ITTO20121053A1 - Unità cuscinetto-mozzo per una ruota di un veicolo - Google Patents

Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: UNITÀ CUSCINETTO-MOZZO PER UNA RUOTA DI UN VEICOLO

La presente invenzione si riferisce ad un’unità cuscinetto-mozzo per una ruota di un veicolo.

L’industria automobilistica deve soddisfare una richiesta sempre crescente in termini di riduzione di peso della componentistica degli autoveicoli al fine di ridurre i consumi di carburante e le emissioni allo scarico. Per un cuscinetto della ruota di un veicolo, una riduzione di peso non deve comportare alcuna riduzione in termini di robustezza e sicurezza. Le piste di rotolamento devono essere fatte di un materiale abbastanza duro da sopportare le sollecitazioni hertziane del contatto volvente. Trova ancora largo uso il tradizionale acciaio per cuscinetti; sono stati anche proposti il titanio ed alcune ceramiche. Le piste di rotolamento sono trattate termicamente così da acquisire un livello di durezza ed una microstruttura omogenea adeguati a sopportare gli sforzi provocati dai contatti di rotolamento hertziani.

Gli anelli di cuscinetto flangiati del tipo suddetto (qui definiti “anelli compositi†) includono un corpo anulare fatto di acciaio per cuscinetti, il quale forma una o due piste di rotolamento, ed una parte radialmente esterna che forma una flangia attorno ad corpo anulare d’acciaio, ed à ̈ fatta di un materiale di peso leggero quale l’alluminio o una lega dell’alluminio. La parte di metallo leggero, o parte strutturale, serve a collegare meccanicamente il corpo d’acciaio con altri organi meccanici. Tipicamente, la flangia (parte strutturale di peso leggero) à ̈ disegnata per montare la ruota e/o il rotore freno e per trasferire i carichi da questi componenti al corpo anulare d’acciaio. In altri casi il corpo esterno in metallo leggero viene utilizzato per collegare l’unità cuscinetto al montante della sospensione dell’autoveicolo. Secondo una tecnologia nota, il corpo d’acciaio viene preparato a parte e su di esso si stampa la parte strutturale in metallo leggero.

Un’unità cuscinetto secondo il preambolo della rivendicazione 1 à ̈ nota da WO 2010/063299 A1. L’unità cuscinetto descritta in tale pubblicazione à ̈ un’unità cuscinetto a doppia corona di sfere a contatto angolare, con due serie o corone di sfere interposte tra rispettive piste di rotolamento interne ed esterne. Le due piste di rotolamento esterne sono formate entrambe da un medesimo anello di cuscinetto esterno. Le due piste di rotolamento interne sono formate da due rispettivi corpi anulari d’acciaio. Il primo di questi forma la pista di rotolamento interna per la corona di sfere lato outboard, e presenta una porzione assiale tubolare che si estende dal lato inboard. Su tale porzione tubolare à ̈ calzato il secondo corpo anulare d’acciaio, noto nel settore come “anellino†o “small inner ring†. La porzione tubolare del primo corpo anulare d’acciaio presenta una porzione terminale che sporge oltre una superficie laterale o trasversale del secondo corpo anulare. Tale porzione terminale viene deformata a freddo, tipicamente per rollatura orbitale, in una direzione radialmente esterna; si ottiene così un bordo rollato, deformato plasticamente, che blocca assialmente il secondo corpo anulare e precarica assialmente l’intera unità cuscinetto.

L’operazione di rollatura tende a divaricare l’estremità della porzione tubolare, allargandola in senso radiale, e provocando un disallineamento radiale del secondo corpo anulare (anellino). La deformazione plastica del bordo rollato lascia inoltre tensioni residue nell’anellino interno del cuscinetto. La deformazione plastica, essendo permanente, complica lo smontaggio dell’unità cuscinetto e non ne consente poi il riassemblaggio, ma richiede la sostituzione del primo corpo d’acciaio e, nella maggior parte dei casi, dell’intera unità cuscinetto. Infine, la deformazione a freddo, per rollatura, di una parte del primo corpo anulare d’acciaio ne complica il trattamento termico, dato che la porzione terminale da rollare non deve essere temprata.

Uno scopo generale dell’invenzione à ̈ di realizzare un’unità cuscinetto–mozzo capace di superare gli inconvenienti sopra discussi.

Questo ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti, secondo l’invenzione, da un’unità cuscinetto-mozzo come definita nelle rivendicazioni annesse.

