ES2261278T3 - Un eje de transmision de aluminio con una junta universal homocinetica. - Google Patents
Un eje de transmision de aluminio con una junta universal homocinetica.Info
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Abstract
Un conjunto de línea de accionamiento (26) para interconectar rotativamente un primer dispositivo de transmisión de potencia (24) a un segundo dispositivo de transmisión de potencia (14), incluyendo el conjunto de línea de accionamiento (26): un eje de transmisión (32) que tiene un primer extremo (58) y un segundo extremo (60), estando adaptado dicho segundo extremo (60) para ser acoplado con accionamiento al primer dispositivo de transmisión de potencia (24); un árbol falso (30) que tiene un primer extremo (46) y un segundo extremo (50), y una junta de velocidad constante (28) acoplada rotativamente a dicho primer extremo (46) de dicho árbol falso (30), estando adaptada dicha junta de velocidad constante (28) para acoplarse al segundo dispositivo de transmisión de potencia (14), caracterizado por una chapa adaptadora (62) acoplada a dicho primer extremo (58) de dicho eje de transmisión (32) que se hace de aluminio, estando colocada dicha chapa adaptadora (62) transversal a un eje de dichoeje de transmisión (32), y teniendo dicha chapa adaptadora (62) una pluralidad de agujeros (63) para recibir sujetadores (66) colocados dentro del diámetro de dicho eje de transmisión (32) y dicho árbol falso (30) hecho de acero e incluyendo una pestaña (52) que se extiende radialmente desde dicho segundo extremo (50) donde dicha pestaña (52) incluye una pluralidad de agujeros (54) para recibir sujetadores (66) y está acoplada a dicha chapa adaptadora (62) mediante una pluralidad de dichos sujetadores (66) que pasan a través de dicha pluralidad de agujeros (54).
Description
Un eje de transmisión de aluminio con una junta
universal homocinética.
La presente invención se refiere en general a un
conjunto de línea de accionamiento, en particular para uso en un
vehículo de motor que tiene un eje de accionamiento de vehículo para
transferir potencia. Más en concreto, la presente invención se
refiere a una junta de velocidad constante usada en unión con un eje
de transmisión de aluminio en un conjunto de línea de
accionamiento.
La mayoría de los vehículos de motor están
equipados con un conjunto de tren de potencia estándar incluyendo un
motor, una transmisión, un conjunto de línea de accionamiento y
ruedas accionadas. Un conjunto de línea de accionamiento típico
proporciona un recorrido de transferencia de potencia entre un eje
de salida de la transmisión del vehículo o caja de transferencia y
el conjunto de eje de accionamiento. Por ejemplo, la línea de
accionamiento de un vehículo con tracción a ruedas traseras incluye
comúnmente un eje de transmisión que tiene una primera junta
universal para interconectar el eje de transmisión a la transmisión
del vehículo y una segunda junta universal para interconectar el eje
de transmisión al conjunto de eje de accionamiento. En muchas
aplicaciones, las juntas universales proporcionan unos medios
adecuados para interconectar ejes que giran alrededor de ejes no
colineales. Sin embargo, algunas aplicaciones de transmisión de
potencia requieren interconectar ejes que giran a ángulos más
próximos a noventa grados de lo que permiten comúnmente las juntas
universales estándar.
Dependiendo de las características de suspensión
del vehículo, el conjunto de eje puede cabecear y balancear durante
la operación del vehículo. Específicamente, se producen
articulaciones relativamente grandes entre el conjunto de eje y el
bastidor de vehículo cuando el vehículo opera fuera de carretera o
bajo aceleración máxima. Por consiguiente, dado que el motor y la
transmisión están unidos fijamente al bastidor de vehículo, el
conjunto de línea de accionamiento debe proporcionar el necesario
grado de libertad para tolerar el movimiento del conjunto de eje
con relación al bastidor de vehículo. Por desgracia, una junta
universal estándar no es adecuada para estas aplicaciones.
