ES2692968T3 - Junta cardan soportada con unidad central - Google Patents

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ES2692968T3 ES13168112.4T ES13168112T ES2692968T3 ES 2692968 T3 ES2692968 T3 ES 2692968T3 ES 13168112 T ES13168112 T ES 13168112T ES 2692968 T3 ES2692968 T3 ES 2692968T3
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Abstract

Una junta cardan (1) que está adaptada para ser situada en dos ejes cardan para transmitir el movimiento de rotación y el par en vehículos motorizados, comprendiendo la junta cardan: una cruceta (12) que está adaptada para unirse a los dos ejes cardan; un elemento de soporte (20) de la junta esférico que se coloca en el centro de la cruceta (12), en donde el elemento de soporte (20) de la junta esférico se compone de una esfera (23) y una pieza hembra con casquillo esférico (22) que tiene una geometría del casquillo que es adecuada para dicha esfera (23), y en donde la esfera (23) y pieza hembra con casquillo esférico (22) son capaces de deslizarse una sobre la otra, estando caracterizada la junta cardan (1) por que para que las fuerzas axiales se transfieran por medio del elemento de soporte (20) de la junta esférico, el centro (M) del elemento de soporte (20) de la junta esférico es coincidente con el centro (M) de flexión de la junta cardán (1) y el elemento con junta esférica (20) se fija en la dirección axial con respecto a cada uno de los dos ejes cardan durante el funcionamiento.

Description

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DESCRIPCION
Junta cardan soportada con unidad central La tecnica relacionada
La invencion se refiere a los desarrollos dados a conocer de la junta cardan que se utiliza en veldculos motorizados en muchos mas campos de aplicacion, principalmente en sectores tales como la automocion, la produccion de maquinaria, que puede estar disponible en ambos extremos o en los centros de los ejes cardan, haciendo el trabajo de transmitir el movimiento de rotacion y el par producidos por el motor de una manera que permita la formacion de un angulo de unos determinados grados entre los ejes de rotacion.
La invencion se refiere particularmente a una nueva forma de realizacion de junta cardan donde las cargas sobre los cojinetes que actuan sobre la cruceta y los brazos de la misma disminuyen, la vida util de la junta se alarga y las velocidades de rotacion del eje cardan aumentan a traves de soportar las fuerzas axiales por medio de un elemento de soporte colocado en el centro de la cruceta.
La tecnica anterior
Las juntas cardan son disenos especiales utiles para lograr el movimiento angular entre ejes que transmiten par y movimiento de rotacion. Si bien las juntas cardan se utilizan principalmente en sectores tales como la automocion, la produccion de maquinaria, tambien han tenido durante mucho tiempo un alto mdice de utilizacion en un gran numero de otros campos. Debido a que tienen una amplia gama de utilizaciones e historia de su diseno esencial que se remonta a tiempos muy antiguos, se han realizado muchos estudios sobre juntas cardan y se han ideado diferentes metodos de ensamblaje y produccion.
El diseno basico de las juntas cardan comprende 2 piezas de horquilla que comprenden diferentes tipos de conexion y cuerpos, y cojinetes especiales con 4 brazos en forma de un "signo mas" conocidos como cruceta situada entre dichas piezas y que proporciona movimiento redproco de los brazos de la misma, asf como formas de realizacion formadas a traves de la union de ellos con ambas piezas de horquilla. Existe un angulo de 90° en el eje de rotacion entre las piezas de horquilla emparejadas con los brazos redprocos de la cruceta y el tipo especial de cojinetes.
En aplicaciones donde la junta cardan se flexiona con un angulo excesivo, se utilizan los tipos de junta conocidos en la literatura como junta cardan doble en lugar de la junta cardan simple, ya que la junta provoca demasiada vibracion y oscilacion de la velocidad angular. En la forma de realizacion de la mayona de estos ejes cardan, se proporcionan formas de realizacion esfericas para propositos de centrado que permitan que las piezas de entrada y salida formen un angulo igual con el cuerpo principal. Como ejemplo de estas formas de realizacion, existen patentes tales como US2984997, DE102005053362A1, FR2955161A1, US2003228920A1, US2008280689A1, etc. La mayor diferencia de estas formas de realizacion con respecto a la forma de realizacion de la invencion es que se basa en el principio de unir dos juntas cardan. La forma de realizacion esferica colocada en el centro proporciona la union de las juntas colocadas secuencialmente en el cuerpo principal cada vez con un angulo congruente. En la literatura, estos tipos de juntas se denominan "juntas cardan dobles autocentrantes". Generalmente no se espera que el elemento esferico transporte cargas o bloquee las fuerzas axiales aplicadas en los cojinetes de la junta de cruceta. Una diferencia adicional es que el elemento esferico contenido en la forma de realizacion de la junta cardan doble se encuentra entre dos juntas de cruceta. De la misma manera que en la forma de realizacion de la invencion se utilizaba una junta de cruceta, en donde la junta esferica que se coloca en el centro de la junta universal (M).
