"CONJUNTO DE ELEMENTOS LONGITUDINAIS QUE TEM UMADIREÇÃO DE CARREGAMENTO PRIMÁRIA, E, MÉTODO PARAFORMAR UMA JUNTA DE ELEMENTOS LONGITUDINAIS"
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
A presente invenção diz respeito no geral a um conjunto deelementos longitudinais e, mais particularmente, a uma junta para anexar doiselementos longitudinais com seções em forma de caixa.
Vários elementos longitudinais modelados são empregadoscomo componentes estruturais em chassis de veículos. Tais seções podem serseções de viga I, seções C, seções circulares ou elementos de seção tipo caixa.Para algumas aplicações, os elementos de seção tipo caixa podem servantajosos. Os elementos de seção tipo caixa têm uma seção transversal nogeral retangular. E desejável prover um método robusto para unir elementoslongitudinais com essas formas de seção tipo caixa. Alguns têm empregadossolda circunferencial simples dos elementos de seção tipo caixa uns nosoutros, ao passo que outros têm empregados juntas rebitadas. Entretanto, nemé completamente satisfatório produzir eficientemente uma junta robusta queprende os dois elementos de seção tipo caixa um no outro.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Uma modalidade contempla um conjunto de elementoslongitudinais que tem uma direção de carregamento primária, com o conjuntoincluindo um elemento longitudinal interior e um elemento longitudinalexterior. O elemento longitudinal interior tem uma forma na seção tipo caixaincluindo um primeiro lado e um segundo lado oposto paralelo e espaçado doprimeiro lado, com o primeiro e segundo lados sendo paralelos a um planodefinido por um eixo geométrico longitudinal orientado ao longo de umcomprimento do elemento longitudinal interior e um eixo geométrico dedireção de carregamento primária estendendo-se paralelo à direção decarregamento primária perpendicular ao eixo geométrico longitudinal. Oelemento longitudinal interior também inclui um lado inferior estendendo-seentre o primeiro e segundo lados, e um lado superior estendendo-se entre oprimeiro e segundo lados e espaçado do lado inferior. O elemento longitudinalexterior tem uma forma de caixa incluindo um primeiro lado exterior e umsegundo lado exterior oposto paralelo e espaçado do primeiro lado exterior, oprimeiro e segundo lados exteriores sendo paralelos ao primeiro e segundolados, com o elemento longitudinal exterior incluindo um lado exteriorinferior entre o primeiro e segundo lados exteriores, e um lado exteriorsuperior estendendo-se entre o primeiro e segundo lados exteriores eespaçados do lado exterior inferior. O elemento longitudinal interior érecebido telescopicamente no elemento longitudinal exterior para definir umaárea de sobreposição, e o primeiro lado exterior inclui um furo de soldagemdo primeiro lado localizado na área de sobreposição. Uma solda de furo doprimeiro lado estende-se em torno de pelo menos uma parte do perímetro dofuro de soldagem do primeiro lado e engata o primeiro lado para prenderassim o elemento longitudinal exterior no elemento longitudinal interior. Osegundo lado exterior pode incluir um furo de soldagem do segundo ladolocalizado na área de sobreposição, e uma solda do furo do segundo ladoestendendo-se em torno de pelo menos uma parte do perímetro do furo desoldagem do segundo lado.
Uma modalidade contempla um conjunto de elementoslongitudinais que tem uma direção de carregamento primária, com o conjuntoincluindo um elemento longitudinal interior e um elemento longitudinalexterior. O elemento longitudinal interior tem uma forma na seção tipo caixaincluindo um primeiro lado, um segundo lado oposto paralelo e espaçado doprimeiro lado, um lado inferior que estendem-se entre o primeiro e segundolados, e um lado superior estendendo-se entre o primeiro e segundo lados eespaçados do lado inferior. O elemento longitudinal exterior tem uma formade caixa incluindo um primeiro lado exterior, um segundo lado exterioroposto paralelo e espaçado do primeiro lado exterior, e um lado exteriorinferior estendendo-se entre o primeiro e segundo lados exteriores, e um ladoexterior superior estendendo-se entre o primeiro e segundo lados exteriores eespaçado do lado exterior inferior, com o primeiro e segundo lados exterioressendo paralelos ao primeiro e segundo lados. O elemento longitudinal interioré recebido telescopicamente no elemento longitudinal exterior de maneira adefinir uma área de sobreposição, o primeiro lado exterior inclui um furo desoldagem do primeiro lado localizado na área de sobreposição, e o segundolado exterior inclui um furo de soldagem do segundo lado localizado na áreade sobreposição. Uma solda de furo do primeiro lado estende-se em torno depelo menos uma parte do perímetro do furo de soldagem do primeiro lado eengata o primeiro lado, e uma solda do furo do segundo lado estende-se emtorno de pelo menos uma parte do perímetro do furo de soldagem do segundolado e engata o segundo lado.
