ITTO20110279A1 - Anello flangiato di cuscinetto per il mozzo della ruota di un veicolo a motore - Google Patents

Description

“Anello flangiato di cuscinetto per il mozzo della ruota di un veicolo a motoreâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un anello flangiato, di peso leggero, per il mozzo della ruota di un veicolo a motore, particolarmente un anello girevole con una flangia che permette il collegamento alla ruota e/o al rotore freno.

L’industria automobilistica si trova a dover fronteggiare una domanda sempre crescente in termini di riduzioni di peso per i componenti dell’autoveicolo, al fine di ridurre i consumi di carburante e le emissioni allo scarico. Per il cuscinetto della ruota di un veicolo, la diminuzione del peso non deve comportare una riduzione di resistenza e di sicurezza. Le piste di rotolamento devono essere fatte di un materiale sufficientemente duro da resistere ai contatti generati nel rotolamento; a questo scopo, nelle modalità di impiego fino ad oggi prevalenti, le piste sono fatte di acciaio per cuscinetti. Le piste di rotolamento vengono temprate per conseguire un livello di durezza ed un’omogeneità di microstruttura adeguati a sopportare gli sforzi provocati dal contatto hertziano di rotolamento.

Alcuni anelli di cuscinetto comparsi di recente includono un nucleo tubolare o anulare radialmente interna, fatto di acciaio per cuscinetti, il quale forma una o due piste di rotolamento, ed un corpo radialmente esterno. Quest'ultimo forma una flangia che si estende radialmente verso l’esterno attorno al nucleo ed à ̈ fatto di un materiale leggero, quale una lega dell’alluminio. La flangia di peso leggero à ̈ progettata per essere collegata alla ruota e/o al rotore freno e per trasferire i carichi da tali componenti al nucleo tubolare.

WO 2008/147284 A1 descrive un anello per cuscinetto composto da due materiali diversi congiunti insieme in un pezzo singolo, cioà ̈ un primo materiale a tenacità elevata, quale l’acciaio per cuscinetti, che forma le piste di rotolamento, ed un secondo materiale leggero, quale un metallo leggero, che forma la parte restante dell’anello. Il secondo materiale à ̈ reso solidale al primo tramite un procedimento di formatura.

Si à ̈ osservato che, negli anelli di cuscinetto del tipo suddetto, un punto debole à ̈ dato dalla zona dove la superficie di interfaccia tra le due parti di materiali diversi (nucleo tubolare di acciaio, corpo esterno di lega di alluminio) si apre sul lato assialmente esterno, o lato outboard del cuscinetto. In condizioni di esercizio, tendono inevitabilmente a formarsi micro-cricche lungo la superficie di interfaccia tra i due diversi materiali.

In condizioni di esercizio, i carichi provenienti dalla ruota trasmettono alla flangia del corpo esterno in lega leggera un momento flettente che tende a separare il corpo esterno dal nucleo. Inoltre, ripetuti cicli di sollecitazioni termiche provocano una dilatazione termica differenziata tra il corpo esterno in alluminio e il nucleo d’acciaio, il quale ha un coefficiente di dilatazione termica minore rispetto a quello delle leghe di alluminio. L’infiltrazione di contaminanti quali acqua, polvere, salsedine, provoca nel tempo l'allargamento delle micro-cricche e la formazione di ruggine. Prove sperimentali effettuate dalla Richiedente hanno evidenziato l’insorgenza di problemi di corrosione galvanica con l’utilizzo di certi tipi di lega leggera, aventi una notevole differenza di potenziale elettrochimico rispetto all’acciaio. La salsedine, o anche più semplicemente l’acqua, può infatti rappresentare un mezzo elettrolitico avente un'elevata capacità di penetrazione nelle micro-cricche. A causa di tutti questi fattori, esiste il rischio che l’accoppiamento tra corpo esterno di lega leggera e nucleo di acciaio venga deteriorato, dando luogo a fretting (slittamento) ed eventualmente alla rottura dell’anello flangiato.

È scopo dell'invenzione realizzare un anello di cuscinetto comprendente due parti di materiali diversi, accoppiati a tenuta in modo particolarmente affidabile, duraturo ed ermetico, così da superare gli inconvenienti della tecnica nota sopra discussa.

