BRPI0706348A2

BRPI0706348A2 - capa de mancal, e, bloco de mancal

Info

Publication number: BRPI0706348A2
Application number: BRPI0706348-2A
Authority: BR
Inventors: Ian W Donaldson; Joel H Mandel; Peter C Butler
Original assignee: Gkn Sinter Metals Inc
Priority date: 2006-01-06
Filing date: 2007-01-04
Publication date: 2011-03-22
Also published as: EP1971453A2; CN101365554B; ZA200805223B; WO2007081715A2; JP2009522527A; CA2635263A1; WO2007081715A3; CN101365554A; KR20080084983A; JP5297812B2; EP1971453B1; EP1971453A4

Abstract

CAPA DE MANCAL, E, BLOCO DE MANCAL. Uma capa de mancal que é aparafusada a uma estrutura de suporte de maneal com saijências integradas que interferem com furos escariados na estrutura para criar deformação que possibilita reposicionamento preciso da capa de mancal na estrutura com compressão inicial e forças de extração relativamente baixa. Uma das saliências tem 2 lobos relativamente largos e a outra saliência tem 4-10 lobos com os lobos em cada saliência diametralmente opostos um do outro. As saliências em ambos os lobos podem ser orientadas de modo que nenhuma delas esteja sobre o eixo lateral da capa de mancal através dos furos de parafuso. Interferência no diâmetro efetivo entre as saliências e os furos escariados está dentro da faixa de 25-300 micra. As saliências podem ser formadas com um raio de composto que reduz a largura de contato no sentido ou para alinhar contato linear na base da saliência.

Description

"CAPA DE MANCAL, E, BLOCO DE MANCAL"REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Este reivindica o benefício do Pedido de Patente ProvisórioU.S. No. 60/756.713, depositado em 6 de janeiro de 2006.

DECLARAÇÃO RELATIVA À PESQUISA OU DESENVOLVIMENTOPATROCINADO DE FORMA FEDERAL

Não aplicável

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção é relativa a componentes de metal em pó e, emparticular, a capas de mancai como capas de mancai principal, biela e outrascapas com parafusos que definem aproximadamente metade de um círculo noqual um mancai é acomodado, como é comum em aplicações como motores eoutras máquinas. Em particular, esta invenção é relativa a uma capa demancai de metal em pó sinterizado que tem saliências que se salientam aoredor dos furos de parafuso da capa e se estendem para o interior de um furoescariado na estrutura à qual a capa é montada.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

A Patente U.S. No. 6.086.258 descreve uma capa de mancaireposicionável de maneira precisa que tem saliências que se estendem desdeos pés da capa de mancai para o interior de furos escariados da estrutura àqual a capa de mancai é montada. A capa de mancai é primeiro comprimidacom as saliências se estendendo para o interior dos furos escariados, comdeformação ocorrendo entre as saliências de os furos escariados. A capa demancai e estrutura são então usinadas na área do furo de mancai que elasformam juntas e então são separadas para permitir montar o mancai e o eixoque é apoiado pelo mancai. Então a capa de mancai é novamente montada naestrutura com as deformações provocadas por comprimir a capa de mancai naestrutura assegurando que a capa de mancai e estrutura são correspondidasuma com a outra precisamente na mesma posição na qual elas foram usinadas.A Patente 6.086.258 divulga um número de diferentesestruturas da saliência, inclusive uma saliência com uma superfície circularexterna, com nervuras estreitas ou ranhuras ou nervuras triangularesespaçadas ao redor da periferia da saliência. Estas estruturas quandocomprimidas para o interior dos furos escariados da fundação ou estrutura demontagem, podem requerer uma grande força para comprimir a capa demancai para a estrutura de acomodação e, depois de usinagem uma outragrande força para separar as duas partes. As forças podem ser tão grandes demodo a tornar impraticável a fabricação ou reduzir as possibilidades deremontagem precisa quando as duas partes são postas juntas de volta depoisda usinagem. Conseqüentemente, melhoramentos em capas de mancai comsaliências de posicionamento para remontagem são necessários.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A invenção fornece uma capa de mancai do tipo que éaparafusado a uma estrutura de suporte de mancai de modo a definir um furode mancai entre a capa e a estrutura, e na qual furos de parafuso para prendera capa à estrutura se estendem através de pés da capa para e para o interior daestrutura. A capa tem no mínimo dois dos pés com um dos pés de cada ladodo furo com no mínimo um furo de parafuso se estendendo através de cadapé. A capa é de metal em pó sinterizado e tem uma saliência integrada que sesalienta a partir de cada pé ao redor do furo de parafuso no pé. Na invenção,cada saliência tem diversos lobos que se estendem radialmente a partir de umasuperfície exterior da saliência, com uma das saliências tendo dois dos lobos ea outra das saliências tendo mais do que dois dos lobos. Esta configuraçãofacilita uma força mais baixa na inserção inicial das saliências nos furosescariados e extração subseqüente.

