Junta homocinética fija de bolas con trayectorias elípticas.

Junta homocinética fija de bolas con una pieza externa (4) hueca, cuya superficie interna posee hendiduras

(5) que se extienden en la dirección axial de la pieza externa (4), y un buje de bolas (1) dispuesto en la pieza externa (4), cuya superficie externa posee hendiduras (5) que, en cuanto a su distribución, se corresponden a las hendiduras (6) de la pieza externa (4) que se extienden en la dirección axial del buje de bolas (1); varias bolas (3) que están alojadas en una hendidura (5) de la pieza externa (4) y una hendidura (6) del buje de bolas (1) para la transmisión del par; una corona (2) con ventanas dispuesta en el espacio entre la pieza externa (4) y el buje (1) para sujetar las bolas (3), por ejemplo, a un nivel común de la bola, donde las hendiduras (5, 6) están diseñadas de modo que se produce un movimiento elíptico en el centro de una bola (3) rodante en dirección axial en la hendidura (5, 6), que está definida por una ecuación elíptica referida al centro, y donde los ejes principales de las elipses de las hendiduras (5) de la pieza externa (4) descritas en el movimiento elíptico son paralelos a los ejes principales de las hendiduras (6) de los bujes de bolas (1) cuando la junta no está curvada.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12000966.

Solicitante: Neapco Europe GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Henry-Ford-Strasse 1 52351 Düren ALEMANIA.

Inventor/es: WEISSENFELS,MIRKO, BILZ,PETER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES... > ACOPLAMIENTOS PARA LA TRANSMISION DE MOVIMIENTOS... > Acoplamientos extensibles, es decir, con medios que... > F16D3/223 (estando los órganos giratorios guiados en gargantas dispuestas en ambas piezas de acoplamiento)
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Ilustración 1 de Junta homocinética fija de bolas con trayectorias elípticas.
Ilustración 2 de Junta homocinética fija de bolas con trayectorias elípticas.
Ilustración 3 de Junta homocinética fija de bolas con trayectorias elípticas.
Ilustración 4 de Junta homocinética fija de bolas con trayectorias elípticas.
Junta homocinética fija de bolas con trayectorias elípticas.

Texto extraído del PDF original:

DESCRIPCIÓN

Junta homocinética fija de bolas con trayectorias elípticas

[0001] La invención se refiere generalmente a una junta homocinética fija de bolas. Estas juntas se emplean, por ejemplo, en ejes de transmisión o árboles de dirección. Las juntas de este tipo presentan un buje de bolas, diversas bolas, una corona que sujeta las bolas en sus correspondientes ventanas y una pieza externa. El buje de bolas y la pieza externa presentan sus correspondientes coronas o ranuras de bolas. Las bolas se desplazan en dirección radial y tangencial en las ventanas y en las coronas. El buje de bolas, la corona y la pieza externa se emplean normalmente en superficies esféricas de acoplamiento mutuo. En las juntas conocidas, las ranuras forman superficies esféricas en las que las bolas ejecutan movimientos desbobinadores que se pueden describir mediante trayectorias circulares. Las coronas de orientación formadas como ranuras en la parte correspondiente se encuentran tanto en el buje de bolas como en la pieza externa y permiten un movimiento parcialmente circular, en el que la bola se puede desplazar al flexionar la junta, es decir cuando los ejes de la pieza externa y el buje de bolas no están alineados, para permitir la flexión de la junta. En las juntas conocidas, las bolas mantienen su distancia al centro de la junta, lo cual es un inconveniente, puesto que al flexionar la junta se disminuye la transmisión del par en relación con la articulación extendida y aumenta el desgaste.

[0002] El documento WO 00/31427 A1 divulga una junta homocinética fija de bolas con una pieza externa hueca, en cuya superficie interna posee hendiduras que se extienden en la dirección axial de la pieza externa, y un buje de bolas dispuesto en la pieza externa, en cuya superficie externa posee hendiduras que, en cuanto a su distribución, se corresponden a las hendiduras de la pieza externa que se extienden en la dirección axial del buje de bolas, varias bolas que están alojadas en una hendidura de la pieza externa y una hendidura del buje de bolas para la transmisión del par, una corona con ventanas dispuesta en el espacio entre la pieza externa y el buje para sujetar las bolas, donde las hendiduras están diseñadas de modo que se produce un movimiento elíptico en el centro de una bola rodante en dirección axial en la hendidura, que está definida por una ecuación elíptica referida al centro.

