que encaixa substancialmente o primeiro matriz deforj a. Em seções de matriz subseqüentes, o metal na áreadentada externa da roda é forçado pelo ariete 102 na direçãoM através das seções de matriz de forja bastante precisamen-te dimensionadas, cada etapa cerca de 0,025 mm menor que aetapa prévia. A Figura 5 é uma vista plana de um matriz deforja. 0 matriz de forja 101 compreende um perfil 103 quefunde o perfil dentado na roda 10. 0 resultado final é umasuperfície externa dimensionalmente precisa 150 e formatodentado para a roda acabada 10. As etapas de forja são rea-lizadas para reduzir significantemente ou eliminar qualquerimprecisão dimensional nas dimensões da roda fundida. A roda10 então termina com um perfil dentado externo preciso comomostrado na Figura 1.

c. O anel 20 é feito de aço inoxidável (ou outrosaços tais como aço de baixo carbono, aço de alto carbono, ouaços de liga e também metais não ferrosos). 0 anel 20 é for-mado de uma tira espessa de aproximadamente 0,5 mm a 3 mm,as extremidades da qual são soldadas para formar um anel. Asolda 17 é mostrada na Figura 3. A tira tem uma largura queé aproximadamente a mesma que a largura do aro 12. O aro 12tem uma largura para corresponder de modo cooperativo com acorreia para ser usada na roda dentada, por exemplo, aproxi-madamente 20 mm a 25 mm de largura, embora a dimensão sejavariável de acordo com, a largura da correia usada. O anel20 tem um formato para combinar substancialmente os dentesda roda 15. O invólucro 20 pode ser formado por métodos co-nhecidos na técnica incluindo mas não limitado a rolamento,giro, hidroformação, ou formação de prensagem. O invólucropode também ser feito formando por rolo uma espiral de açoem um formato corrugado e então cortando tiras em uma largu-ra desejada seguida da criação de um anel e soldando as ex-tremidades do anel. Formação de prensagem é em geral a opçãomenos dispendiosa e preferida. A faixa de dureza para o anelde aço inoxidável é de um Rockwell B de aproximadamente 90(que é equivalente de Rockwell C de 9) . O anel 20 pode sercementado até Rockwell C de aproximadamente 62 se necessáriopara condições de serviço severas, por exemplo, alta cargade poeira ou detritos.

d. O anel 20 é colocado em uma ferramenta tendouma forma que combina com o anel 20 que restringe o movimen-to do anel radialmente para fora, isto é, impede o anel 20de se expandir quando a roda 10 é encaixa por pressão dentrodo anel 20. A ferramenta tem um perfil combinando dimensio-nalmente com o perfil final da roda dentada acabada. A roda10 é encaixada por pressão dentro do anel 20.

e• Um número de métodos de travamento mecânico po-de ser usado para impedir qualquer movimento lateral, cir-cunferencial ou radial do anel na roda. Isto pode ser, masnão é limitado a abas, ranhuras, flanges, empilhamento, mar-telagem em adição a quaisquer outros equivalentes adequadosdo mesmo. Por exemplo, o flange 13 impede o movimento late-ral do anel 20. Uma covinha de martelagem ou empilhamento30, é mostrada na Figura 1.

Processo de Fabricação Dois

Neste processo, o anel 20 é feito como descritoacima. O anel 20 é então colocado em um sobre-matriz de for-ja em matriz de alumínio, onde a roda 10, e o flange 13 seassim desejado, são sobre-moldados no anel 20. Este métodotem menos etapas que o primeiro e pode criar uma ligação me-lhor entre a roda 10 e o anel 2 0. Um flange ou flanges podeser simultaneamente fundido em torno do anel dentado. A ligade alumínio escolhida para a sobre-moldagem tem que ter pou-ca ou nenhuma contração do estado liquido para o sólido.

Tais ligas são conhecidas na técnica, incluindo aquelas lis-tadas previamente neste relatório. Em adição à prática defundição em matriz padrão para sobre-moldagem, moldagem dealuminio de alta pressão semi-sóiida, também conhecida natécnica, pode ser usada.

