BR112014026993B1 - Amortecedor de vibrações de torção com perfil de elastômero não uniforme - Google Patents

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Abstract

AMORTECEDOR DE VIBRAÇÕES DE TORÇÃO COM PERFIL DE ELASTÔMERO NÃO UNIFORME. Um amortecedor de vibrações de torção (10) inclui um cubo (12), um anel (14) e um elemento de borracha (16) que é encaixado por compressão entre a superfície externa 26 do cubo (12) e a superfície interna (32) do anel (14). O perfil seccional transversal da superfície externa do cubo e da superfície interna do anel após a montagem do (AVT) consiste em dois arcos côncavos ou convexos com seus raios de tal maneira que a folga do perfil seccional transversal aumenta a partir do centro para os lados. Esta variação da folga do perfil seccional transversal reduz a deformação principal desenvolvida na borracha (16), melhorando desse modo a vida do amortecedor de vibrações de torção (10). Este projeto também facilita montagem apropriada já que os componentes são de autoalinhamento.

Description

[001] Amortecedores de vibrações de torção (AVTs) são empregados extensivamente em conjuntos de acionamento e conjuntos de potência acionados por Combustão Interna ("CI") para reduzir vibrações de torção que são transferidas para componentes rotativos por causa dos trabalhos de um motor CI. Quando a frequência natural destas vibrações de torção dos sistemas casa com a frequência natural dos componentes rotativos, as vibrações resultantes ganham amplitude considerável (um fenômeno conhecido como ressonância). Se não forem reduzidas, estas vibrações potencialmente podem danificar acessórios fixados ao componente rotativo. Além disso, tais vibrações também podem induzir falha por fadiga do componente rotativo.
[002] Um AVT reduz vibração de torção do componente rotativo em dois modos. Primeiro, por meio de absorção, o AVT divide o pico de amplitude vibratória em dois picos separados (relativamente menores). Segundo, por meio de amortecimento, o AVT converte parte da energia cinética presente no sistema em calor e o dissipa para a atmosfera. Como resultado, o componente rotativo pode ser otimizado em peso, e os acessórios fixados ao componente rotativo experimentam vibrações relativamente menores.
[003] O AVT mais simples tem três componentes, um suporte estrutural ("cubo") que conecta rigidamente o AVT ao componente rotativo, um elemento inercial ativo ("anel") e um elemento de elastômero ("borracha") que fornece a sistema de mola- amortecedor para o AVT. O cubo e o anel são fabricados individualmente antes de a borracha ser forçada para dentro da folga que existe entre o cubo e o anel (perfil). A borracha é comprimida e exerce uma pressão entre as superfícies metálicas do anel e do cubo, retendo a montagem no lugar. A montagem resultante é conhecida como um AVT do Tipo de Inserção, por causa do processo empregado na sua construção.
[004] Durante operação do AVT, o anel é deslocado angularmente em um movimento para cá e para lá em relação ao cubo, e fazendo isso transmite uma deformação por cisalhamento para a borracha. A frequência desta deformação por cisalhamento fornece a absorção exigida, e a magnitude desta deformação por cisalhamento fornece o amortecimento exigido.
[005] A seção transversal radial da borracha é definida pelo perfil que é a área entre a superfície externa do cubo e a superfície interna do anel. Alguns AVTs têm uma corcova para dentro ou para fora em seus perfis. Outras geometrias de perfis mais complexos tais como configurações onduladas também têm sido empregadas. Quando a borracha é montada neste perfil, sua compressão faz com que uma deformação principal seja desenvolvida que é prejudicial para a vida em fadiga do AVT. Tem sido assumido de uma maneira geral que um perfil com uma configuração linear minimiza deformação principal na borracha.
[006] Em todas estas modalidades, a distância entre a superfície externa do cubo e a superfície interna do anel permanece constante por toda a seção transversal. Em outras palavras, a superfície externa do cubo e superfície interna do anel são paralelas uma à outra. Exemplos de soluções da arte, neste sentido podem ser vistas nos documentos DE4397386, US2779211, US2948129, US2972904 e JP2004053007. Sumário da Invenção
[007] A presente invenção estabeleceu como premissa a compreensão de que a deformação principal desenvolvida na borracha pode ser reduzida ao variar a distância entre a superfície externa do cubo e a superfície interna do anel. Ambas destas superfícies terão uma configuração côncava ou uma convexa de grau variável uma em relação à outra, significando que o raio das duas superfícies não será idêntico. Consequentemente, a superfície externa de cubo não será paralela à superfície interna de anel.
[008] Onde as superfícies são côncavas, o raio do arco que define a superfície externa do cubo será menor que o raio do arco que define a superfície interna do anel. De forma similar, onde as superfícies são convexas, o raio do arco que define a superfície externa do cubo será maior que o raio do arco que define a superfície interna do anel. Assim, a seção transversal do perfil não é constante, mas varia proporcionalmente com sua distância a partir do centro do perfil.