Questo ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti, secondo l’invenzione, da un anello di cuscinetto flangiato avente le caratteristiche enunciate nella rivendicazione 1. Forme di attuazione preferite dell’invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.

Verrà ora descritta una forma di attuazione preferenziale dell'invenzione, fornita a titolo esemplificativo e facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 à ̈ una vista parziale in sezione assiale di una forma di realizzazione di un anello flangiato per cuscinetto secondo l’invenzione; e la figura 2 à ̈ una vista ingrandita di un dettaglio dell'anello della figura 1.

Facendo inizialmente riferimento alla figura 1, un anello flangiato di cuscinetto secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione à ̈ indicato nel suo insieme con 10. L’anello 10, in quest’esempio, à ̈ progettato per essere l’anello esterno girevole di un’unità cuscinetto a doppia corona di rulli per applicazioni automobilistiche, in particolare per montare girevolmente una ruota (non illustrata) al montante della sospensione di un veicolo, attorno ad un asse centrale di rotazione x. In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, termini ed espressioni che indicano posizioni e direzioni quali “radiale†e “assiale†sono da intendersi riferite all’asse di rotazione x del cuscinetto. Espressioni quali “assialmente interno†e “assialmente esterno†sono, invece, riferite alla condizione montata sul veicolo.

L’anello 10 comprende un nucleo o inserto radialmente interno 15 di forma generalmente tubolare o anulare, ed un corpo radialmente esterno 16 che forma una flangia 17 che si estende radialmente verso l’esterno dal lato assialmente esterno del nucleo 15. La flangia 17 presenta un certo numero di fori 18 atti a consentire il montaggio della ruota del veicolo alla flangia per mezzo di bulloni (non illustrati). La flangia 17 presenta una superficie radiale piana assialmente esterna 20 che definisce una superficie di riferimento precisa contro la quale viene appoggiata la ruota o il disco freno.

Il nucleo 15 forma una cavità interna 13 estesa assialmente, nella quale sono ricavate due piste di rotolamento 11, 12 ed à ̈ fatto di un primo materiale duro e tenace, preferibilmente un acciaio per cuscinetti. Il corpo radialmente esterno 16 à ̈ fatto di un secondo materiale leggero. È preferito un metallo leggero, quale l’alluminio, il magnesio, o le loro leghe. Altri materiali adatti alla realizzazione del corpo esterno possono includere, ma senza essere limitati a questi, i compositi in carbonio o i polimeri rinforzati.

Il corpo esterno 16 può essere formato attorno al nucleo 15 in diversi modi, ad esempio attraverso un processo di colata semi-solida, oppure per sinterizzazione, per fusione, o per pressofusione. Al termine di qualsiasi di questi processi, il materiale leggero va a copiare strettamente la forma della superficie radialmente esterna del nucleo 15, in modo tale per cui i corpi esterno ed interno si bloccano reciprocamente l’uno con l’altro. La forma della superficie radialmente esterna del nucleo 15 à ̈ sagomata in modo tale da presentare una serie di rilievi e recessi che si estendono nella direzione circonferenziale, e che determinano la formazione di recessi e rilievi complementari nel corpo esterno quando questo viene formato attorno al nucleo. Al fine di procurare un sostegno strutturale adeguato per il corpo esterno 16, il nucleo d’acciaio 15 si estende assialmente per tutta la larghezza del corpo esterno.

Ad entrambe le estremità assiali, il nucleo 15 forma un rispettivo spallamento 21, 22, che sporge in direzione radialmente esterna e che si estende in direzione circonferenziale. Gli spallamenti 21, 22 servono per contrastare gli spostamenti assiali relativi tra il corpo esterno 16 e il nucleo 15, in particolare quando il mozzo à ̈ assoggettato a carichi termici e momenti ribaltanti. Le sollecitazioni termiche causano infatti dilatazioni termiche differenziate tra il materiale leggero del corpo esterno 16 e il materiale ad elevata tenacità del nucleo interno 15. I carichi statici e dinamici applicati all’anello flangiato che si rivelano più critici per l'unione stabile dei corpi 15 e 16 sono illustrati schematicamente nella figura 1. Durante l'uso, l’anello flangiato viene assoggettato a momenti ribaltanti Mt e -Mt applicato dai componenti associati (ruota, rotore freno, non illustrati) e trasferito alle sfere del cuscinetto attraverso l'anello flangiato 10.

