MXPA02006738A

MXPA02006738A - Portador compuesto de metal aluminio reforzado.

Info

Publication number: MXPA02006738A
Application number: MXPA02006738A
Authority: MX
Inventors: Frank Victor Crocco
Original assignee: Visteon Global Tech Inc
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-07-16
Also published as: GB2378738B; GB0214916D0; GB2378738A; DE10228814B4; DE10228814A1; US20030012976A1; US6623867B2; US20040048095A1

Abstract

La presente invencion en general se dirige a un portador de un vehiculo motor. El portador se forma de una primera porcion y una segunda porcion. La primera porcion se elabora de aluminio que tiene particulas ceramicas que refuerzan la matriz de aluminio. La segunda porcion se elabora de metal aluminio no reforzado o aleacion de metal. De preferencia, la segunda porcion esta presente en forma de cavidades discretas en la primera porcion y se adapta para maquinarse o soldarse.

Description

PORTADOR COMPUESTO DE METAL ALUMINIO REFORZADO CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

[0001] Esta invención en general se relaciona a un portador en un montaje de eje de un vehículo motor. Mas específicamente, esta invención se refiere a un portador elaborado de aluminio reforzado con partículas cerámicas instalado en el montaje de eje de un vehículo motor. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0002] La mayoría de los vehículos utilizan al menos un juego de engranajes para transferir par de torsión entre flechas giratorias u otros componentes que giran alrededor de ejes diferentes. Por ejemplo, el eje de un vehículo de impulso con ruedas posteriores incluye un piñón diferencial que gira alrededor de un eje generalmente longitudinal y desplazado por par de torsión de la transmisión acoplada a un engranaje de anillo, que gira alrededor de un eje generalmente transverso y desplaza el par de torsión al diferencial. En el caso de algunos vehículos de impulso con las cuatro ruedas con motores montados transversales, un juego de engranajes de eje inclinado o eje perpendicular dentro de una unidad de toma de fuerza, se emplea para transferir par de torsión desde el eje transverso del motor y transmisión al eje longitudinal de un eje impulsor.

[0003] Típicamente, el portador que soporta el recinto diferencial y el juego de engranajes, se elabora de magnesio, aluminio o hierro f ndido. Los propios engranajes se elaboran de acero. Típicamente, estos juegos de engranajes son sensibles a cambios o imprecisiones en las posiciones de los engranajes. Incluso pequeñas deflexiones pueden llevar a ruido y falla prematura del engranaje. Ya que las temperaturas operativas son relativamente altas, las diferencias en expansión térmica entre el portador y los engranajes pueden conducir a deflexiones tales que la temperatura del montaje de eje cambie. Aplicaciones en donde el rango de temperatura se espera sea amplio, luego deben utilizar en el portador un material con baja expansión térmica tal como hierro fundido. El uso de hierro fundido hace pesado al montaje de eje. [0004] En la presente invención, un portador elaborado de aluminio reforzado con partículas cerámicas, permite una menor expansión térmica y un portador estable en el montaje de eje. Además, la baja expansión térmica de el portador reduce la deflexión y evita ruido y falla prematura de los juegos de engranajes. Además, el portador elaborado de matriz de aluminio reforzada con partículas cerámicas es mucho más ligero, de esta manera reduciendo el peso total del vehículo motor.

BR VE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS [0005] Adicionales características y ventajas de la invención serán aparentes de la siguiente discusión y los dibujos acompañantes, en donde: [0006] La Figura 1 es una representación en perspectiva del montaje de eje, como se instala en un vehículo motor de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención ; [0007] La Figura 2 es una vista despiezada de un montaje de eje, que tiene el portador instalado en un vehículo motor de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención; [0008] La Figura 3 es una vista en perspectiva superior del portador de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención; y [0009] Las Figuras 4a a 4c representan los procesos de fabricación del portador de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN [0010] La siguiente descripción de la modalidad preferida, simplemente es ejemplar en naturaleza y de ninguna manera se pretende que limite la invención o su aplicación o usos.

