[001] A presente invenção refere-se a cubos de roda de um veículo de trabalho e, mais especificamente, a um sistema de redução para um cubo de roda.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Um veículo de trabalho, tal como um caminhão grande, geralmente inclui um chassi, um sistema de suspensão, um motor para fornecer força motriz, um trem de transmissão, e uma unidade de tração que inclui pelo menos três eixos com rodas preso aos mesmos. Por exemplo, o veículo de trabalho pode incluir um eixo dianteiro de direção e um par de eixos traseiros em tandem para aumentar o rolamento de carga e capacidade de reboque do veículo de trabalho. Para acomodar várias condições de direção, o trem de transmissão do veículo de trabalho pode incluir várias embreagens para acionar um ou mais eixos traseiros e caixas de engrenagens para fornecer uma ou mais reduções de velocidade entre o motor e as rodas.

[003] O trem de transmissão do veículo de trabalho pode ter múltiplas trações, isto é, configuração de direção, tal como uma 4x2, 6x2, 6x4, 6x6, 8x4, 8x8, ou 10x8 configuração de direção, devido às várias embreagens seletivamente (des)conectando a força motriz aos eixos. Por exemplo, um veículo de trabalho com uma configuração de direção 6x4 pode incluir um eixo dianteiro não direcionável, orientável e um par de eixos traseiros, que podem ser acionados em tandem ou individualmente. Assim sendo, quando o veículo de trabalho está rebocando uma carga útil, tal como um semirreboque carregado com mercadorias, ambos os eixos traseiros podem ser acionados para aumentar as capacidades de reboque do veículo de trabalho, e quando o veículo de trabalho está em uma viagem de retorno sem carga útil, somente um dos eixos traseiros pode ser acionado para aumentar a economia de combustível. Adicionalmente, em outras circunstâncias, por exemplo quando rebocar uma carga pesada para cima, pode ser desejável aumentar a tração pelo acionamento de todos os três eixos do veículo de trabalho, em uma configuração de direção 6x6.

[004] O veículo de trabalho também pode fornecer uma ou mais reduções de velocidade entre o motor e as rodas a fim de reduzir a velocidade das rodas e amplificar o torque fornecido pelo motor. Por exemplo, um sistema de redução pode ser fornecido para cada cubo de roda de um respectivo eixo. O sistema de redução pode incluir uma caixa de engrenagens planetárias acoplada de modo operável entre o eixo de direção do diferencial e o cubo de roda. Tipicamente, a taxa de redução entre o eixo de direção e o cubo de roda é fixa, por exemplo para uma redução 2:1. Contudo, alguns sistemas de redução incluem uma caixa de engrenagens planetárias engatável seletivamente que permite o completo desengate bem como uma taxa de redução variável.

[005] O documento WO 2016/110823 revela um sistema de redução de cubo de roda com um único pistão e uma bucha deslizável para engatar seletivamente uma caixa de engrenagens planetárias com o cubo de roda em duas posições indexadas, que resulta em uma taxa de redução de 2:1 ou 1 :1 entre o eixo de direção e o cubo de roda. Assim, a velocidade de redução nas rodas pode ser correspondida de forma adequada com o carregamento do veículo de trabalho.

[006] WO 2018/107258 revela um sistema de redução com um sistema de dois pistões e uma bucha deslizante para desengatar e engatar seletivamente uma caixa de engrenagens planetárias com o cubo de roda. O sistema de redução pode desengatar completamente a força motriz do cubo de roda e fornecer uma taxa de redução de 2:1 ou 1 :1 . Assim, o sistema de redução pode acomodar um espectro mais amplo de posições operacionais, e a posição totalmente desengatada pode aumentar substancialmente a economia de combustível do veículo de trabalho. Contudo, o sistema de dois pistões pode aumentar custos de fabricação e operacionais.

[007] O que é necessário na técnica é um sistema de redução de cubo de roda de custo-benefício para acomodar vários tipos de condições de direção.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] Em uma realização exemplar formada de acordo com a presente invenção, é fornecido um sistema de redução para um cubo de roda de um veículo de trabalho. O sistema de redução inclui uma caixa de engrenagens planetárias, uma bucha deslizante, e um dispositivo de controle pneumático para deslizar a bucha para engatar seletivamente com a engrenagem central externa da caixa de engrenagens planetárias, em uma posição de operação reduzida, e com a extremidade coberta do cubo de roda, em uma posição de operação 1 :1.

