Árbol de transmisión de movimientos y/o de esfuerzos en rotación, y procedimiento de fabricación de un árbol de este tipo.

Árbol (10; 110) de transmisión de movimientos y/o de esfuerzos en rotación,

que comprende:

- un cuerpo tubular (12; 112) alargado según un eje longitudinal (X10; X110) entre dos extremos (16, 18; 116,118), que comprende por lo menos un conjunto compuesto (30; 130) tubular, que incluye una matriz plástica(32; 132) y unas fibras de refuerzo (34; 134),

- por lo menos una pieza inserta (40; 140), que está dispuesta en uno de los extremos longitudinales delcuerpo (12; 112) y que está solidarizada mecánicamente al cuerpo en una zona (38; 138) de interfaz entre lapieza inserta y el conjunto compuesto (30; 130), y,

- en la o cada zona de interfaz (38; 138), por lo menos un tetón (70; 170) que atraviesa radialmente la piezainserta (40; 140) y el cuerpo (12; 112),

rodeando las fibras de refuerzo (34; 134) por lo menos parcialmente el o cada tetón (70; 170) de manera que el o lostetones mantienen en su sitio las fibras de refuerzo en la zona de interfaz (38; 138) durante la fabricación del árboly/o cuando se ejercen esfuerzos sobre el árbol,

estando el árbol (10; 110) caracterizado porque la o cada pieza inserta (40; 140) comprende por lo menos un rebaje(68; 168), recibiendo el o cada rebaje (68; 168) por lo menos una parte (36; 136) de las fibras de refuerzo (34; 134)que rodean el o uno de los tetones (70; 170), de manera que se mantienen axial y/o tangencialmente estas fibras derefuerzo entre una superficie (68a; 168a) que delimita el rebaje (68; 168) y el tetón (70; 170) en la zona de interfaz.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12151016.

Solicitante: SKF AEROSPACE FRANCE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 1, avenue Marc Seguin, Parc Industriel de la Brassière 26240 Saint-Vallier-sur-Rhone FRANCIA.

Inventor/es: BUCHIN,JEAN-MICHEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F16B7/04 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL.F16B DISPOSITIVOS PARA UNIR O BLOQUEAR LOS ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS O LAS PARTES DE LAS MAQUINAS, p. ej. CLAVOS, CLAVIJAS, TUERCAS, TORNILLOS, BULONES, ANILLOS QUE FORMAN RESORTE, ABRAZADERAS, BRIDAS, GRAPAS, CUÑAS; UNIONES O ARTICULACIONES (acoplamientos para la transmisión de mecanismos de rotación F16D). › F16B 7/00 Montajes de varillas o de tubos, p. ej. de sección no circular incluyendo los montajes elásticos (armaduras de paraguas A45B 25/02; soldadura de las uniones con o sin aporte de metal B23K; uniones para vehículos en general B60D; acoplamientos para vehículos ferroviarios B61G; cuadros de bicicleta B62K; acoplamientos de ejes F16D; acoplamientos de tuberías de fluidos F16L). › Montajes mediante gatos o clips (sujeciones de presión por fricción que se pueden soltar en general F16B 2/00).
  • F16C3/02 F16 […] › F16C ARBOLES; ARBOLES FLEXIBLES; MEDIOS MECANICOS PARA TRANSMITIR MOVIMIENTO EN UNA FUNDA FLEXIBLE; ELEMENTOS DE LOS MECANISMOS DEL CIGÜEÑAL; PIVOTES; UNIONES PIVOTANTES; PIEZAS ROTATIVAS DE INGENIERIA DISTINTAS A LAS PIEZAS DE TRANSMISION MECANICA, ACOPLAMIENTOS, EMBRAGUES O FRENOS; COJINETES.F16C 3/00 Arboles (árboles flexibles F16C 1/00; ejes portahélices para propulsión o gobierno marino B63H 23/34 ); Ejes; Manivelas; Excéntricas. › Arboles; Ejes.

PDF original: ES-2426032_T3.pdf

 

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Árbol de transmisión de movimientos y/o de esfuerzos en rotación, y procedimiento de fabricación de un árbol de este tipo.

Fragmento de la descripción:

Árbol de transmisión de movimientos y/o de esfuerzos en rotación, y procedimiento de fabricación de un árbol de este tipo.

La presente invención se refiere a un árbol de transmisión de movimientos y/o de esfuerzos en rotación, también denominado de manera habitual árbol de torsión. La invención se refiere asimismo a un procedimiento de fabricación de un árbol de este tipo.