Uma modalidade contempla um método para formar uma juntade elementos longitudinais entre um elemento longitudinal interior com seçãotipo caixa e um elemento longitudinal exterior com seção tipo caixa, o métodocompreendendo as etapas de formar um furo de soldagem do primeiro ladoem um primeiro lado do elemento longitudinal exterior, com o primeiro ladosendo paralelo a um plano definido por um eixo geométrico longitudinalorientado ao longo do comprimento do elemento longitudinal interior e umeixo geométrico na direção de carregamento primária estendendo-se paraleloa uma direção de carregamento primária e perpendicular ao eixo geométricolongitudinal; formar um furo de soldagem do segundo lado em um segundolado do elemento longitudinal exterior, com o segundo lado sendo paralelo eespaçado do primeiro lado; inserir telescopicamente o elemento longitudinalinterior no elemento longitudinal exterior, criando uma área de sobreposiçãoonde o primeiro lado interno do elemento longitudinal interior fica adjacenteao furo de soldagem do primeiro lado e um segundo lado interno do elementolongitudinal interior fica adjacente ao furo de soldagem do segundo lado;soldar pelo menos uma parte do perímetro do furo de soldagem do primeirolado no primeiro lado interno; e soldar pelo menos uma parte do perímetro dofuro de soldagem do segundo lado no segundo lado interno.
Uma vantagem de uma modalidade é que, transferindo cargasde tração-compressão nos elementos longitudinais para cargas decisalhamento nas paredes laterais paralelas à direção de dobramento principal,a transferência de carga de cisalhamento ocorre no material pai estável doselementos modelados com seção tipo caixa, onde existe pouca concentraçãode tensão e iniciadores de trincas. Assim, é obtido um método robusto erelativamente simples de unir elementos longitudinais de seção tipo caixa.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS
A figura 1 é uma vista em perspectiva de um conjunto deelementos longitudinais.
A figura 2 é uma vista similar à da figura 1, mas mostrada deuma direção diferente.
A figura 3 é uma vista similar à da figura 1, mas ilustrandouma segunda modalidade.
A figura 4 é uma vista similar à da figura 1, mas ilustrandouma terceira modalidade.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Referindo-se às figuras 1-2, está mostrado um conjunto deelementos longitudinais indicado no geral por 20. O conjunto de elementoslongitudinais 20 pode ser empregado, por exemplo, em um chassi de umveículo (não mostrado). O conjunto de elementos longitudinais inclui umelemento longitudinal interior 22 e um elemento longitudinal exterior 24 quesão conectados entre si em uma junta de elementos longitudinais 26. Tanto oselementos longitudinais interiores quanto exteriores 22, 24 são elementos comseção tipo caixa - ou seja, suas áreas seccionais transversais têm no geralformas retangulares.
Recursos do conjunto de elementos longitudinais 20 podem serdefinidos pelos eixos que estendem-se em relação ao conjunto 20. Um eixogeométrico longitudinal 28 estende-se ao longo do comprimento doselementos 22, 24. Um primeiro eixo geométrico na direção de carregamentoprimária lateral 30 estende-se no geral normal ao eixo geométrico longitudinal28 e é orientado paralelo a uma direção de dobramento primária. A direção dedobramento primária é uma direção em que uma carga de dobramentoprimária será induzida no conjunto de elementos longitudinais 20 quando emuso. Um segundo eixo geométrico lateral 32 é orientado no geral normal aosdois primeiros eixos geométricos 28, 30.
