ITTO20101064A1 - Connessione di un anello flangiato di un'unita' cuscinetto-mozzo ad una ruota o al montante della sospensione di un veicolo a motore - Google Patents

Description

“Connessione di un anello flangiato di un’unità cuscinetto-mozzo ad una ruota o al montante della sospensione di un veicolo a motoreâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un gruppo cuscinetto-mozzo del tipo definito nel preambolo della rivendicazione 1.

Per il montaggio di una ruota sul mozzo di un veicolo motore si usano tradizionalmente collegamenti bullonati. Nelle modalità di impiego fino ad oggi prevalenti, per fissare la ruota alla flangia radiale del mozzo, tradizionalmente si prevedono fori filettati nella flangia del mozzo e fori passanti ricavati nella ruota; si affiancano assialmente la ruota, una flangia del rotore freno e la flangia radiale del mozzo, e si inseriscono nei fori allineati di questi tre elementi una serie di rispettivi bulloni che vengono avvitati, serrandoli nei fori filettati del mozzo.

Secondo un'altra configurazione tradizionale, si utilizzano dadi filettati. Si affiancano assialmente la ruota, la flangia del rotore freno e la flangia radiale del mozzo, facendo allineare i fori presenti in questi componenti. Si utilizzano quattro o cinque viti, che vengono infilate dal lato assialmente interno (o lato inboard) della flangia del mozzo. Ciascuna vite ha una testa ed un gambo con un tratto terminale filettato ed un tratto assialmente zigrinato vicino alla testa. Le viti vengono inserite forzatamente, con interferenza radiale, nei fori assiali circolari ottenuti nella flangia radiale del mozzo. Successivamente al piantaggio, sulla parte terminale dei gambi delle viti si infila dall'esterno prima il rotore e quindi la ruota, e si avvitano infine dadi esterni con una coppia di serraggio prescritta. Le zigrinature servono a bloccare rotazionalmente le viti rispetto alla flangia del mozzo, al fine di applicare correttamente la coppia di serraggio prescritta.

Nell’industria automobilistica vi à ̈ una domanda sempre crescente in termini di riduzione di peso della componentistica degli autoveicoli al fine di ridurre i consumi di carburante e le emissioni di scarico. Al fine di ridurre il peso complessivo della ruota e, in particolare della massa rotante, la flangia del mozzo può essere fatta parzialmente di un materiale più leggero rispetto all’acciaio costituente la parte centrale o nucleo tubolare del mozzo. Tipicamente, la flangia può essere fatta di leghe metalliche leggere (ad esempio di alluminio, titanio, magnesio), matrici metalliche composite, polimeri, polimeri rinforzati con fibre. Il nucleo del mozzo à ̈ fatto di un materiale metallico ad elevata tenacità, quale un acciaio per cuscinetti o un acciaio a basso tenore di carbonio. L’accoppiamento tra il nucleo del mozzo e la flangia più leggera à ̈ realizzato alternativamente per accoppiamento di forma con interferenza, o per sovrastampaggio, ad esempio tramite un processo di colata semi-solida.

È noto che i materiali leggeri suddetti hanno generalmente una resistenza meccanica minore di quella dell'acciaio usato tradizionalmente.

Le teste delle viti esercitano sforzi assiali direttamente sulle zone circostanti i fori sulla faccia lato inboard della flangia del mozzo. Ciò porta ad una concentrazione di sforzi elevati su superfici di area ridotta. Nel caso in cui sono previste zigrinature assiali sulle viti, il collegamento delle viti alla flangia del mozzo non si rivela sufficientemente saldo quando il materiale costituente la flangia à ̈ meno duro dell'acciaio, o quando il materiale costituente la flangia presenta un maggiore coefficiente di dilatazione termica rispetto al perno di fissaggio, in modo da dar luogo a riduzione dell’interferenza ad alta temperatura. In tali evenienze, la rotazione delle viti rispetto ai fori della flangia dove sono accolte può essere evitata realizzando un impegno reciproco di forma non-circolare tra vite e foro della flangia. Ciò richiede, però, lavorazioni meccaniche specifiche nella flangia e viti di forma particolare, che innalzano i costi di produzione.