[0003] En el contexto de estos inconvenientes, la presente invención se ha propuesto la tarea de desarrollar una junta homocinética fija de bolas fácil de fabricar, en la que, contrariamente al estado de la técnica, se mejoren la transmisión del par y/o la resistencia al desgaste, especialmente en estado flexionado, es decir en el estado en que ambos ejes de rotación del cuerpo exterior y del buje de bolas están inclinados el uno hacia el otro. Este objeto se consigue, según la invención, mediante un módulo con las características de la reivindicación 1. Las reivindicaciones secundarias divulgan otras configuraciones especialmente ventajosas de la invención. Cabe señalar que las características que se enumeran una por una en las reivindicaciones se pueden combinar entre ellas de forma opcional y técnicamente apropiada, además de mostrar otras configuraciones de la invención. La descripción caracteriza y especifica la invención, particularmente también con la ayuda de las Figuras.

[0004] La junta homocinética fija de bolas según la invención comprende una pieza externa hueca, en cuya superficie interna posee hendiduras (hendiduras internas) que se extienden en la dirección axial de la pieza externa, y un buje de bolas dispuesto en la pieza externa, en cuya superficie externa posee hendiduras (hendiduras externas) que, en cuanto a su distribución, se corresponden a las hendiduras de la pieza externa que se extienden en la dirección axial del buje de bolas, varias bolas que están alojadas en una hendidura de la pieza externa y una hendidura del buje de bolas para la transmisión del par, una corona con ventanas dispuesta en el espacio entre la pieza externa y el buje para sujetar las bolas, por ejemplo, a un nivel común de la bola, donde las hendiduras, es decir, las de la pieza externa y las del buje de bolas, están diseñadas de modo que se produzca un movimiento elíptico en el centro de una bola rodante en dirección axial en la hendidura, que está definida por una ecuación elíptica referida al centro. Mediante la curvatura elíptica, la respectiva bola no mantiene la distancia al centro de la junta cuando esta se flexiona, sino que, gracias a la variación de esta distancia y, con ello, el cambio de posición de la bola con respecto al centro de la junta cuando esta se flexiona, dicha junta puede optimizarse con respecto a la transmisión del par máxima mediante la junta y en cuanto al desgaste. Además, se puede mejorar el ajuste de las bolas a las hendiduras.

[0005] Según la invención, no es obligatorio que la superficie de cada hendidura esté descrita por una elipse en dirección axial, sino que según la invención se refiere únicamente a que la ecuación de la trayectoria de un punto central de una bola que va rodando por su respectiva hendidura puede ser descrita por una ecuación elíptica referida al centro. De acuerdo con la invención, se debe comprender que la trayectoria real no será descrita por la misma ecuación, sino que el movimiento del punto central en forma de elipse se produce por la trayectoria o los puntos de contacto entre hendidura y bola al desplazarse la bola por la hendidura. La trayectoria o los puntos de contacto entre hendidura y bola al desplazarse la bola por la hendidura en dirección axial se pueden describir igualmente conforme a una forma de realización preferente mediante una ecuación elíptica. Independientemente de la geometría de la hendidura, la bola puede formar un punto de contacto respectivo o, más exactamente, una superficie de contacto central con respecto a la hendidura, o bien puede formar dos de estos puntos o superficies. Preferentemente, las hendiduras presentan una trayectoria de la sección transversal gótica, elíptica o esférica situada de forma vertical a la dirección axial respectiva del buje de bolas o de la pieza externa. Para poder soportar un par motor especialmente alto, es especialmente preferente que las hendiduras presenten una trayectoria de la sección transversal gótica.

