BRPI1101795A2 - tubo externo de um eixo de direção em um veìculo automotor - Google Patents

Abstract

TUBO EXTERNO DE UM EIXO DE DIREçãO EM UM VEìCULO AUTOMOTOR. A invenção referê-se a um eixo de direção em um Veículo auto- motor, em que é inserível telescopicamente um eixo interno, que é acoplável e com travamento devido à forma em direção de rotação; apresentando uma espessura de parede variável em direção periférica, sendo que na área externa estão previstos segmentos de redução de parede externa radialmente recuados com raio externo reduzido.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "TUBO EXTERNO DE UM EIXO DE DIREÇÃO EM UM VEÍCULO AUTOMOTOR".

A invenção refere-se a um tubo externo de um eixo de direção em um veículo automotor conforme o preâmbulo da reivindicação 1.

5 Na DE 10 2005 028 054 B3 é descrito um eixo de direção teles-

copicamente deslocável, que consiste em uma parte interna telescópica de coluna de direção e uma parte externa telescópica de coluna de direção, sendo que parte interna e parte externa são juntáveis. A parte externa forma então um tubo externo, a parte interna um eixo interno guiado axialmente 10 deslocável no tubo externo. Para possibilitar a transmissão de um momento de direção, tubo externo e eixo interno estão acoplados usualmente com travamento devido à forma em direção periférica, o que, por exemplo, é pro- duzido por rolamentos de esferas ou elevações de engate mútuo no lado interno do tubo externo e no lado externo do eixo interno. Esses rolamentos 15 de esferas ou elevações se estendendo em direção axial permitem, simulta- neamente, o deslocamento telescópico mútuo de tubo externo e eixo interno para dentro ou para fora.

Quando da configuração do tubo externo é preciso atentar para um pequeno peso com transmissão de torque simultaneamente alta. Além 20 disso, o tubo externo deve ser produzido de maneira simples.

A invenção tem por objetivo indicar um tubo externo de um eixo de direção em um veículo automotor de fabricação simples, que se destaque por uma elevada transmissão de torque com peso simultaneamente e relati- vamente baixo.

25 Esse objetivo é alcançado, segundo a invenção, com as caracte-

rísticas da reivindicação 1. As sub-reivindicações indicam outras execuções convenientes.

O tubo externo segundo a invenção é parte integrante de um ei- xo de direção em um veículo automotor, que compreende, além disso, um 30 eixo interno, que é alojado no tubo externo, sendo que o eixo interno e o tu- bo externo são deslocáveis telescopicamente entre si. Em direção de rota- ção, o tubo externo e o eixo interno estão acoplados entre si com travamento devido à forma para transmissão de um momento de direção ou torque. O travamento devido à forma entre tubo externo e eixo interno situado interna- mente é obtido por rolamentos de esferas ou elevações engatando radial- mente entre si, que são executadas no lado externo do eixo interno ou do 5 lado interno do tubo externo. Os rolamentos de esferas para alojamento de esferas e as elevações produzem um travamento devido à forma em direção periférica, ao passo que em direção axial ou longitudinal a deslocabilidade telescópica entre tubo externo e eixo interno não é prejudicada pelos ele- mentos de travamento devido à forma. A fácil deslocabilidade translatória é 10 auxiliada significativamente pela execução de mancai de rolamento entre eixo interno e tubo externo.

Segundo a invenção é previsto que o tubo externo apresente uma espessura de parede variável em direção periférica. Como outra carac- terística, o tubo externo possui uma envoltória circular, limitando a área ex- 15 terna, sendo que na área externa estão executados segmentos de redução de parede externa radialmente recuados por segmentos, os quais apresen- tam um raio externo reduzido - relativamente à envoltória circular. Esses segmentos de redução de parede externa se conectam, visto em direção periférica, a rolamentos de esferas em forma de semicírculo no lado interno 20 do tubo externo, que representam os elementos de travamento devido à forma. Os segmentos de redução de parede externa correspondem a seg- mentos de compensação de parede interna executados em igual posição angular, os quais se encontram no lado interno do tubo externo e, analoga- mente aos segmentos de redução de parede externa, são igualmente radi- 25 almente recuados.

