ES2247559T3 - Piñon de direcion. - Google Patents

Abstract

Piñón de dirección (1) producido mediante conformación en frío o caliente listo para engranar como conexión de acoplamiento de una pieza entre el árbol de dirección (6) y la cremallera (4) de un dispositivo de dirección en un vehículo automotor, siendo que el piñón de dirección (1) comprende una sección dentada cilíndrica con un dentado helicoidal en su lado externo y una sección de eje (2) cilíndrico contiguo con este en forma coaxial cuyo diámetro es mayor que aquel de la sección dentada (3) y su sección terminal tiene una cavidad de arrastre (9) para el acoplamiento del árbol de dirección (6), y siendo que una región de transición (14) está prevista entre el círculo de pie (12) del dentado helicoidal y la sección de eje (2), caracterizado porque la región de transición (14) comprende al menos dos secciones cónicas y a saber una sección cónica (25) radialmente externa con un primer ángulo de cono ( 1) que se encuentra entre el diámetro de círculo de cabeza en el extremo de dentado del dentado helicoidal y la sección de eje (2), y una sección cónica (26) radialmente interna con un segundo ángulo de cono ( 2) que se encuentra entre el diámetro de círculo de cabeza (13) del dentado helicoidal y el círculo de pie (12) del dentado helicoidal, porque el primer ángulo de cono ( 1) es mayor que el segundo ángulo de cono ( 2) y la región de transición (14) describe al menos una sección de redondeado con un primer radio (R1) que hace una transición de la sección cónica externa (25) hacia la envolvente cilíndrica de la sección de eje (2).

Description

Piñón de dirección.

Descripción de la invención

La invención se relaciona con piñón de dirección producido mediante conformación en frío o caliente listo para engranar como conexión de acoplamiento en una pieza entre el árbol de dirección y la cremallera de un dispositivo de dirección en un vehículo automotor, siendo que el piñón de dirección tiene una sección de dentado cilíndrica con dentado helicoidal en su lado externo y una sección de eje cilíndrica que está contigua con esta en forma coaxial que tiene un diámetro mayor que aquel de la sección de dentado y cuya sección final comprende una cavidad de arrastre para la conexión del árbol de dirección, y siendo que una región de transición está prevista entre el círculo de pie del dentado helicoidal y la sección de eje.

Piñones de dirección de este tipo son descritos en los documentos JP 7-308729 A y JP 11-10274 A que están previendo un área aproximadamente triangular para controlar el flujo de material durante la forja que está dispuesta en la región de entrada de cavidades del dentado en el molde hueco de la estampa de forja. Esta área triangular está puesta en forma inclinada de manera tal que amplifica la región de entrada y además pone en rotación el flujo del material den manera que se logra un mejor llenado de las cavidades del molde que forman el dentado helicoidal. En el contexto de estas propuestas conocidas se omite considerar como problema que no obstante el buen llenado de la cavidad para el cuerpo de dentado, no se garantiza un llenado del mismo grado de la cavidad para la sección de eje, en particular cuando se está previendo una cavidad de arrastre de área grande en comparación con el diámetro exterior de la sección de eje.

En consideración de lo anterior, la presente invención se fundamenta en el objetivo de prever una configuración del piñón de dirección de manera tal que la cavidad correspondiente de la estampa de forja empleada para el conformado favorece el flujo de material en dos direcciones opuestas, a saber, por un lado para llenar la sección de dentado cilíndrica y por el otro de la sección de eje contigua en forma coaxial del piñón de dirección.

La configuración del piñón de dirección mediante la cual se logra este objetivo se desprende de la característica de la reivindicación de la presente invención. Según esta se está previendo que la región de transición entre el círculo de pie del dentado helicoidal y de la sección de eje que es mayor en diámetro comprenden al menos una sección cónica radialmente externa con un primer ángulo de cono \alpha_{1} (ángulo de retención) que se extiende entre el diámetro del círculo de cabeza en el extremo del dentado del dentado helicoidal y la sección de eje, y una sección cónica radialmente interna con un segundo ángulo \alpha_{2} (ángulo de entrada) que se extiende entre el diámetro de círculo de cabeza den el extremo del dentado y el círculo de pie del dentado helicoidal, porque el ángulo de retención \alpha_{1} es mayor que el ángulo de entrada \alpha_{2} y que la región de transición describe al menos una sección redonda con un primer radio R1 que forma la transición de la sección cónica externa a la envolvente cilíndrica de las sección de eje.