La pieza de cruceta, en la que el tipo especial de cojinete hace funcionar sus brazos tiene la geometna mas debil en la forma de realizacion de la junta cardan. La velocidad angular y el par en el eje cardan se transmiten desde una pieza al otro eje cardan a traves de esta pieza. Ademas de la velocidad angular y el par, en los mismos casos tambien se transmiten las fuerzas axiales a lo largo del eje cardan sobre los brazos de la cruceta al otro eje cardan. Particularmente en los vehfculos motorizados donde se emplean ejes cardan, las fuerzas axiales producidas en el eje cardan con la actuacion del movimiento de suspension conducen a poner esfuerzo sobre los brazos de la cruceta. El valor de par maximo que puede ser transportado por la cruceta, que se estipula en calculos de que sera sometido solo al par radial, se vuelve bajo, ya que es sometido a esfuerzo en direccion axial junto con los pares radiales en la direccion de rotacion en condiciones de funcionamiento. Para que la cruceta tambien cubra la demanda de las cargas axiales, se requiere que se disene de acuerdo con valores mucho mas altos que los estipulados.
Los cojinetes de la cruceta, producidos en un tipo especial, que actuan sobre los brazos de la cruceta se someten a cargas adicionales irregulares debido a los esfuerzos producidos en la direccion axial y, con el tiempo, se producen abrasiones y deformaciones en las areas donde funcionan los rodillos de los cojinetes. Estas abrasiones y deformaciones que se producen reducen significativamente la vida util de la junta cardan.
En la Figura 8, se proporciona una vista tridimensional, en seccion transversal, de un eje cardan de acuerdo con la tecnica anterior. En esta forma de realizacion, el empuje (32) se provoca por la cruceta en los cojinetes de la
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cruceta en los casos en que las formas de realizacion actuan angularmente. Para que ella resista el empuje (32) que se produce, la arandela de base (31) se coloca dentro del cojinete de la cruceta (13) en las formas de realizacion existentes.
Proposito de la invencion
La presente invencion se refiere a una nueva forma de realizacion que cubre la demanda de los requisitos descritos anteriormente, eliminando todas las desventajas, aportando algunas ventajas adicionales y formada mediante la adicion de una junta esferica al centro de la junta cardan.
Un proposito de la invencion es la designacion del area central de la pieza de cruceta que constituye el componente principal de la junta cardan como vado y dar a conocer una nueva forma de realizacion de la junta cardan, donde la junta esferica conectada a los ejes cardan de la parte delantera o trasera o a las piezas de horquilla que constituyen las bridas de conexion, se coloca dentro de este espacio creado.
La exposicion de los cojinetes que actuan sobre la cruceta y los brazos de la misma a las cargas radiales solamente en la direccion del par de rotacion se ha logrado soportando las fuerzas axiales que recaeran sobre la forma de realizacion, por medio de un elemento de soporte de la junta esferico colocado como superpuesto con el centro del centro de flexion de la junta cardan.
Otro proposito de la invencion es aumentar tanto el par de torsion total que la junta puede soportar como lograr el alargamiento de la vida util de la junta mediante la prevencion de la deformacion al desgastarse menos, por medio de proporcionar un funcionamiento mas desahogado de los cojinetes de la cruceta.
Un proposito adicional de la invencion, por otro lado, es lograr el centrado del eje cardan en el eje de rotacion y el funcionamiento del eje cardan con menos vibracion por medio de una junta esferica colocada en el centro del eje de rotacion en ambos extremos del cardan. Un eje cardan que produce menos vibracion puede funcionar a velocidades mas altas.
Con esta invencion, tambien se logra evitar la creacion de cargas axiales creadas por la cruceta en los cojinetes de la cruceta logrando la rotacion homocentrica de los elementos de conexion de entrada y salida.
Un proposito adicional de la invencion es la eliminacion de la necesidad padecida de la utilizacion de la arandela de base dentro del cojinete de la cruceta.
Por medio del elemento de soporte articulado desarrollado con la invencion, se logra evitar el empuje de la cruceta en los cojinetes de la cruceta al lograr la rotacion homocentrica de la horquilla de brida y de la horquilla de tubo.