Em uma forma preferencial os dois lobos sobre uma saliênciasão separados por 180° e são orientados de tal modo que eles sãointerceptados por um plano que é paralelo a um eixo longitudinal do furo domancai. Como tal, os dois lobos funcionam para localizar o pé sobre o qualeles estão colocados em relação ao furo escariado, porém permitem uma faixamaior de possíveis espaçamentos do pé do outro pé para facilitar astolerâncias de fabricação que são aplicáveis à capa de mancai.

Em adição, neste aspecto, os quatro ou mais lobos na outrasaliência podem ser posicionados a 45° para facilitar ainda mais as tolerânciasde fabricação nas distâncias centro a centro de saliências da capa de mancai eos furos escariados na estrutura de suporte. Em adição, quando o posicionadosa 45°, os lobos são comprimidos para o interior dos furos escariados emseções mais espessas da estrutura de suporte, de modo que o ajuste da capapara o interior dos furos escariados é mais apertado. Também nesta posiçãonenhum lobo está em linha com uma ranhura de óleo no furo de mancai dacapa.

Em um outro aspecto, um ajuste de interferência entre asaliência e o furo escariado está na faixa de 25 até 300 micra. Esta faixa deajuste de interferência é a mais preferível para fornecer forças de inserção eextração razoáveis.

Em um outro aspecto, em uma capa de mancai que temsaliências que são comprimidas para o interior de furos escariados de umaestrutura de montagem ou fundação, nenhum lobo deveria ter nele mais doque 10 saliências e, preferivelmente, deveria haver duas em um e quatro paradez no outro. Em combinação com esse aspecto, é preferível que cada lobo seestenda circunferencialmente por 10 até 30°. É também preferido que cadalobo afunile de 5 até 25°. Tipicamente o furo do furo escariado não iráafunilar mas terá uma parede lateral de corte reto.

Em um outro aspecto, cada lobo pode ser dotado de um raio decomposto o que reduz a área de contato entre o lobo e o furo escariado paracontato linear, que diminui em largura quando a saliência é comprimida aindamais para o interior do furo escariado. Na extremidade livre o lobo pode terum raio relativamente grande que diminui quando a base do lobo éaproximada.

Estes e outros objetivos e vantagens da invenção serãoevidentes a partir da descrição detalhada e desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO BOAS DESENHOS

A figura 1 é uma vista lateral em planta de uma capa demancai que incorpora a invenção;

A figura 2 é uma vista fragmentada lateral em planta de umaestrutura de montagem que tem furos de parafuso e furos escariados ao redordos furos de parafuso para acomodar as saliências da capa de mancai dafigura 1;

A figura 3 é uma vista extrema em planta da capa de mancaida figura 1;

A figura 4 é uma vista de detalhe extrema em planta mostradafragmentada do pé-direito da figura 3;

A figura 5 é uma vista de detalhe extrema em planta do péesquerdo da figura 3;

A figura 6 é uma vista lateral de detalhe em planta do péesquerdo da figura 5;

A figura 7 é uma vista em seção transversal através dos furosescariados e saliências que ilustra como as saliências se ajustam nos furosescariados;

A figura 8 é uma vista em perspectiva de um lobo de umaforma alternativa que vai desde arredondada em forma em sua extremidadelivre até pontuda em sua extremidade base; e

A figura 9 é uma vista de uma orientação alternativa de 45° deuma saliência de quatro lobos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA CONFIGURAÇÃO PREFERENCIAL

Fazendo referência à figura 1, uma capa de mancai 10 estáilustrada, e a figura 2 ilustra uma porção da estrutura de suporte 20 à qual acapa de mancai 10 é montada. Juntas a capa de mancai 10 e a estrutura 20definem um furo de mancai com metade do furo de mancai 12 na capa 10 emetade do furo de mancai 14 na estrutura 20. A metade do furo 12 tem umaranhura de óleo 13 em um lado. Ambos os parafusos 16 e 18 se estendematravés da capa de mancai 10, e furos de parafuso 22 e 24 se estendem naestrutura 20. Os furos de parafuso 16 e 18 são posicionados através dos pés 26e 28 da capa 10 com um dos pés de cada lado da metade do furo 12. A capa10 é de metal em pó sinterizado e cada pé 26 e 28 tem uma saliênciarespectiva 30 e 32 que se estendem a partir de sua face que faceia a estrutura20. A saliência 30 é acomodada em um furo escariado 34 da estrutura 20 e asaliência 32 é acomodada em um furo escariado 36 da estrutura 20.