En aplicaciones con tracción a las ruedas
delanteras, se implementa comúnmente una junta de velocidad
constante para interconectar el eje de transmisión y la transmisión
del vehículo a ángulos superiores al rango operativo de las juntas
universales. Sin embargo, estas aplicaciones incluyen generalmente
combinar un eje de transmisión de acero con una junta de velocidad
constante. Aunque el uso de ejes de transmisión de acero se ha
tolerado en aplicaciones con tracción a las ruedas delanteras,
existe un fuerte deseo de implementar ejes de transmisión de
aluminio en vehículos con tracción a ruedas traseras.
Específicamente, se puede realizar una reducción sustancial del peso
utilizando el material más ligero en aplicaciones de eje de
transmisión largo con tracción a las ruedas traseras.
Por desgracia, surgen dificultades al intentar
interconectar una junta de velocidad constante típica con un eje de
transmisión de aluminio. Específicamente, las juntas de velocidad
constante incluyen comúnmente pestañas de montajes radiales de acero
en un extremo y un cubo estriado internamente en el otro extremo.
Por consiguiente, para obtener la deseada reducción de peso y la
función de línea de accionamiento, el eje de transmisión se debe
montar en uno de los extremos de la junta de velocidad constante. Un
montaje directamente en la pestaña de acero es improbable porque no
se puede unir metales distintos, tal como aluminio y acero, usando
técnicas de soldadura convencionales de Metal Gas Inerte (MIG) o
Tungsteno Gas Inerte (TIG). Además, un montaje en el cubo estriado
internamente requiere un eje estriado externamente construido de un
material que posea suficiente resistencia torsional. Aunque un eje
de aluminio estriado externamente se podría soldar fácilmente a un
eje de transmisión de aluminio, el aluminio no exhibe la resistencia
torsional requerida para uso con la junta de velocidad
constante.
GB 2 339 461 describe un conjunto de eje de
transmisión para conectar una caja de engranajes a una transmisión
de eje trasero de un vehículo. El eje de transmisión incluye dos
porciones de eje soportadas en un montaje amortiguado por un
cojinete central intermedio. Las porciones de eje están conectadas a
la caja de engranajes y el eje y entre sí por juntas de articulación
únicas de velocidad constante. Además, hacia los extremos, hay
elementos de empuje incluyendo muñones y elementos rodantes de
contacto que permiten desplazamientos de empuje rodantes y
transmiten par. Cada porción de eje incluye un elemento de tubo
cuyos extremos se sueldan a una porción ensanchada de un muñón de
empuje. Disponiendo los elementos de empuje cerca de los extremos
de las dos porciones de eje de transmisión se garantiza que las
vibraciones que se originan en la caja de engranajes y el eje de
transmisión no puedan pasar al conjunto de eje de transmisión y así
tampoco al cojinete intermedio entre las porciones de eje.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un eje de transmisión de aluminio con una junta de
velocidad constante para uso en aplicaciones de transmisión de
potencia rotacional.
Por GB-A 2 339 461 se conoce un
conjunto de línea de accionamiento según el preámbulo de las
reivindicaciones 1 y 4 respectivamente.
Según un primer aspecto de la invención, un
conjunto de línea de accionamiento para interconectar rotativamente
un primer dispositivo de transmisión de potencia a un segundo
dispositivo de transmisión de potencia incluye:
un eje de transmisión que tiene un primer
extremo y un segundo extremo, estando adaptado dicho segundo extremo
para ser acoplado con accionamiento al primer dispositivo de
transmisión de potencia;
un árbol falso que tiene un primer extremo y un
segundo extremo, y
una junta de velocidad constante acoplada
rotativamente a dicho primer extremo de dicho árbol falso, estando
adaptada dicha junta de velocidad constante para acoplarse al
segundo dispositivo de transmisión de potencia, donde una chapa
adaptadora está acoplada a dicho primer extremo de dicho eje de
transmisión que se hace de aluminio, estando colocada dicha chapa
adaptadora transversal a un eje de dicho eje de transmisión, y
teniendo dicha chapa adaptadora una pluralidad de agujeros para
recibir sujetadores colocados dentro del diámetro de dicho eje de
transmisión, y dicho árbol falso hecho de acero e incluyendo una
pestaña que se extiende radialmente desde dicho segundo extremo
donde dicha pestaña incluye una pluralidad de agujeros para recibir
sujetadores y está acoplada a dicha chapa adaptadora mediante una
pluralidad de dichos sujetadores que pasan a través de dicha
pluralidad de agujeros.