[0006] Preferentemente, la trayectoria elíptica de la hendidura de la pieza externa y la trayectoria elíptica de la hendidura del buje de bolas no están superpuestas cuando la junta no está curvada, es decir que está en estado extendido. Esto se utiliza, por ejemplo, para aportar juego o también un juego variable que dependa de la posición de la junta en la unión articulada. Según otra configuración, este diseño no superpuesto se utiliza para imponer a la bola una disposición que dependa de la posición de la junta en relación al centro de la junta.

[0007] En una configuración sencilla, los puntos centrales para las hendiduras de los bujes de bolas derivados de las respectivas ecuaciones referidas al centro de las elipses, para los que las hendiduras de la pieza externa al menos, preferentemente solo, se desplazan en dirección axial cuando la junta no está curvada.

[0008] Según otra configuración ventajosa, el respectivo eje de rotación (dirección axial) del buje de bolas y/o de la pieza externa es paralelo al (gran) eje principal de la elipse correspondiente a la ecuación referida al centro o se cruza con esta en un ángulo agudo. Con ello se consigue que la curvatura de la hendidura, que corresponde al área elíptica alrededor del eje menor, resulte débil en comparación con un círculo con su correspondiente radio. En consecuencia, la distancia de la bola del centro de la junta aumenta cuando esta se flexiona. Se pueden soportar pares de giro mayores, aumentando así la vida útil de la junta. Para simplificar la fabricación, los ejes principales de las elipses de las hendiduras de la pieza externa que describen la trayectoria elíptica son paralelas a los ejes principales de las hendiduras del buje de bolas cuando la junta no está curvada.

[0009] Alternativamente a la última forma de realización preferente descrita, el respectivo eje de rotación del buje de bolas y/o de la pieza externa es paralelo al eje menor (pequeño) de la elipse correspondiente a la ecuación referida al centro o se cruza con esta en un ángulo agudo. Con ello se consigue que la curvatura de la hendidura, que corresponde al área elíptica alrededor del (gran) eje principal, resulte estable frente a un círculo con su correspondiente radio. En consecuencia, la distancia de la bola del centro de la junta disminuye cuando esta se flexiona. Así se logra un fuerte ajuste de la respectiva bola a la hendidura y se reduce el desgaste. Para simplificar la fabricación, los ejes principales de las elipses de las hendiduras de la pieza externa que describen la trayectoria elíptica son paralelas a los ejes principales de las hendiduras del buje de bolas cuando la junta no está curvada.

[0010] Según otra configuración, la pieza externa y las coronas presentan respectivamente una primera y segunda hendidura, alternándose en sentido circunferencial, donde su punto central descrito por la correspondiente ecuación referida al centro está desplazado al menos en dirección axial. Con ello se concibe una junta cardán adecuada para soportar grandes pares de giro y, a la vez, puede absorber grandes fuerzas axiales.

[0011] Otras ventajas y características de la invención se deducen del resto de reivindicaciones, así como de la siguiente descripción de un ejemplo de realización de la invención que debe entenderse con carácter no limitativo y que se describirá con más detalle a continuación haciendo referencia a las figuras. En estas figuras se muestra esquemáticamente: Fig. 1: una vista superior en vertical a la dirección axial de una forma de realización de la junta en estado no inclinado. Fig. 2: una vista en sección transversal siguiendo la línea de corte A de la Fig. 1 y en la dirección axial de la forma de realización que aparece en la Fig. 1. Fig. 3: una vista superior en vertical a la dirección axial de la forma de realización de la Fig. 1 en estado inclinado.

Fig. 4: una vista en sección transversal siguiendo la línea de corte B de la Fig. 3 y en la dirección axial de la forma de realización que aparece en la Fig. 3. Fig. 5: una vista superior en vertical a la dirección axial de otra forma de realización de la junta, también denominada junta cardán, en estado no inclinado. Fig. 6: una vista en sección transversal siguiendo la línea de corte A de la Fig. 5 y en la dirección axial de la forma de realización de la Fig. 5, en la cual la junta no se encuentra en estado inclinado. Fig. 7: vista en sección transversal a lo largo de la dirección axial de otra forma de realización, denominada junta cardán, en la cual la articulación no se encuentra en estado inclinado. Fig. 8: una vista superior de la Fig. 5, en la cual la junta se encuentra en estado inclinado. Fig. 9: una vista en sección transversal de la Fig. 6, en la cual la junta se encuentra en estado inclinado.