[009] Em uma outra realização exemplar formada de acordo com a presente invenção, é fornecido um cubo de roda para montar uma roda a um eixo de um veículo de trabalho. O cubo de roda inclui um alojamento com uma extremidade lateral coberta e um sistema de redução. O sistema de redução inclui uma caixa de engrenagens planetárias configurada para ser conectada de modo operável entre o eixo e a roda, uma bucha configurada para conectar de modo deslizável ao eixo, e um dispositivo de atuação configurado para deslizar a bucha. O sistema de redução inclui uma primeira posição de operação em que a bucha engata com a caixa de engrenagens planetárias para transmitir a força motriz do eixo em uma primeira taxa de velocidade e uma segunda posição de operação em que a bucha desengata da caixa de engrenagens planetárias e engata com a extremidade coberta do alojamento para transmitir a força motriz do eixo em uma segunda taxa de velocidade que é 1 : 1 .

[010] Uma vantagem possível da realização exemplar do veículo de trabalho é que o sistema de redução pode acomodar numerosas condições de acionamento do veículo de trabalho para aumentar ou diminuir seletivamente o torque e a tração nas rodas.

[011] Uma outra vantagem possível de uma realização exemplar do veículo de trabalho é que o sistema de redução pode aumentar substancialmente a economia de combustível do veículo de trabalho.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[012] Com o objetivo de ilustração, são mostradas nas figuras certas realizações da presente invenção. Deve ser entendido, contudo, que a invenção não seja limitada aos arranjos precisos, dimensões, e instrumentos mostrados. Números iguais indicam elementos iguais nas figuras. Nas figuras:

A Figura 1 ilustra uma vista lateral de uma realização exemplar de um veículo de trabalho, o veículo de trabalho compreende um conjunto de eixo traseiro em tandem, de acordo com uma realização exemplar da presente invenção;

A Figura 2 ilustra uma vista em corte transversal de um cubo de roda com um alojamento e um sistema de redução, em que o sistema de redução está na posição de operação de redução da taxa de velocidade 2:1 , de acordo com uma realização exemplar da presente invenção;

A Figura 3 ilustra uma vista em corte transversal de um cubo de roda da Figura 2, em que o sistema de redução está na posição de operação da taxa de velocidade 1 :1 ;

A Figura 4 ilustra uma vista em corte transversal de uma outra realização de um cubo de roda com um alojamento e um sistema de redução inclinado, em que o sistema de redução está na posição de operação de redução da taxa de velocidade 2.7:1 , de acordo com uma realização exemplar da presente invenção;

A Figura 5 ilustra uma vista em corte transversal do cubo de roda da Figura 4, em que o sistema de redução está na posição de operação da taxa de velocidade 1 :1 ;

A Figura 6 ilustra uma vista em corte transversal de uma outra realização de um cubo de roda com um alojamento e um sistema de redução inclinado, em que o sistema de redução está na posição de operação de redução da taxa de velocidade 1.7:1 , de acordo com uma realização exemplar da presente invenção; e

A Figura 7 ilustra uma vista em corte transversal de um cubo de roda da Figura 6, em que o sistema de redução está na posição de operação da taxa de velocidade 1 :1.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[013] Os termos "para frente", "para trás", "esquerda" e "direita", quando usados em conexão com o veículo e/ou seus componentes, geralmente são determinados com referência à direção do deslocamento operativo para frente do veículo, eles não devem ser interpretados como limitantes. Os termos "longitudinal" e "transverso" são determinados com referência à direção frontal e traseira do veículo e não devem ser igualmente interpretados como limitantes.

[014] Com referência, agora, às figuras, e mais particularmente à Figura 1 , mostra-se um veículo de trabalho 10 que geralmente inclui um chassi 12, uma cabine 14 para um operador, um motor principal 16, por exemplo, um motor a diesel 16, um eixo dianteiro 18, um conjunto de eixo traseiro 20 com pelo menos dois eixos 22, 24, rodas 26 presos aos eixos 18, 22, 24, e um trem de transmissão que inclui uma transmissão, que acompanha caixa de engrenagem (ou caixas de engrenagens), e um eixo de direção principal 28 para transferir a força motriz, isto é, torque de acionamento, do motor 16 para o conjunto de eixo traseiro 20 para fornecer tração primária para o veículo de trabalho 10. As rodas dianteiras 26 do eixo dianteiro 18 são tipicamente configuradas para serem conduzidas para fornecer controle direcional para o veículo de trabalho 10. O motor 16, através do trem de transmissão, pode acionar as rodas 26 de qualquer eixo 18, 22, 24. O veículo de trabalho 10 pode ter qualquer configuração de direção desejada, tal como uma configuração de direção 4x2, 6x6, 6x4, 6x2, 8x8, 8x4, 10x8 ou 10x6. O veículo de trabalho 10 pode ser na forma de qualquer veículo desejado 10, tal como um caminhão ou ônibus pesado e/ou grande. Por exemplo, o veículo de trabalho 10 pode ser um caminhão comercial, de até 45 tons, com uma configuração de direção 4x2 ou 6x2.