Las propiedades estructurales y caractensticas y la totalidad de sus ventajas de la invencion se entenderan mas claramente a partir de los dibujos proporcionados a continuacion y de la descripcion detallada escrita haciendo referencia a estos dibujos y, por lo tanto, la evaluacion se debe hacer teniendo en cuenta estos dibujos y la descripcion detallada.
Breve descripcion de los dibujos
Para comprender de la mejor manera la forma de realizacion y las ventajas de la presente invencion con los elementos adicionales, se deben evaluar conjuntamente con las figuras cuyas descripciones se realizan a continuacion.
La Figura 1 es una vista en perspectiva de la junta cardan soportada por la unidad central que es el objetivo de la invencion.
La Figura 2 es una vista tridimensional de una seccion transversal de la junta cardan soportada por la unidad central que es el objetivo de la invencion.
La figura 3 es una vista en seccion transversal de la junta cardan soportada por la unidad central que es el objetivo de la invencion, en posicion recta.
La Figura 4 es una vista en seccion transversal de la junta cardan soportada por la unidad central que es el objetivo de la invencion de perfil lateral, en posicion angular.
La Figura 5 es una vista tridimensional de una forma de realizacion de la cruceta que comprende un espacio en la parte central de la misma.
La Figura 6 son vistas tridimensionales de la horquilla de brida y de la horquilla de tubo.
La Figura 7 es una vista tridimensional del elemento de soporte esferico de la junta de forma desmontada.
La Figura 8 es una vista tridimensional en seccion transversal de la junta cardan de la tecnica anterior.
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No es absolutamente necesario que los dibujos se pongan a escala, pudiendose haber omitido los detalles que no sean necesarios para comprender la invencion. Ademas, los elementos que son al menos considerablemente identicos, o al menos tienen funciones considerablemente identicas se indican con el mismo numero.
Numeros de referencia
I. Junta cardan
10. Horquilla de brida
II. Horquilla de tubo
12. Cruceta
13. Cojinete de la cruceta
14. Tubo del eje cardan
15. Espacio distribuidor de la cruceta
16. Casquillo del cojinete de rodillos
17. Casquillo del elemento de soporte (horquilla de brida)
18. Casquillo del elemento de soporte (horquilla de tubo)
20. Elemento de soporte de la junta esferico
21. Pieza macho con cabezal esferico
22. Pieza hembra con casquillo esferico
23. Esfera
24. Casquillo esferico
25. Cilindro de alojamiento
31. Arandela de base
32. Empuje
M. Centro de la pieza.
Descripcion detallada de la invencion
En esta descripcion detallada, las formas de realizacion preferidas de la junta cardan (1) que comprende un elemento de soporte (20) de la junta esferico, que es el objetivo de la invencion, se describen solo para una mejor comprension del objeto de estudio y de una manera que no constituya ningun efecto limitante.
La invencion se refiere a los desarrollos dados a conocer de la junta cardan utilizada en vehnculos motorizados en muchos mas campos de aplicacion, principalmente en sectores tales como la automocion, la produccion de maquinaria, puede estar disponible en ambos extremos o en los centros de los ejes cardan, haciendo el trabajo de transmitir el movimiento de rotacion y par producido por el motor de una manera que permita la formacion de un angulo de unos determinados grados entre los ejes de rotacion. En la Figura 1, se proporciona una vista tridimensional de la junta cardan (1) que es el objetivo de la invencion.
El punto fuerte de la invencion es que se trata una forma de realizacion de junta cardan (1) donde las cargas sobre los cojinetes (13) que actuan sobre la cruceta (12) y los brazos de la misma disminuyen, la vida de la junta (1) se alarga y las velocidades de rotacion del eje cardan se incrementan por medio de cubrir la demanda de las fuerzas axiales por medio de un elemento de soporte (20) de la junta esferico ubicado en el centro de la cruceta (12).
Como se vera a partir de su seccion transversal en la Figura 3, la junta cardan (1) que es el objetivo de la invencion se compone de una cruceta (12) que tiene brazos en forma de un signo mas en el centro y la horquilla de brida y la horquilla de tubo (10,11) con diferente geometna unidas con los cojinetes de la cruceta (13) situados en los brazos redprocos de dicha cruceta (12). Los cojinetes de la cruceta (13) tienen un movimiento de rotacion dentro de los casquillos del cojinete de rodillos (16) situados en la horquilla de brida y la horquilla de tubo (10,11). Al igual
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que el elemento de horquilla de brida (10) y la junta cardan (1) se pueden conectar a otra pieza de conexion mediante la utilizacion de varios elementos de fijacion, tambien se pueden soldar al tubo del eje cardan (14) de la junta cardan (1) mediante la utilizacion del elemento de horquilla de tubo (11).