Según un segundo aspecto de la invención, un
conjunto de línea de accionamiento para interconectar rotativamente
un primer dispositivo de transmisión de potencia a un segundo
dispositivo de transmisión de potencia incluye:
un eje de transmisión que tiene un primer
extremo y un segundo extremo, estando adaptado dicho primer extremo
para ser acoplado con accionamiento al primer dispositivo de
transmisión de potencia:
un árbol falso que tiene un primer extremo y un
segundo extremo, y
una junta de velocidad constante que tiene un
receptáculo, estando adaptada dicha junta de velocidad constante
para interconectarse con accionamiento al segundo dispositivo de
transmisión de potencia y estando dispuesto dicho primer extremo de
dicho árbol falso dentro de dicho receptáculo interconectando por lo
tanto con accionamiento dicho árbol falso y dicha junta de velocidad
constante,
donde dicho eje de transmisión se hace de
aluminio y dicho árbol falso se hace de acero y se forma una
soldadura entre dicho segundo extremo de dicho árbol falso y dicho
segundo extremo de dicho eje de transmisión donde dicho segundo
extremo de dicho árbol falso se suelda con rozamiento a dicho
segundo extremo de dicho eje de transmisión.
Otros campos de aplicabilidad de la presente
invención serán evidentes por la descripción detallada que se ofrece
a continuación. Se deberá entender, no obstante, que la descripción
detallada y los ejemplos específicos, aunque indican realizaciones
preferidas de la invención, definidas por la reivindicación 1 o la
reivindicación 4, pretenden tener efectos ilustrativos
solamente.
La figura 1 ilustra el tren de potencia de un
vehículo con tracción a las cuatro ruedas equipado con la línea de
accionamiento de la presente invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva
despiezada de una primera realización de una línea de accionamiento
construida según las ideas de la presente invención.
La figura 3 es una vista en perspectiva
despiezada de una segunda realización de una línea de accionamiento
construida según las ideas de la presente invención.
La figura 4 es una vista en sección transversal
parcial de la segunda realización de la línea de accionamiento
ilustrada en la figura 3.
Y la figura 5 es una vista en sección
transversal parcial de la segunda realización de la línea de
accionamiento ilustrada en la figura 3 construida con un conjunto de
materiales alternativos.
Con referencia a la figura 1, un vehículo de
motor ejemplar 10 equipado con tracción a las cuatro ruedas incluye
un primer conjunto de eje 12 y un segundo conjunto de eje 14 ambos
accionables desde una fuente de potencia tal como un motor 16,
mediante una transmisión 18 que puede ser de tipo manual o
automático. Un primer conjunto de línea de accionamiento 20
interconecta con accionamiento un par de primeras ruedas 22 a una
caja de transferencia 24 unida a la transmisión 18. De forma
similar, un segundo conjunto de línea de accionamiento 26
interconecta con accionamiento un segundo par de ruedas 28 situadas
en cada extremo del segundo conjunto de eje 14 a la caja de
transferencia 24. Los expertos en la técnica apreciarán que aunque
solamente se describirá con detalle el segundo conjunto de línea de
accionamiento 26, la presente invención es aplicable a conjuntos de
línea de accionamiento utilizados en aplicaciones con tracción a dos
ruedas, con tracción a las cuatro ruedas, y con tracción a las
ruedas delanteras.
