BR102014032899B1

BR102014032899B1 - Polia sinterizada

Info

Publication number: BR102014032899B1
Application number: BR102014032899-8A
Authority: BR
Inventors: Reginaldo Invernizzi; Daniel Augusto Perugini; Marcelo Woyczak Madeira; Ana Keiko Yasuoka Mizukami
Original assignee: Mahle Metal Leve Miba Sinterizados Ltda.; Mahle Metal Leve S/A; Mahle International Gmbh
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2021-06-29
Also published as: US9816597B2; US20160186853A1; BR102014032899A2; EP3040142A1

Abstract

polia sinterizada. a presente invenção refere-se a uma polia (1) sinterizada para virabrequim (3) de um motor de combustão interna, a polia (1) compreendendo um corpo (2) de uma liga metálica, o corpo (2) sendo substancialmente anelar dotado de uma primeira face de contato (10) com o virabrequim (3), uma segunda face de contato (11) com um elemento de fixação (4) e um furo (12) concêntrico para associação da polia (1) ao virabrequim (3), a polia compreendendo, na segunda face de contato (11), uma região (13) substancialmente adjacente ao furo (12) e ponto de contato com o elemento de fixação (4), a região (13) sendo dotada de uma densidade entre 7,3 e 7,5 g/cm3, de modo a garantir elevada resistência ao desgaste, prevenindo possíveis deformações geradas a partir da compactação do material da polia (1), evitando o surgimento de folgas na fixação da polia (1).

Description

[001] A presente invenção refere-se a uma polia sinterizada para virabrequim de um motor de combustão interna, a polia compreendendo uma região densificada, ou seja, uma região de maior densidade em relação à densidade inicial da polia.

Descrição do estado da técnica

[002] Os motores de combustão interna são mecanismos transformadores de energia utilizados pela imensa maioria dos veículos automotores, e compreendem basicamente duas partes principais: um ou mais cabeçotes e o bloco do motor. Na base do(s) cabeçote(s) estão localizadas as câmaras de combustão (em motores a Diesel em geral as câmaras de combustão estão nas cabeças dos pistões) e no bloco do motor estão localizados os cilindros e o conjunto da árvore de manivelas ou conjunto do virabrequim.

[003] O virabrequim é uma peça fundamental no funcionamento dos motores de combustão, responsável por transformar a energia gerada pela combustão da mistura ar/combustível em torque. Conhecido também como árvore de manivelas, o virabrequim é associado às bielas conectadas aos pistões, e transmite o momento gerado aos demais componentes acoplados às extremidades de seu eixo.

[004] Em uma extremidade do eixo do virabrequim encontra-se o volante do motor, associado à caixa de câmbio. Em outra extremidade do eixo encontra-se uma polia responsável por fazer girar diversos dispositivos, principalmente dispositivos de lubrificação, como por exemplo, bomba da direção hidráulica, bomba do ar-condicionado, bomba de água, etc.

[005] A polia utilizada no virabrequim é fabricada por um processo de sinterização e montada na extremidade do eixo por meio de um parafuso, aplicando-se uma força necessária para manter o conjunto fixado durante todo o período de trabalho do motor. Quando o parafuso está em um sistema com vibração, pode-se ocasionar uma deformação na face de contato da polia com o parafuso, ocorrendo uma compactação da polia. Essa deformação, consequente da compactação do material da polia, resulta em uma folga entre a polia e o parafuso, sendo necessária a utilização de uma arruela, posicionada entre a polia e o parafuso, usualmente composta de um material de aço convencional compreendendo uma densidade maior do que a densidade da polia, removendo a possibilidade de compactação do material.

[006] No entanto, a utilização de arruelas para ajuste da folga entre a polia e o parafuso é extremamente indesejável, uma vez que aumenta a quantidade de componentes a serem utilizados na montagem do virabrequim, reduzindo a produtividade do processo, e reduzindo o índice de qualidade do processo, uma vez que existe a possibilidade dos conjuntos serem montados sem a arruela.

[007] Por tudo acima exposto, não havia sido desenvolvido até o presente momento, uma polia à qual seja fabricada por um processo de sinterização e seja dotada de uma densidade tal que confere à polia excelente resistência ao efeito de compactação do material que a compõe, evitando assim a deformação da polia e o surgimento de folgas entre a polia e o componente de fixação.

Objetivos da invenção

[008] O objetivo da presente invenção está em prover uma polia para uso em um virabrequim de um motor de combustão interna, a polia sendo fabricada por um processo de sinterização, em que pelo menos uma região da polia é mais densificada, ou seja, uma região dotada de maior densidade em relação à densidade inicial da polia.

[009] A presente invenção tem também por objetivo proporcionar uma polia em que ao menos a região do furo, região de contato com um meio de fixação, seja provida de uma densidade maior em relação ao restante do corpo da polia.

[0010] Ainda, a presente invenção tem por objetivo proporcionar uma polia que apresente elevada resistência ao desgaste em geral, sendo capaz de resistir à compactação do material na região de contato com o meio de fixação, eliminando deformações e o aparecimento de folgas na fixação da polia.