Essa execução apresenta diversas vantagens. É especialmente alcançada uma uniformização da espessura de parede do tubo externo si- multaneamente com máxima transmissão de torque. A espessura de parede do tubo externo é reduzida na região mediana entre dois rolamentos de esfe- 30 ras dispostos distribuídos em direção periférica e reforçada nas vizinhanças imediatas do rolamento de esferas. A espessura de parede reduzida conduz a uma significativa redução de peso do tubo externo, sem reduzir essencial- mente a rigidez e a máxima transmissão de torque. Imediatamente vizinha aos rolamentos de esfera, o tubo externo possui, pelo contrário, uma eleva- da espessura de parede, com o que é obtido um rolamento de esferas acen- tuado, relativamente espesso, para um seguro alojamento das esferas com bom apoio em direção periférica. Para, contudo, limitar a espessura de pare- de nesse ponto, no lado externo está previsto o segmento de redução de parede externa com raio externo reduzido, com o que a diferença entre es- pessura de parede reduzida no segmento intermediário entre dois rolamen- tos de esferas e nas vizinhanças imediatas de cada rolamento de esferas pode ser mantida relativamente pequena. A forma semicircular dos rolamen- tos de esferas permite uma guia plana sob carga das esferas nos rolamentos de esferas.

O tubo externo segundo a invenção leva em consideração todos os itens técnicos de fabricação e representa uma ótima solução com relação à geometria. A forma tubular praticamente redonda possibilita ótimas trans- missões de torque. Graças às pequenas diferentes de espessura de parede, o tubo externo pode ser produzido em uma operação, sendo alcançada en- tão a requerida elevada consolidação a freio para a desejada transmissão de torque. Simultaneamente, é mantida suficiente resistência de núcleo após o tratamento térmico, para evitar compressões de esferas sob carga. Na área externa, o tubo externo não apresenta estrias, podendo antes ser configura- do aproximadamente redondo em forma ondulada, o que proporciona a van- tagem de que para a soldagem a camada tratada a quente, situada exter- namente, pode ser girado sem o perigo de um forte enfraquecimento e o tu- bo pode ser também automaticamente retificado durante o processo de pro- dução.

A forma aproximadamente redonda do tubo externo permite também uma montagem simples, na medida em que o tubo externo, por e- xemplo, é encaixado pelo fundo da cabine ou "firewall" do veículo com em- 30 prego de uma passagem redonda da cabine. Além disso, o tubo externo po- de ser diretamente girado na passagem da cabine.

O tubo externo é otimizado com relação ao emprego de material e apresenta, portanto, um baixo peso apesar da máxima transmissão de tor- que. Para melhorar o desgaste de superfície pode ser conveniente tratar termicamente o tubo externo, com o que, depois da elevada consolidação a frio, continua mantida uma suficiente resistência de núcleo para evitar com- pressões de esferas.

Variações de raio tanto no lado externo como também no lado interno do tubo externo ocorrem, de preferência, continuamente, por exem- plo, na medida em que a variação no raio externo e/ou no raio interno é con- tínua ao menos até à primeira derivação, de preferência no entanto até à segunda derivação. As transições de raio contínuas contribuem para evitar picos de tensão no material do tubo externo.

Vantajosamente, a área externa do tubo externo é recuada radi- almente apenas por segmentos, a saber, em regiões que se conectam dire- tamente em direção periférica a um rolamento de esferas na parede interna do tubo externo. Para evitar diferenças de espessura de parede demasiado grandes, é previsto que o raio da área externa na região dos segmentos de redução de parede externa radialmente recuados seja reduzido por exemplo, em não mais de 10 %, especialmente contudo não mais de 5 % com relação à envoltória. A espessura de parede difere entre os segmentos de redução de parede externa e as regiões entre dois rolamentos de esferas em no má- ximo 25 %, sendo possíveis todos os valores até 25 %. O raio da área inter- na entre os segmentos de compensação de parede interna e as regiões me- dianas entre dois rolamentos de esferas difere convenientemente em não mais do que 20 %, especialmente não mais do que 10 %, sendo que tam- bém nesse caso devem ser possíveis todos os valores intermediários até ao atingimento dos máximos limites.

Outras vantagens e execuções convenientes podem ser depre- endidas das outras reivindicações, da descrição das figuras e dos desenhos. Mostram:

figura 1 - uma vista em perspectiva de um eixo de direção, que é empregado em um veículo automotor, com um tubo externo e um eixo inter- no alojado no tubo externo, deslocável telescopicamente em direção Iongitu- dinal, que está acoplado com o tubo externo com travamento devido à forma em direção periférica,

figura 2 - um corte pelo tubo externo,

figura 3 - outro corte pelo tubo externo em representação ampli-

ada.

iguais.