Mediante semejante configuración del piñón de dirección se logra durante el conformado que la resistencia de flujo pueda ser controlada mediante una elección apropiada del ángulo de retención \alpha_{1} y del ángulo de entrada \alpha_{2} de manera tal que se garantiza un llenado completo de la cavidad de la estampa de forja. En la aplicación de la doctrina inventiva puede ajustarse la resistencia durante el prensado de manera tal que el material de la pieza cruda fluya de manera coordinada en las dos direcciones opuestas. Se debe preferentemente tener la intención en esto que al llenar por completo la sección de eje las cavidades de rosca alargadas del dentado helicoidal en la región de la sección dentada se llenen también por completo. Un descubrimiento importante en el marco de la presente invención consiste en que gracias a una elección apropiada de la resistencia de entra en la sección dentada el material es prensado en la dirección opuesta produciendo suficiente presión contraria. De esta manera puede lograrse un llenado sin defectos de la sección de eje aún con una cavidad de arrastre de dimensiones relativamente grandes.

Según una propuesta inventiva se está previendo que el ángulo de retención \alpha_{1} se determine en función de la sección transversal de la cavidad de arrastre de manera tal que aumento o disminuya uniformemente según la dimensión de la sección transversal de la cavidad de arrastre referida al diámetro exterior de la sección de eje. Es decir, si la proporción de sección transversal entre la cavidad de arrastre y la sección de eje aumenta, entonces debe elegirse preferentemente un ángulo de retención \alpha_{1} correspondientemente mayor.

Para determinar la dimensión del ángulo de entrada \alpha_{2} se está previendo inventivamente que este se determina en función del ángulo de espiral \beta del dentado helicoidal de manera tal que aumente o disminuya en sentido contrario a un cambio de ángulo del ángulo de espiral \beta. Con esto se compensa el efecto del ángulo de espiral \beta sobre la resistencia de flujo, de manera que existe la posibilidad de ajustar entre sí el flujo de material en dirección hacia el dentado y en dirección opuesta hacia la sección de eje.

En el marco de la invención pueden preverse además de la sección cónica externa y de la sección cónica interna así como de la sección de redondeado con un primer radio R1 también otras secciones de redondeado, de manera que se garanticen unas transiciones suaves para un flujo de material continuo. En este sentido, una sección de redondeado está prevista preferentemente con un segundo radio R2 que forma la transición entre la sección cónica externa e interna. Se puede prever además otra sección de redondeado con un tercer radio R3 que forma la transición de la sección cónica interna hacia el círculo de pie del dentado helicoidal. De esta manera se produce prácticamente una región de transición con un punto de retorno a la altura del diámetro del círculo de cabeza en el extremo del dentado, en el supuesto que el ángulo de entrada \alpha_{2} sea menor que el ángulo de retención \alpha_{1}. Con base en la regla fundamental de la doctrina inventiva \alpha_{1} > \alpha_{2} resulta que los radios R1 y R2 tengan curvatura contraria. El radio R3 coincide en cuanto a la dirección de la curvatura con el radio R2. Es decir, para el radio R3 aplica lo mismo como para el radio R2 con relación a R1, es decir los radios R1 y R3 tienen curvaturas contrarias.

Es evidente para el perito que de la forma del piñón de dirección definida según las reivindicaciones conforme la presente invención resulta automáticamente un molde hueco correspondiente de la estampa de forja para la operación de conformado. En lugar de extrusionado en frío, la conformación puede realizarse también mediante forjado.

A continuación se describe un piñón de dirección inventivo mediante el dibujo. Muestran

Fig. 1 el piñón de dirección en representación tridimensional,

Fig. 2 una vista en elevación lateral del piñón de dirección, parcialmente seccionado,

Fig. 3 una sección transversal III-III según Fig. 2 con una cavidad de arrastre en forma de un perfil diedro,

Fig. 3a una variante de Fig. 3 con una cavidad de arrastre en forma de un perfil hexagonal,

Fig. 3b una variante según Fig. 3 con una cavidad de arrastre en forma de dentado de cuña,

Fig. 4 una representación esquemática de la región de transición entre sección de eje y sección de dentado y

Fig. 5 una vista de elevación lateral aumentada en representación de perspectiva.

Fig. 1 muestra un piñón de dirección 1 inventivo en representación tridimensional. Comprende una sección de eje 2 cilíndrica y en su extensión en forma coaxial una sección dentada 3 también cilíndrica con dentado en espiral respectivamente inclinada que se extiende por toda su longitud. Una cremallera 4 representada en línea interrumpida es asociada con el piñón de dirección 1 para la dirección de un vehículo automotor, que tiene un trayecto dentado 5. En una dirección terminada, el dentado helicoidal del piñón de dirección 1 engrana con la cremallera 4 y la desplaza según la posición del volante que es transmitida a través de la columna de dirección del vehículo automotor a un árbol de dirección 6 representado con línea interrumpida. El árbol de dirección 6 comprende en su extremo orientado hacia el piñón de dirección dos áreas aplanadas 7 opuestas entre sí que forman las superficies de contacto para acoplar con una cavidad de arrastre 9 no visible en Fig. 1, pero que se muestra en las figuras 2 y 3 del dibujo, en el extremo de la sección del eje orientada hacia el árbol de dirección. El árbol de dirección 6 comprende además en su extremo de acoplado una extensión de centrado 8 cilíndrica que penetra en una perforación 11 correspondiente (Fig. 2) en el centro de la cavidad de arrastre 9 (Fig. 2). La perforación puede aplicarse mediante conformado o con mecanizado por arranque de virutas posterior.