El campo de la invención es más particularmente el de los árboles de material compuesto. De manera conocida, un árbol compuesto de este tipo comprende un cuerpo formado por una matriz de material de plástico, en particular una resina termoplástica o termoendurecible, que integra unos elementos de refuerzo mecánico, en particular unas fibras.

Este tipo de árbol se utiliza en las industrias aeronáuticas y automovilísticas para soportar diferentes conjuntos mecánicos funcionales, accionados o solicitados durante el arrastre en rotación del árbol. Por ejemplo, un árbol de este tipo se puede utilizar para desplegar unas aletas de borde de ataque y de borde de fuga de alas de avión, con el fin de aumentar la sustentación, o para orientar unos pestillos de puertas de avión, con el fin de permitir la apertura y el cierre de estas puertas. Según otro ejemplo, un árbol de este tipo puede constituir una columna de dirección de un automóvil.

En la práctica, para evitar degradar el material compuesto del cuerpo, los mecanismos mencionados anteriormente no están directamente soportados por el cuerpo, sino por unas piezas insertas tubulares metálicas fijadas a los extremos longitudinales del cuerpo y que garantizan la unión mecánica entre el cuerpo y los mecanismos, como por ejemplo en los documentos US-A-4.681.556 y EP-A-0 668 446. No obstante, durante la torsión del árbol, y por tanto la transmisión de esfuerzos por la pieza inserta entre el cuerpo y los mecanismos, el árbol experimenta fuertes tensiones en una zona de interfaz entre cada pieza inserta y el cuerpo. Estas tensiones incluyen en particular una componente de cizallamiento y, a lo largo de un periodo de tiempo prolongado, son susceptibles de provocar una degradación de la matriz plástica en la zona de interfaz con la pieza inserta.

Por otro lado, tras su fabricación, algunos árboles de torsión presentan una cantidad reducida de fibras en la zona de interfaz entre el cuerpo y la o las piezas insertas, de manera que se puede observar un debilitamiento del árbol en funcionamiento en esta zona.

El objetivo de la presente invención es por tanto proponer un árbol de transmisión compuesto cuyas prestaciones mecánicas en torsión estén mejoradas, en particular en la zona de interfaz entre el cuerpo y la o las piezas insertas.

Para ello, la invención tiene por objeto un árbol de transmisión de movimientos y/o de esfuerzos en rotación, tal como se define en la reivindicación 1.

Así, la invención permite mejorar el comportamiento mecánico del árbol de torsión y la distribución de las fibras de refuerzo, en particular a nivel de sus extremos que reciben la parte esencial de las tensiones en funcionamiento. Durante la fabricación del árbol, la presencia de los tetones permite mantener las fibras de refuerzo en la zona de interfaz, de manera que se evita que estas fibras de refuerzo se distribuyan de manera no satisfactoria en esta zona. En funcionamiento, cuando el árbol transmite movimientos y/o esfuerzos en rotación, los tetones retienen las fibras y minimizan las tensiones transmitidas a la resina, lo cual aumenta la vida útil del árbol.

Otras características ventajosas del árbol según la invención, consideradas de manera aislada o en combinación, están definidas en las reivindicaciones 2 a 6.

La invención tiene asimismo por objeto un procedimiento de fabricación de un árbol de transmisión de movimientos y/o de esfuerzos en rotación, tal como se define en la reivindicación 7.

Otras características ventajosas del procedimiento según la invención, consideradas de manera aislada o en combinación, están definidas en las reivindicaciones 8 a 10.

La invención se entenderá mejor tras la lectura de la siguiente descripción, facilitada únicamente a modo de ejemplo no limitativo y realizada con referencia a los dibujos, en los que:

- las figuras 1 y 2 son unas representaciones esquemáticas de un árbol de torsión existente, que no forma parte de la invención;

- la figura 3 es una vista en alzado, que incluye una sección parcial en su lado derecho, de un árbol según la invención, al comienzo de la fabricación;

- la figura 4 es una vista en alzado de una pieza inserta con la que está equipado el árbol de la figura 3;

- la figura 5 es una vista según la flecha V en la figura 4;

- la figura 6 es una vista similar a la figura 3, que muestra el árbol durante la fabricación;

- la figura 7 es una vista similar a la figura 3, que muestra el árbol cuando se ha terminado su fabricación;

- la figura 8 es una vista en perspectiva parcial de un segundo modo de realización de un árbol según la invención;

- la figura 9 es una vista en alzado del árbol según la flecha IX en la figura 8;

- la figura 10 es una sección según la línea X-X en la figura 9;

- la figura 11 es una sección según la línea XI-XI en la figura 9;

- la figura 12 es una sección según la línea XII-XII en la figura 9;

- la figura 13 es una vista en perspectiva parcial del cuerpo del árbol de las figuras 8 a 12;

- la figura 14 es una vista en perspectiva a mayor escala según la flecha XIV en la figura 13;

- la figura 15 es una vista en alzado de la pieza inserta con la que está equipado el árbol de las figuras 8 a 12; y

- la figura 16 es una sección según la línea XVI-XVI en la figura 15.