[015] Com referência, agora, coletivamente às Figuras 2 e 3, mostra-se um cubo de roda 30 para o veículo de trabalho 10. O cubo de roda 30 pode incluir geralmente um alojamento 32 e um sistema de redução 34 dispostos dentro do alojamento 32. O sistema de redução 34 tem uma primeira, posição de operação de redução para fornecer uma redução na taxa de velocidade, tal como uma redução 2:1 , entre um eixo de direção 36, por exemplo o eixo de direção 36 que se estende de um diferencial traseiro de um eixo respectivo 22, e as rodas 26 (Figura 2). O sistema de redução 34 tem também uma segunda, posição de operação de não redução para transmitir a força motriz do eixo 36 para as rodas 26 em uma taxa de velocidade 1 :1 (Figura 3). Assim, o sistema de redução 34 pode escolher seletivamente a taxa de velocidade adequada para acomodar competentemente uma condição de operação do veículo de trabalho 10, por exemplo, totalmente carregado, parcialmente carregado, ou descarregado. Por exemplo, quando o veículo de trabalho 10 está totalmente carregado, o sistema de redução 34 pode fornecer a redução da taxa de velocidade 2:1 em sua posição de redução para aumentar o torque e força às rodas 26, ou alternativamente, quando o veículo de trabalho 10 é descarregado, o sistema de redução 34 pode fornecer a taxa de velocidade 1 :1 em sua posição de não redução para aumentar significativamente a economia de combustível do veículo de trabalho 10. Como pode ser apreciado, um ou mais dos eixos dianteiros e/ou traseiros 18, 22, 24 pode incluir os cubos de roda 30. [016] O alojamento 32 do cubo de roda 30 está conectado ao alojamento 38 do eixo de direção 36 por meio de rolamentos 40. O alojamento 32 inclui uma porção cilíndrica 42 e uma extremidade lateral coberta 44 conectada à porção cilíndrica 42. A superfície interna da extremidade lateral coberta 44 pode incluir um dente 46. Deve ser apreciado que o alojamento 32 pode ter qualquer forma desejada e pode compreender qualquer material desejado.

[017] O sistema de redução 34 pode incluir geralmente uma caixa de engrenagens planetárias 48, uma bucha deslizante 50, e um dispositivo de atuação 52 para deslizar a bucha 50 entre as posições de operação de redução e não redução para engatar com a caixa de engrenagens planetárias 48 e a extremidade coberta 44, respectivamente. O sistema de redução 34 também pode incluir um elemento tensionador 54 para inclinar a bucha 50 para ser engatada com a caixa de engrenagens planetárias 48.

[018] A caixa de engrenagens planetárias 48 é conectada de modo operável entre o eixo 36 e as rodas 26. A caixa de engrenagens planetárias 48 pode estar localizada dentro do alojamento 32. A caixa de engrenagens planetárias 48 geralmente pode incluir uma engrenagem fixa 56, uma engrenagem móvel 58, pelo menos duas engrenagens intermediárias 60, 62 posicionadas entre as engrenagens centrais fixas e móveis 56, 58, e um transportador planeta 64 para levar as engrenagens 60, 62. A engrenagem fixa interna 56, pode ser fixamente presa ao alojamento 38 do eixo de direção 36. A engrenagem móvel externa 58, por exemplo engrenagem central 58, pode ser montada de maneira móvel dentro do alojamento 32 do cubo de roda 30 através de rolamento e/ou um revestimento planetário designado. As engrenagens intermediárias 60, 62 estão na forma de satélite ou engrenagens planetárias 60, 62 que são conectadas de modo operável entre e gire em relação às engrenagens centrais fixas e móveis 56, 58. Na presente realização exemplar, a caixa de engrenagens planetárias 48 inclui quatro engrenagens planetárias 60, 62. As engrenagens 56, 58, 60, 62 podem ser engrenagens cónicas; contudo, as engrenagens 56, 58, 60, 62 podem ter qualquer configuração desejada. O transportador 64 tem um orifício receptor que recebe pelo menos parcialmente a bucha 50. O transportador planetário 64 pode estar na forma de qualquer cruzeta desejável, forquilha ou transportador de engrenagem. Conforme usado no presente documento, o termo caixa de engrenagens planetárias 48 refere-se amplamente ao dispositivo do tipo sol-planetário que transmite a força do eixo de direção 36 para as rodas 26. Deve ser apreciado que a caixa de engrenagens planetárias 48 pode ser variavelmente configurada para ter qualquer tamanho e número desejado de engrenagens.

