ES2197526T3 - Conjunto de cojinete amortiguado precargado. - Google Patents
Conjunto de cojinete amortiguado precargado.Info
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Abstract
Un conjunto de cojinete que comprende un cojinete (3) que tiene una división axial (8) y una corona elastomérica (4) situada alrededor del cojinete de división, comprendiendo la corona elastomérica (4) un cilindro elastomérico (4) que tiene una pared anular alrededor de un eje longitudinal (52), una pluralidad de nervaduras (15) que se extienden a lo largo de una superficie exterior (20) del elemento elastomérico, caracterizado por una pluralidad de pasos (11) que se extienden longitudinalmente a través de la pared del cilindro y estando situada la pluralidad de nervaduras radialmente hacia fuera de los pasos.
Description
Conjunto de cojinete amortiguado precargado.
La presente invención se refiere a un conjunto de
cojinete mejorado que tiene como uso principal, aunque no
exclusivo, como un conjunto de cojinete para columnas de dirección
para uso en automóviles, y que tiene una corona elastomérica para
uso en un conjunto de cojinete de este tipo. Se conoce por el
documento FR 2 466 663 A un conjunto de cojinete de acuerdo con el
preámbulo de la reivindicación 1. Adicionalmente, el documento DE 92
16 981 U describe un conjunto de cojinete que incluye pasos que se
extienden longitudinalmente a través de la pared del cilindro de un
cilindro elastomérico.
Una columna de dirección incluye todos los
elementos necesarios para permitir movimientos de un volante que
deben ser transmitidos a una cremallera de dirección. La columna de
dirección incluye un tubo de montaje en el que un árbol, que une
juntos el volante y la cremallera de dirección, es guiado en
rotación. El árbol está soportado en el tubo por una pluralidad de
conjuntos de cojinete.
Cuando se utiliza en columnas de dirección, los
conjuntos de cojinete deben satisfacer un número de condiciones.
Los fabricantes de vehículos especifican las condiciones de
montaje, velocidad y temperatura en las que los conjuntos de
cojinete deberán funcionar. Los conjuntos de cojinete deben permitir
que tensiones procedentes del volante sean transmitidas a través
del árbol y deben funcionar de forma silenciosa. Adicionalmente,
los conjuntos de cojinete deben mantener sus propiedades a lo largo
de la vida de trabajo de la columna de dirección a pesar de los
diferentes factores medioambientales encontrados, incluyendo
niveles variables de temperatura, humedad y grasa.
Se conoce construir conjuntos de cojinete para
este fin que comprendan un cojinete dividido, alrededor del cual
está colocado un elemento elástico, estando situado el elemento
elástico en uso entre el cojinete y un tubo de montaje para colocar
el cojinete axialmente con relación al tubo de montaje. De este
modo, puede mantenerse una presión continua sobre la superficie
trasera del cojinete que actúa para cerrar la división.
No obstante, en los conjuntos de cojinete
conocidos, tales como los descritos anteriormente, la fuerza
ejercida sobre la superficie trasera del cojinete seguirá las
características físicas intrínsecas del elemento elástico.
Adicionalmente, la fuerza ejercida estará afectada por algunas
irregularidades sobre la superficie interior de la carcasa. Estas
características pueden provocar problemas en la obtención y
mantenimiento de una fuerza uniforme, o substancialmente uniforme
sobre la superficie trasera del cojinete. Existe la necesidad de
que un elemento elástico tenga una presión substancialmente
constante sobre la superficie trasera del cojinete con el fin de
garantizar la constancia del valor del par de rotación. Sería una
ventaja que la presión substancialmente constante estuviera en el
mínimo requerido para conseguir esto. Esto es debido, infelizmente,
a que, en algunas circunstancias, el mantenimiento de la presión
substancialmente constante sobre la superficie trasera del cojinete
contra la fuerza opuesta ejercida por el cojinete provocará que se
produzca flexión por fluencia en el elemento elástico. Claramente,
sería una ventaja tener el nivel de tensión más bajo en el elemento
elástico para evitar que se produzca flexión por fluencia.