Per sopperire alla minore resistenza meccanica dei materiali leggeri, si utilizzano, in associazione a tali materiali, inserti tubolari d’acciaio incorporati nella flangia o comunque solidali ad essa. Tali inserti, distribuiti angolarmente distanziati nella flangia, hanno il compito di realizzare le superfici filettate dei fori attraverso i quali vengono successivamente avvitate le viti, i cui gambi filettati sporgono almeno parzialmente dalla faccia della flangia (o lato outboard) rivolta verso il lato assialmente esterno. Il ritegno assiale e rotazionale degli inserti tubolari può essere alternativamente affidato ad una filettatura esterna, o ad un accoppiamento radiale forzato, mediante una o più costole o scanalature assiali sulla superficie cilindrica esterna degli inserti. Il ritegno assiale à ̈ affidato, in parte, anche ad uno spallamento formato all'estremità assialmente interna dell'inserto, atto ad attestarsi contro la faccia assialmente interna della flangia del mozzo.

Gli inserti tubolari possono essere assemblati alla flangia dopo la formazione di questa, oppure essere collocati nello stampo prima dell'operazione di stampaggio con la quale viene formata la flangia del mozzo. In quest'ultimo caso, il flusso del materiale plastico all'interno della cavità di stampaggio non garantisce una buona qualità strutturale di quelle porzioni della flangia che si trovano attorno all'inserto. In particolare, un flusso imperfetto del materiale plastico produce un riempimento incompleto nelle zone poste a valle degli inserti, considerando la direzione del flusso del materiale nello stampo.

Se gli inserti vengono posizionati dopo la colata, si utilizzano solitamente inserti filettati esternamente. Ciò richiede normalmente la realizzazione di un foro pre-filettato nella flangia, oppure l'utilizzo di inserti esternamente autofilettanti che si bloccano nella flangia durante l'inserimento. Gli inserti auto-filettanti e le operazioni per il loro inserimento comportano costi elevati. Il ritegno assiale che si sviluppa localmente all'interfaccia inserto/flangia, e comporta tensioni concentrate ed elevate. Lo stesso accade quando si piantano forzatamente inserti che presentano una o più costole assiali sulla loro superficie cilindrica esterna allo scopo di impedire la rotazione dell'inserto rispetto alla flangia.

Accorgimenti analoghi a quelli sopra discussi sono anche utilizzati per connettere l’anello flangiato esterno di un’unità cuscinetto-mozzo al montante della sospensione di un veicolo a motore.

Uno scopo generale dell'invenzione à ̈ di perfezionare il montaggio ed il bloccaggio di un’unità cuscinetto-mozzo avente una flangia di materiale leggero ad una ruota o ad un montante della sospensione. Più in particolare, si desidera realizzare una connessione filettata stabile, precisa, semplificare il posizionamento degli elementi filettati per il fissaggio alla ruota o al montante, e ottimizzare la distribuzione degli sforzi all'interno della flangia. Si desidera inoltre impedire la rotazione degli elementi filettati di fissaggio rispetto alla flangia nelle fasi di serraggio e svitamento.

Questi ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti secondo la presente invenzione da un gruppo cuscinettomozzo come definito nella rivendicazione 1. Forme di attuazione preferenziali dell'invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto à ̈ da intendersi come parte integrante della presente descrizione.

Verranno ora descritte alcune forme di realizzazione preferite ma non limitative dell'invenzione, facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 à ̈ una vista parziale, in sezione assiale, di un anello flangiato facente parte di un gruppo mozzo secondo una forma di realizzazione dell’invenzione;

la figura 2 Ã ̈ una vista prospettica schematica di una forma di realizzazione di un elemento di connessione a perno;

la figura 3 à ̈ una vista prospettica parziale dell’anello flangiato della figura 1;

la figura 4 à ̈ una vista prospettica schematica di una variante dell’elemento a perno della figura 2;

la figura 5 Ã ̈ una vista parziale, in sezione assiale, di un elemento a perno come quello della figura 2 (o della figura 4) accoppiato ad un anello flangiato secondo la figura 3;

la figura 6 Ã ̈ una vista prospettica schematica di una ulteriore forma di realizzazione di un elemento di connessione a perno;

la figura 7 à ̈ una vista prospettica schematica di una variante dell’elemento elemento di connessione a perno della figura 6; e

la figura 8 Ã ̈ una vista parziale, in sezione assiale, di un elemento di connessione a perno come quello della figura 6 o della figura 7 accoppiato ad un anello flangiato secondo la figura 3.