Como se representa en las figuras 1 y 2, la
segunda línea de accionamiento 26 incluye una junta de velocidad
constante 28, un árbol falso 30 y un eje de transmisión 32 para
interconectar con accionamiento un eje de entrada 34 del segundo
conjunto de eje 14 con un eje de salida 36 de la caja de
transferencia 24. La junta de velocidad constante 28 incluye un cubo
38 que tiene un receptáculo estriado internamente 40 enganchado con
accionamiento con el árbol falso 30. La junta de velocidad constante
28 incluye además una pestaña de montaje que se extiende radialmente
42 adaptada para interconexión con el eje de entrada 34. Los
expertos en la técnica apreciarán que la junta de velocidad
constante 28 no tiene que estar equipada con la pestaña 42 para
transmitir par adecuadamente. Por ejemplo, una junta de velocidad
constante equipada con una chaveta macho en lugar de la pestaña 42
funcionaría apropiadamente sin apartarse del alcance de la presente
invención.
El árbol falso 30 incluye una varilla
generalmente cilíndrica 44 que tiene un segundo extremo 46 con una
chaveta externa 48 dispuesta deslizantemente dentro del receptáculo
40 del cubo 38 y un primer extremo 50 con una pestaña de montaje 52
que se extiende radialmente desde él. Para transmitir apropiadamente
par a su través, el árbol falso 30 se construye preferiblemente de
un material de alta resistencia tal como acero. Los expertos en la
técnica apreciarán que la interconexión estriada puede servir para
proporcionar un grado de libertad axial entre el segundo conjunto de
eje 14 y la caja de transferencia 24 permitiendo por ello la
articulación del segundo conjunto de eje 14 con relación al bastidor
de vehículo sin unir la segunda línea de accionamiento 26. La
pestaña de montaje 52 incluye una pluralidad de agujeros de
sujetador 54 útiles para interconectar el árbol falso 30 y el eje de
transmisión 32 como se describirá con más detalle más adelante.
Además, el eje de transmisión 32 tiene forma generalmente cilíndrica
que tiene un primer extremo 60 y un segundo extremo 58. Una chapa
adaptadora 62 y un yugo 64 están acoplados al segundo extremo 58 y
el primer extremo 60, respectivamente. En un intento por lograr el
objetivo de diseño de producir un conjunto de línea de accionamiento
de peso ligero, el eje de transmisión 32 se construye
preferiblemente de un material tal como aluminio que exhibe
características de alta formabilidad y resistencia además de masa
baja por unidad de volumen. Sin embargo, como se ha descrito
anteriormente, las técnicas de soldadura convencionales, tal como
los procesos MIG o TIG, son ineficaces al intentar unir metales
distintos, tales como aluminio y acero.
Por consiguiente, la primera realización de la
presente invención utiliza la chapa adaptadora de aluminio 62 para
interconectar el eje de transmisión 32 y el árbol falso 30. La chapa
adaptadora 62 es un elemento circular generalmente plano, que tiene
un diámetro externo sustancialmente equivalente al diámetro exterior
del eje de transmisión 32. La chapa adaptadora 62 incluye además una
pluralidad de agujeros 63 colocados para cooperar con agujeros 54
que se extienden a través de la pestaña 52 del árbol falso 30. En la
realización preferida, los agujeros 63 incluyen una rosca interna de
tal manera que un sujetador externamente roscado 66 pueda estar
dispuesto dentro de los agujeros 54 y enganchado a rosca con la
chapa adaptadora 62. Los expertos en la técnica apreciarán que el
yugo 64 se construye preferiblemente de aluminio y está unido
fijamente al segundo extremo 60 del eje de transmisión 32 de manera
comúnmente conocida en la técnica, tal como soldadura.
Con referencia a la figura 3, una segunda
realización de la línea de accionamiento de la presente invención se
presenta con el número de referencia 126. Los expertos en la técnica
apreciarán que la línea de accionamiento 126 funciona de manera
sustancialmente parecida a la primera realización previamente
descrita con detalle. Por consiguiente, los componentes análogos se
designarán con números de referencia incrementados en 100.