Breve descrição da invenção

[0011] Os objetivos da presente invenção são alcançados por uma polia sinterizada para virabrequim de um motor de combustão interna, a polia compreendendo um corpo de uma liga metálica, o corpo sendo substancialmente anelar dotado de uma primeira face de contato com o virabrequim, uma segunda face de contato com um elemento de fixação e um furo concêntrico para associação da polia ao virabrequim, a polia compreendendo, na segunda face de contato, uma região substancialmente adjacente ao furo, a qual é o ponto de contato com o elemento de fixação, a região sendo dotada de uma densidade entre 7,3 e 7,5 g/cm3 (gramas por centímetros cúbicos).

[0012] Os objetivos da presente invenção são ainda alcançados por um motor de combustão interna compreendendo ao menos uma polia conforme descrita acima.

Descrição resumida dos desenhos

[0013] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:

[0014] Figura 1 - vista em perspectiva da polia da presente invenção;

[0015] Figura 2 - vista frontal da polia da presente invenção;

[0016] Figura 3 - vista lateral do conjunto de virabrequim, polia e elemento de fixação; e

[0017] Figura 4 - desenho em detalhe da região densificada da polia da presente invenção.

Descrição detalhada dos desenhos

[0018] A presente invenção refere-se a uma polia 1 sinterizada para virabrequim de um motor de combustão interna, a polia 1 compreendendo um corpo 2 de uma liga metálica, o corpo 2 sendo substancialmente anelar dotado de uma primeira face de contato 10 com o vira- brequim 3, uma segunda face de contato 11 com um elemento de fixação 4 e um furo 12 concêntrico para associação da polia 1 ao virabre- quim 3, a polia compreendendo, na segunda face de contato 11, uma região 13 substancialmente adjacente ao furo 12 e ponto de contato com o elemento de fixação 4, a região 13 sendo dotada de uma densidade entre 7,3 e 7,5 g/cm3 (gramas por centímetros cúbicos), de modo a garantir elevada resistência ao desgaste, prevenindo possíveis de-formações geradas a partir da compactação do material da polia 1, evitando o surgimento de folgas na fixação da polia 1.

[0019] Para o correto entendimento da presente invenção, faz-se necessário um esclarecimento inicial quanto à associação da polia 1 ao virabrequim 3 e quanto ao processo de sinterização, utilizado na fabricação da polia 1.

[0020] Como explicado no estado da técnica, virabrequim 3 é uma peça fundamental no funcionamento dos motores de combustão, responsável por transformar a energia gerada pela combustão da mistura ar/combustível em torque. Conhecido também como árvore de manivelas, o virabrequim 3 é associado às bielas conectadas aos pistões, e transmite o momento gerado aos demais componentes acoplados às extremidades de seu eixo.

[0021] Em uma extremidade do eixo do virabrequim 3 encontra-se o volante do motor, associado à caixa de câmbio. Em outra extremidade do eixo encontra-se uma polia 1 responsável por fazer girar diversos dispositivos, principalmente dispositivos de lubrificação, como por exemplo, bomba da direção hidráulica, bomba do ar-condicionado, bomba de água, etc.

[0022] A polia 1 é fabricada por um processo de sinterização e é associável a uma das extremidades do eixo do virabrequim 3 por meio de um elemento de fixação, o elemento de fixação 4 sendo preferencialmente, mas não obrigatoriamente um parafuso.

[0023] Dessa forma, a polia 1 da presente invenção compreende um corpo 2 composto por uma liga metálica, o corpo 2 sendo substancialmente anelar dotado de uma primeira face de contato 10, a qual mantém contato direto com uma face do virabrequim 3, e uma segunda face de contato 11, a qual mantém contato com o elemento de fixação 4, nesse caso específico, o elemento de fixação 4 sendo um parafuso. A polia 1 é dotada ainda de um furo 12 concêntrico para associação da polia 1 ao virabrequim 3. Dessa forma, apresenta-se um conjunto de virabrequim 3, polia 1 e elemento de fixação 4 (vide figuras 1 e 2).

[0024] Para garantir que o conjunto acima descrito mantenha-se fixado durante todo o período de trabalho do motor, aplica-se uma força ao elemento de fixação 4 necessária para garantir tal condição. Quando o elemento de fixação 4 está em um sistema com vibração, nesse caso o motor em funcionamento, pode ocorrer uma deformação na segunda face de contato 11, ocorrendo a compactação de uma região 13 adjacente ao furo 12 e ponto de contato com o elemento de fixação 4. Essa deformação, consequente da compactação do material da polia 1, resulta em uma folga entre a polia 1 e o elemento de fixa-ção 4.

[0025] Tal compactação ocorre devido à baixa densidade do material da polia 1, originária de um processo de sinterização. A sinteriza- ção, também conhecida por metalurgia do pó, provém de um processo no qual pós com preparação cristalina ou não, são compactados e en- tão submetidos a temperaturas elevadas, ligeiramente menores do que sua temperatura de fusão, ocorrendo a adesão das partículas dos pós.