Facendo inizialmente riferimento alla figura 1, con il numero 10 à ̈ indicato un anello flangiato facente parte di un’unità cuscinetto-mozzo (non illustrato). L’anello 10 definisce un asse di rotazione centrale x ed à ̈ destinato, in uso, o ad essere l’anello girevole che viene connesso alla ruota del veicolo, oppure l’anello stazionario, che viene connesso al montante della sospensione. Per tale connessione, l’anello 10 à ̈ provvisto di una flangia 11 che si estende in una direzione radialmente esterna e presenta quattro/cinque fori assiali passanti e paralleli 12 formati attraverso di essa in posizioni angolarmente equidistanziate attorno all’asse x.

In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, termini ed espressioni che stanno ad indicare posizioni e direzioni quali "radiale" e "assiale" sono da intendersi riferiti all'asse di rotazione x dell’unità cuscinetto-mozzo. Espressioni quali "assialmente interno" (o “inboard†) e "assialmente esterno" (o “outboard†) si riferiscono invece alla condizione montata sul veicolo. Nel seguito della descrizione si fa riferimento ad un esempio di applicazione nel quale l’anello 10 à ̈ l’anello radialmente esterno e girevole di un’unità cuscinetto-mozzo, e che la flangia 11 à ̈ fissata alla ruota. Le persone esperte nel settore comprenderanno che in applicazioni diverse (ad esempio se l’anello 10 va fissato al montante), le espressioni “assialmente interno†e “assialmente esterno†vanno invertite.

I fori 12 si estendono attraverso la flangia 11 tra una faccia radiale assialmente interna 13, destinata in uso ad essere rivolta verso il veicolo, ed una faccia radiale assialmente esterna 14, costituente una superficie d’appoggio piana per un rotore freno (non illustrato) e/o per la ruota da collegare al mozzo 10, oppure per il montante della sospensione (non illustrata).

La flangia 11 à ̈ fatta, almeno in parte, di un materiale qui definito “leggero†, che à ̈ preferibilmente scelto tra i seguenti: leghe metalliche leggere (ad esempio di alluminio, titanio, magnesio), matrici metalliche composite, polimeri, polimeri rinforzati con fibre.

La flangia 11 à ̈ collegata integralmente e rigidamente ad una porzione centrale 15 del mozzo a forma di nucleo sostanzialmente tubolare, illustrata solo in parte, che à ̈ fatta di un materiale metallico ad elevata tenacità quale l’acciaio, preferibilmente un acciaio per cuscinetti o un acciaio a basso tenore di carbonio. Le modalità di accoppiamento tra il nucleo o porzione centrale d’acciaio 15 e la flangia leggera 11 sono di per sé note nella tecnica e pertanto non verranno qui discusse. Basterà qui citare il fatto che la flangia 11 di materiale leggero à ̈ accoppiata al nucleo 15 preferibilmente per sovrastampaggio o colata, o per accoppiamento di forma con interferenza radiale.

I fori passanti 12 sono atti ad accogliere parzialmente una corrispondente pluralità di elementi di connessione a perno 20 (figura 2) che servono a consentire il fissaggio alla ruota o al montante della sospensione.

Ciascun elemento a perno 20 presenta una porzione a stelo cilindrico assiale 21 ed una porzione di testa 22. La porzione a stelo 21 definisce un rispettivo asse longitudinale y parallelo all’asse di rotazione x del mozzo ed à ̈ accolta almeno parzialmente in uno dei fori 12 della flangia. La porzione di testa 22 ha forma diversa da quella di un solido di rotazione generato attorno all’asse longitudinale y della porzione a stelo 21. Ciascuna porzione di testa à ̈ accolta in un rispettivo recesso 16 (figura 3) di forma corrispondente, ottenuto in una delle due facce radiali opposte della flangia 11 del mozzo. I recessi 16 costituiscono ciascuno un allargamento dei fori passanti 12, dal lato dove questi si aprono sulla faccia radiale 13 della flangia 11. Gli assi y coincidono con gli assi centrali dei fori 12.