Alcune forme di realizzazione preferenziali dell’unità cuscinettomozzo sono descritte qui di seguito facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 à ̈ una vista schematica in sezione assiale parziale di un’unità cuscinetto-mozzo secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione; e

la figura 2 à ̈ una vista schematica in sezione assiale parziale di un’unità cuscinetto-mozzo secondo una seconda forma di realizzazione dell’invenzione; e

la figura 3 illustra un dettaglio dell’unità cuscinetto-mozzo della figura 1.

Facendo inizialmente riferimento alla figura 1, un’unità cuscinettomozzo indicata complessivamente con 10 à ̈, nel presente esempio, un’unità cuscinetto-mozzo a contatto angolare a doppia corona di sfere, atta ad essere montata su un veicolo (non illustrato) per consentire ad una ruota (non illustrata) di essere supportata girevolmente rispetto ad un componente stazionario della sospensione del veicolo. L’unità 10 comprende un anello esterno 11 di cuscinetto che à ̈ adatto ad essere montato alla sospensione del veicolo. L’unità 10 comprende inoltre un elemento anulare interno 12 che presenta una flangia 13 estesa in direzione radialmente esterna dal lato outboard, cioà ̈ dal lato assialmente esterno del veicolo. La flangia 13 à ̈ provvista di mezzi di connessione 14 per consentire il montaggio della ruota del veicolo. I mezzi di connessione 14 possono comprendere una pluralità di fori filettati formati nella flangia 13 per accogliere delle viti (non illustrate). L’elemento anulare interno 12 presenta un foro cilindrico assiale passante 16 per consentire all’unità 10 di essere montata su un albero o un fusello (non illustrati), indifferentemente per il supporto di una ruota motrice o di una ruota folle. Nell’esempio illustrato nella figura 1, l’elemento anulare interno 12 comprende inoltre un’appendice assiale tubolare 17 che sporge dal lato assialmente esterno, nota come “spigot†, che facilita il centraggio della ruota.

Per consentire all’elemento anulare interno di ruotare rispetto all’anello esterno 11 attorno ad un asse di rotazione x, sono previste una prima corona 18 ed una seconda corona 19 di elementi di rotolamento rispettivamente tra una prima 20 ed una seconda 21 pista di rotolamento radialmente esterna sull’anello esterno 11, ed una rispettiva prima 22 e seconda 23 pista di rotolamento radialmente interna. In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, termini ed espressioni che indicano posizioni e direzioni quali “radiale†e “assiale†sono da intendersi riferiti all’asse di rotazione x del cuscinetto.

Un anello di cuscinetto radialmente interno 24 à ̈ montato sull’elemento anulare interno 12; l’anello interno 24 forma la seconda pista di rotolamento radialmente interna 23 per la seconda corona di elementi di rotolamento 19, disposta dal lato inboard.

L’elemento anulare interno 12 forma la prima pista di rotolamento radialmente interna 22 per la prima corona di elementi di rotolamento 18, disposta dal lato outboard. Al fine di conseguire una riduzione di peso rispetto alle unità cuscinetto tradizionali, l’elemento anulare interno 12 à ̈ un elemento anulare composito comprendente un primo corpo o inserto anulare 25 ed un secondo corpo 26, complementare al primo corpo 25, dove il primo corpo o inserto 25 à ̈ fatto di un primo materiale, ed il secondo corpo 26 à ̈ formato di un metallo leggero. Per il secondo corpo 26 i materiali preferiti sono l’alluminio e le sue leghe. Il primo corpo 25 à ̈ fatto di un materiale adatto a formare la pista di rotolamento 22, per esempio un acciaio per cuscinetti. Il secondo corpo 26 dell’elemento anulare interno forma, in questa forma di realizzazione, la flangia 13 per il montaggio della ruota, l’appendice tubolare 17 e il foro 14.