El conjunto de línea de accionamiento 126
incluye una junta de velocidad constante 128, un eje de transmisión
132, un yugo 164 y un árbol falso 130 para interconectar con
accionamiento un eje de entrada 34 del segundo conjunto de eje 14
con un eje de salida 36 de la caja de transferencia 24. La junta de
velocidad constante 128 incluye un cubo 138 que tiene un receptáculo
estriado internamente 140 enganchado con accionamiento con el árbol
falso 130. La junta de velocidad constante 128 incluye además una
pestaña de montaje que se extiende radialmente 142 adaptada para
interconexión con el eje de entrada 34.
De forma parecida a la primera realización, la
segunda realización 126 de la presente invención incorpora
preferiblemente aluminio o una aleación de aluminio como el material
para el eje de transmisión 132. Por consiguiente, todavía subsiste
el reto de unir un árbol falso de acero a un tubo de aluminio. Sin
embargo, en lugar de implementar una chapa adaptadora y una pestaña
como se describe en la primera realización, la segunda realización
de la presente invención utiliza un proceso de unión conocido como
soldadura por rozamiento.
Siguiendo haciendo referencia a la figura 3, el
eje de transmisión 132 incluye un primer extremo 180 que tiene una
primera cara de extremo 182 y un segundo extremo 184 que tiene una
segunda cara de extremo 186. Como se representa, la segunda cara de
extremo 186 está orientada de forma preferiblemente ortogonal con
relación al eje longitudinal 188 del eje de transmisión 132. El
árbol falso 130 incluye una varilla generalmente cilíndrica 144 que
tiene un primer extremo 146 con una chaveta externa 148 dispuesta
deslizantemente dentro del receptáculo 140 del cubo 138 y un segundo
extremo 150 que tiene un cuerpo abocinada 190 que termina en una
cara de rozamiento 192. Los expertos en la técnica apreciarán que
el yugo 164 se construye preferiblemente de aluminio o una aleación
de aluminio que se puede soldar convencionalmente a la primera cara
de extremo 182. Por el contrario, la varilla 144 del árbol falso 130
tiene un diámetro externo relativamente pequeño y se construye
preferiblemente de acero para resistir las altas cargas de torsión
producidas durante el funcionamiento. Según la segunda realización
de la presente invención, el conjunto de línea de accionamiento 126
se termina soldando por rozamiento la segunda cara de extremo 186
del eje de transmisión 132 a la cara de rozamiento 192 del árbol
falso 130.
La soldadura por rozamiento implica unir metales
distintos frotando los componentes uno con relación a otro con
suficiente velocidad y fuerza de compresión para crear fusión
localizada. Específicamente, y con referencia a las figuras 3 y 4,
la cara de rozamiento 192 se hace girar con relación a la segunda
cara de extremo 186 generando por ello calor en la interface de las
superficies. Cuando la cara de rozamiento 192 y la segunda cara de
extremo 186 siguen moviéndose una con relación a otra, se crea una
zona 194 donde están situadas porciones fundidas de al menos uno de
los componentes. Los expertos en la técnica apreciarán que los
puntos de fusión de los materiales a unir determinan si la zona 194
contendrá material fundido de uno o ambos componentes. Después de
haber creado un volumen suficiente de material fundido, se para el
rozamiento relativo y los componentes se dejan enfriar. La soldadura
por rozamiento está ahora terminada y el eje de transmisión 132 está
acoplado al árbol falso 130. Como se aprecia bien en la figura 4, la
soldadura por rozamiento produce una unión conteniendo aluminio de
origen del eje de transmisión 132, acero de origen del árbol falso
130 y una región de aluminio fundida recientemente y solidificada
posteriormente 196. La región 196 incluye una porción laminada 198
creada empujando axialmente el eje de transmisión 132 hacia el
árbol falso 130 cuando los componentes giran uno con relación a
otro. La figura 5 ilustra una condición donde cada uno de los
materiales diferentes se ha fundido para formar una zona de mezcla
200. Como se ha indicado anteriormente, la zona de mezcla 200 se
forma cuando cada uno de los materiales de origen tiene puntos de
fusión similares.