La porzione a stelo 21 presenta una superficie cilindrica filettata 24 che serve a collegare l’anello flangiato 10 ad una ruota o al montante della sospensione di un veicolo a motore. Nell’esempio della figura 2, la superficie filettata 24 à ̈ riportata su una superficie cilindrica esterna della porzione a stelo 21. Nella condizione montata (figura 5), la superficie o tratto filettato 24 sporge assialmente oltre la faccia radiale di estremità assiale 14 dell’anello flangiato. Sul tratto filettato 24 viene successivamente serrato un dado filettato (non illustrato), per collegare il mozzo alla ruota o alla sospensione.

L’accoppiamento di forma tra i recessi 16 e le porzioni di testa 22 impedisce agli elementi a perno 20 di ruotare rispetto alla flangia 11, senza generare nella flangia tensioni concentrate elevate, che risulterebbero particolarmente dannose nel materiale leggero costituente la flangia. Gli elementi a perno sono vantaggiosamente fatti di acciaio o di ferro pressato a freddo.

In una forma di realizzazione, le porzioni a stelo 21 hanno un tratto non filettato 25 (figura 2) intermedio tra il tratto filettato 24 e la testa 22. L’elemento a perno 20 può essere fissato alla flangia 11 con interferenza radiale tra le superfici cilindriche esterne 25, preferibilmente lisce, delle porzioni a stelo 21, e i fori cilindrici 12 della flangia.

Secondo le forme di realizzazione illustrate nelle figure 6-8, le porzioni a stelo 21 sono attraversate ciascuna da un foro passante assiale che reca la superficie filettata atta ad accogliere una tradizionale vite (non illustrata) per consentire il fissaggio dell’anello flangiato alla ruota o al montante della sospensione. Come illustrato nella figura 8, la porzione a stelo cavo 21 non deve sporgere assialmente oltre la faccia radiale terminale 14 della flangia, la quale deve procurare una superficie d’appoggio precisa, perfettamente perpendicolare all’asse di rotazione x, per la ruota ed il rotore freno, o per il montante della sospensione.

Gli elementi a perno delle figure 2 e 7 presentano una rispettiva porzione di testa 22 a forma di parallelepipedo smussato o ad angoli arrotondati o smussati, destinata ad essere accolta nel recesso 16 di forma corrispondente presentato dalla faccia 13 della flangia 11 (figura 3). Gli angoli arrotondati sono vantaggiosi in quanto limitano il livello massimo delle tensioni concentrate. La porzione di testa può virtualmente assumere qualsiasi forma non coincidente con quella di un solido di rotazione attorno all’asse longitudinale y dell’elemento a perno considerato e del rispettivo foro 12. Nella figura 4, ad esempio, la porzione di testa 22 dell’elemento a perno 20 ha profilo ovale. La figura 5 illustra l’elemento a perno 20 della figura 4 accoppiato ad una flangia come quella della figura 3. La figura 6 illustra un elemento a perno 20 con cavità filettata 24 assiale passante ed una porzione di testa 22 a profilo ovale. La superficie cilindrica esterna 25 à ̈ liscia. Nella figura 7, la porzione di testa 22 ha profilo poligonale ad angoli smussati; la superficie cilindrica esterna 25 della porzione a stelo 21 à ̈ liscia, mentre la superficie 24 della cavità assiale interna à ̈ filettata.

In ulteriori forme di realizzazione non illustrate, la porzione di testa degli elementi a perno potrà assumere forme ancora diverse, incluse forme a solido di rotazione, purché generate da una rotazione attorno ad un asse non coincidente con l’asse longitudinale y della relativa porzione a stelo. In generale, la forma allargata e/o allungata della porzione di testa procura una superficie di interfaccia ampia che distribuisce i carichi su un’area di contatto estesa, il che abbatte i picchi di tensione.