Il primo corpo d’acciaio 25 forma una superficie 27 opposta ad una superficie 34 che presenta la pista di rotolamento 22. Nella particolare forma di realizzazione illustrata nella figura 1, la superficie 27 à ̈ sagomata in modo tale da presentare sporgenze 28 e/o recessi 29, preferibilmente in forma di sottosquadri o altre formazioni tali da assicurare un’azione di bloccaggio reciproco stabile tra il primo corpo o inserto 25 in acciaio e il secondo corpo o parte strutturale 26 in metallo leggero. La sagoma della superficie 27 di interfaccia tra i corpi 25 e 26 che nell’esempio illustrato presenta formazioni anulari aventi sezione a coda di rondine, contribuisce a contrastare gli spostamenti relativi tra i corpi 25 in acciaio e 26 in metallo leggero. In esercizio, i corpi 25 e 26 sono sollecitati dalle forze e dalle reazioni che vengono trasmesse attraverso il cuscinetto dalla ruota e/o dal freno alle piste di rotolamento, e viceversa. Nell’esempio illustrato nella figura 1, i movimenti radiali e assiali relativi tra i corpi 25 e 26 sono impediti da una serie di sottosquadri che impediscono al corpo d’acciaio 25 di allontanarsi dal corpo strutturale 26 in metallo leggero sia in una direzione assiale, sia in una direzione radiale, perpendicolarmente all’asse di rotazione x. L’invenzione non à ̈ limitata alla particolare geometria della superficie 27 di interfaccia tra i corpo 25 e 26, così come illustrata a titolo esemplificativo nelle figure 1 e 2.

In una forma di realizzazione, l’elemento anulare interno 12 viene fabbricato preparando a parte il primo corpo d’acciaio 25, il quale viene quindi posto in uno stampo di colata. Il secondo corpo complementare 26 viene formato sovrastampando sul primo corpo d’acciaio 25 il metallo leggero allo stato liquido, ad esempio mediante un processo di colata a liquido (liquid metal process) oppure mediante un processo di colata semisolida (semi-solid metal process). Al termine della fase di sovrastampaggio, i corpi 25 e 26 restano uniti come un pezzo singolo.

Il corpo d’acciaio 25 forma una porzione tubolare 30 che si estende in una direzione assialmente interna (verso il lato inboard) e presenta due superfici cilindriche coassiali: una superfice cilindrica radialmente esterna liscia 31, ed una superficie cilindrica radialmente interna 32 avente una filettatura 32a e definente una cavità cilindrica 33. Una superficie terminale 32b si estende trasversalmente all’asse di rotazione x e congiunge le superfici coassiali 31, 32 dal lato assialmente interno della porzione tubolare 30. La superficie 34 che presenta la pista di rotolamento 22 si estende in una direzione assialmente interna formando una porzione di superficie cilindrica 35 la quale à ̈ disposta sostanzialmente a raso con una porzione di superficie cilindrica 36 formata dall’anello 24 in una posizione assialmente adiacente alla pista di rotolamento interna 23. Una superfice anulare 37 si estende radialmente o trasversalmente tra le superfici cilindriche 35 e 31, formando un gradino anulare.

L’anello interno 24 presenta una superficie cilindrica radialmente interna 38 liscia, una superficie terminale 39 che si estende trasversalmente o perpendicolarmente all’asse di rotazione x dal lato assialmente interno, ed una superficie trasversale 39a dal lato assialmente esterno. L’anello interno 24 à ̈ calzato sulla porzione tubolare 30; più in particolare, la superficie cilindrica 38 dell’anello 24 à ̈ calzata sulla superficie cilindrica liscia 31 della porzione tubolare 30.

Un elemento di serraggio 40, di forma complessivamente anulare, precarica assialmente l’intera unità cuscinetto-mozzo 10. L’elemento di serraggio 40 comprende uno stelo tubolare 41 che presenta una filettatura esterna 42 ed una testa trasversale 43 che presenta una superficie di spallamento 44 che si estende in una direzione radiale, perpendicolarmente all’asse di rotazione x, ed à ̈ rivolta verso il lato assialmente esterno. Lo stelo tubolare 41 presenta una superficie terminale 45 che si estende in un piano radiale all’estremità assialmente esterna dell’elemento di serraggio 40. Nella forma di realizzazione illustrata, l’elemento di serraggio 40 forma un gradino anulare 46, opzionale, che presenta una superficie radiale intermedia 47 dal lato dello stelo tubolare 41 ed una superficie cilindrica liscia 48 che si estende tra la superficie radiale intermedia 47 e la superficie di spallamento 44.

Lo stelo tubolare 41 à ̈ accolto nella cavità cilindrica 33 ed à ̈ accoppiato in modo filettato con il corpo o inserto d’acciaio 25, tramite l’impegno delle filettature 42 e 32. Quando l’elemento di serraggio 40 à ̈ avvitato, la superficie di spallamento 44 va in battuta contro la superficie trasversale 39, esercitando un precarico in direzione assiale lungo un percorso di carico che passa attraverso gli elementi di rotolamento e le relative piste.