O elemento longitudinal interior 22 tem uma forma que écomplementar e menor que o elemento longitudinal exterior 24, que permiteque ele deslize telescopicamente para dentro do elemento longitudinalexterior 24. O elemento longitudinal interior 22 tem um primeiro lado 34 eum segundo lado 36 que estendem-se ambos paralelos a um plano definidopelo primeiro eixo geométrico lateral 30 e o eixo geométrico longitudinal 28,e um lado inferior 38 e um lado superior 40 que estendem-se ambos paralelosa um plano definido pelo segundo eixo geométrico lateral 32 e o eixogeométrico longitudinal 28. Os termos superior/topo e inferior/base aquiusados são apenas para referência aos desenhos, já que os números 22, 24 edireção de dobramento primária podem ser orientados em várias direções noespaço, dependendo da aplicação particular do conjunto de elementoslongitudinais 20. O primeiro e segundo lados 34, 36 podem ser maiores queos lados inferior e superior 38, 40, uma vez que esses lados estendem-separalelos à direção das cargas de dobramento primárias.
Quando refere-se aqui a "paralelo", estão incluídos elementosque estão perto de ser paralelos, mesmo se não exatamente paralelos. Porexemplo, as formas gerais retangulares dos elementos longitudinais interior eexterior 22, 24 podem ser formas ligeiramente trapezoidais, com as paredeslaterais 34, 36, 42, 44 inclinadas em um ângulo de até cerca de dez graus como plano definido pelo primeiro eixo geométrico lateral 30 e o eixo geométricolongitudinal 28. Dessa maneira, o termo "paralelo" aqui usado também incluiaté cerca de dez graus de ângulo fora do exato paralelismo.
O elemento longitudinal exterior 24 tem um primeiro lado 42 eum segundo lado 44 que estendem-se ambos paralelos a um plano definidopelo primeiro eixo geométrico lateral 30 e o eixo geométrico longitudinal 28.
O elemento longitudinal exterior 24 também tem um lado inferior 46 e umlado superior 48 que estendem-se ambos paralelos a um plano definido pelosegundo eixo geométrico lateral 32 e o eixo geométrico longitudinal 28. Oprimeiro lado 42 inclui um furo de soldagem do primeiro lado 50, e o segundolado 44 inclui um furo de soldagem do segundo lado 52. Assim, esses furos50, 52 estão em lados que estendem-se paralelos à direção de dobramentoprimária. Os furos 50, 52 podem ser circulares, ovais, elípticos ou outra formageograficamente suave. Formas quadradas ou outras formas com quinaspodem ser usadas, mas não são tão desejáveis, em virtude das concentraçõesde tensões que podem se formar nas quinas das formas. Os furos 50, 52estendem-se até uma área de sobreposição 54, onde o elemento longitudinalinterior 22 sobrepõe o elemento longitudinal exterior 24. Também, os furos50, 52 têm preferivelmente o mesmo tamanho e forma, mas isto não éimperativo.
Uma solda de furo do primeiro lado 56 estende-se em torno daperiferia do furo de soldagem do primeiro lado 50 (somente uma parte dasolda mostrada), e uma solda do furo do segundo lado 58 estende-se em tomoda periferia do furo de soldagem do segundo lado 52 (somente uma parte dasolda mostrada). Essas soldas 56, 58 prendem o elemento longitudinalexterior 24 no elemento longitudinal interior 22.
O lado inferior 46 do elemento longitudinal exterior 24 podeincluir um furo, tal como uma fenda inferior 60, e o lado superior 48 podeincluir um furo, tal como uma fenda superior 62. Uma solda da fenda inferior64 estende-se em torno da periferia da fenda inferior 62 (somente uma parteda solda mostrada), e uma solda da fenda superior 66 estende-se em torno daperiferia da fenda superior 62 (somente uma parte da solda mostrada). Essassoldas 64, 66 também prendem o elemento longitudinal exterior 24 noelemento longitudinal interior 22. As soldas empregadas podem ser, porexemplo, soldas em filetes ou soldas de tampão.