Nonostante siano state illustrate alcune forme di realizzazione esemplificative nella precedente descrizione dettagliata, si dovrà apprezzare che esiste un gran numero di varianti. Si dovrà anche apprezzare che le forme di realizzazione illustrate costituiscono solo degli esempi, e non sono da intendersi come limitative in alcun modo della portata, dell'applicabilità, o della configurazione. I disegni e la descrizione dettagliata che precede, invece, forniranno alle persone esperte nel settore una traccia conveniente per l'attuazione dell'invenzione, restando inteso che potranno essere apportati diversi cambiamenti alle funzioni e alla configurazione degli elementi descritti nelle forme di realizzazione esemplificative, senza esulare dall'ambito dell'invenzione così come definito nelle rivendicazioni annesse e nei loro equivalenti legali.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo cuscinetto-mozzo per una ruota di un veicolo a motore, comprendente: - un anello flangiato (10), definente un asse di rotazione centrale (x), con - un nucleo tubolare (15) fatto di un primo materiale metallico ad elevata tenacità, ed - una flangia (11) che si estende in direzione radialmente esterna, la quale flangia à ̈ fatta di un secondo materiale più leggero del primo, à ̈ integrale con il nucleo (15), e presenta una pluralità di fori assiali passanti (12) in posizioni angolarmente equidistanziate attorno all’asse (x); - una corrispondente pluralità di elementi di connessione a perno (20), aventi ciascuno - una porzione a stelo cilindrico assiale (21), la quale definisce un rispettivo asse longitudinale (y) parallelo all’asse di rotazione (x) ed à ̈ accolta almeno parzialmente in uno dei fori (12), - una porzione di testa (22), ed - una superficie cilindrica filettata (24) per collegare l’anello flangiato (10) ad una ruota o al montante della sospensione di un veicolo a motore; il gruppo cuscinetto-mozzo essendo caratterizzato dal fatto che dette porzioni di testa (22) hanno forma diversa da quella di un solido di rotazione generato attorno all’asse longitudinale (y) della rispettiva porzione a stelo (21), e che ciascuna porzione di testa (22) à ̈ accolta in un rispettivo recesso (16) di forma corrispondente ottenuto in una (13) delle due facce radiali opposte della flangia (11), e dove ciascun recesso (16) abbraccia la zona nella quale un rispettivo di detti fori passanti (12) si apre su detta faccia radiale (13) della flangia (11).
2. 2. Gruppo cuscinetto-mozzo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le superfici cilindriche filettate (24) sono formate su superfici esterne delle porzioni a stelo (21) che sporgono assialmente da una faccia di estremità assiale (14), giacente in un piano radiale, della flangia (11).
3. 3. Gruppo cuscinetto-mozzo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che gli elementi di connessione a perno (20) presentano ciascuno un foro assiale passante, coassialmente interno alla rispettiva porzione a stelo (21), nel quale foro passante à ̈ ottenuta detta rispettiva superficie cilindrica filettata (24).
4. 4. Gruppo cuscinetto-mozzo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che il primo materiale metallico di cui à ̈ fatto il nucleo tubolare (15) à ̈ acciaio per cuscinetti o acciaio a basso tenore di carbonio, e che il secondo materiale di cui à ̈ fatta la flangia (11) à ̈ scelto tra i seguenti: lega di alluminio, lega di titanio, lega di magnesio, matrici metalliche composite, polimeri, polimeri rinforzati con fibre.
5. 5. Gruppo cuscinetto-mozzo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che gli elementi di connessione a perno (20) sono fatti di un materiale ferroso.
6. 6. Gruppo cuscinetto-mozzo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che gli elementi di connessione a perno (20) sono fatti d’acciaio o ferro pressato a freddo.
7. 7. Gruppo cuscinetto-mozzo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le porzioni di testa (22) e i corrispondenti recessi (16) hanno profili allungati in almeno una direzione giacente in un piano radiale.
8. 8. Gruppo cuscinetto-mozzo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le porzioni di testa (22) e i corrispondenti recessi (16) hanno profili poligonali a vertici arrotondati o smussati.
9. 9. Gruppo cuscinetto-mozzo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le porzioni di testa (22) e i corrispondenti recessi (16) hanno forma di parallelepipedo a vertici arrotondati o smussati.
10. 10. Gruppo cuscinetto-mozzo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che le porzioni di testa (22) e i corrispondenti recessi (16) hanno profili ovali.
11. 11. Gruppo cuscinetto-mozzo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che le porzioni di testa (22) e i corrispondenti recessi (16) hanno profili a circolari eccentrici rispetto agli assi (y) delle rispettive porzioni a stelo (21).
12. 12. Gruppo cuscinetto-mozzo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le porzioni di testa (22) sono trasversalmente allargate o allungate rispetto alle relative porzioni a stelo (21).
13. 13. Gruppo cuscinetto-mozzo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le porzioni a stelo (21) hanno almeno un tratto (25) con una superficie cilindrica esterna liscia (25) adiacente ella porzione di testa (22).