Es una ventaja de la presente invención que una
corona elastomérica de acuerdo con la presente invención elimina o
reduce substancialmente estos problemas.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un conjunto de cojinete como se define en la
reivindicación 1.
Preferentemente, los pasos se extienden paralelos
al eje longitudinal del elemento elastomérico.
La configuración de sección transversal de los
pasos puede ser cualquiera deseada y puede incluir, por ejemplo,
redonda, oval, hexagonal.
Más preferentemente, la pluralidad de nervaduras
se extiende substancialmente paralela al eje longitudinal del
cilindro elastomérico.
La configuración en sección transversal de las
nervaduras puede ser de cualquier configuración deseada.
Preferentemente, al menos una de la pluralidad de
nervaduras comprende un cordón que se extiende longitudinalmente a
lo largo del cilindro elastomérico que se proyecta desde una
superficie exterior del cilindro elastomérico, siendo la superficie
exterior del cordón una plana dispuesta paralela a una tangente de
la superficie exterior del cilindro elastomérico.
Preferentemente, la pluralidad de pasos comprende
doce pasos.
Aunque el conjunto de cojinete de la presente
invención es descrito con referencia particular a las columnas de
dirección para vehículos como un ejemplo de su uso, el conjunto de
cojinete de acuerdo con la presente invención es efectivamente un
``conjunto de cojinete libre de holgura'' donde el cojinete actúa
contra un árbol de cooperación sin holgura debido a la fuerza
radialmente compresiva debido a la corona. Por lo tanto, el
conjunto de cojinete de la presente invención tiene muchas
aplicaciones distintas a las columnas de dirección.
De acuerdo con un tercer aspecto de la presente
invención, se proporciona un conjunto de columna de dirección que
incluye al menos un conjunto de cojinete de acuerdo con el segundo
aspecto de la invención.
La invención se describirá ahora, a modo de
ejemplo solamente, con referencia a los dibujos que se acompañan,
en los que:
La figura 1 muestra una vista paralela al eje de
un conjunto de cojinete de acuerdo con la presente invención.
La figura 2 muestra una sección del conjunto de
cojinete a lo largo de la línea A-A de la figura
1.
La figura 3 muestra esquemáticamente la presión
de contacto en una superficie interior de un elemento elastomérico
en una primera forma de realización de la presente invención.
La figura 4 muestra esquemáticamente la presión
de contacto en una superficie exterior de un elemento elastomérico
en una primera forma de realización de la presente invención.
La figura 5 muestra esquemáticamente la presión
de contacto en una superficie interior del elemento elastomérico en
una segunda forma de realización de la presente invención; y
La figura 6 que muestra esquemáticamente la
presión de contacto en una superficie exterior del elemento
elastomérico de la segunda forma de realización de la presente
invención.
Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, se
muestra una primera forma de realización de la presente invención.
Un conjunto de cojinete 1 se muestra para colocar un árbol 60 en
una carcasa 62 (el árbol 60 y la carcasa 62 se muestran solamente
en parte en la figura 2). El conjunto del cojinete comprende un
casquillo de cojinete dividido 3 y una corona elastomérica 4.
Típicamente, el cojinete es fabricado a partir de banda de acero.
Una superficie interior 5 del cojinete 3 está revestida con un
material anti-fricción, típicamente un polímero con
una dureza superficial baja, por ejemplo PTFE, poliacetal o PEEK.
El revestimiento es capaz de funcionar en seco o parcialmente
lubricado.