Fig. 10: una vista en sección transversal de la Fig. 7, en la cual la junta se encuentra en estado inclinado. Fig. 11: muestra una comparación entre trayectorias elípticas y trayectorias esféricas que no se corresponden a la invención en una junta no inclinado.

Fig. 12: muestra una comparación entre trayectorias elípticas y trayectorias esféricas que no se corresponden a la invención en una junta inclinado. Fig. 13: es una vista detallada de la Fig. 12.

[0012] Como muestra la Figura 2, la junta comprende una pieza externa 4 y un buje de bolas 1 alojado en esta pieza externa 4 hueca. Ambos poseen más de 6, 8 o 12 bolas 3 en un engranaje operativo, estando las bolas 3 incorporadas a una corona 2. En la junta, en la dirección longitudinal de la pieza externa 4 y del buje de bolas 1, las hendiduras 5 o 6 están marcadas de tal manera que el punto central de una bola que va rodando sobre la respectiva hendidura 5, 6 describe una elipse, KBo en la pieza externa, KBi en el buje de bolas. Por ejemplo, la sección de la trayectoria que determina, al menos, el movimiento de la bola en la dirección axial del buje de bolas 1 o de la pieza externa 4 presenta una sección transversal elíptica en dirección axial. "Elíptica" se refiere a una sección de una elipse que se puede describir mediante una ecuación elíptica referida al centro. Las hendiduras elípticas KBo y KBi han alejado el origen de su construcción las medidas Ci y Co desde el centro de la junta y se encuentra, por lo tanto, en los puntos i y o, preferentemente en el eje central de la junta cuando esta no está flexionada. Desde el punto i se construye una elipse KBi que se corresponde a la trayectoria del centro de la bola en el buje 1. Desde esta línea del centro de la bola, la sección transversal de la trayectoria, que es vertical a la dirección de trazado, está marcada de forma gótica, elíptica o esférica, preferentemente de forma gótica. Las hendiduras elípticas KBi del buje de bolas 1 se definen mediante la longitud Ai y la anchura Bi. Como se representa, las hendiduras elípticas KBi del buje de bolas 1, es decir su eje principal, según la invención no están formadas de forma girada ni en el punto i alrededor del ángulo Alpha i°, en relación a la dirección axial del buje de bolas 1. De acuerdo con la invención, las elipses KBi no están torcidas, es decir que sus ejes principales son paralelos a la dirección axial del buje de bolas 1. Según la invención, desde el punto o se construye una elipse KBo que se corresponde a la trayectoria del centro de la bola en la pieza externa 4. Desde esta línea del centro de la bola, la sección transversal de la trayectoria se construye, de modo que puede estar marcada de forma gótica, elíptica o esférica. Las hendiduras elípticas de la pieza externa 4 se definen mediante la longitud Ao y la anchura Bo. Como se representa según la invención, las hendiduras elípticas de la pieza externa 4 no están creadas de forma girada ni en el punto o alrededor del ángulo Alpha o°, en relación a la dirección axial de la pieza externa 4. Sin embargo, de acuerdo con la invención, sus ejes principales son paralelos a la dirección axial de la pieza externa 4. La Figura 1 muestra una vista superior de la junta homocinética fija de bolas en estado extendido (inclinación 0°). La sección correspondiente se muestra en la Figura 2. El punto central de construcción o de las hendiduras elípticas KBo se encuentra en la pieza externa 4, en todas las hendiduras en la misma parte. El punto central de construcción i de las hendiduras del buje de bolas se encuentra siempre, igualmente, en la misma parte. La Figura 3 muestra la vista superior y la Figura 4, la sección de una junta homocinética fija de bolas con hendiduras elípticas como en la Figura 1 y 2, con la diferencia de que la junta está flexionada por el ángulo Beta°. La Figura 5 muestra una vista superior de una junta cardán homocinética fija de bolas en estado extendido (inclinación 0°). En este tipo de construcción, la posición del punto central de construcción i y o de la hendidura elíptica KBo o KBi se alternan en cada par de hendiduras 5a, 6a o 5b, 6b en el sentido de las agujas del reloj. En la Figura 6, el punto central de construcción de la hendidura elíptica está dispuesto de modo que o (pieza externa) está a la izquierda del punto central de la junta C e i (buje de bolas), a la derecha del punto central C, ahora se encuentra a la izquierda del punto central de la junta C y el punto central de construcción o (pieza externa), a la derecha del punto central de la junta C.