La superficie cilindrica 48 del gradino anulare 46 à ̈ preferibilmente allineata assialmente con la superfice cilindrica esterna 31 della porzione tubolare 30, così da offrire una superfice di supporto per la superficie cilindrica radialmente interna 38 dell’anello interno 24.

Si potrà apprezzare che il carico esercitato dall’elemento di serraggio 40 à ̈ esclusivamente diretto assialmente, ed à ̈ privo di componenti radiali. Con ciò si evitano gli inconvenienti discussi nell’introduzione. Il livello di precarico o compressione assiale può essere regolato, dosando la coppia di serraggio con cui si avvita l’elemento di serraggio 40. L’unità cuscinetto può essere disassemblata e riassemblata, ad esempio se occorre ispezionare o lubrificare le parti interne dell’unità, semplicemente svitando e riavvitando l’elemento di serraggio 40.

In una forma di realizzazione, allo scopo di regolare e determinare più efficacemente il livello di precarico assiale, l’unica superficie dell’elemento di serraggio 40 che va in battuta contro gli altri componenti dell’unità à ̈ la superficie di spallamento 44. L’elemento di serraggio 40 à ̈ opportunamente dimensionato in modo tale che, nella condizione serrata illustrata nella figura 1, rimane un gioco o intercapedine assiale tra l’elemento di serraggio 40 e l’elemento anulare interno 12. Più in particolare, vi à ̈ un’intercapedine assiale G1 tra la superficie terminale 45 dello stelo tubolare e il secondo corpo 26 e vi à ̈ un’intercapedine assiale G2 tra la superficie 47 del gradino 46 e l’estremità assialmente interna della porzione tubolare 30. L’assenza di una battuta diretta tra l’elemento di serraggio 40 e l’elemento anulare interno 12 favorisce l’ottenimento del livello di precarico o compressione assiale tramite la testa 43 e la superficie di spallamento 44.

In una forma di realizzazione alternativa (figura 2), per variare il livello di precarico assiale a seconda delle esigenze, l’anello interno 24 può essere dimensionato in modo tale che, nella condizione di serraggio, rimane un’intercapedine assiale G3 tra l’anello interno 24 e l’elemento anulare interno 12, in particolare tra la superfice anulare 37 del primo corpo o inserto d’acciaio 25 e la superficie trasversale 39a dell’anello interno 24. In questo modo, il precarico assiale impartito dalla chiusura serraggio dell’anello di serraggio 40 à ̈ trasmesso interamente attraverso le due corone di elementi di rotolamento 18, 19.

L’elemento di serraggio 40 presenta un foro cilindrico assiale passante centrale 50, che à ̈ assialmente allineato con il foro passante formato nel secondo corpo anulare 26 al fine di montare l’unità cuscinettomozzo 10 su un albero o un fusello.

Mezzi anti-svitamento indicati schematicamente con 49 in figura 3, quali ad esempio microsfere di Loctite®, possono essere interposti tra le filettature accoppiate 32a, 42. In alternativa i mezzi anti-svitamento possono comprendere rivestimenti di nylon, o di teflon, interposti tra le filettature 32a, 42 così da aumentare la pressione di contatto tra i denti delle due filettature. In alternativa o in aggiunta, i mezzi anti-svitamento possono essere realizzati formando almeno una delle due filettature 32a, 42 a passo variabile. Mezzi anti-svitamento possono essere applicati in qualsiasi forma di realizzazione ottenibile dalla combinazione degli esempi citati e/o illustrati, sia con o senza un’intercapedine come indicato con G3 in Figura 2.

