BRPI0916351B1 - Dispositivo de elemento de empuxo excêntrico para um pinhão e cremalheira de um veículo motor - Google Patents

Dispositivo de elemento de empuxo excêntrico para um pinhão e cremalheira de um veículo motor Download PDF

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Abstract

dispositivo de elemento de empuxo excêntrico para um pinhão e cremalheira de um veículo motor o dispositivo de elemento de empuxo (1) da presente invenção inclui uma montagem rotativa (4) cuja circunferência interna (5) é excêntrica em relação à 5 circunferência externa (6). a montagem (4) é rotacionalmente inclinada em uma direção por uma mola (1 o) e é colocada contra a parte de trás da cremalheira (2) que é, conseqüentemente, empurrada contra os dentes do pinhão de direção. a montagem rotativa (4) é montada rotacionalmente em um alojamento (7) sendo ela própria montada de modo deslizante no pinhão da caixa de direção. a montagem rotativa (4) é montada rotacionalmente em um alojamento (7) sendo o próprio montado de modo deslizante na caixa de direção. um meio de mola de absorção de choque (11) é disposto entre o alojamento de direção (7) e a caixa de direção para absorver os defeitos de alinhamento da cremalheira (2).

Description

DISPOSITIVO DE ELEMENTO DE EMPUXO EXCÊNTRICO PARA UM PINHÃO E CREMALHEIRA DE UM VEÍCULO MOTOR
A presente invenção se refere, em geral, aos sistemas de direção de veículos motores. Mais especificamente, o objeto desta invenção é um dispositivo de elemento de empuxo para um conjunto de direção de pinhão e cremalheira para veículo motor. Ainda mais especificamente, este é o chamado dispositivo de elemento de empuxo «excêntrico».
Recorda-se que na maioria dos sistemas de direção atuais de veículos motores, um pinhão de direção está ligado em rotação com uma coluna de direção; manobrada por meio do volante de direção do veículo, sendo o pinhão engajado com uma cremalheira que é montada de modo deslizante na direção longitudinal em uma caixa de direção. Ambas as extremidades da cremalheira, fora da caixa de velocidades, são, respectivamente, acopladas com duas hastes de conexão de direção, que são, então, elas mesmas respectivamente associadas com as rodas direcionadas esquerda e direita do veículo. Conseqüentemente, a rotação do volante de direção em uma direção ou na outra, transmitida pela coluna de direção ao pinhão, é convertida em uma translação correspondente a da cremalheira que, através de hastes de conexão, provoca a orientação das rodas direcionadas para a direção direita ou esquerda.
Em tal sistema de direção, o mecanismo de pinhão e cremalheira, vinculado ao rolamento frontal do veículo por meio de hastes de conexão, está sujeito a transferências de carga, a impactos e vibrações, dependendo da condição da estrada percorrida pelo veículo. Por causa do ângulo formado pelas hastes de conexão com a cremalheira, uma carga pode então ocorrer sobre a cremalheira que corre o risco de movê-las para fora do pinhão. Por esta razão, a cremalheira é habitualmente aplicada permanentemente contra o pinhão por um dispositivo chamado elemento de empuxo que age elasticamente na parte de trás da cremalheira na região do pinhão para pressionar fortemente os dentes da engrenagem dessa cremalheira contra o pinhão. Conseqüentemente, o elemento de empuxo limita o jogo entre os respectivos dentes do pinhão e da cremalheira, e esse elemento de empuxo também permite o controle da força de deslizamento da cremalheira na caixa de velocidades. Além disso, a ação do elemento de empuxo permite a compensação dos defeitos de alinhamento da cremalheira.
Em sua modalidade mais recente, o dispositivo de elemento de empuxo compreende o elemento de empuxo estritamente falando, que é uma parte rígida montada de modo a ser translacionalmente móvel em uma direção
2/7 substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal da cremalheira, e instada em direção à parte de trás da cremalheira por meios de mola também posicionados ao longo de uma direção substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal da cremalheira.