[0011] Con referencia particular a los dibujos, un montaje de eje que incorpora el portador de aluminio reforzado de la presente invención de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, se designa por el número de referencia 10. Como se ilustra en la Figura 1, el montaje de eje 10 se instala en el cuerpo inferior de un vehículo motor y sirve para transmitir la fuerza del motor 12 a las ruedas 1 . [0012] Como se ilustra en la Figura 2, el montaje de eje 10 incluye dos tubos 16 y un portador 18, con los tubos 16 que se extienden de cada lado del portador 18. El portador 18 de preferencia aloja un recinto diferencial 20. Como se ilustra en la Figura 3, el portador 18 de preferencia se forma de una primera porción 40 y una segunda porción 42. La primera porción 40 se elabora de aluminio con partículas cerámicas reforzadas en la matriz de aluminio. La primera porción 40, de preferencia se acopla a una cubierta 36. La cubierta 36 de preferencia contiene los lubricantes dentro del portador 18 y evita substancialmente que los lubricantes se fuguen del portador 18. Es también preferible que las propiedades de expansión térmica de la primer porción 40 sean bajas en comparación con el portador formado de aluminio puro o hierro fundido. Las bajas propiedades de expansión térmica del portador 18 evitarán o reducirán desplazamiento relativo del portador con respecto a los engranajes, de esta manera reduciendo la falla prematura de los engranajes. Además, las bajas propiedades de expansión térmica del portador 18 asegurarán que cuando el portador 18 está sujeto a elevado calor y tensión, la cubierta 36 no se desplace o desprenda del portador 18. La segunda porción 42 del portador 18 de preferencia se elabora de aluminio no reforzado o metal aluminio substancialmente puro o una aleación de aluminio. De preferencia, la segunda porción 42 está presente en la forma de cavidades discretas en la primera porción 42. La segunda porción 42 es capaz de maquinarse, para facilitar el ensamblado del eje 10, de manera tal que el portador 18 sea capaz de conectarse a otros componentes en el vehículo motor. [0013] Aunque en los dibujos en general se ilustra y describe un montaje de eje trasero de una suspensión no- independiente , habrá de entenderse que esta invención no se limita a un portador que tiene un recinto diferencial instalado en un montaje de eje posterior. Incorpora un portador instalado en un montaje de eje impulsor, ya sea en vehículos de impulso con las ruedas frontales, de impulso con ruedas posteriores o impulso con todas las ruedas . Además, el portador que incorpora un recinto diferencial se ilustra y explica en detalle, habrá de entenderse que el portador 18 puede incorporar una unidad de toma de fuerza y tener más de una flecha de salida. Además, el portador como se escribe también puede utilizarse para soportar un juego de engranajes de eje oblicuo instalado dentro de una unidad de toma de fuerza. En general, el portador 18 de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención puede utilizarse para soportar cualesquiera juegos de engranajes necesarios para transferir el par de torsión desde el eje transverso y transmisión al eje longitudinal del eje impulso . [0014] Como se ilustra en la Figura 2 el portador 18 aloja un recinto diferencial 20, un primer engranaje lateral 22, un segundo engranaje lateral 24. El recinto diferencial 20, de preferencia se acopla a una flecha de alimentación 30 (mostrada en la Figura 1) , mientras que el primer engranaje lateral 22 y el segundo engranaje lateral 24 se acoplan a una flecha de salida 32. Típicamente, el eje de alimentación 30 transmite par de torsión al portador 18 desde el motor 12 o la transmisión (como se ilustra en la Figura 1) y el eje de salida 32 transmite par de torsión desde el portador 18 a las ruedas 14. El portador 18 también soporta un engranaje de anillo 34 y un piñón diferencial 26. El piñón diferencial 26 transfiere el movimiento rotacional de la flecha de alimentación 30 en movimiento rotacional del engranaje de anillo 34 sobre un eje perpendicular. El engranaje de anillo 34 se fija al recinto diferencial 20 y transfiere movimiento rotacional al recinto diferencial 20. [0015] El portador 18 también es adaptable para recibir una cubierta 36. La cubierta 36 de preferencia selle el portador 18 y evita substancialmente que se fugue lubricante del portador 18. Adicionalmente, el portador 18 es adaptable para proporcionar conexión para soportes de eje 28 (como se ilustra en la Figura 3) . Además, el portador 18 también incluye orificios de montaje 27, para montar el portador 18 y el alojamiento de eje 16 en el vehículo motor (como se ilustra en la Figura 3) . El portador 18 puede incluir otros componentes tales como un segundo piñón diferencial, un conducto hidráulico, etc. Típicamente, el recinto diferencial 20, el primer engranaje lateral 22, el segundo engranaje lateral 24, el piñón diferencial 26 y el engranaje de anillo 34, de preferencia se elaboran con material estructural convencional tal como acero y de un método convencional. La cubierta 36 de preferencia se elabora de aluminio o acero. [0016] Con referencia particular a la Figura 3, el portador 18 de acuerdo con las enseñanzas de esta invención, se forma de una primera porción 40 y una segunda porción 42. En la modalidad preferida, la segunda porción 42 de preferencia es integral con la primera porción 40, de manera tal que la apariencia física de la primera porción 40 y la segunda porción 42 son indistinguibles. Aunque en el dibujo, la segunda porción 42, se ilustra separada y distinta de la primera porción, habrá de entenderse que esto es solo para propósitos ilustrativos. [0017] La primera porción 40 del portador 18 se forma de aluminio con partículas cerámicas reforzadas en la matriz de aluminio. La primera porción 40 de preferencia forma de aproximadamente 80% a 97% del peso del portador 18. A fin de obtener las propiedades físicas deseadas del portador 18, el porcentaje total de las partículas cerámicas está en el rango de 10 a 50% del volumen de la primera porción 40 y de preferencia aproximadamente 20% del volumen total de la primera porción 40. De preferencia las partículas cerámicas empleadas para formar la primera porción 40 del portador 18, se eligen del grupo que consiste de carburo de silicio u óxido de aluminio. En la modalidad preferida, el tamaño de las partículas cerámicas de preferencia está en el rango de aproximadamente 4 mieras a 30 mieras. De preferencia, las partículas cerámicas están en el rango de 7 mieras a 20 mieras. La primera porción 40 del portador 18 se adapta para recibir la cubierta 36, de manera tal que la cubierta 36 ajusta apretadamente sobre la abertura 35 del portador 18.