Fazendo referência às figuras 3-6, a saliência 30 tem quatrolobos 40, 42, 44 e 46 espaçados em intervalos de 90° e a saliência 32 tem doislobos 48 e 50 espaçados r 180° um do outro. Na configuração das figuras 3-6cada uma das duas saliências tem dois lobos orientados em relação às capasde mancai de tal modo que elas são interceptadas por um plano que é paraleloao eixo longitudinal 52 do furo de mancai 12. Para a saliência 30 estes são oslobos 42 e 46, e para a saliência 32 eles são os lobos 48 e 50 que são os únicoslobos na saliência 32. Os outros dois lobos 44 e 48 na saliência 30 sãointerceptados por um plano que é perpendicular ao eixo 152. Existempreferivelmente quatro a dez lobos em uma das saliências e somente doislobos na outra saliência. Preferivelmente os lobos são localizadas nassaliências de modo que em cada posição onde existe um lobo existe um outrolobo separado dele por 180 Isto é preferido para tornar mais fácil a mediçãodo diâmetro efetivo entre as superfícies externas dos lobos opostos.

A figura 9 ilustra um outro melhoramento na orientação doslobo 42, 44, 46 e 48 na saliência 30. Nesta configuração os quatro lobos 242,244, 246 e 248 na saliência 230 do pé 226 têm uma orientação que é girada de45° da orientação da primeira configuração das figuras 1-7. Assim, os quatrolobos 242, 244, 246 e 248 na saliência 230 têm uma orientação tal que oseixos através deles são girados 45° dos eixos lateral e longitudinal da capa demancai. Os dois lobos na outra saliência são orientados do mesmo modocomo na primeira configuração. Os quatro lobos 242, 244, 246 e 248 nasaliência 230 na orientação de 45° ainda facilitam as tolerâncias de fabricaçãonas distâncias de centro a centro das saliências da tampa de uma capa demancai e os furos escariados na estrutura de suporte. Em adição, quandoposicionados a 45° os lobos 242, 244, 246 e 248 são comprimidos para ointerior dos furos escariados nas seções mais espessas da estrutura de suporte,de modo que a capa se ajusta nos furos escariados de modo que o ajuste dacapa nos furos escariados é menos dependente de tensões na estrutura desuporte. Também, nesta posição nenhum lobo está em linha com a ranhura de óleo 213 no furo de mancai 212 da capa.

Como pode ser visto, cada saliência se salienta ligeiramente demaneira radial a partir da superfície adjacente da saliência, isto é, a superfícieadjacente à superfície que está entre as saliências. Somente os lobos contatame interferem com os respectivos furos escariados 34 e 36. Preferivelmentecada lobo tem uma extensão circunferencial tal que ela subtende um arco de10 a 30 Nesta faixa os lobos irão deformar os furos escariados e/ou sedeformarem o suficiente para serem precisamente reposicionáveis semrequerer forças impraticáveis ou excessivas para assentá-los inicialmente oulibertá-los. Também cada lobo preferivelmente se afunila a partir de sua baseno sentido do eixo do furo de parafuso adjacente em uma faixa de ângulodesde 5 até 25°, de modo que ele pode penetrar em um furo escariado quandoele é empurrado ainda mais para o interior do furo escariado e então começa ainterferir com o furo escariado. As superfícies adjacentes das saliênciaspodem afunilar uma quantidade similar. Em adição, como mostrado na figura8, os lobos podem ser formados de modo que a superfície externa do lobo temum raio de composto que reduz a área de contato no lobo com o furoescariado para linha de contato quando o lobo é empurrado ainda mais para ointerior do furo escariado. Como ilustrado na figura 8, o raio da superfícieexterna do lobo 148 da saliência 130 no pé 126 muda de ser arredondado emsua extremidade livre para ser pontudo em sua extremidade junto à base dasaliência 148.