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 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 (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Unità cuscinetto-mozzo (10) definente un asse di rotazione (x) e comprendente: - una prima (18) e una seconda (19) corona di elementi di rotolamento; - un anello di cuscinetto radialmente esterno (11) che forma due piste di rotolamento esterne (20, 21) per la prima e la seconda corona di elementi di rotolamento; - un elemento anulare composito (12), comprendente un primo corpo anulare (25) che à ̈ fatto di un primo materiale e forma una prima pista di rotolamento radialmente interna (22) per la prima corona (18) di elementi di rotolamento e una porzione tubolare (30) che si estende in una direzione assialmente interna, un secondo corpo anulare (26) fatto di un secondo materiale più leggero del primo materiale e unito al primo corpo (25), mezzi di bloccaggio reciproco (28, 29) formati in corrispondenza di una superficie di interfaccia (27) tra il primo e il secondo corpo per impedire movimenti relativi tra questi due corpi; - un anello di cuscinetto radialmente interno (24) il quale à ̈ montato sulla porzione tubolare (30) del primo corpo anulare (25), forma una seconda pista di rotolamento radialmente interna (23) per la seconda corona di elementi di rotolamento (19) e una superficie terminale (39) che si estende trasversalmente all’asse di rotazione (x) da un lato assialmente interno dell’anello interno (24); l’unità cuscinetto-mozzo essendo caratterizzata dal fatto che il primo corpo anulare (25) presenta una cavità cilindrica (33) aperta in una direzione assialmente interna e provvista di una filettatura interna (32a), e che l’unità cuscinetto-mozzo comprende un elemento di serraggio (40) avente una porzione filettata (41, 42) accolta nella cavità cilindrica (33) e accoppiata in modo filettato con la filettatura interna (32a), ed una superficie di spallamento (44) la quale si estende trasversalmente all’asse di rotazione (x), ed à ̈ in battuta contro la superficie terminale (39) dell’anello interno (24), così da precaricare assialmente l’unità cuscinettomozzo (10).
2. 2. Unità cuscinetto-mozzo secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l’elemento di serraggio (40) ha forma complessivamente anulare, e comprende uno stelo tubolare (41) che presenta la porzione filettata (42), ed una testa trasversale (43) che presenta la superficie di spallamento (44).
3. 3. Unità cuscinetto-mozzo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che la porzione tubolare (30) del primo corpo anulare (25) presenta due superfici cilindriche coassiali (31, 32): una superfice cilindrica radialmente esterna liscia (31), sulla quale si impegna una superficie cilindrica radialmente interna liscia (38) dell’anello interno (24), una superficie cilindrica radialmente interna (32) che presenta le filettatura interna (32a) e definisce la cavità cilindrica (33), ed una superficie terminale (32b) che si estende trasversalmente all’asse di rotazione (x) e congiunge le superfici coassiali (31, 32) da un lato assialmente interno della porzione tubolare (30).
4. 4. Unità cuscinetto-mozzo secondo le rivendicazioni 2 e 3, caratterizzata dal fatto che l’elemento di serraggio (40) forma un gradino anulare (46) che presenta una superficie radiale intermedia (47) rivolta dal lato dello stelo tubolare (41) ed una superficie cilindrica liscia (48) che si estende tra la superficie radiale intermedia (47) e la superficie di spallamento (44), che la superficie cilindrica liscia (48) del gradino anulare (46) à ̈ allineata assialmente con la superfice cilindrica esterna liscia (31) della porzione tubolare (30), e che la superficie cilindrica radialmente interna liscia (38) dell’anello interno (24) si impegna in parte sulla superfice cilindrica esterna liscia (31) della porzione tubolare (30), e in parte sulla superficie cilindrica liscia (48) del gradino anulare (46).
5. 5. Unità cuscinetto-mozzo secondo una o più delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzata dal fatto che lo stelo tubolare (41) presenta una superficie terminale (45) che si estende in un piano trasversale ad un’estremità assialmente esterna dell’elemento di serraggio (40), e che à ̈ prevista una prima intercapedine assiale (G1) tra la superficie terminale (45) dello stelo tubolare e l’elemento anulare composito (12).
6. 6. Unità cuscinetto-mozzo secondo le rivendicazioni 3 e 4, caratterizzata dal fatto che à ̈ prevista una seconda intercapedine assiale (G2) tra la superficie radiale intermedia (47) del gradino anulare (46) e la superficie terminale (32b) all’estremità assialmente interna della porzione tubolare (30).
7. 7. Unità cuscinetto-mozzo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che à ̈ prevista una terza intercapedine assiale (G3) tra l’anello interno (24) e l’elemento anulare composito (12).
8. 8. Unità cuscinetto-mozzo secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che l’elemento anulare interno (12) presenta un primo foro cilindrico passante assialmente esteso (16) formato dal secondo corpo anulare (26), e che l’elemento di serraggio (40) presenta un secondo foro cilindrico (50) assialmente allineato con il primo foro (16).
9. 9. Unità cuscinetto-mozzo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che comprende mezzi antisvitamento tra la filettatura interna (32a) del corpo anulare (25) e la porzione filettata (41, 42) dell’elemento di serraggio (40).