Gli spallamenti 21, 22 servono per contrastare efficacemente tutte le sollecitazioni suddette, generando sforzi di reazione che vengono trasmesse principalmente attraverso i fianchi 23, 24 di ciascuno spallamento. Tali fianchi si estendono in direzioni radiali (come ad esempio il fianco 23 dello spallamento 21 dal lato assialmente interno) o coniche, rastremate verso il centro dell'anello, come ad esempio il fianco 24 dello spallamento 22 situato dal lato assialmente esterno dell'anello.

Come illustrato più chiaramente nella figura 2, gli spallamenti 21, 22 presentano ciascuno una rispettiva superficie radialmente esterna 25, 26 che forma una successione di avvallamenti 27 e creste 28 consecutivi nella direzione assiale, aventi lo scopo di creare un percorso a meandri o anse, quando visto in sezione assiale, quanto più possibile allungato per creare un labirinto che contrasta o perlomeno ritarda l'ingresso degli agenti contaminanti o corrosivi (polvere, acqua, detriti, soluzioni elettrolitiche, elementi corrosivi, ecc.) che potrebbero col tempo provocare perdite di funzionalità del bloccaggio tra il corpo esterno ed il nucleo interno. Gli avvallamenti e creste possono essere realizzati ad esempio sotto forma di filettature, e cioà ̈ spiraliformi, oppure come avvallamenti e creste circolari parallele.

Si potrà apprezzare che l'effetto di tenuta procurato dalle formazioni a creste ed avvallamenti à ̈ ottenuto senza l'aggiunta o interposizione di strati di materiale elastomerico o altri elementi sigillanti.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Anello flangiato di cuscinetto per la ruota di un veicolo a motore, dove l'anello (10) include due materiali diversi congiunti come un pezzo singolo, l'anello comprendendo: - un nucleo anulare o tubolare radialmente interno (15) che forma almeno una pista di rotolamento (11) attorno ad un asse di rotazione centrale (x), presenta una superficie radialmente esterna, ed à ̈ fatto di un primo materiale ad elevata tenacità; - un corpo radialmente esterno (16) il quale à ̈ formato attorno a detta superficie esterna del nucleo (15), forma una flangia (17) che si estende radialmente verso l'esterno attorno al nucleo, ed à ̈ fatto di un secondo materiale più leggero del primo materiale; dove il nucleo (15) si estende assialmente per tutta la larghezza del corpo esterno e la superficie radialmente esterna del nucleo (15) presenta una serie di rilievi e recessi che si estendono nella direzione circonferenziale, e che determinano la formazione di recessi e rilievi complementari nel corpo esterno (16); l'anello (10) essendo caratterizzato dal fatto che detti recessi e rilievi complementari comprendono, ad entrambe le estremità assiali dell'anello (10) una rispettiva successione di avvallamenti (27) e creste (28) consecutivi nella direzione assiale, così da determinare un percorso a meandri allungato che contrasta o perlomeno ritarda l'ingresso degli agenti contaminanti o corrosivi tra il corpo esterno (16) ed il nucleo (15).
2. 2. Anello flangiato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette successioni di avvallamenti (27) e creste (28) sono formate su due spallamenti (21, 22) che sporgono in direzioni radialmente esterne e si estendono in direzione circonferenziale dalle due estremità assiali opposte del nucleo (15).
3. 3. Anello flangiato secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che dette successioni di avvallamenti (27) e creste (28) sono presentate da rispettive superfici radialmente esterne (25, 26) degli spallamenti (21, 22).
4. 4. Anello flangiato secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che gli avvallamenti e creste sono realizzati come avvallamenti e creste circolari parallele.
5. 5. Anello flangiato secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che gli avvallamenti e creste sono realizzati come filettature spiraliformi.
6. 6. Anello flangiato secondo una qualunque delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzato dal fatto gli spallamenti (21, 22) hanno ciascuno un rispettivo fianco (23, 24) che à ̈ rivolto verso la mezzeria dell'anello (10) e che si estende in una direzione sostanzialmente radiale o secondo una superficie conica rastremata verso il centro dell'anello (10).