En las figuras 1 y 2 está representado un árbol de torsión 1 existente, que la presente invención pretende mejorar.

El árbol 1 comprende un cuerpo alargado 2 de material compuesto, que incluye en particular una matriz plástica y unas fibras de refuerzo. El cuerpo 2 es solidario a una pieza inserta extrema 3 de material metálico, con una zona de interfaz 4 entre el cuerpo 2 y la pieza inserta 3. El árbol 1 presenta en la zona 4 un debilitamiento que se debe, por una parte, a una falta de fibras de refuerzo y, por otra parte, a la transición entre el material compuesto del cuerpo 2 y el material metálico de la pieza inserta 3, de manera que las prestaciones mecánicas en torsión del árbol 1 no son satisfactorias. En particular, la resistencia del árbol 1 durante un funcionamiento prolongado es insuficiente.

En las figuras 3 a 7 se representa un árbol de torsión 10 según la invención.

El árbol 10 comprende un cuerpo 12, que incluye un tubo 20 y un conjunto compuesto 30, dos piezas insertas extrema 40 y varios tetones 70.

El cuerpo 12 es alargado según un eje longitudinal X10 entre dos extremos 16 y 18. Este cuerpo 12 está constituido por el conjunto compuesto 30 formado alrededor del tubo 20, tal como se detalla a continuación en relación con las figuras 3, 6 y 7.

Tal como se muestra en la figura 3, el tubo 20 es alargado según el eje longitudinal X10 entre dos extremos 26 y 28. El tubo 20 comprende una superficie cilíndrica exterior 22 y un orificio mecanizado interior 24, centrados en el eje X10. El tubo 20 también comprende unos orificios 23 de recepción de los tetones 70, que atraviesan el tubo 20 entre la superficie 22 y el orificio mecanizado 24, radialmente al eje X10, a nivel de sus extremos 26 y 28. El tubo 20 es rígido, está realizado preferentemente en metal o en aleación metálica, en particular en aluminio o en aleación metálica fusible con bajo punto de fusión. Como alternativa, el tubo 20 puede estar realizado en plástico rígido.

Tal como se muestra en las figuras 6 y 7, el conjunto compuesto 30 comprende una matriz plástica 32, en particular de resina epoxídica o termoplástica de tipo polietilenimina PEI, poli (sulfuro de fenileno) PPS o polieteretercetona PEEK, así como unos elementos de refuerzo 34, en particular unas fibras de carbono, vidrio, aramida o vegetales. El conjunto 30 está formado alrededor del tubo 20, con las fibras 34 que están integradas en la resina 32. El conjunto compuesto 30 coopera con cada una de las piezas insertas 40 a nivel de una zona de interfaz 38, de manera que se solidariza el cuerpo 12 del árbol 10 a cada pieza inserta 40. En esta zona 38, las fibras 34 presentan un enrollamiento 36 alrededor de los tetones 70.

Tal como se muestra en particular en las figuras 3, 4 y 6, los tetones 70 están en un número de seis, distribuidos radialmente alrededor de la pieza inserta 40,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Árbol (10; 110) de transmisión de movimientos y/o de esfuerzos en rotación, que comprende:

- un cuerpo tubular (12; 112) alargado según un eje longitudinal (X10; X110) entre dos extremos (16, 18; 116, 118) , que comprende por lo menos un conjunto compuesto (30; 130) tubular, que incluye una matriz plástica (32; 132) y unas fibras de refuerzo (34; 134) ,

- por lo menos una pieza inserta (40; 140) , que está dispuesta en uno de los extremos longitudinales del

cuerpo (12; 112) y que está solidarizada mecánicamente al cuerpo en una zona (38; 138) de interfaz entre la pieza inserta y el conjunto compuesto (30; 130) , y,

- en la o cada zona de interfaz (38; 138) , por lo menos un tetón (70; 170) que atraviesa radialmente la pieza inserta (40; 140) y el cuerpo (12; 112) ,

rodeando las fibras de refuerzo (34; 134) por lo menos parcialmente el o cada tetón (70; 170) de manera que el o los tetones mantienen en su sitio las fibras de refuerzo en la zona de interfaz (38; 138) durante la fabricación del árbol y/o cuando se ejercen esfuerzos sobre el árbol,

estando el árbol (10; 110) caracterizado porque la o cada pieza inserta (40; 140) comprende por lo menos un rebaje (68; 168) , recibiendo el o cada rebaje (68; 168) por lo menos una parte (36; 136) de las fibras de refuerzo (34; 134) que rodean el o uno de los tetones (70; 170) , de manera que se mantienen axial y/o tangencialmente estas fibras de refuerzo entre una superficie (68a; 168a) que delimita el rebaje (68; 168) y el tetón (70; 170) en la zona de interfaz (38; 138) .