En su estado disperso libre, el cojinete tiene
una división axial 8 que bajo presión puede estar cerrada. La
longitud periférica del cojinete es tal que cuando la división
axial está cerrada, el diámetro interno del cojinete es menor que el
diámetro externo del árbol. En uso, el árbol 60 está insertado en
el cojinete empujando al cojinete hacia fuera. Al mismo tiempo, la
corona elastomérica entre el cojinete y la carcasa es comprimida,
actuando para empujar el cojinete 3 de nuevo hacia el árbol. De este
modo, el cojinete puede actuar sin holgura entre él y el árbol.
Además, cualquier desgaste en el cojinete está compensado
automáticamente.
La corona elastomérica 4 es generalmente
cilíndrica y tiene una superficie interior y una superficie
exterior 20, estando unidas estas superficies por una primera cara
extrema 13 y una segunda cara extrema 14. Cada una de las caras
extremas está formada con un saliente 17 para formar un receso 21
sobre cada lateral de la corona elastomérica 4. Los recesos 21
definen una porción interior 9 de la corona elastomérica.
El cojinete 3 está provisto con dos pestañas 6,
7, que se extienden radialmente hacia fuera. Las pestañas 6, 7
abrazan la porción interior 9 de la corona elastomérica 4 para
prevenir el movimiento axial relativo de la corona y el cojinete que
se produce durante el uso del conjunto de cojinete. Los recesos 21
son de profundidad suficiente de manera que en uso, las pestañas 6,
7 del cojinete se asientan de modo confortable dentro de los recesos
21, y no se extienden más allá de los planos de la primera y
segunda caras extremas 13, 14, de la corona elastomérica. El
movimiento giratorio relativo del cojinete 3 y la corona
elastomérica 4 es prevenido debido al alto nivel de fricción entre
las dos partes.
La corona elastomérica 4 está provista también
con una pluralidad de pasos 11. La pluralidad de pasos 11 están
formados en la corona elastomérica como parte de la fabricación de
la corona elastomérica 4 por moldeo. En la forma de realización
ilustrada en la figura 1 existen doce pasos de este tipo. Cada uno
de los pasos 11 se extiende desde la primera cara extrema 13 de la
corona elastomérica hasta la segunda cara extrema 14. En la forma de
realización mostrada, cada uno de los pasos tiene un eje
longitudinal 12 que se extiende substancialmente paralelo a un eje
longitudinal 10 de la corona elastomérica. Cada uno de los pasos 11
está situado entre la porción interior de la corona que se
extiende entre las pestañas 6, 7 y una superficie exterior 20 de la
corona elastomérica. De manera más precisa, el eje 12 de cada paso
11 está situado radialmente dentro del inicio del saliente 17 que
forma el receso 21 en cada cara extrema 13, 14. Cada uno de los
pasos 11 está situado de manera que en uso el paso está situado
radialmente hacia fuera de las pestañas 6, 7 del cojinete 3.
Cada uno de los pasos es de sección transversal
substancialmente uniforme a lo largo de su longitud. En la forma de
realización mostrada, cada uno de los pasos es de sección
transversal generalmente circular cuando la corona elastomérica
está en una condición no tensada. Cada uno de los pasos 11 está
situado circunferencialmente de modo equidistante uno respecto a
otro. Dividiendo la corona axialmente en porciones exactas definidas
por aquellas porciones que contienen un paso y aquellas porciones
que no contienen un paso, puede verse que en esta forma de
realización, tales porciones son iguales entre sí.
La corona elastomérica 4 está provista
adicionalmente con una pluralidad de nervaduras 15 situadas
alrededor de la periferia de la superficie exterior 20 de la corona
elastomérica 4. Cada una de la pluralidad de nervaduras actúa desde
la primera cara extrema 13 de la corona elastomérica 4 hasta la
segunda cara extrema 14. Cada nervadura de una pluralidad de
nervaduras termina en cada cara extrema 13, 14 de la corona
elastomérica 4 con una superficie cónica o inclinada 18 (se omite
la superficie interior de la carcasa 62 en el lado derecho de la
figura 2 en la región de la nervadura 15 para mostrar la superficie
en proyección 16 y las porciones de extremo cónico o inclinado 18).