Nas figuras, componentes iguais são providos de referências

Na figura 1 está representado um eixo de direção 1, que é mon- tado em um veículo automotor, consistindo em um tubo externo 2 e em um 10 eixo interno 3 alojado deslocavelmente no tubo externo 2. O tubo externo e o eixo interno 3 estão providos em lados frontais axiais contrapostos respecti- vamente de uma articulação 4 ou 5 soldada. O eixo interno 3 é mantido des- locável axialmente e telescopicamente no tubo externo 2, mas acoplado à prova de rotação com o tubo externo 2 em direção periférica por meio de 15 elementos de encaixe com travamento devido à forma, de modo que é pos- sível apenas um deslocamento relativo translatório axial entre tubo externo 2 e eixo interno 3, mas não um movimento de rotação relativo. Os elementos de travamento devido à forma são formados como rolamentos de esferas ou elevações no lado interno do tubo externo ou da área exterior do eixo inter- 20 no, que são executados correspondentemente entre si. Nos rolamentos de esferas são guiadas esferas, com o que é possibilitado um fácil movimento de deslocamento relativo entre tubo externo e eixo interno. Os rolamentos de esferas ou elevações se estendem em direção longitudinal e possibilitam assim o movimento de deslocamento axial relativo entre tubo externo e eixo 25 interno.

Como se pode depreender da representação em corte do tubo externo 2 conforme figura 2 e figura 3, no lado interno 7 do tubo externo 2 estão previstos ao todo quatro rolamentos de esferas 8 distribuídos pela pe- riferia no ângulo de 90 que representam elementos de travamento devido 30 à forma e coincidem com correspondentes elevações no lado eterno do eixo interno. Na região de um rolamento de esferas 8, o tubo externo 2 apresenta uma espessura de parede mínima wmin. Imediatamente, nas vizinhanças dos rolamentos de esferas 8, a espessura de parede apresenta um valor máximo wmax, a saber, em segmentos de redução de parede interna 10, que se co- nectam diretamente a cada rolamento de esferas 8 em direção periférica em ambos os lados.

5 A cada segmento de compensação de parede interna 10 no lado

interno 7 do tubo externo 2 corresponde um segmento de redução de parede externa 9 no lado externo 6. O segmento de redução de parede externa 9 apresenta com relação a uma envoltória 11, que está posicionada em torno da região externa 6 (figura 3), um raio rR ligeiramente reduzido, ao passo 10 que a envoltória 11 possui o raio externo ra máximo. O segmento de com- pensação de parede interna 10 possui o raio interno η mínimo; nesse ponto, a espessura de parede do tubo externo 2 apresenta o valor máximo Wmax- Na região da espessura de parede mínima wmin, que o tubo externo no rolamen- to de esferas 8 possui, o tubo externo apresenta um raio r2 , na região inter- 15 mediária entre dois rolamentos de esferas 8 a espessura de parede possui o raio interno padrão η. Nessa região intermediária entre dois rolamentos de esferas 8, a espessura de parede possui o valor padrão ws.

Os segmentos de redução de parede externa 9 com os segmen- tos de compensação de parede interna 10 correspondentes produzem uma 20 uniformização da espessura de parede. Frente à espessura de parede pa- drão Ws, a máxima espessura de parede Wmax é alcançada na região de seg- mento de redução de parede externa 9 ou segmento de compensação de parede interna 10, a mínima espessura de parede Wmin na região dos rola- mentos de esferas 8. A transição entre a espessura de parede padrão ws 25 inicialmente para a máxima espessura de parede wmaxe depois para a míni- ma espessura de parede wmin ocorre em direção periférica tanto no lado ex- terno do tubo externo como também no lado interno ao menos até a primeira derivação, de preferência contudo até à segunda derivação, continuamente, com o que são evitados picos de tensão no material do tubo externo. 30 Os segmentos de redução de parede externa 9 possuem um raio

rR, que é apenas ligeiramente menor do que o raio externo ra, sendo que a divergência importa de preferência em não mais do que 5 %. Assim, a área externa 6 coincide amplamente com a envoltória 11, possuindo assim a área externa aproximadamente a forma circular.

Como mostra ainda a figura 3, os rolamentos de esferas 8 são executados em forma semicircular e se compõem respectivamente em dois 5 segmentos 8a e 8b, sendo que cada segmento, por si só, é executado em forma semicircular e possui o raio rk, sendo que o ponto central do raio de cada segmento com relação a uma bissetriz 12 pelo ponto mais profundo do rolamento de esferas 8 apresenta um deslocamento transversal. Os pontos centrais de raio se situam em lados contrapostos da bissetriz 12, de modo 10 que os vetores de raio rk se interceptam. Assim também os setores semicir- culares se interceptam no ponto mais profundo do rolamento de esfera, que é cortado simultaneamente pela bissetriz 12. O ponto mais profundo do ro- lamento de esferas 8 apresenta o raio r2 .