No entanto, desde que as ligas de aluminio podemcontrair cerca de 7% durante a solidificação, a sobre-moldagem normal pode não ser ótima desde que esta é uma con-tração maior para o núcleo de aluminio quando comparado como anel de aço inoxidável 20. Conseqüentemente, para a opçãosobre-moldada, a roda de núcleo 10 é desenhada para aluminioem uma maneira que pode ser facilmente prensada ou forjadapara compensar a contração. Por exemplo, um formato de cúpu-la ligeiro pode ser feito no cubo 11 que depois da solidifi-cação é empurrado para dentro, isto é em uma direção axialpara "achatar" a cúpula, desse modo forçando a parte de aro12 para fora para compensar a contração de fundição.

Um método alternativo compreende o uso de um mate-rial não contrátil para o núcleo da roda sobre-moldada 10tal como fibra de vidro e resina fenólica enchida de mine-ral. Tais materiais são fortes suficiente para manipular acarga de aplicação, e não lascam ou contraem. As fibras devidro fornecem resistência de resinas fenólicas e resistên-cia a lascar e enchimentos minerais dando a elas estabilida-de dimensional. Alguns dos outros materiais alternativos pa-ra a roda 10 são outras resinas de termocura, magnésio, eresinas termoplásticas.

As vantagens desta invenção são uma roda dentada que é leve e resistente ao desgaste. A roda dentada da invenção é menos dispendiosa para fabricar que a técnica existente . Um flange ou flanges pode ser adicionado à roda dentada sem custo adicional significante. A roda dentada da invenção também permite que qualquer desenho cosmético deseja-do seja facilmente fundido na roda, enquanto cria uma área dente e ranhura muito precisa, forte e resistente ao desgaste . Finalmente, a roda dentada da invenção é resistente à corrosão e não exige pintura ou outro acabamento resistente à corrosão.

A Figura 3 é um detalhe da Figura 1. Os dentes 15 no aro 12 compreendem uma superfície externa 150. A superfície externa 150 engata a superfície 220 no anel 20. Ranhuras 16 são dispostas adj acentes aos dentes 15. As extremidades do anel 20 são soldadas juntas na solda 17.

Embora as formas da invenção tenham sido descritas aqui, será óbvio para aqueles versados na técnica que variações podem ser feitas na construção e relação de partes sem se afastar do espirito e escopo da invenção descrita aqui.

Claims

1. Roda dentada para engatar um elemento de acionamento sem fim, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende:uma roda fundida tendo um aro; o aro tendo um perfil dentado;um aro tendo uma espessura e um perfil dentado que combina substancialmente com o perfil dentado do aro, o anel tendo um encaixe de pressão no aro;o anel compreendendo um material metálico tendo uma dureza maior que uma dureza da roda fundida; eo anel tendo uma superficie par engatar o elemento de acionamento sem fim.

2. Roda dentada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a roda fundida compreende aluminio.

3. Roda dentada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o anel compreende aço

4. Roda dentada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a roda fundida compreende umcubo para montar a roda em um eixo.

5. Roda dentada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o anel compreende uma tira tendo extremidades unidas.

6. Roda dentada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a espessura está na faixa deaproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 3 mm.

7. Método de fabricar uma roda dentada, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:fundir uma roda tendo um perfil dentado;forjar a roda para ajustar as dimensões de perfil dentado;formar um anel metálico tendo um perfil dentado; restringir o anel metálico para impedir uma expansão para fora do anel metálico; epressionar a roda dentro do anel metálico.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que formar o anel metálico compreende soldar as extremidades de uma tira de aço juntas para formar um anel metálico.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende:formar o anel metálico usando um material tendo uma espessura na faixa de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 3,0 mm; eo anel metálico tendo uma dureza maior que uma dureza da roda.

10. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que formar um anel metálico tendo um perfil dentado ainda compreende formação por pressão.

11. Método para fabricar uma roda dentada, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:formar um anel metálico tendo um perfil dentado; colocar o anel em um molde de fundição em matriz; efundir a roda dentro do aro.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que forma um anel metálico tendoum perfil dentado ainda compreende soldar as extremidades de uma tira de aço inoxidável juntas para formar um anel.

13. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende formar o anel metálico usando um material tendo uma espessura na faixa de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 3,0 mm e o anel metálico tendo uma dureza maior que uma dureza da roda.