De modo a ter uma força apropriada necessária para assentaruma capa de mancai na estrutura de montagem e uma força desejável paralibertar a capa de mancai da estrutura depois de usinagem, é preferido que oajuste de interferência entre as saliências e os furos escariados esteja na faixade 25 até 300 micra nos diâmetros efetivos. Isto quer dizer que o diâmetroefetivo de cada saliência está na faixa de 25 a 300 micra maior do que odiâmetro do furo escariado no qual ela se ajusta. Por exemplo, para obter odiâmetro efetivo da saliência ele seria tipicamente igual a 2,5 até 3 mm maiordo que o diâmetro do furo de parafuso 16 ou 18. Os lobos tipicamente sesalientam da superfície circundante das saliências aproximadamente nomínimo 0,25 mm. A altura da saliência é tipicamente cerca de 1,0 mm. Para ainterferência do furo escariado no diâmetro, a interferência nominal pode sertipicamente 150 micra. Esta é a interferência na base da saliência paraproduzir compressão e forças de extração desejáveis, ao mesmo tempo emque consegue os benefícios de localização precisa da invenção.

A capa de mancai é metal em pó e poderia ser feita por meiode um processo de metal em pó sinterizado convencional, ou por outroprocesso de metal em pó, tal como moldagem por injeção de metal em pó. Osmateriais podem variar de maneira significativa, dependendo de diversosfatores que incluem o material da estrutura de montagem 20. Se a estrutura demontagem é de material relativamente macio tal como alumínio fundido oualumínio bruto, material de metal em pó de resistência genericamente maiselevada pode ser utilizado. Por exemplo, se a estrutura de montagem 20 é umaliga de cobre silício alumínio fundida 319 por exemplo, tendo uma resistênciaà tensão na ruptura de aproximadamente 34.000 psi (234,4 MPa) umaresistência a escoamento de aproximadamente 19.000 psi (131,0 MPa), a capade mancai poderia ser de uma variedade de materiais metálicos em pósinterizados em diversas densidades tal como FC-0205-40 que tem umaresistência à tração na ruptura de 50.000 psi (344,7 MPa) e uma resistência aescoamento de 45.000 psi (310,3 MPa) em uma densidade 6,7 g/cm3.

Alternativamente um sinter(izado) endurecido ou material metálico em pótratado termicamente tal como FLC-4608-70H, que tem uma resistência àtração na ruptura de 80.000 psi (551,6 MPa) poderia ser utilizado. Se aestrutura de montagem 20 é um material corresponde duro tal como ferrofundido, genericamente qualquer material metálico em pó e que tem umaresistência a escoamento em compressão mais baixa seja por composição oudensidade pode ser utilizado. Por exemplo, se a estrutura 20 é de ferrofundido dúctil 80-55-06 tendo uma resistência à tração na ruptura de 80.000psi e uma resistência a escoamento de 55.000 psi (379,2 MPa), a capa demancai poderia ser um alumínio metálico em pó grau 2014T60 a 2,6 g/cm dedensidade tendo uma resistência à tração na ruptura de 48.000 psi (330,9MPa) e com uma resistência a escoamento de 46.000 psi (317,2 MPa) ou maismacio. Um outro material correspondente para a capa de mancai poderia serum material metálico em pó a FC-0205-35 com uma densidade de 6,3 g/cmtendo uma resistência à tração na ruptura e resistência a escoamento de40.000 psi (275,8 MPa). Diversos outros materiais metálicos em pó poderiamser utilizados para a capa de mancai.

Configurações preferenciais da invenção foram descritas emdetalhe considerável. Diversas modificações e variações das configuraçõespreferenciais descritas serão evidentes àqueles de talento ordinário na técnica.

Portanto, a invenção não deveria estar limitada às configurações descritas,mas deveria ser definida pelas reivindicações que seguem.

Claims

1. Capa de mancai do tipo que é aparafusado a uma estruturade suporte de mancai de modo a definir um furo de mancai entre dita capa edita estrutura e na qual furos de parafuso, para prender dita a capa à ditaestrutura, se estendem através de pés de dita capa para o interior de ditaestrutura, dita capa tendo no mínimo dois de ditos pés, um dito pé de cadalado de dito furo com no mínimo um furo de parafuso que se estende atravésde cada dito pé, dita capa ser de metal em pó sinterizado e ter uma saliênciaintegrada que se salienta a partir de cada dito pé ao redor do furo de parafusoem dito pé, caracterizado pelo fato decada uma de ditas saliências ter diversos lobos que seestendem radialmente a partir de uma superfície exterior da saliência, comuma de dita saliência tendo dois ditos lobos e a outra de ditas saliências tendomais do que dois de ditos lobos.