Devido a essa geometria do rolamento de esferas 8, uma esfera 15 guiada no rolamento de esferas possui, vista em direção periférica da seção transversal do rolamento de esferas, respectivamente um ponto de contato na região de cada segmento 8a e 8b. Sob carga, a superfície de esfera se adapta linearmente ao raio de cada segmento 8a ou 8b. Todavia, também sob carga o ponto mais profundo do rolamento de esferas 8 na região do 20 ponto de interseção de ambos os segmentos ou da bissetriz continua sem contato com os segmentos; nesse ponto, a superfície de esfera não tem con- tato para com o rolamento de esferas, com o que é melhorado o rolamento das esferas nos rolamentos de esferas. LISTA DE REFERÊNCIAS 25 1 eixo de direção

2 tubo externo

3 eixo interno

4 articulação

5 articulação 30 6 área externa

7 lado interno

8 rolamento de esferas 8a,8b segmento

.9 segmento de redução de parede externa

.10 segmento de compensação de parede interna

.11 envoltória . 12 bissetriz

Claims (12)

REIVINDICAÇÕES

1. Tubo externo de um eixo de direção em um veículo automo- tor, com um eixo interno (3) a ser conduzido no tubo externo (2), sendo que o eixo interno (3) e o tubo externo (2) são deslocáveis telescopicamente en- tre si e em direção de rotação são acopláveis com travamento devido à for- ma por quatro rolamentos de esferas (8) ou elevações engatando radialmen- te entre si no lado interno (7) do tubo externo (2) e no lado externo do eixo interno (3), caracterizado pelo fato de que - o tubo externo (2) apresenta uma espessura de parede variável em direção periférica, - o tubo externo (2) apresenta uma envoltória (11) circular, limi- tando a área externa (6), sendo que a envoltória circular encosta por um ângulo total de ao menos 180 0 em cada ponto no contorno externo, - na área externa (6) estão previstos segmentos de redução de parede externa (9) radialmente recuados com raio externo reduzido, que se conectam, visto em direção periférica, a rolamentos de esferas (8) em forma de semicírculo, que são previstos no lado interno (7) do tubo externo (2), - no lado interno (7) do tubo externo (2), correspondentemente aos segmentos de redução de parede externa (9) radialmente recuados, que se encontram no lado externo, estão executados segmentos de compensa- ção de parede interna (10) igualmente radialmente recuados.

2. Tubo externo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a variação do raio interno na transição para os segmentos de compensação de parede interna (10) é contínua ao menos até à 1a deri- vação.

3. Tubo externo de acordo com reivindicação 1 ou 2, caracteri- zado pelo fato de que a espessura de parede na região dos segmentos de compensação de parede interna (10) é maior do que a espessura de parede padrão do tubo externo (2) fora dos segmentos de compensação de parede interna (10).

4. Tubo externo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a espessura de parede na região dos rola- mentos de esferas (8) executados no lado interno (7) é menor do que a es- pessura de parede padrão (ws) do tubo externo (2).

5.Tubo externo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a variação do raio externo na transição para os segmentos de redução de parede externa (9) é contínua até à 1a deriva- ção.

6.Tubo externo de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o raio externo na região dos segmentos de redução de parede externa (9) radialmente recuados é reduzido em não mais do que 10%, especialmente não mais do que 5% com relação à envol- tória (11).

7.Tubo externo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o raio interno na região dos segmentos de compensação de parede interna (10) radialmente recuados é reduzido em não mais do que 20%, especialmente não mais do que 10%, com relação à região entre dois rolamentos de esferas (8) executados no lado interno (7).

8.Tubo externo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a espessura de parede do tubo externo (2) entre os segmentos de redução de parede externa (9) e as regiões fora dos segmentos de redução de parede externa (9) difere no máximo em 25 %.

9.Tubo externo de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a seção transversal dos rolamentos de esfe- ras (8) se compõe de segmentos (8a, 8b) com igual raio (rk), sendo que o ponto central de raio de cada segmento (8a, 8b) com relação a uma bissetriz (12) pelo rolamento de esferas (8) apresenta um deslocamento transversal.

10.Tubo externo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os pontos centrais de raio de ambos os segmentos (8a, 8b) se situam em lados contrapostos da bissetriz (12).

11.Tubo externo de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que - os segmentos de compensação de parede interna (10) se situ- am em um círculo com o raio r. - as regiões fora dos rolamentos de esferas e segmentos de compensação de parede interna se situam em um círculo com o η, - o ponto respectivamente mais profundo dos rolamentos de es- feras se situa em um círculo com o raio r2, - os segmentos de redução de parede externa (9) se situam em um círculo com o raio tr, - a envoltória circular tem o raio ra, - sendo que a espessura de parede Wmax é determinada com (rR - n)/2, - sendo que a espessura de parede Wmin é determinada com (ra - r2)/2, - sendo que a espessura de parede ws é determinada com (ra - n)/2, - sendo Wmin < ws < wmax.

12. Dispositivo de coluna de direção em um veículo automotor com um tubo externo (2) como definido em uma das reivindicações 1 a 11.