2. Árbol según la reivindicación 1, caracterizado porque la o cada pieza inserta (40; 140) comprende:

- una parte tubular (50; 150) centrada en un eje central (X40; X140) , que presenta un primer diámetro exterior

(D52; D152) , y 30

- una parte anular (60; 160) coaxial a la parte tubular, que presenta un segundo diámetro exterior (D62; D162) superior al primer diámetro exterior (D52; D152) y en la que un lado (67; 167) orientado hacia la parte tubular según la dirección axial de la pieza inserta está provisto del o de los rebajes (68; 168) .

3. Árbol según la reivindicación 2, caracterizado porque por lo menos un orificio (58; 158) de recepción de un tetón (70; 170) está delimitado radialmente en la parte tubular (50; 150) de la pieza inserta (40; 140) , y porque, según la dirección axial (X40; X140) de la pieza inserta, el o cada orificio (58; 158) está sustancialmente alineado con el o uno de los rebajes (68; 168) dispuestos en la parte anular (60; 160) de la pieza inserta.

4. Árbol según una de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado porque la o cada pieza inserta (40; 140) comprende unos elementos dentados (68, 69; 168, 169) , que incluyen el o los rebajes (68; 168) y que están distribuidos según la periferia de la pieza inserta, en el lado de la parte anular (60; 160) orientado hacia la parte tubular (50; 150) .

5. Árbol según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende unos medios (178) de 45 bloqueo reversible del o de los tetones (70; 170) en la zona de interfaz (38; 138) , porque el o los tetones (70; 170) son amovibles del árbol (10; 110) en reposo cuando se desbloquean los medios de bloqueo (178) , y porque la o cada pieza inserta (40; 140) es amovible del árbol (10; 110) en reposo cuando se ha retirado del árbol cada tetón (70; 170) que atraviesa esta pieza inserta y el cuerpo (12; 112) .

6. Árbol según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la o cada pieza inserta (40; 140) está atravesada por varios tetones (70; 170) distribuidos radialmente alrededor del cuerpo (12; 112) , preferentemente seis tetones (70; 170) .

7. Procedimiento de fabricación de un árbol (10; 110) de transmisión de movimientos y/o de esfuerzos en rotación, 55 comprendiendo el procedimiento unas etapas que consisten en:

a) posicionar por lo menos un órgano extremo (40; 140) en uno de los extremos (26, 28; 126, 128) de un tubo (20; 120) ;

b) posicionar uno o varios tetones (70; 170) a través del tubo y del órgano extremo en una zona de interfaz (38; 138) ;

c) enrollar unas fibras de refuerzo (34; 134) alrededor del tubo, rodeando por lo menos parcialmente el o cada tetón en la zona de interfaz; 65

d) formar una matriz plástica (32; 132) que integra las fibras de refuerzo (34; 134) alrededor del tubo y en la zona de interfaz en la que están situados los tetones, de manera que se da forma a un conjunto compuesto (30; 130) que pertenece al árbol;

estando el procedimiento caracterizado porque en la etapa c) , las fibras de refuerzo (34; 134) se enrollan, en la zona de interfaz (38; 138) , entre cada tetón (70; 170) y la superficie (38a; 168a) de un rebaje (68; 168) que está dispuesto en el órgano extremo (40; 140) enfrente de este tetón (70; 170) .

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque en la etapa c) , las fibras de refuerzo (34; 134) se enrollan alrededor del tubo (20; 120) formando una hélice inclinada en un ángulo (β34; β134) comprendido entre 20 y 70º con respecto al eje longitudinal (X10; X110) del tubo.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque en la etapa c) , las fibras de refuerzo (34; 134) se enrollan alrededor del tubo (20; 120) formando una hélice inclinada en un ángulo (β34; β134) igual a 45º con 15 respecto al eje longitudinal (X10; X110) del tubo.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque comprende asimismo una etapa e) que consiste en:

- retirar el o los tetones (70; 170) correspondientes al o a uno de los órganos extremos;

- retirar este órgano extremo del árbol (10; 110) ; y

- sustituir este órgano extremo por una pieza inserta (40; 140) adaptada al árbol.


 

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