[0013] Las Figuras 8, 9 y 10 muestran la junta cardán homocinética fija de bolas como se representa en las Figuras 5, 6 y 7, en estado flexionado (Beta °). En la pieza externa, las hendiduras elípticas pueden ser construidas como se muestra en las Figuras 1-10, con una base articulada formada o sin base articulada (disco). El número de las parejas de hendiduras elípticas puede ascender a 6, 8 y 12.

[0014] Ecuación elíptica referida al centro para la hendidura del buje de bolas: (X-Xm)2/Ai2 + (Y-Ym)2/Bi2 = 1

[0015] Ecuación elíptica referida al centro para la hendidura de la pieza externa: (X-Xm)2/ Ao2 + (Y-Ym)2/Bo2 = 1

[0016] Mediante el uso de hendiduras elípticas en la pieza externa y en el buje de bolas, la posición de la bola puede fijarse mejor en la posición final de la hendidura (bajo inclinación). Se tiene la posibilidad, a diferencia de la trayectoria circular, de posicionar las bolas más cerca del eje central de la junta o más lejos de este y, de este modo, mejorar la vida útil y la fuerza a transmitir al flexionar la junta. La Figura 11 muestra una comparación de una trayectoria circular (círculo) de la línea central de la bola con una trayectoria elíptica de la línea central de la bola en una inclinación de 0°. En este ejemplo, el centro de la bola de ambas hendiduras se encuentra en el mismo punto. Pero cuando se inclina la junta (Figura 12 y Figura 13), la bola de la trayectoria elíptica ya no se encuentra en el mismo punto que en la trayectoria circular. En los ejemplos de las Figuras 12 y 13, el punto central de la bola de la trayectoria elíptica se encuentra más alejado del eje central de la junta que el punto central de la trayectoria circular. También se puede construir la trayectoria elíptica de modo que el punto central de la bola está más cerca del eje central de junta que el punto central de la bola de la trayectoria circular. Además, se mejora el ajuste de las bolas a las hendiduras, especialmente cuando la junta está flexionada.

Lista de números de referencia:

[0017]

KBi = Trayectoria elíptica del punto central de una bola que se desplaza por la hendidura del buje de bolas KBo = Trayectoria elíptica del punto central de una bola que se desplaza por la hendidura de la pieza externa C = Punto central de la junta o = Punto central de construcción de la trayectoria elíptica de la pieza externa o = Punto central de construcción de la trayectoria elíptica del buje de bolas Co, Co' = Distancia del punto central de la junta C al punto central de construcción o Ci, Ci' = Distancia del punto central de la junta C al punto central de construcción i Ao = Longitud de la hendidura elíptica de la pieza externa Bo = Anchura de la hendidura elíptica de la pieza externa Alpha o° = Ángulo de giro de la hendidura elíptica en el punto o de la pieza externa Ai = Longitud de la hendidura elíptica del buje de bolas Bi = Anchura de la hendidura elíptica del buje de bolas Alpha i° = Ángulo de giro de la hendidura elíptica en el punto i de la pieza externa Beta° = Ángulo entre eje o dirección axial del buje de bolas y eje o dirección axial de la pieza externa (inclinación) 1 = Buje de bolas 2 = Corona de bolas 3 = Bola 4 = Pieza externa 5, 5a, 5b = Hendidura en la pieza externa 6, 6a, 6b = Hendidura en el buje de bolas Ecuación elíptica referida al centro para la hendidura del buje de bolas: (X-Xm)2/Ai2 + (Y-Ym)2/Bi2 = 1 Ecuación elíptica referida al centro para la hendidura de la pieza externa: (X-Xm)2/ Ao2 + (Y-Ym)2/Bo2 = 1