Claims (6)
1. Un conjunto de línea de accionamiento (26)
para interconectar rotativamente un primer dispositivo de
transmisión de potencia (24) a un segundo dispositivo de transmisión
de potencia (14), incluyendo el conjunto de línea de accionamiento
(26):
un eje de transmisión (32) que tiene un primer
extremo (58) y un segundo extremo (60), estando adaptado dicho
segundo extremo (60) para ser acoplado con accionamiento al primer
dispositivo de transmisión de potencia (24);
un árbol falso (30) que tiene un primer extremo
(46) y un segundo extremo (50), y
una junta de velocidad constante (28) acoplada
rotativamente a dicho primer extremo (46) de dicho árbol falso (30),
estando adaptada dicha junta de velocidad constante (28) para
acoplarse al segundo dispositivo de transmisión de potencia
(14),
caracterizado por una chapa adaptadora
(62) acoplada a dicho primer extremo (58) de dicho eje de
transmisión (32) que se hace de aluminio, estando colocada dicha
chapa adaptadora (62) transversal a un eje de dicho eje de
transmisión (32), y teniendo dicha chapa adaptadora (62) una
pluralidad de agujeros (63) para recibir sujetadores (66) colocados
dentro del diámetro de dicho eje de transmisión (32) y dicho árbol
falso (30) hecho de acero e incluyendo una pestaña (52) que se
extiende radialmente desde dicho segundo extremo (50) donde dicha
pestaña (52) incluye una pluralidad de agujeros (54) para recibir
sujetadores (66) y está acoplada a dicha chapa adaptadora (62)
mediante una pluralidad de dichos sujetadores (66) que pasan a
través de dicha pluralidad de agujeros (54).
2. El conjunto de línea de accionamiento (26) de
la reivindicación 1, donde dicho primer extremo (46) de dicho árbol
falso (30) está enganchado deslizantemente con dicha junta de
velocidad constante (28).
3. El conjunto de línea de accionamiento (26) de
la reivindicación 1, incluyendo además un yugo (64) acoplado a dicho
segundo extremo (60) de dicho eje de transmisión (32).
4. Un conjunto de línea de accionamiento (126)
para interconectar rotativamente un primer dispositivo de
transmisión de potencia (24) a un segundo dispositivo de transmisión
de potencia (14), incluyendo el conjunto de línea de accionamiento
(126):
un eje de transmisión (132) que tiene un primer
extremo (180) y un segundo extremo (184), estando adaptado dicho
primer extremo (180) para ser acoplado con accionamiento al primer
dispositivo de transmisión de potencia (24);
un árbol falso (130) que tiene un primer extremo
(146) y un segundo extremo (150), y
una junta de velocidad constante (128) que tiene
un receptáculo (140), estando adaptada dicha junta de velocidad
constante (128) para ser interconectada con accionamiento al segundo
dispositivo de transmisión de potencia (14) y dicho primer extremo
(146) de dicho árbol falso (130) dispuesto dentro de dicho
receptáculo (140), interconectando por lo tanto con accionamiento
dicho árbol falso (130) y dicha junta de velocidad constante
(128),
formándose una soldadura entre dicho segundo
extremo (150) de dicho árbol falso (130) y dicho segundo extremo
(184) de dicho eje de transmisión (132);
caracterizado porque dicho eje de
transmisión (132) se hace de aluminio y dicho árbol falso (130) se
hace de acero y dicho segundo extremo (150) de dicho árbol falso
(130) se suelda con rozamiento a dicho segundo extremo (184) de
dicho eje de transmisión (132).
5. El conjunto de línea de accionamiento (126)
de la reivindicación 4, donde dicho primer extremo (146) de dicho
árbol falso (130) incluye una chaveta externa (148) que engancha
dicho receptáculo (140).
6. El conjunto de línea de accionamiento (126)
de la reivindicación 5, donde dicho segundo extremo (150) de dicho
árbol falso (130) incluye una cara de rozamiento (192) soldada por
rozamiento a dicho segundo extremo (184) de dicho eje de transmisión
(132).
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