[0026] A polia 1 da presente invenção é composta por uma liga metálica com até 0,5% em volume de carbono (C), entre 1% e 5% em volume de cobre (Cu), entre 1% e 5% em volume de níquel (Ni), até 2% em volume de molibdênio (Mo), até 2% em volume de outros materiais como fósforo (P), manganês (Mn) e enxofre (S) e o restante, cerca de 94% em volume, de ferro (Fe).

[0027] O processo de sinterização apresenta inúmeras vantagens frente a outros métodos de trabalho, como por exemplo, a diminuição ou até a eliminação de retrabalho da peça produzida, a diminuição de perdas de material, a utilização de grande variedade de matérias- primas, a produção de peças com bom acabamento superficial, a facilidade na manufatura de peças complexas etc.

[0028] No entanto, no caso da polia 1, o material sofre uma nova compactação, resultando no amassamento dos poros da segunda face de contato 11, gerando uma folga na fixação da polia 1 ao virabrequim 3.

[0029] Nesse sentido, a presente invenção apresenta, nas figuras 3 e 4, uma polia 1 compreendendo uma região 13 adjacente ao furo 12 e ponto de contato com o elemento de fixação 4, a região 13 sendo dotada de uma densidade entre 3% e 5% maior em relação à densidade do restante da polia 1, alcançando aproximadamente a densidade do aço convencional de 7,85 g/cm3. Sendo assim, a região 13 compreende uma densidade entre 7,3 e 7,5 g/cm3 (gramas por centímetros cúbicos), enquanto o restante da polia 1 compreende uma densidade entre 6,7 e 7,2 g/cm3.

[0030] Conforme descrito no estado da técnica, atualmente são utilizadas arruelas para ajuste da folga existente entre a polia 1 e o elemento de fixação 4, sendo, porém, a utilização de arruelas altamente indesejável. Tal dificuldade é contornada a partir da densificação da região 13 da polia 1.

[0031] Em suma, a polia 1 da presente invenção apresenta na região 13 propriedades mecânicas suficientes para minimizar ou eliminar o surgimento de folga pela compactação não planejada do material da polia 1, devido à baixa densidade em relação ao aço convencional.

[0032] Cumpre notar que diversos testes foram feitos no sentido de se encontrar a melhor razão entre a quantidade de material a ser adicionado considerando-se a altura total da polia, na região 13 e na segunda face de contato 11 e no diâmetro do furo 12, de modo que a melhor razão encontrada está compreendida entre 5% a 20%, preferencialmente 10% de material a mais na região 13 em relação à segunda face de contato 11 e ao furo 12.

[0033] Ademais, no tocante aos ângulos e demais geometrias da solução, estes servem tão somente para evitar quebras do punção, bem como, evitar que o material a ser amassado migre demasiadamente em direção ao furo central da peça, perdendo seu dimensional final.

[0034] A polia 1 da presente invenção promove ganhos de produtividade, reduzindo o tempo de montagem do conjunto de virabrequim 3, polia 1 e elemento de fixação 4, além de reduzir também o número de componentes para montagem do conjunto, eliminando o uso de arruelas para ajuste de folgas.

[0035] A invenção também possibilita um aumento no índice de qualidade da produção, pois impede que os conjuntos sejam montados sem arruelas, uma vez que elimina a utilização das mesmas.

[0036] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

1. Polia sinterizada para virabrequim de um motor de combustão interna, a polia (1) compreendendo um corpo (2) de uma liga metálica, o corpo (2) sendo anelar dotado de uma primeira face de contato (10) com o virabrequim (3), uma segunda face de contato (11) com um elemento de fixação (4) e um furo (12) concêntrico para associação da polia (1) ao virabrequim (3), a polia (1) sendo caracterizada pelo fato de que compreende, na segunda face de contato (11), uma região (13) adjacente ao furo (12), a qual é o ponto de contato com o elemento de fixação (4), a região (13) incluindo um depósito de material adicional que se estende para dentro a partir da segunda face de contato (11) em uma direção axial e ao longo do corpo (2) em uma direção radial, em que a região (13) tem uma densidade maior que a densidade do corpo (2) em uma região afas-tada do ponto de contato, e a região (13) sendo dotada de uma densidade entre 7,3 e 7,5 g/cm3 (gramas por centímetros cúbicos).

2. Polia sinterizada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a região (13) compreende entre 5% e 20% de material adicional depositado em relação às regiões da segunda face de contato (11) e do furo (12).

3. Polia sinterizada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a região (13) compreende 10% de material adicional depositado em relação às regiões da segunda face de contato (11) e do furo (12).

4. Polia sinterizada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que é composta por até 0,5% em volume de carbono (C), entre 1% e 5% em volume de cobre (Cu), entre 1% e 5% em volume de níquel (Ni), até 2% em volume de molibdênio (Mo), até 2% em volume de outros materiais como fósforo (P), manganês (Mn) e enxofre (S) e o restante, 94% em volume, de ferro (Fe).

5. Polia sinterizada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de fixação (4) é um parafuso.