Pelo contrário, no caso de um dispositivo de elemento de empuxo excêntrico tal como descrito, por exemplo, em US 6.247.375 B1 (ou documentos de patente FR 2219868 A e EP 0770538 A2); uma montagem rotativa que compreende uma parte fora do centro, que empurra a cremalheira em direção ao pinhão, sendo a montagem rotativa rotativamente montada em um alojamento, tal como o alojamento de um pinhão, em torno de um eixo paralelo ao eixo longitudinal da cremalheira. A circunferência interna da referida montagem é fora do centro devido à sua circunferência externa, de modo que quando ela gira no alojamento, sua parte fora do centro é aplicada contra a parte de trás da cremalheira e empurra a última em direção aos dentes do pinhão, de modo a mantê-los engajados. A montagem é rotacionalmente inclinada em uma direção por uma mola (ver, em particular, o documento anteriormente referido FR 2 219 868A), de modo a compensar pelo jogo causado pelas imprecisões da montagem e pelo desgaste entre os dentes da cremalheira e os dentes do pinhão.
No caso da patente anteriormente mencionada, US 6.247.375 B1, a parte interna da montagem rotativa inclui um recesso no qual está montado um feixe de mola, que incidirá sobre a cremalheira e, por isso, permite um ligeiro movimento radial para compensar os defeitos de alinhamento da cremalheira.
As vantagens de um dispositivo de elemento de empuxo excêntrico residente, em particular, encontram-se na compacidade de tal dispositivo e no fato de que ele pode ser irreversível, sendo feito impossível qualquer retorno para trás da montagem rotativa (a partir de uma determinada posição angular alcançada).
No entanto, na organização de acordo com a patente US 6.247.375 B1, o fato de colocar um feixe de mola entre a montagem rotativa e a cremalheira tem como consequência que, quando a cremalheira é instada por forças variáveis, esta última nem sempre incide sobre a mola da mesma forma, o que pode causar perdas de contato entre a referida mola e a cremalheira. Além disso, o feixe de mola muda de posição ao longo do tempo, considerando a rotação gradual da montagem, que provoca uma mudança na orientação e na intensidade das forças aplicadas sobre a cremalheira. Tudo isso pode prejudicar fortemente a função desempenhada pelo dispositivo de elemento de empuxo excêntrico.
A presente invenção almeja encontrar uma solução para estes
3/7 inconvenientes, através da melhora do funcionamento de um dispositivo de elemento de empuxo excêntrico para um sistema de direção de pinhão e cremalheira, por meio de um controle melhor sobre os movimentos e posições dos elementos do dispositivo de elemento de empuxo.
Para este propósito, o objeto da invenção é um dispositivo de elemento de empuxo excêntrico para um conjunto de direção de pinhão e cremalheira de um veículo motor, um dispositivo que compreende em um modo por si mesmo conhecido, uma montagem rotativa, a circunferência interna da qual é fora do centro relativamente à circunferência externa, sendo referido apoio rotacionalmente inclinado em uma direção por meio da mola e sendo provido de modo a ser aplicado por sua circunferência interna fora do centro contra a parte de trás da cremalheira, para empurrar a última de volta em direção aos dentes do pinhão do conjunto de direção, sendo este dispositivo de elemento de empuxo excêntrico essencialmente caracterizado pelo fato de que a montagem rotativa é rotativamente montada em um alojamento, por si só deslizavelmente montado substancialmente perpendicular ao plano dos dentes da cremalheira, outro meio de mola de amortecimento sendo posicionado entre o alojamento de deslizamento e um elemento fixo, tal como a caixa de direção, para agir sobre o referido alojamento ao longo de sua direção deslizante.
Assim, o princípio da invenção consiste em separar a função de compensação para os jogos devido à montagem e ao desgaste, o que é alcançado pela montagem excêntrica em si, por um lado, e a função de absorver os defeitos de alinhamento da cremalheira e opcionalmente defeitos geométricos do pinhão, que é alcançado pelo movimento de translação do alojamento, sujeito à ação dos próprios meios de mola de amortecimento que incidem sobre o alojamento, por outro lado. Esta associação de ambas as funções, em particular dá a possibilidade de se ter orientação apropriada da cremalheira que repousa diretamente sobre um suporte rígido com uma parte fora do centro. Ela também permite a limitação da degradação, causa da irreversibilidade do dispositivo do elemento de empuxo, estabilizando o apoio da montagem rotativa. A absorção dos defeitos de alinhamento da cremalheira é controlada melhor devido à orientação do alojamento de deslizante em um deslizante feito na caixa de direção.