En la vista de elevación lateral según Fig. 2 se representa la cavidad de arrastre 9 en la región de la sección de eje 2. Se aprecia una superficie de apoyo 18 plana (Fig. 3) mediante una línea de límite 10 donde se apoyan las superficies de contacto 7 del árbol de dirección 6 casi libre de juego, así como una perforación 11 para el alojamiento de la extensión de centrado 8 del árbol de dirección 6. El dentado helicoidal de la sección de dentado 3 del piñón de dirección 1 es representado en la usual forma esquemática, siendo que la línea interrumpida 12 corresponde al círculo de pie del engranaje y la línea de circunferencia 13 su círculo de cabeza. En el extremo interno de la sección dentada 3 se indica la región de transición 14 entre la parte cilíndrica de la sección de eje 2 y la sección dentada 3 entre las líneas 15 y 16, al igual como la línea circunferencial 17 que designa el final del dentado.

Fig. 3 corresponde al plano de sección III - III en Fig. 2. Se aprecia la superficie transversal relativamente grande, representada con línea sin interrupción, de la cavidad de arrastre9, las superficies de apoyo 18 para las superficies de contacto 7 laterales del árbol de dirección 6, así como la perforación central 11.

Las figuras 3a, 3b muestran alternativas para la Fig. 3, a saber según Fig. 3a una cavidad de arrastre cuyas superficies de contacto están formadas mediante un perfil hexagonal y según Fig. 3b una cavidad de arrastre que está formada a manera de un dentado interior de cuña.

Fig. 4 aclara de manera esquemática la propuesta de solución inventiva. Se trata de una representación del piñón de dirección 1 en la región de transición 14 como sección longitudinal de una mitad del eje 19. Con el fin de establecer la relación con Fig. 2, los límites de la región de transición 14 superior están representadas según la línea superior 15 y la línea inferior 16. La altura de la línea superior 15 es dada por la transición entre el radio R1 hacia la envolvente cilíndrica de la sección de eje 2. La línea de límite inferior 16 es dada por la transición del radio R3 al diámetro del círculo de pie 12. Se señala además el diámetro de círculo de cabeza del engranaje según la línea de contorno exterior 13 de la sección dentada 3. A continuación se explica el significado de las otras cuatro líneas horizontales 21 a 24 que se extienden paralelamente a las líneas de límite 15, 16 de la región de transición 14, y a saber por dentro de estas. Sirven para describir a detalle la región de transición, tal como se define en la reivindicación 1.

La línea 21 produce con el contorno de la región de transición un punto de corte 31 en la transición entre la curvatura según el radio R1 y una sección cónica 25 radialmente externa cuyo ángulo de cono se designa como ángulo de retención \alpha_{1}. La altura de la línea 22 es dada por el punto de corte 32 entre el extremo interno de la sección cónica 25 externa y el radio R2 que se extiende por la línea de contorno 13 según el diámetro de círculo de cabeza de la sección dentada 3 y forma la transición a la sección cónica 26 radialmente interna. El punto de corte 33 entre el radio R2 y la sección cónica 26 radialmente interna define la altura de la línea 23. El extremo radialmente interno de la sección cónica 26 interna es marcada con el punto de corte 34 con la línea 24. A partir del punto de corte 34 el radio R3 que tiene la misma orientación de curvatura como el radio R2 forma la transición hacia la línea de contorno 12 que corresponde al diámetro de círculo de pie del engranaje. La línea 16 que delimita la región de transición 14 dentro de la sección dentada 3 produce con la línea de contorno 12 el punto 35 de corte que forma el punto final del contorno de la región de transición 14.

De esta manera se define una región de transición 14 que consiste de dos secciones cónicas 25, 26 y tres radios R1, R2, R3. Esencial en esto es sólo el radio R1 que forma la transición sobre el gran salto de diámetro entre la sección de eje 2 y la sección dentada3. Es perfectamente imaginable que se omitan los radios R2 y R3, sobre todo cuando el ángulo de retención \alpha_{1} y el ángulo de entrada \alpha_{2} no se diferencian mucho. En este caso, los puntos de corte 32 y 33 se desplazan uno encima del otro, de manera que se ubican en la línea de contorno 13 correspondiente al círculo 13 de cabeza del dentado y el punto de corte 34 se desplaza más allá del punto de corte 35 a la línea de límite 16 contigua de la región de transición 14.