2. Capa de mancai de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de os lobos na saliência que tem dois lobos seremseparados de 180° e orientados em relação à capa de mancai de tal modo queeles são interceptados por um plano que é paralelo a um eixo longitudinal dofuro de mancai.

3. Capa de mancai de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de ainda compreender uma estrutura de suporte quetem furos com furos escariados para acomodar as saliências com um ajuste deinterferência entre a saliência e o furo escariado, e na qual o ajuste deinterferência entre as saliências e os furos escariados está na faixa de 25 a 300micra.

4. Capa de mancai de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de a saliência que tem mais do que dois lobos ter umnúmero de lobos na faixa de quatro até dez lobos.

5. Capa de mancai de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de cada lobo subtender um ângulo de 10 a 30° tendoseu vértice no eixo do furo de parafuso através do pé sobre o qual está o lobo.

6. Capa de mancai de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de cada lobo se afunilar desde 5 até 25° radialmentepara dentro na direção a partir de uma base da saliência até uma extremidadelivre da saliência.

7. Capa de mancai de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de existir um raio de composto no lobo que reduz umalargura de contato entre o lobo e o furo escariado no sentido da base do lobo.

8. Capa de mancai de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de os lobos em ambas as saliências não seremalinhados com um eixo lateral da capa de mancai.

9. Capa de mancai de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de os lobos na saliência que tem dois lobos seremseparados por 180° e orientados em relação à capa de mancai de tal modo queeles são interceptados por um plano que é paralelo a um eixo longitudinal dofuro de mancai e existirem quatro lobos na outra saliência constituídos de doispares da lobos com os lobos de cada par separados por 180° de tal modo queos lobos de cada par são alinhados ao longo de um eixo respectivo e com ospares de lobos orientados na saliência de tal modo que seus eixos façam 45°com o eixo longitudinal do furo de mancai.

10. Capa de mancai de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de existirem quatro lobos na saliência que tem mais doque dois lobos, ditos quatro lobos incluindo dois pares de lobos com os lobosde cada par separados por 180° de tal modo que os lobos de cada par sãoalinhados ao longo de um eixo respectivo, e os pares de lobos seremorientados na saliência de tal modo que seus eixos façam 45° com o eixolongitudinal do furo de mancai.

11. Bloco de mancai do tipo no qual uma capa de mancai éaparafusada a uma estrutura de suporte de mancai de modo a definir um furode mancai entre dita a capa e dita estrutura, e no qual furos de parafuso paraprender dita capa à dita estrutura se estendem através de pés de dita capa epara o interior de dita estrutura, dita capa tendo no mínimo dois de ditos pés,um dito pé de cada lado de dito furo com um furo de parafuso se estendendoatravés de cada dito pé, dita capa sendo de metal em pó sinterizado e tendouma saliência integrada que se salienta a partir de cada dito pé ao redor dofuro de parafuso em dito pé, dita estrutura de suporte tendo um furo escariadoao redor de dito furo de parafuso para acomodar dita saliência em um ajustede interferência, no qual dita saliência e dita estrutura de suporte seconformam plasticamente uma à outra quando dita saliência é assentada emdito furo escariado, caracterizado pelo fato de que a dimensão diametralmáxima da saliência em qualquer área da saliência na qual a saliênciainterfere com o furo escariado está na faixa de 25 a 300 micra maior do que adimensão diametral do furo escariado na mesma área antes de comprimir asaliência para o interior do furo escariado.

12. Bloco de mancai de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de cada uma das saliências ter dois lobos que sãoseparados 180° e orientados em relação à capa de mancai de tal modo queeles são interceptados por um plano que é paralelo a um eixo longitudinal dofuro de mancai.

13. Bloco de mancai de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de no mínimo uma das saliências ter um número delobos na faixa de quatro até dez lobos.

14. Bloco de mancai de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de cada lobo subtender um ângulo de 10 a 30° que temseu vértice no eixo do furo de parafuso através do pé em que está o lobo.

15. Bloco de mancai de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de cada lobo se afunilar desde 5 a 25° radialmentepara dentro na direção de uma base da saliência até uma extremidade livre dasaliência.

16. Bloco de mancai de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de existir um raio de composto em cada lobo quereduz uma largura de contato entre o lobo e o furo escariado no sentido dabase do lobo.