[009] Isto reduz a deformação principal desenvolvida na borracha, e facilita o processo de inserção por causa de uma pressão menor resistindo ao fluxo da borracha, e melhora a vida em fadiga do amortecedor. O pequeno aumento no volume da borracha também é um melhoramento positivo, já que a capacidade de dissipação de energia da borracha (uma outra medida de uma vida em fadiga do AVT) é diretamente proporcional ao volume de borracha presente em um amortecedor. Além disso, este projeto é autocentralizador por causa da configuração de esfera dentro de uma esfera da superfície externa de cubo e da superfície interna de anel. Breve Descrição dos Desenhos
[0010] Os objetivos e vantagens da invenção serão percebidos adicionalmente considerando a descrição detalhada e desenhos a seguir, nos quais:
[0011] A figura 1 é uma vista seccional transversal de um amortecedor de vibrações fabricado de acordo com a presente invenção;
[0012] A figura 2 é uma representação diagramática seccional transversal ampliada da presente invenção com um perfil côncavo.
[0013] A figura 3 é uma vista similar à figura 2 com um perfil convexo. Descrição Detalhada dos Desenhos
[0014] Tal como mostrado na figura 1, a presente invenção é um amortecedor de vibrações de torção (AVT). A figura 1 mostra um projeto relativamente genérico de um AVT. Embora existam muitas variações de projetos diferentes, todos os AVTs da presente invenção incluirão um suporte estrutural (cubo) 12, um elemento inercial ativo (anel) 14 e um elemento elastomérico (borracha) 16. Tal como mostrado, o cubo 12 é fixado a um componente rotativo do sistema, tipicamente um motor de combustão interna. O cubo 12 inclui os raios 22 ou alternativamente uma alma se estendendo entre a parte central 24 do cubo 12 e a superfície periférica externa 26.
[0015] O anel 14 tal como mostrado inclui um guia de correia rebaixado 30, o qual é projetado para acionar a correia em serpentina, a qual por sua vez aciona vários acessórios, tais como a bomba de água e alternador. O anel 14 inclui adicionalmente uma superfície anular interna 32 que é oposta à superfície periférica externa 26 do cubo 12. A borracha 16 fica alojada na folga entre a superfície periférica externa 26 e a superfície anular interna 32. O perfil de uma maneira geral terá cerca de 3 mm a 10 mm de espessura radial e cerca de 10 mm a 100 mm de largura axial. O perfil inclui as partes laterais externas 36 e 38 e a parte central 40. A borracha 16 pode ser uma tira ou um anel. A borracha 16 pode ser formada de qualquer elemento elastomérico típico usado em um absorvedor de vibrações, tal como borracha de butila ou coisa parecida. A espessura da borracha antes da inserção será de cerca de 120% a 150% da espessura central do perfil.
[0016] Tal como mostrado na figura 2, tanto a superfície periférica externa do cubo quanto a superfície anular interna do anel 14 são arcos côncavos. Cada um dos arcos tem um raio R1 e R2 tal como mostrado. O raio R1 é menor que o raio R2, e assim o arco formado na superfície periférica externa 26 tem um raio menor que o arco que é formado na superfície anular interna 32 do anel 14. Assim, a distância entre as superfícies 26 e 32 varia através da seção transversal. A espessura de perfil nas partes laterais 36 e 38 é maior que a do perfil na parte central 40. De novo, tipicamente a espessura de perfil nas partes laterais será de 2 mm a 11 mm e a folga na parte central será de 3 mm a 10 mm.
[0017] Tal como mostrado na figura 3, tanto a superfície periférica externa do cubo quanto a superfície anular interna do anel 14 são arcos convexos. Cada um dos arcos tem um raio R1 e R2 tal como mostrado. O raio R1 é menor que o raio R2, e assim o arco formado na superfície periférica externa 26 tem um raio maior que o do arco que é formado na superfície anular interna 32 do anel 14. Assim, a distância entre as superfícies 26 e 32 varia através da seção transversal. A espessura de perfil nas partes laterais 36 e 38 é maior que a do perfil na parte central 40. De novo, tipicamente a espessura de perfil nas partes laterais será de 2 mm a 11 mm e a folga na parte central será de 3 mm a 10 mm.
[0018] Para montar o AVT da presente invenção, o anel 14 e o cubo 12 são colocados em um aparelho, e um guia é usado para forçar o elemento elastomérico 16 na folga entre os dois. De uma maneira geral, o elemento elastomérico 16 terá uma seção transversal uniforme de maneira que, uma vez que inserido, a parte central do perfil 40 ficará sob compressão maior que a dos lados do perfil 36 e 38. Esta compressão retém o amortecedor conjuntamente sem a necessidade de adesivos. As dimensões reais da borracha, assim como sua composição, podem ser variadas dependendo das características de projeto do AVT.
[0019] Esta estrutura tem muitas vantagens diferentes. Em particular, ela reduz deformação principal localizada desenvolvida na borracha, o que aumenta a vida útil do AVT. Este projeto também reduz a sucata de montagem de fabricação causada por rejeições de borrachas altas e baixas. Também, por causa de ambas as superfícies 32 e 26 serem curvadas a montagem é autocentralizadora.
[0020] Esta é uma descrição da invenção, juntamente com o método preferido para praticar a invenção, entretanto, a invenção propriamente dita deve ser definida somente pelas reivindicações anexas.