Os meios de mola, que instam em rotação a montagem com uma parte fora do centro, são posicionados aqui entre esta montagem rotativa e o alojamento deslizante; estes meios podem ser formados por pelo menos uma mola de
4/7 compressão ou tração, ou por pelo menos uma mola de torção, ou por pelo menos um feixe de mola ou adicionalmente por pelo menos uma mola em espiral.
Os meios de mola de amortecimento, colocados entre a caixa de direção e o alojamento deslizante, podem ser formados por pelo menos um feixe de mola ou por pelo menos um bloco em elastômero, ou pelo menos uma vedação em anel O-ring-ring, ou por pelo menos uma mola de compressão.
Em uma modalidade particular, esses meios de mola de amortecimento compreendem duas vedações em anel O-ring colocadas respectivamente nas duas extremidades do alojamento deslizante, em torno desse alojamento.
A invenção será compreendida melhor com a descrição que se segue, com referência ao desenho anexado esquemático que ilustra como um exemplo uma modalidade deste dispositivo de elemento de empuxo excêntrico para um conjunto de direção de pinhão e cremalheira de veículo motor.
A fig. 1 é um diagrama de blocos de um dispositivo de elemento de empuxo excêntrico, de acordo com a presente invenção;
A fig. 2 é um diagrama que ilustra a condição de irreversibilidade do dispositivo de elemento de empuxo;
A fig. 3 é outro diagrama explicativo, que ilustra um aspecto do funcionamento deste dispositivo de elemento de empuxo;
A fig. 4 é uma vista seccional que passa por meio do eixo da cremalheira, de uma modalidade prática exemplar do dispositivo de elemento de empuxo de acordo com a invenção;
A fig. 5 é uma vista transversal deste dispositivo de elemento de empuxo, ao longo de V-V da fig. 4, mais particularmente, mostrando a confecção do deslizante para orientar o alojamento deslizante de modo translacional.
Primeiro, com referência à fig. 1, o dispositivo de elemento de empuxo designado como um todo pela marca 1 está associado com uma cremalheira 2 de um conjunto de direção de veículo motor. A cremalheira 2, o eixo longitudinal do qual é indicado por A, tem dentes 3, o plano do qual está indicado em P. O dispositivo de elemento de empuxo 1 é colocado a uma pequena distância do pinhão de direção (não mostrado aqui) que engajará com os dentes 3 da cremalheira 2.
O dispositivo de elemento de empuxo 1, compreende, como um componente principal, uma montagem excêntrica 4, que é uma peça rígida com uma conformação geral anular, mas que inclui uma circunferência interna circular 5, que está fora do centro relativamente à sua circunferência externa circular 6. A
5/7 montagem excêntrica 4 é atravessada pela cremalheira 2, sua circunferência interna circular 5 é aplicada contra a parte de trás da cremalheira 2, ou seja, contra a região externa dessa cremalheira 2 oposta aos dentes 3 da última.
A montagem excêntrica 4 é montada rotativamente em um alojamento 7 de formato correspondente, em outras palavras, um alojamento com um aspecto geral cilíndrico, que é em si guiado em translação na direção de um eixo B, ortogonal ao plano P dos dentes 3 da cremalheira 2. A orientação em translação do alojamento 7 é assegurada por uma conexão do tipo deslizante com a caixa de direção, uma caixa de velocidades que é simbolizada em 8 como uma parte fixa, a conexão do tipo deslizante sendo ela mesma esquematizada em 9.
Um primeiro elemento elástico 10 montado entre a montagem excêntrica 4 e o alojamento deslizante 7, insta esta montagem excêntrica 4 em rotação, em uma dada direção. Um segundo elemento elástico 11, com propriedades de amortecimento, é montado entre o alojamento deslizante 7 e a caixa de direção 8 e atua paralelo à conexão do tipo deslizante 9.