Si bien la horquilla de brida (10), asf como la caja de transmision del eje cardan utilizado en los vehuculos se pueden conectar a piezas tales como la brida diferencial, la brida del cojinete intermedio a traves de los pernos y tuercas de los elementos de conexion, se pueden soldar al tubo del eje cardan (14) con la horquilla de tubo (11).
En la Figura 2, se ha dado una vista en perspectiva, en seccion transversal, de una forma de realizacion preferida de la forma de realizacion de la junta cardan (1) que es el objetivo de la invencion. En esta forma de realizacion, la cruceta (12), que es uno de los elementos esenciales de la junta (1) se ha disenado, como tambien se vera a partir de la Figura 5, de una manera que comprende el espacio de la cruceta (15) circular en la seccion del distribuidor central de la misma. Dentro de dicho espacio distribuidor de la cruceta (15), se ha colocado un elemento de soporte
(20) de manera coincidente con los centros (M) del espacio (15). El elemento de soporte (20) de la junta esferico, que es uno de los elementos esenciales de la invencion se compone de una pieza macho con cabezal esferico
(21) y una pieza hembra con casquillo esferico (22). Si bien un lado de la pieza macho con cabezal esferico (21) tiene una forma esferica (23), tiene un cilindro de alojamiento (25) en el otro lado contenido en la misma. Si bien un lado de la pieza hembra con casquillo esferico (21) tiene una geometna que comprende un casquillo esferico
(24) formado en sf misma, tiene una forma cilmdrica de alojamiento (25) similar a la pieza hembra con cabezal esferico (21) contenida en el otro lado de sf misma. En la Figura 7, se encuentra una vista en perspectiva del elemento de soporte (20) de la junta esferico en estado desmontado.
En la practica, la pieza macho con cabezal esferico (21) y la pieza hembra con casquillo esferico (22) estan en estado incrustado. La esfera (23) contenida en la geometna de la pieza macho con cabezal esferico (21) se situa dentro del casquillo esferico (24) de la pieza hembra con casquillo esferico (22) y la esfera homocentrica (M) y el casquillo esferico (23, 24) son capaces de moverse deslizando una sobre el otro. La esfera (23) contenida en la geometna del elemento de soporte (20) de la junta esferico y el centro (M) del casquillo esferico (24) es, al mismo tiempo, el centro del eje de rotacion de los ejes con los que las juntas cardan (1) estan en conexion. Este centro (M) indicado en la Figura 2 se encuentra al mismo tiempo en el centro de flexion del sistema en el que esta contenido la junta cardan (1).
El elemento de soporte (20) de la junta esferico se ha incrustado en el casquillo circular (17) situado en la horquilla de brida y la horquilla de tubo (10,11) generalmente conectado con un eje por medio de un cilindro de alojamiento
(25) situado en ambos extremos del mismo de manera que sea homocentrico con las juntas de cardan (1).
Segun se muestra en una vista de perfil lateral en seccion transversal de una forma de realizacion preferida de la junta cardan (1) en la Figura (1), en los casos en que se coloca angularmente, el elemento de soporte (20) de la junta esferico que es homocentrico con los ejes conectados con la junta (1) tambien se encuentra en posicion angular de la misma manera. La transicion de la posicion recta que forma la junta indicada en la Figura 3 a la posicion angular indicada en la Figura 4 se logra a traves de la pieza macho con cabezal esferico (21) y la pieza hembra con casquillo esferico (22) que constituyen las posiciones flotantes del elemento de soporte esferico de la junta deslizandose una sobre otra. En la forma de realizacion tradicional de la junta cardan, las fuerzas axiales transferidas desde una horquilla de brida (10) a otra horquilla de tubo (11) sobre los brazos de la cruceta se transfieren a otra pieza sobre el elemento de soporte (20) de la junta esferico en la forma de realizacion de la invencion. Por lo tanto, la carga y la vida util que se pueden llevar a termino por la cruceta (12) que se expone solo a cargas de torsion en la direccion de rotacion aumentan.