En esta forma de realización, la superficie superior de cada
pluralidad de nervaduras termina en una superficie plana 16. La
superficie plana es substancialmente paralela a una tangente 19
respecto a la superficie circular imaginaria 20 de la corona
elastomérica 4 formada en este punto.
En la forma de realización mostrada, cada
nervadura de una pluralidad de nervaduras se extiende
substancialmente paralela a cada paso de la pluralidad de pasos 11
a través de la corona elastomérica 4, de manera que se extienden
también substancialmente paralelos al eje longitudinal 10 de la
corona elastomérica 4. En esta forma de realización, los puntos
medios de cada una de las superficies planas 16 en la dirección
circunferencial y el eje 12 de los pasos 11 ambos se colocan
substancialmente sobre un plano radial común 50 que pasa a través
del eje 52 del cojinete 3 y el conjunto de cojinete 1.
El efecto de la pluralidad de pasos 11 en la
corona elastomérica sobre la presión de contacto de la corona
elastomérica 4 sobre el cojinete 3 en la superficie interior de la
corona elastomérica debido a la interferencia entre la corona
elastomérica y el cojinete se muestra esquemáticamente en la figura
3. Una línea 25 indica niveles de presión alrededor de la
superficie interior de la corona elastomérica, con un primer punto
26 que corresponde con un valor mínimo de la presión y un segundo
punto 27 que corresponde con un valor máximo de la presión. El campo
de presión superior está situado delante de las porciones sólidas
de la corona elastomérica 4 y los campos de presión inferior están
situados delante de la pluralidad de pasos 11.
La figura 4 muestra esquemáticamente la presión
de contacto en la superficie exterior de la corona elastomérica
debido a la interferencia entre la superficie exterior de la corona
elastomérica 4 y la superficie interior de una carcasa (no
mostrado). Esta figura ilustra el efecto de la pluralidad de
nervaduras sobre esta presión compacta. El nivel de presión de
contacto es representado por una línea 30 sobre la que un primer
punto 31 representa una presión de contacto mínima y un segundo
punto 32 representa una presión de contacto máxima. Los campos de
mayor presión están situados en la región de cada una de la
pluralidad de nervaduras 15 y los campos de menor presión están
situados en las regiones entre cada una de la pluralidad de
nervaduras. Éste es el fin de las nervaduras 15 para reducir los
efectos provocados por cualquiera de las imperfecciones en la
superficie interior de la carcasa.
Cuando se combinan los efectos ilustrados en las
figuras 3 y 4, se entenderá que las variaciones de presión
introducidas por la pluralidad de pasos 11 a través de la corona
elastomérica 4 son desviadas parcialmente por la pluralidad de
nervaduras 15.
Por lo tanto, aunque se proporciona suficiente
fuerza para actuar en la proximidad de la división axial, la corona
elastomérica disminuye el nivel de la tensión en el cojinete para
evitar o eliminar substancialmente el caso de flexión por fluencia
no deseada en la corona elastomérica. Además, las variaciones entre
un nivel mínimo y máximo de presión tenderán a reducir el efecto de
las imperfecciones en la superficie interior de la carcasa sobre la
actuación del conjunto de cojinete.
Son posibles también otros números de pasos 11 en
la corona elastomérica 4; por ejemplo una corona elastomérica puede
producirse con una pluralidad de pasos que comprenden seis pasos, y
una pluralidad de nervaduras que comprenden seis nervaduras. El
efecto en las presiones de contacto en las superficies interior y
exterior si la corona elastomérica en una forma de realización de
este tipo puede verse en las figuras 5 y 6.
En la figura 5, una línea 35 representa la
presión de contacto en la superficie interior de la corona
elastomérica debido al ajuste de interferencia, sobre el que un
primer punto 36 representa una presión de contacto mínima y un
segundo punto 37 representa una presión de contacto máxima. Se
observará que la diferencia entre la presión de contacto mínima y la
presión de contacto máxima es mayor en esta forma de realización
que en la forma de realización previa.