A montagem rotativa excêntrica 4, com a qual está associado o elemento elástico 10, é dimensionada de modo que esta seja irreversível e conduzida em rotação, deslizando por meios do elemento elástico 10, para pressionar sobre a parte de trás da cremalheira 2, enquanto compensando para o conjunto e jogos de desgaste, a posição angular média da montagem excêntrica 4 é devidamente selecionada, para compensar por um máximo de desgaste ao longo do eixo B definido anteriormente, enquanto minimizando o movimento da cremalheira 2 ao longo do eixo C perpendicular a este eixo B e localizada em um plano normal ao eixo longitudinal A da cremalheira 2, em outras palavras, o plano da fig.1. O segundo elemento elástico 11, que é um elemento de amortecimento, permite deslocamento relativo controlado dos dentes do pinhão de direção e dos dentes 3 da cremalheira 2, para absorver os defeitos de alinhamento dessa cremalheira 2, sendo entendido que a força avaliada, a rigidez e o amortecimento do segundo elemento elástico 11 são selecionados para a obtenção de tal deslocamento relativo controlado.
No que diz respeito à montagem rotativa excêntrica 4, a expressão dimensionada de modo que ela seja irreversível significa que as diferentes dimensões observam as seguintes condições (ver figs. 2 e 3.):
A razão entre o valor da excentricidade e a distância radial entre o centro O da circunferência externa 6 da montagem excêntrica 4 e o ponto de contato entre a montagem excêntrica 4 e o alojamento deslizante 7 é menor do que o valor do
6/7 coeficiente de fricção estática entre a montagem excêntrica 4 e o alojamento deslizante 7 para valores de excentricidade baixos.
Na formulação anterior, pelo valor da excentricidade significa a distância mínima entre o eixo longitudinal da circunferência interna 5 e o eixo longitudinal da circunferência externa 6 da montagem excêntrica 4.
Esta condição de irreversibilidade pode ser escrita genericamente como: e/(R.cos(a))<f ou seja, para um ângulo α cujo valor é próximo de zero:
e/R<f fórmula na qual:
- e é o valor da excentricidade,
- R é o raio de contato, em outras palavras, a distância entre o centro O da circunferência externa 6 da montagem excêntrica 4 e do ponto de contacto,
- f é o coeficiente de fricção estática entre ambas as superfícies em contato.
A formulação, de acordo com a qual «a posição angular média da montagem excêntrica é adequadamente selecionada para compensar um máximo de desgaste ao longo do eixo B definido anteriormente, enquanto minimizando o movimento da cremalheira 2 ao longo do eixo C perpendicular a este eixo B e localizado em um plano normal ao eixo longitudinal A da cremalheira 2 » é explicado pelo diagrama da fig. 3. Isso significa que o ângulo a, formado pela linha reta que passa por meio do centro da circunferência interna fora do centro 5 e por meio do centro O da circunferência externa 6 da montagem excêntrica 4, sobre por um lado, e por meio da linha reta ao plano P dos dentes 3 da cremalheira 2, por outro lado, é um ângulo para o qual o valor deve variar em um intervalo reduzido e ser centrado sobre um valor médio igual a 90°.
Agora, em relação às figs. 4 e 5, uma modalidade prática do dispositivo de elemento de empuxo 1 será descrita no presente documento abaixo, que corresponde aos princípios discutidos anteriormente.
A montagem excêntrica 4 tem aqui um formato de canto, e é rotacionalmente inclinada por uma mola de compressão 10, que segue um caminho curvado como um arco circular, dentro do alojamento 7, que em si tem um aspecto geral cilíndrico. O todo é montado dentro de uma parte de caixa de direção 8, em torno da cremalheira 2 e localizado em proximidade do pinhão de direção (não mostrado). Como mostrado pela fig. 5, a conexão de deslizante 9 entre o alojamento 7 e a caixa de velocidades 8 é alcançada com planos 9a e 9b
7/7 paralelos entre si e perpendicular ao plano P dos dentes 3 da cremalheira 2.
Novamente referindo-se à fig. 4, o elemento elástico 11 que tem propriedades de amortecimento compreende aqui duas vedações em anel O-ring 11a e 11b, que são montadas em sulcos anulares, respectivamente, feitos em direção de ambas as extremidades do alojamento 7. Posicionadas desta forma, ambas as vedações em anel O-ring 11a e 11b permitem o deslizamento do alojamento 7 na direção da ligação do tipo deslizante 9, enquanto amortecendo este deslizamento.