Segun se entendera a partir de las vistas en perspectiva de la junta cardan (1), que es el objetivo de la invencion, en el estado colocada recta de la Figura 3, y en el estado colocada angularmente de la Figura 4, el elemento soportado (20) de la junta esferico y la junta cardan (1) funcionan homocentricos. Por ejemplo; si la junta cardan se inclina tanto como un angulo (a) en la Figura 1, el elemento de soporte de la junta cardan que funciona homocentrico tambien se inclina tanto como un angulo (a). El angulo que forma la junta cardan (1) con los cojinetes de la cruceta (13) tambien se soporta con el elemento de soporte (20) de la junta esferico igualmente.
Sobre la geometna del elemento de soporte (20) de la junta esferico, se encuentra cada uno de los cilindros de alojamiento (25). El elemento de soporte (20) de la junta esferico se ha colocado, por un lado, en un casquillo (17) situado en la horquilla de brida (10) por medio de dicho cilindro de alojamiento (25) y en un casquillo (18) situado en la horquilla de tubo (11) de una manera que es homocentrico con dichas horquilla de brida y horquilla de tubo (10,11). Por lo tanto, el empuje (32) creado en los cojinetes de la cruceta (13) por la cruceta (12) se soporta mediante la provision de la rotacion homocentrica de la horquilla de brida (10) y la horquilla de tubo (11) cuyas vistas tridimensionales estan contenidas en la Figura 6. La arandela de base (31) se coloca en el cojinete de la cruceta (13) en las formas de realizacion utilizadas en la tecnica anterior, para que cumplan con la demanda del empuje (32). Segun se describio anteriormente, el elemento de soporte (20) de la junta esferico contenido en la forma de realizacion de la invencion elimina la necesidad de una arandela de base al evitar la formacion de los empujes (32) en el cojinete de la cruceta (13).
Por medio de un elemento de soporte (20) de la junta esferico colocado en el centro del eje de rotacion de los ejes cardan con el que se une la junta cardan (1), centrando el eje cardan en el eje de rotacion y del funcionamiento del eje con menos vibracion. Un eje cardan capaz de producir menos vibracion puede funcionar a velocidades mas altas.
5 Por medio del elemento de soporte (20) de la junta esferico de la junta cardan (1) colocado de forma coincidente con el centro de flexion, se ha logrado la exposicion de los cojinetes (13) que actuan sobre la cruceta (12) y los brazos de la misma solo a cargas radiales en la direccion del par de rotacion, cubriendo la demanda de las fuerzas axiales que surgen durante el funcionamiento del sistema. Cuanto mas aumenta el par total que se puede transportar por la junta con el funcionamiento desahogado de los cojinetes (13), tambien se alarga la vida util de la 10 junta al evitar la deformacion al desgastarse menos.
Ademas de ser utilizable en ejes cardan, la junta cardan (1), que es el objetivo de la invencion, que comprende un elemento de soporte (20) de la junta esferico tambien es adecuada para su utilizacion en otras maquinas y sistemas donde haya aplicaciones de movimiento de torsion y rotacion.

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Una junta cardan (1) que esta adaptada para ser situada en dos ejes cardan para transmitir el movimiento de rotacion y el par en vehnculos motorizados, comprendiendo la junta cardan: una cruceta (12) que esta adaptada para unirse a los dos ejes cardan; un elemento de soporte (20) de la junta esferico que se coloca en el centro de
    5 la cruceta (12), en donde el elemento de soporte (20) de la junta esferico se compone de una esfera (23) y una pieza hembra con casquillo esferico (22) que tiene una geometna del casquillo que es adecuada para dicha esfera (23), y en donde la esfera (23) y pieza hembra con casquillo esferico (22) son capaces de deslizarse una sobre la otra, estando caracterizada la junta cardan (1) por que para que las fuerzas axiales se transfieran por medio del elemento de soporte (20) de la junta esferico, el centro (M) del elemento de soporte (20) de la junta esferico es 10 coincidente con el centro (M) de flexion de la junta cardan (1) y el elemento con junta esferica (20) se fija en la direccion axial con respecto a cada uno de los dos ejes cardan durante el funcionamiento.
  2. 2. Una junta cardan (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por comprender ademas; dos piezas de horquilla (10, 11) que estan unidas a la cruceta (12), en donde las dos piezas de horquilla (10, 11) se situan respectivamente en la entrada y la salida de la junta cardan (1), y en donde el elemento de soporte (20) de la junta
    15 esferico se conecta homocentricamente (M) a los dos piezas de horquilla (10, 11).
  3. 3. Una junta cardan (1) de acuerdo con la reivindicacion 1 a 2, y se caracteriza por que; bloquea el empuje (32) creado sobre los cojinetes de la cruceta (13) por la cruceta (12) por medio de la rotacion homocentrica de la horquilla de brida (10) y de la horquilla de tubo (11).
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