Claims (4)

1. Amortecedor de vibrações de torção, caracterizado por compreender: - um cubo (12) adaptado para fixação a um componente rotativo (18), o dito cubo (12) tendo uma superfície periférica externa (26); - um anel (14) circundando e espaçado do dito cubo (12) e definindo uma lacuna entre as mesmas, tendo uma primeira porção lateral (36) oposta a uma segunda porção lateral (38) com uma porção central (40) entre as mesmas, o dito anel (14) tendo uma superfície anular interna (32); - uma compressão de inserto de borracha (16) encaixada entre a dita superfície periférica externa (26) do cubo (12) e a dita superfície anular interna (32) do anel (14); a dita superfície periférica externa (26) do cubo (12) formando um primeiro arco tendo um primeiro raio; a dita superfície anular interna (32) do anel (14) formando um segundo arco tendo um segundo raio, em que a dita superfície periférica externa (26) do cubo (12) e a dita superfície anular interna (32) do anel (14) formam uma configuração de esfera dentro de uma esfera, tanto o primeiro quanto o segundo arco sendo arcos côncavos em suas respectivas esferas, os pontos centrais do primeiro e segundo arcos estando no componente rotativo (18), os pontos centrais sendo deslocados um em relação ao outro e o primeiro e o segundo arcos tendo raios diferentes; em que o dito primeiro raio é menor do que o segundo raio, assim, a dita lacuna entre o cubo (12) e o anel (14) possui uma espessura radial mais ampla na primeira parte lateral (36) e na segunda parte lateral (38) em comparação com o porção central (40).
2. Amortecedor de vibrações de torção, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito inserto de borracha (16) possuir uma espessura não comprimida de 120% a 150% de uma distância entre a dita superfície periférica externa (26) e a dita superfície anular interna (32) em um centro do dito amortecedor de vibrações.
3. Amortecedor de vibrações de torção, caracterizado por compreender: - um cubo (12) adaptado para fixação a um componente rotativo (18), o dito cubo (12) tendo uma superfície periférica externa (26); - um anel (14) circundando e espaçado do dito cubo (12) e definindo uma lacuna entre as mesmas, tendo uma primeira porção lateral (36) oposta a uma segunda porção lateral (38) com uma porção central (40) entre as mesmas, o dito anel (14) tendo uma superfície anular interna (32); - uma compressão de inserto de borracha (16) encaixada entre a dita superfície periférica externa (26) e a dita superfície anular interna (36); a dita superfície periférica externa (26) do cubo (12) formando um primeiro arco tendo um primeiro raio; a dita superfície anular interna (32) do anel (14) formando um segundo arco tendo um segundo raio, em que a dita superfície periférica externa (26) do cubo (12) e a dita superfície anular interna (32) do anel (14) formam uma configuração de esfera dentro de uma esfera, tanto o primeiro quanto o segundo arco sendo arcos côncavos em suas respectivas esferas, os pontos centrais do primeiro e segundo arcos estando no componente rotativo (18), os pontos centrais sendo deslocados um em relação ao outro e o primeiro e o segundo arcos tendo raios diferentes; em que o dito primeiro raio é menor do que o segundo raio, assim, a dita lacuna entre o cubo (12) e o anel (14) possui uma espessura radial mais ampla na primeira parte lateral (36) e na segunda parte lateral (38) em comparação com o porção central (40).
4. Amortecedor de vibrações de torção, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o dito inserto de borracha (16) possuir uma espessura não comprimida de 120% a 150% de uma distância entre a dita superfície periférica externa (26) e a dita superfície anular interna (32) em um centro do dito amortecedor de vibrações.
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