Não seria afastar-se do âmbito de aplicação da invenção, tal como definido nas reivindicações em anexo:
- alterar os detalhes de formato dos componentes do dispositivo, tais como a montagem excêntrica e o alojamento deslizante,
- recorrer a quaisquer equivalentes dos meios descritos, notadamente pela substituição da mola de compressão, que age sobre a montagem excêntrica, com uma mola de outro tipo, tal como uma mola de tração ou uma mola de torção ou um feixe de mola ou uma mola em espiral,
- também, substituir a vedação dupla em anel O-ring com qualquer outro elemento elástico que tenha propriedades de amortecimento, tal como um feixe de mola em um material apropriado, ou um bloco em elastômero ou uma mola de compressão,
- dedicar este dispositivo de elemento de empuxo para sistemas de direção de quaisquer tipos, que podem ser conjuntos de direção manual ou conjuntos de direção assistidos elétricos ou hidráulicos.

Claims (11)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Dispositivo de elemento de empuxo excêntrico para um pinhão e cremalheira de um veículo motor, o dispositivo de elemento de empuxo (1) que compreende uma montagem rotativa (4), a circunferência interna (5) da qual é excêntrica em relação à circunferência externa (6), referida montagem (4) sendo rotacionalmente inclinada em uma direção por meio de mola (10), e sendo provida, de modo a ser aplicada por meio de sua circunferência interna fora do centro (5) contra a parte de trás da cremalheira (2), de modo a empurrar a última de volta em direção aos dentes do pinhão de direção, caracterizado pelo fato de que a montagem rotativa (4) é rotacionalmente montada em um alojamento (7), sendo a própria montada de modo deslizante substancialmente perpendicular ao plano (P) dos dentes (3) da cremalheira (2), outros meios de mola de amortecimento (11, 11a, 11b) sendo posicionados entre o alojamento deslizante (7) e um elemento fixo, tal como a caixa de direção (8), para atuar sobre o alojamento deslizante (7) ao longo de sua direção deslizante (B).
  2. 2. Dispositivo de elemento de empuxo excêntrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o alojamento (7) é guiado de modo deslizante em um deslizante (9) feito na caixa de direção (8).
  3. 3. Dispositivo de elemento de empuxo excêntrico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os elementos da mola (10) que inclinam rotacionalmente a montagem (4) com uma parte fora do centro, estão posicionados entre essa montagem rotativa (4) e o alojamento deslizante (7), e são, pelo menos, formados com uma mola de compressão ou tração.
  4. 4. Dispositivo de elemento de empuxo excêntrico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os meios de mola (10) que inclinam rotacionalmente a montagem (4) com uma parte fora do centro, estão posicionados entre esta montagem rotativa (4) e o alojamento deslizante (7) e são formados com pelo menos uma mola de torção.
  5. 5. Dispositivo de elemento de empuxo excêntrico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os meios de mola (10) que inclinam rotacionalmente a montagem (4) com uma parte fora do centro, estão posicionados entre esta montagem rotativa (4) e o alojamento deslizante (7), e são formados com pelo menos um feixe de mola.
  6. 6. Dispositivo de elemento de empuxo excêntrico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os meios de mola (10) que inclinam rotacionalmente o apoio (4) com uma parte fora do centro, estão
    2/2 posicionados entre esta posição rotativa de montagem (4) e o alojamento deslizante (7), e são formados por pelo menos uma mola em espiral.
  7. 7. Dispositivo de elemento de empuxo excêntrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os meios de molas de amortecimento (11), colocados entre o alojamento deslizante (7) e a caixa de direção (8), são formados com pelo menos um feixe de mola.
  8. 8. Dispositivo de elemento de empuxo excêntrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os meios de molas de amortecimento (11), colocados entre o alojamento deslizante (7) e a caixa de direção (8) são formados com pelo menos um bloco em elastômero.
  9. 9. Dispositivo de elemento de empuxo excêntrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os meios de mola de amortecimento (11) colocados entre o alojamento deslizante (7) e a caixa de direção (8) são formados com pelo menos uma vedação em anel O-ring.
  10. 10. Dispositivo de elemento de empuxo excêntrico, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os meios de molas de amortecimento (11) compreendem duas vedações em anel O-ring (11a, 11b), respectivamente colocadas nas duas extremidades do alojamento deslizante (7), ao redor desse alojamento (7).
  11. 11. Dispositivo de elemento de empuxo excêntrico, de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os meios de molas de amortecimento (11) colocados entre o elemento deslizante (7) e a caixa de direção (8) são formados com pelo menos uma mola de compressão.
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