BR112017020953B1

BR112017020953B1 - Amortecedor de vibração torsional, sistema de acionamento de acessórios de extremidade frontal e métodos para projeto de um raio para um amortecedor de vibração torsional

Info

Publication number: BR112017020953B1
Application number: BR112017020953-5A
Authority: BR
Inventors: Suhale Manzoor
Original assignee: Dayco Ip Holdings, Llc
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2023-02-07
Also published as: CN107429817A; CN107429817B; EP3277983A4; BR112017020953A2; JP6749934B2; EP3277983B1; EP3277983A1; JP2018511756A; KR102295137B1; KR20170133384A; WO2016160875A1; US10443700B2; US20160290472A1

Abstract

AMORTECEDOR DE VIBRAÇÃO TORSIONAL, SISTEMA DE ACIONAMENTO DE ACESSÓRIOS DE EXTREMIDADE FRONTAL E MÉTODOS PARA PROJETO DE UM RAIO PARA UM AMORTECEDOR DE VIBRAÇÃO TORSIONAL. São descritos amortecedores de vibração torsionais (TVDs) tendo uma pluralidade de raios projetados para suportarem forças de torção, de flexão, e vibrações. Os raios, que conectam um membro central a um aro periférico, incluem uma primeira extremidade acoplada a uma superfície radial externa do membro central; uma segunda extremidade acoplada a uma superfície radial interna do aro; e quatro superfícies côncavas que se estendem entre a primeira extremidade e a segunda extremidade. As superfícies côncavas podem ser côncavas a partir da primeira extremidade até a segunda extremidade, e também podem ser côncavas lateralmente, da frente para trás ou de um lado a outro. Um TVD tendo um cubo com raios possuindo uma ou mais superfícies côncavas também é divulgado aqui. Um método para projetar os raios do cubo também é descrito.

Description

Pedidos De Patente Relacionados

[001] O presente pedido reivindica o benefício do pedido de patente provisório n° U.S. 62/140.114, depositado em 30 de março de 2015, aqui incorporado como referência na sua totalidade.

Campo Técnico

[002] A presente invenção refere-se a amortecedores de vibração de torção utilizados em grupos propulsores e grupos de transmissão de veículos, e mais particularmente a cubos de amortecedores de vibração de torção possuindo raios.

Antecedentes Da Invenção

[003] Os amortecedores de vibração torsional (TVDs - Torsional Vibration Dampers) são úteis na atenuação de vibrações de torção inerentes a eixos de rotação, incluindo, mas não se limitando a, virabrequins, eixos de transmissão, eixos de propulsão, e semi-eixos utilizados em aplicações automotivas e não automotivas. Comumente, um TVD consiste de três componentes: (1) um suporte metálico rígido (cubo) que acopla o TVD ao eixo rotativo com o problema de vibração; (2) um membro inercial ativo (anel) que oscila em fase oposta ao eixo que vibra, em uma freqüência particular, reduzindo assim a magnitude resultante da vibração do eixo; e (3) um membro elastomérico (uma tira) com duas funções: (a) prover um amortecedor de mola que ajusta o TVD em uma frequência particular; e (b) posicionar o cubo e o anel, um em relação ao outro, no TVD.

[004] O cubo de um TVD consiste de um orifício central que conecta o TVD ao eixo vibratório, um flange externo que provê uma superfície de acoplamento para a tira, e uma pluralidade de raios que conectam o orifício central ao flange externo. O cubo do amortecedor é um suporte estrutural, e sua massa e inércia associadas não têm influência na atenuação da vibração no sistema. O projeto do raio consiste, portanto, em um equilíbrio entre prover o cubo com uma resistência estrutural e uma estabilidade de NVH (Noise, Vibration & Harshness - Ruído, Vibração e Aspereza) adequadas, e minimizar a quantidade de material utilizado, reduzindo assim sua massa e sua inércia parasítica. Dois estilos tradicionais de raios são comumente empregados no projeto do cubo - raios com vigas retangulares afuniladas e raios com vigas em “I”.

[005] O cubo experimenta uma combinação de cargas alternadas (uma vez a cada revolução), tais como forças de correia e torques de correia; e cargas vibratórias (múltiplas vezes a cada revolução, quando o amortecedor está em ressonância), tais como as de torque dinâmico. No entanto, nos últimos anos, com o desenvolvimento e o uso de eixos mais leves e mais flexíveis, cargas de flexão vibratórias às vezes são encontradas. Quando tais cargas de flexão vibratórias entram em jogo, os raios resultantes tendem a ser bem dimensionados para um tipo de carregamento vibratório (geralmente de flexão), e super dimensionados para o outro tipo de carregamento (geralmente de torsão). Isto faz com que os raios, e consequentemente o cubo, sejam mais pesados do que o necessário.