[019] A bucha 50 é seletivamente conectável à caixa de engrenagens planetárias 48 e a extremidade coberta 44 do alojamento 32 a fim de fornecer respectivamente as duas taxas de velocidade diferentes 2:1 e 1 :1 entre o eixo de direção 36 e as rodas 26. A bucha 50 tem um primeiro, furo interno 66 e um segundo furo externo 68 que é coaxial com e orientado de modo oposto em relação ao primeiro furo 66. A bucha 50 também tem pelo menos um grupo de dentes 70 que estão circunferencialmente dispostos em torno do perímetro externo da bucha 50. Os dentes 70 da bucha 50 engatam seletivamente com os dentes correspondentes 72 na engrenagem central 58 da caixa de engrenagens planetárias 48, na posição de operação de redução, e os dentes 46 da extremidade coberta 44 do alojamento 32, na posição de operação de não redução. Como pode ser apreciado, a bucha 50 pode incluir um, dois ou mais grupos de dentes 70 que engatam respectivamente com a caixa de engrenagens planetárias 48 e o alojamento 32. A bucha 50 não engata de modo operável com o transportador 64 por meio de uma chaveta designada ou dentes, a fim de, transmitir assim, a força motriz através do mesmo, e assim, a bucha 50 pode girar e deslizar independentemente em relação ao transportador 64. Assim sendo, quando a força motriz é transmitida através da caixa de engrenagens planetárias 48 na posição de redução, a força motriz passa do eixo 36 através da bucha 50, a engrenagem central externa 58 que é completamente acoplada à bucha 50, as engrenagens planetárias 60, 62, e a engrenagem interna fixa 56, e finalmente dentro do alojamento 32 do cubo de roda 30 por meio dos rolamentos 40. Adicionalmente, na posição de operação de não redução, a força motriz é totalmente desviada da caixa de engrenagens planetárias 34 enquanto a bucha 50 é completamente conectada ao alojamento 32 por meio da extremidade coberta 44.

[020] O primeiro furo 66 volta-se e abre em direção à extremidade do eixo de direção 36, e o segundo furo 68 volta-se e abre em direção à superfície interna da extremidade coberta 44. O primeiro furo 66 é associado com o dispositivo de atuação 52 e recebe uma extremidade do eixo de direção 36. Deve ser apreciado que o primeiro furo 66 pode ter chavetas internas ou dentes para engatar com membros de engate correspondentes no eixo 36. O segundo furo 68 recebe pelo menos uma porção do elemento tensionador 54. Os furos 66, 68 pode cada ter múltiplas seções internas com diferentes diâmetros. Os furos 66, 68 podem ser elementos espelhados em que a bucha é substancialmente simétrica, ou os furos 66, 68 podem diferir um do outro em diâmetro, profundidade, e forma de corte transversal.