O conjunto de elementos longitudinais 20 pode ser montadodeslizando-se telescopicamente o elemento longitudinal interior 22 paradentro do elemento longitudinal exterior 24 até que os dois elementoslongitudinais 22, 24 se sobreponha em uma quantidade desejada (definindo aárea de sobreposição 54). Uma operação de soldagem forma as soldas dosfuros dos primeiro e segundo lados 56, 58 em torno dos perímetros dos furosde soldagem dos primeiro e segundo lados 50, 52, respectivamente. Aoperação de soldagem também forma as soldas das fendas inferior e superior64, 66 em torno dos perímetros das fendas inferior e superior 60, 62,respectivamente. Os dois elementos longitudinais 22, 24 são agora presos umno outro na junta do elemento longitudinal 26.
Com esta junta do elemento longitudinal 26, como a cargaprimária está direcionada para baixo no conjunto de elementos longitudinais20, a junta 26 transfere cargas de tensão/compressão nos elementos 22, 24para cargas de cisalhamento transferindo entre os primeiros lados 34, 42 ecargas de cisalhamento transferindo entre os segundos lados 36, 44. Atransferência da carga de cisalhamento é vantajosa em que a transferência decarga está ocorrendo no metal pai estável dos elementos longitudinais 22, 24,onde existem poucas concentrações de tensão e iniciadores de trincas. Assoldas 64, 66 nas fendas inferior e superior 60, 62 podem também assistir natransferência de carga entre os elementos 22, 24. Qualquer carga de torçãopode ser suportada pelo contato superficial da área de sobreposição 54 dosdois elementos 22, 24.
A figura 3 ilustra uma segunda modalidade. Uma vez que estamodalidade é similar à primeira, números de elementos similares serão usadospara elementos similares, mas empregando números com a série 100. Nestamodalidade, o furo de soldagem do primeiro lado 150 no primeiro lado 142do elemento longitudinal exterior 124 e o furo de soldagem do segundo lado(não mostrado nesta modalidade) no segundo lado 144 do elementolongitudinal exterior 124 têm uma forma oval, em vez de circular. Mas ambosos furos de soldagem estão ainda na área de sobreposição 154 da junta doelemento longitudinal 126. Também, a fenda superior e a fenda inferior forameliminadas. A montagem do elemento longitudinal interior 122 no elementolongitudinal exterior 124 pode ser a mesma da primeira modalidade -certamente, com a eliminação das operações de solda das fendas superior einferior.
A figura 4 ilustra uma terceira modalidade. Uma vez que estamodalidade é similar à primeira, números de elementos similares serão usadospara elementos similares, mas empregando números da série 200. Nestamodalidade, tanto a solda do furo do primeiro lado 256 quanto a solda do furodo segundo lado (não mostrada nesta modalidade) - bem como a solda dafenda inferior 264 e a solda da fenda superior (não mostrada nestamodalidade) - são empregadas para formar a junta do elemento longitudinal226, prendendo o elemento longitudinal interior 222 no elemento longitudinalexterior 224. Além do mais, uma solda perimétrica 268 (somente uma parteda solda mostrada) estende-se em torno de uma parte ou de todo o perímetrode uma extremidade 270 do elemento longitudinal exterior 224, prendendoesta extremidade 270 em parte ou todos os lados 234, 236, 238, 240 doelemento longitudinal interior 222. Esta solda perimétrica 268 então podesuportar a carga de torção entre os dois elementos 222, 224.Embora certos recursos tenham sido mostrados somente emcertas modalidades, esses recursos podem ser igualmente usados nas outrasmodalidades. Por exemplo, os furos de soldagem laterais podem ser ovais nasprimeira e terceira modalidades, e a primeira e segunda modalidades podemincluir soldas perimétricas. Também, mudanças no comprimento da área desobreposição, espessura dos elementos longitudinais, adição ou eliminação defendas e soldas de fendas, e outras características podem ser variadas parafazer ajuste fino da junta para um desempenho ideal com base nas condiçõesde carga previstas.
Embora certas modalidades da presente invenção tenham sidodescritas com detalhes, versados na técnica aos quais esta invenção dizrespeito reconhecem vários desenhos e modalidades alternativas para praticara invenção definida pelas reivindicações seguintes.