Si se supone una dirección de flujo del material en la extrusión en frío en dirección de la flecha 27 para llenar la sección dentada 3, entonces la sección cónica externa 25 significa una resistencia de entrada mayor, tanto mayor se elija el ángulo de retención \alpha_{1}. Sólo después de superar está región de resistencia el menor ángulo de entrada \alpha_{2} determina en seguida la resistencia de flujo del material al llenar el molde hueco que forma el dentado en espiral. Tanto menor se elija el ángulo de entrada \alpha_{2}, con tanta más rapidez se llena la sección dentada 3. Se tiene que tener en cuenta en esto, sin embargo, que el ángulo \alpha_{2} depende del ángulo de espiral \beta del dentado helicoidal (véase Fig. 5) y a saber de la manera que el ángulo de entrada \alpha_{2} incremente respectivamente disminuye en sentido inverso con un cambio de ángulo del ángulo de espiral \beta. Un incremente del ángulo de espiral \beta es absorbido por un menor ángulo de entrada \alpha_{2}, lo que reduce la resistencia de entrada, y a la inversa.

Fig. 5 muestra una representación en aumento del dentado en espiral en la región de la sección dentada 3 con indicación del ángulo de espiral \beta. Las líneas 15 y 16 delimitan la región de transición 14 según la definición explicada para las Fig. 2 y 4. La línea 28 designa el extremo del dentado helicoidal orientado hacia la sección de eje 2. Entre las líneas 21 y 22 se extiende la sección 25 cónica radialmente externa.

La formación del molde hueco de la estampa en la región de entrada de la sección dentada 3 corresponde el área aproximadamente triangular 29 que corresponde a la sección cónica 26 radialmente interna cuya inclinación es determinada por el ángulo de entrada \alpha_{2}. Esta forma triangular 29 forma la transición de la región de entrada al propio dentado en espiral.

Claims (5)

1. Piñón de dirección (1) producido mediante conformación en frío o caliente listo para engranar como conexión de acoplamiento de una pieza entre el árbol de dirección (6) y la cremallera (4) de un dispositivo de dirección en un vehículo automotor, siendo que el piñón de dirección (1) comprende una sección dentada cilíndrica con un dentado helicoidal en su lado externo y una sección de eje (2) cilíndrico contiguo con este en forma coaxial cuyo diámetro es mayor que aquel de la sección dentada (3) y su sección terminal tiene una cavidad de arrastre (9) para el acoplamiento del árbol de dirección (6), y siendo que una región de transición (14) está prevista entre el círculo de pie (12) del dentado helicoidal y la sección de eje (2), caracterizado porque la región de transición (14) comprende al menos dos secciones cónicas y a saber una sección cónica (25) radialmente externa con un primer ángulo de cono (\alpha_{1}) que se encuentra entre el diámetro de círculo de cabeza en el extremo de dentado del dentado helicoidal y la sección de eje (2), y una sección cónica (26) radialmente interna con un segundo ángulo de cono (\alpha_{2}) que se encuentra entre el diámetro de círculo de cabeza (13) del dentado helicoidal y el círculo de pie (12) del dentado helicoidal, porque el primer ángulo de cono (\alpha_{1}) es mayor que el segundo ángulo de cono (\alpha_{2}) y la región de transición (14) describe al menos una sección de redondeado con un primer radio (R1) que hace una transición de la sección cónica externa (25) hacia la envolvente cilíndrica de la sección de eje (2).

2. Piñón de dirección según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer ángulo de cono (\alpha_{1}) depende de la sección hueca de la cavidad de arrastre (9) de manera tal que incrementa respectivamente disminuye uniformemente según la dimensión de la sección transversal referida al diámetro exterior de la sección de eje (2).

3. Piñón de dirección según la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo ángulo de cono (\alpha_{2}) depende del ángulo de espiral (\beta) del dentado helicoidal de manera tal que incrementa respectivamente disminuye en sentido contrario a un cambio de ángulo del ángulo de espiral.

4. Piñón de dirección según la reivindicación 1, caracterizado porque la región de transición (14) describe una sección de redondeado con un segundo radio (R2) que forma la transición entre la sección cónica externa (25) e interna (26).

5. Piñón de dirección según la reivindicación 1, caracterizado porque la región de transición (14) describe una sección de redondeo con un tercer radio (R3) que forma la transición de la sección cónica interna (26) hacia el círculo de pie (12) del dentado helicoidal.