[021] O dispositivo de atuação 52 é conectado de modo fluente à bucha 50. O dispositivo de atuação 52 inclui uma linha de fluido 74 e uma câmara de fluido interna 76 que é conectada de modo fluente à linha de fluido 74 (Figura 3). Desde que o primeiro furo 66 da bucha 50 é acoplado de modo vedado com a linha de fluido em um orifício receptor (desmembrado) e a extremidade do eixo 34, por meio de respectivas vedações 78, o espaço interno do primeiro furo 66 define a câmara de fluido 76. Desse modo, a bucha 50 é, portanto, deslizada para fora e para dentro através do esvaziamento e enchimento da câmara de fluido 76. Em sua essência, a câmara de fluido 76 conforme definida pelo primeiro furo 66 atua como um pistão fluido para acionar a bucha 50. Em operação, na posição de operação de redução 2:1 , a câmara de fluido 76 é esvaziada de fluido para que a força do elemento tensionador 54 engata a bucha 50 com a caixa de engrenagens planetárias 48 (Figura 2), e, na posição de operação de não redução 1 : 1 , a câmara de fluido 76 é cheia com fluido para que a força do fluido dentro da câmara de fluido 76 supera a força do elemento tensionador 54 e engata a bucha 50 com os dentes 46 da extremidade coberta 44 (Figura 3). A linha de fluido 74 se estende pela extremidade coberta 44, centralmente pelo elemento tensionador 54 e o segundo furo 68, e dentro do orifício receptor da bucha 50 para consequentemente, encher ou esvaziar a câmara de fluido 76. A linha de fluido 74 pode estar na forma de uma linha de mangueira designada ou uma série de conduítes, por exemplo, ranhuras, dentro do cubo de roda 30. Como deve ser apreciado, vedações 78 podem ser na forma de qualquer vedação desejada, tal como anel de borracha O, vedação, etc. O dispositivo de atuação 52 é ilustrado como um dispositivo de controle pneumático, contudo o dispositivo de atuação 52 pode utilizar qualquer fluido desejado. Deve ser apreciado que o dispositivo de atuação 52 pode ainda incluir uma bomba de ar, um compressor, várias válvulas, e/ou um acumulador. O dispositivo de atuação 52 pode também ser conectada de modo operável a um sistema dentro da cabine do veículo de trabalho 10 para que o operador possa entrar com um comando de usuário no sistema de controle para, consequentemente, trocar entre a taxa de velocidade desejada.

[022] O elemento tensionador 54 está pelo menos parcialmente alojado dentro do segundo furo 68 da bucha 50. O elemento tensionador 54 é então conectado entre e atua na extremidade coberta 44 e a bucha 50. O elemento tensionador 54 está configurado para inclinar a bucha 50 a ser engatada com a caixa de engrenagens planetárias 48 na posição de operação de redução 2:1. O elemento tensionador 54 está externo à câmara de fluido 76. O elemento tensionador 54 pode estar na forma de qualquer elemento tensionador desejado 54, tal como uma mola helicoidal 54.

[023] Com referência, agora, às Figuras 4 a 7, mostra-se duas realizações alternativas dos sistemas de redução 34 que têm caixas de engrenagens planetárias 48 com engrenagens centrais de tamanhos diferentes fixas e móveis 80, 82, 90, 92 e engrenagens planetárias inclinadas 84, 86, 94, 96, com transportadores planetários inclinados 88, 98, para fornecer uma taxa de redução de velocidade alternativa para a taxa de redução de velocidade de 2:1 das engrenagens planetárias dispostas horizontalmente 60, 62 como discutido acima. Assim sendo, a taxa de redução de velocidade pode ser eficientemente alterada através da alteração da posição e/ou tamanho das engrenagens dentro da caixa de engrenagens planetárias 48 sem alterar ou alterando o alojamento 32 do cubo de roda 30. Como mostrado na Figura 4, as engrenagens centrais 80, 82 e as inclinadas, por exemplo, engrenagens planetárias inclinadas 84, 86 fornecem uma taxa de redução de velocidade de 2.7:1. Como mostrado na Figura 6, as engrenagens centrais 90, 92 e as inclinadas, por exemplo engrenagens planetárias recusadas 94, 96 fornecem uma taxa de redução de velocidade de 1.7:1. Deve ser apreciado que as caixas de engrenagens planetárias 48 podem obter qualquer taxa de redução de velocidade desejada. Como pode ser apreciado, mesmo com engrenagem inclinada, o sistema de redução 34 pode ainda fornecer a taxa de velocidade de 1:1 quando a bucha 50 está engatada com a extremidade coberta 44 do alojamento 32. Por todas as várias visões, componentes iguais têm sido identificados com caracteres de referência iguais.

[024] Essas e outras vantagens da presente invenção estarão aparentes para os habilidosos na técnica da especificação precedente. Consequentemente, deve ser reconhecido pelos habilidosos na técnica que alterações ou modificações podem ser feitas para as realizações acima descritas, sem se afastar dos amplos conceitos inventivos da invenção. Deve ser entendido que essa invenção não é limitada às realizações particulares descritas no presente documento, mas é pretendido incluir todas as alterações e modificações que estão dentro do escopo e espírito da invenção.