[0018] La segunda porción 42 del portador 18 de preferencia se forma de aluminio no reforzado. De preferencia, la segunda porción 42 se forma de una aleación de aluminio. En forma alterna, la segunda porción 42, también puede formarse de metal aluminio puro. La segunda porción 42 forma el restante 20% a 3% de peso del portador 18. La segunda porción 42 de preferencia se localiza entre o encapsula dentro de la primera porción 40, de manera tal que la primera porción 40 tiene cavidades de la segunda porción 42. En forma alterna, también es posible que parte del portador 18 se forme de la primera porción 40 y la parte restante del portador 18 se forme de la segunda porción 42. En este caso, se prefiere que las partículas cerámicas se distribuyan uniformemente a través de la primera porción 40. Como se explicará posteriormente, la segunda porción 42 puede formarse por más de un método. De preferencia, la segunda porción 42 se localiza en regiones del portador 18, de manera tal que el portador 18 se adapta para soldarse o maquinarse en la segunda porción 42. [0019] Las Figuras 4a a 4 c representan los procesos de formar la primera porción 40 y la segunda porción 42 del portador 18. El primer proceso de formar la primera porción 40 y la segunda porción 42, se ilustra en la Figura 4a como se muestra, el proceso se inicia la etapa SI. En esta etapa, las partículas cerámicas se agregan al aluminio fundido. El proceso luego pasa a la etapa S2 , en donde aluminio sin reforzar que consiste ya sea de aluminio substancialmente puro o una aleación de aluminio en la forma de la segunda porción 42, se colocan en la matriz o molde de fundición. Típicamente, el molde o matriz tendrá la forma deseada del portador 18. Como se representa en la etapa S3 , la segunda porción 42 de preferencia se forma al colocar la pieza de aluminio no reforzado en la matriz o molde de fundición antes de que la mezcla de partículas cerámicas y aluminio se vacíe o inyecte en la matriz o molde en fundición. [0020] Como se ilustra en la Figura 4b, el portador 18 también puede formarse al mezclar partículas cerámicas en el aluminio fundido como se describió anteriormente, para formar la primera porción 40, mostrada como la etapa SI. El enfriamiento rápido de ciertas superficies en la matriz o molde de fundición, mostrado como etapa S2 , forma la segunda porción 42. Las superficies enfriadas rápidamente tienden a repeler partículas durante el proceso de fundición, de esta manera dejando cavidades de aluminio no reforzado en la primera porción 40 (mostrada como la etapa S3) . Otro método de formar el portador 18 se ilustra en la Figura 4c. En este proceso en la etapa SI, las partículas cerámicas se unen en conjunto ya sea por sinterízado a la forma de la primera porción 40, denominada la pre -forma. La pre -forma luego se inserta en el molde de fundición o una matriz, en donde el molde o matriz de fundición está en la forma del portador 18. Cuando la pre- forma se inserta en el molde o matriz, se forman huecos en las áreas en donde no está presente la pre-forma. En la etapa S3 , aluminio fundido luego se vacia o inyecta en la matriz, llenando los espacios entre las áreas que de otra forma no están llenas por la pre -forma. [0021] La primera porción 40 del portador 18 exhibe las siguientes propiedades físicas: resistencia a la cedencia o límite elástico en el rango de 20 ksi a 52 ksi, de preferencia no menor a 42 ksi; módulo elástico en el rango de 13.2 a 16.5 Msi, de preferencia no menor a 14.3 Msi; y un coeficiente de expansión térmica en el rango de 6.5 ppm/F a 11.2, de preferencia no mayor a 9.7 ppm/F.