[0018] Aclaración de las Fig. 11-13: 0: Eje central del buje de bolas de la pieza externa 1: Trayectoria elíptica del centro de la bola de la pieza externa 2: Posición del punto central de la bola en 0° 3: Trayectoria elíptica ! del centro de la bola del buje de bolas 4: Trayectoria circular del centro de la bola de la pieza externa 5: Trayectoria circular del centro de la bola del buje de bolas 6: Trayectoria elíptica del centro de la bola de la pieza externa 7: Trayectoria elíptica del centro de la bola del buje de bolas 8: Trayectoria circular del centro de la bola del buje de bolas 9: Trayectoria circular del centro de la bola de la pieza externa 10: Eje central de la pieza externa 11: Eje central del buje de bolas 12: Posición del punto central de la bola desde la trayectoria elíptica 13: La posición del punto central de la bola se encuentra lejos del eje central de la junta 14: Posición del punto central de la bola desde la trayectoria circular

REIVINDICACIONES

1. Junta homocinética fija de bolas con una pieza externa (4) hueca, cuya superficie interna posee hendiduras (5) que se extienden en la dirección axial de la pieza externa (4), y un buje de bolas (1) dispuesto en la pieza externa (4), cuya superficie externa posee hendiduras (5) que, en cuanto a su distribución, se corresponden a las hendiduras (6) de la pieza externa (4) que se extienden en la dirección axial del buje de bolas (1); varias bolas (3) que están alojadas en una hendidura (5) de la pieza externa (4) y una hendidura (6) del buje de bolas (1) para la transmisión del par; una corona (2) con ventanas dispuesta en el espacio entre la pieza externa (4) y el buje (1) para sujetar las bolas (3), por ejemplo, a un nivel común de la bola, donde las hendiduras (5, 6) están diseñadas de modo que se produce un movimiento elíptico en el centro de una bola (3) rodante en dirección axial en la hendidura (5, 6), que está definida por una ecuación elíptica referida al centro, y donde los ejes principales de las elipses de las hendiduras (5) de la pieza externa (4) descritas en el movimiento elíptico son paralelos a los ejes principales de las hendiduras (6) de los bujes de bolas (1) cuando la junta no está curvada.

2. Junta homocinética fija de bolas según la reivindicación precedente, en la cual la trayectoria elíptica de la hendidura (5) de la pieza externa (4) y la trayectoria elíptica de la hendidura (6) del buje de bolas (1) no están superpuestas cuando la junta no está flexionada.

3. Junta homocinética fija de bolas según una de las reivindicaciones precedentes, en la cual los puntos centrales (Ci) para las hendiduras (6) de los bujes de bolas (1) derivados, relativos a aquellos (Co) de las hendiduras (5) de la pieza externa (4) al menos, preferentemente solo, se desplazan en dirección axial cuando la junta no está flexionada.

4. Junta homocinética fija de bolas según una de las reivindicaciones precedentes, en la cual el respectivo eje de rotación del buje de bolas (1) y/o de la pieza externa (4) es paralelo al eje principal de la elipse correspondiente a la ecuación referida al centro o se cruza con esta en un ángulo agudo.

5. Junta homocinética fija de bolas según una de las reivindicaciones precedentes 1 a 3, donde el respectivo eje de rotación del buje de bolas (1) y/o de la pieza externa (4) es paralelo al eje menor de la elipse correspondiente a la ecuación referida al centro o se cruza con esta en un ángulo agudo.

6. Junta homocinética fija de bolas según una de las reivindicaciones precedentes, donde las hendiduras (5, 6) presentan una trayectoria de la sección transversal gótica, elíptica o esférica situada de forma vertical a la dirección axial respectiva del buje de bolas (1) o de la pieza externa (4).

7. Junta homocinética fija de bolas según una de las reivindicaciones precedentes, donde la pieza externa (4) y el buje de bolas (1) presentan respectivamente una primera y segunda hendidura (5a, 5b, 6a, 6b), alternándose en sentido circunferencial, donde los puntos centrales (Ci, Co) de las primeras hendiduras (5a, 6a) descritos por la correspondiente ecuación referida al centro están desplazados al menos en dirección axial a los puntos centrales (Ci', Co') de las segundas hendiduras (5b, 6b).