En la figura 6, una línea 40 representa la
presión de contacto en la superficie exterior de la corona
elastomérica debido al ajuste de interferencia, sobre el que un
primer punto 41 representa una presión de contacto máxima y los
puntos 42 representan las presiones de contacto mínimas. Puede
verse en una forma de realización de este tipo, en la que las
porciones curvadas de la corona que contienen un paso de la
pluralidad de pasos están distribuidas de manera uniforme con
aquellas porciones curvadas de la corona que no contienen un paso
de la pluralidad de pasos, que la pluralidad de nervaduras no son
capaces de compensar completamente el efecto de la pluralidad de
pasos. En particular, puede verse que los niveles de presión máxima
de contacto en la superficie exterior de la corona elastomérica
corresponden con las partes más exteriores circunferencialmente de
cada una de las nervaduras terminadas planas, y que existe un nivel
de presión reducida entre los bordes de cada una de las nervaduras.
Aunque esta forma de realización ofrece actuación adecuada, la
forma de realización previa debe ser preferida debido a una
diferencia menor entre los campos de presión mínima y máxima, y
debido a niveles de tensión general reducidos generados en la corona
elastomérica. La reducción del intersticio entre los niveles de
presión mínima y máxima es deseable puesto que la variación entre
los dos conduce a variaciones en el valor del par de rotación. Se ha
encontrado que en uso la primera forma de realización permite
variaciones del par bajo del eje de la columna de dirección.
Claims (10)
1. Un conjunto de cojinete que comprende un
cojinete (3) que tiene una división axial (8) y una corona
elastomérica (4) situada alrededor del cojinete de división,
comprendiendo la corona elastomérica (4) un cilindro elastomérico
(4) que tiene una pared anular alrededor de un eje longitudinal
(52), una pluralidad de nervaduras (15) que se extienden a lo largo
de una superficie exterior (20) del elemento elastomérico,
caracterizado por una pluralidad de pasos (11) que se
extienden longitudinalmente a través de la pared del cilindro y
estando situada la pluralidad de nervaduras radialmente hacia fuera
de los pasos.
2. Un conjunto de cojinete según la
reivindicación 1, donde los pasos (11) se extienden paralelos al
eje longitudinal (52) del elemento elastomérico.
3. Un conjunto de cojinete según la
reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde la pluralidad de
nervaduras (15) se extienden substancialmente paralelas al eje
longitudinal del elemento elastomérico.
4. Un conjunto de cojinete según cualquier
reivindicación precedente, donde cada nervadura comprende un cordón
que se extiende longitudinalmente a lo largo del cilindro
elastomérico que se proyecta desde la superficie exterior del
cilindro elastomérico, siendo la superficie superior del cordón una
superficie plana (16) formada paralela a la tangente (19) de la
superficie exterior del cilindro elastomérico.
5. Un conjunto de cojinete según cualquier
reivindicación precedente, donde los pasos son de configuración
cilíndrica en sección transversal.
6. Un conjunto de cojinete de acuerdo con
cualquier reivindicación precedente, donde un punto medio de las
nervaduras en la dirección circunferencial está contenido en un
plano (50) dirigido radialmente, que incluye también el eje de un
paso.
7. Un conjunto de cojinete según cualquier
reivindicación precedente, donde la pluralidad de pasos comprende
12 pasos.
8. Un conjunto de cojinete según cualquier
reivindicación precedente, donde el cojinete cilíndrico funciona
sin holgura contra un árbol de cooperación (60).
9. Un conjunto de cojinete según cualquier
reivindicación precedente, donde el cojinete (3) es un casquillo
con pestañas (6, 7).
10. Un conjunto de columna de dirección que
incluye al menos un conjunto de cojinete según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes 1 a 9.
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