La tabla siguiente compara las propiedades físicas de la primera porción 40 del portador 18 de la presente invención con otros materiales. Los materiales Al/SiC indicados en la tabla siguiente están comercialmente disponibles de Alean Aluminum bajo la marca DURALCAN. Los nombres indicados en paréntesis en la tabla son grados diferentes de DURALCAN que se han empleado para conducir los experimentos. Como puede verse en el diagrama siguiente, el portador 18 formado a partir de aluminio reforzado (F3S.20S-T6) exhibe superiores propiedades físicas, en particular expansión térmica reducida en comparación con aluminio . Expansión Material Módulo Térmica Cedenc: ( si) (ppm/F) (ksi) Aluminio A356-T6 10.9 11.9 29 Aluminio A356-T6 10.9 11.9 36 Compuesto Al/siC 12.5 11.5 41 (F3S .10S-T6) Compuesto Al/SiC 14.3 9.7 24 (F3S.20S-0) Compuesto Al/SiC 14.3 9.7 43 (F3S.20S-T6) Compuesto Al/SiC 14.3 9.7 31 (F3S .20S-T71) Hierro Fundido 22 6.3 40 [0022] Como cualquier persona con destreza en especialidad reconocerá de la descripción previa y de las figuras y reivindicaciones, pueden realizarse modificaciones y cambios a la modalidad preferida de la invención, sin apartarse del alcance de la invención como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un portador para sostener un juego de engranajes adaptable para transferir par de torsión desde el motor a las ruedas en un vehículo motor, el portador comprende: una primera porción formada de una matriz de aluminio, en donde la matriz de aluminio se refuerza por partículas cerámicas, de manera tal que las partículas cerámicas están en el rango de 10% a 50% en volumen de la primera porción; y una segunda porción formada de metal aluminio no reforzado, en donde la segunda porción es integral con la primera porción; en donde la segunda porción se adapta para conectar el portador a una estructura de soporte.
2. El portador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las partículas cerámicas de preferencia son 20% del volumen de la primer porción.
3. El portador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las partículas cerámicas se eligen de un grupo que consiste de carburo de silicio u óxido de aluminio.
4. El portador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las partículas cerámicas tienen un tamaño de partículas en el rango de 4 mieras a 30 mieras.
5. El portador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el tamaño y partículas de preferencia está en el rango de 7 mieras a 20 mieras .
6. El portador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera porción forma 80% a 97% del peso del portador y la segunda porción forma 20% a 3% en peso del portador.
7. El portador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera porción tiene una resistencia a cedencia o límite elástico en el rango de 20 ksi a 52 ksi .
8. El portador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primer porción tiene un módulo elástico en el rango de 13.2 Msi a 16.5 Msi .
9. El portador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera porción tiene un coeficiente de expansión térmica en el rango de 6.5 ppm/F a 11.2 ppm/F.
10. El portador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera porción se conecta a una cubierta adaptable para evitar fuga de lubricante desde el portador.
11. El portador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la segunda porción se forma como cavidades discretas en la primera porción.
12. Un método para formar un portador para soportar un juego de engranajes tal que el portador sea adaptable para transferir par de torsión desde el motor a las ruedas en un vehículo motor, el método se caracteriza porque comprende las etapas de: mezclar una cantidad predeterminada de partículas cerámicas en aluminio fundido para formar una matriz de aluminio reforzada, en donde la matriz de aluminio reforzada define la primera porción del portador; proporcionar un inserto de aluminio substancialmente puro en un molde de fundición en donde los insertos definen una segunda porción en el portador; y fundir la matriz de aluminio reforzada en el molde de fundición, para formar la primera porción y la segunda porción tal que la primer porción y la segunda porción sean integrales entre sí .
13. El portador de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque además comprende seleccionar las partículas cerámicas de un grupo que consiste de carburo de silicio u óxido de aluminio.
14. El portador de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque además comprende seleccionar una cantidad predeterminada de partículas cerámicas en el rango de 10% a 50% del volumen de primera porción.
15. El portador de conformidad con reivindicación 12, caracterizado porque se selecciona cantidad predeterminada de partículas cerámicas en el 2 del volumen de la primera porción.