Breve Descrição Da Invenção

[006] A presente descrição é dirigida a um raio de um TVD, e a um método de construção de um raio de TVD, o qual utiliza o mesmo volume de material que os raios tradicionais, mas promove um aumento significativo na capacidade de suportar cargas flexíveis, com a mesma capacidade de suportar cargas torsionais. Isto efetivamente produz um cubo que é mais leve para aplicações onde as cargas de flexão e de vibração torsional aparecem simultaneamente. De acordo com um aspecto da presente descrição, um raio que conecta um membro central a um aro periférico inclui uma primeira extremidade acoplada a uma superfície radial externa do membro central; uma segunda extremidade acoplada a uma superfície radial interna do aro periférico; uma primeira superfície côncava que se estende entre a primeira extremidade e a segunda extremidade, e fica voltada para uma direção axial; uma segunda superfície côncava que se estende entre a primeira extremidade e a segunda extremidade, e fica voltada geralmente para a direção oposta à primeira superfície côncava; uma terceira superfície côncava que se estende entre a primeira extremidade e a segunda extremidade, e entre a primeira superfície côncava e a segunda superfície côncava; e uma quarta superfície côncava que se estende entre a primeira extremidade e a segunda extremidade, e entre a primeira superfície côncava e a segunda superfície côncava, com a quarta superfície côncava ficando geralmente voltada na direção oposta à terceira superfície côncava.

[007] Em outro aspecto da forma de incorporação anterior, a primeira superfície côncava e a segunda superfície côncava são côncavas a partir da primeira extremidade até a segunda extremidade. Em outro aspecto das formas de incorporação anteriores, a primeira superfície côncava e a segunda superfície côncava são adicionalmente côncavas, estendendo-se a partir da terceira superfície côncava até a quarta superfície côncava. Em outro aspecto, a terceira superfície côncava e a quarta superfície côncava são côncavas a partir da primeira extremidade até a segunda extremidade, e geralmente são planas a partir da primeira superfície côncava até a segunda superfície côncava. Em outro aspecto, pelo menos uma concavidade de pelo menos uma dentre as primeira superfície côncava, segunda superfície côncava, terceira superfície côncava e quarta superfície côncava é definida por um arco de círculo. Em outro aspecto, a terceira superfície côncava geralmente fica voltada perpendicularmente à direção axial. Em outro aspecto, a largura da segunda extremidade é menor que a da primeira extremidade. Em outro aspecto, a primeira extremidade possui um formato que está em conformidade com a superfície radial externa do membro central. Em outro aspecto, a segunda extremidade possui um formato que está em conformidade com a superfície radial interna do aro periférico.

[008] Em um aspecto da presente descrição, é revelado um TVD que inclui um cubo e um membro de inércia concêntrico em torno do cubo, havendo um membro elastomérico posicionado operacionalmente entre eles. O cubo inclui uma pluralidade de raios que se estendem a partir de uma superfície radial externa de um membro central até uma superfície radial interna de um aro periférico. Cada raio da pluralidade de raios inclui uma primeira extremidade acoplada à superfície radial externa do membro central; uma segunda extremidade acoplada à superfície radial interna do aro periférico; uma primeira superfície côncava que se estende entre a primeira extremidade e a segunda extremidade, e está voltada para uma direção axial; uma segunda superfície côncava que se estende entre a primeira extremidade e a segunda extremidade, e está voltada na direção oposta à primeira superfície côncava; uma terceira superfície côncava que se estende entre a primeira extremidade e a segunda extremidade, e entre a primeira superfície côncava e a segunda superfície côncava; e uma quarta superfície côncava que se estende entre a primeira extremidade e a segunda extremidade, e entre a primeira superfície côncava e a segunda superfície côncava, com a quarta superfície côncava ficando geralmente voltada na direção oposta à terceira superfície côncava.

[009] Em outro aspecto da forma de incorporação anterior de um TVD, para cada um dos raios, a primeira superfície côncava e a segunda superfície côncava são côncavas estendendo-se desde a primeira extremidade até a segunda extremidade. Em outro aspecto, para cada raio da pluralidade de raios, a primeira superfície côncava e a segunda superfície côncava são adicionalmente côncavas estendendo-se a partir da terceira superfície côncava até a quarta superfície côncava. Em outro aspecto, para cada raio da pluralidade de raios, a terceira superfície côncava e a quarta superfície côncava são côncavas estendendo-se desde a primeira extremidade até a segunda extremidade. Em outro aspecto, para cada raio da pluralidade de raios, a terceira superfície côncava e a quarta superfície côncava são geralmente planas estendendo-se a partir da primeira superfície côncava até a segunda superfície côncava.

[010] Em outro aspecto das formas de incorporação anteriores, a terceira superfície côncava é geralmente perpendicular à direção axial. Em outro aspecto, para cada raio da pluralidade de raios, pelo menos uma concavidade de pelo menos uma dentre as primeira superfície côncava, segunda superfície côncava, terceira superfície côncava e quarta superfície côncava é definida por um arco de círculo.

[011] Em outro aspecto, um sistema de acionamento de acessórios de extremidade frontal inclui o TVD das formas de incorporação anteriores, com o TVD estando montado a um virabrequim, para rotação junto com o mesmo.

[012] De acordo com outro aspecto, é descrito um método para o projeto de um raio para um TVD, tendo as etapas de desenhar um diâmetro externo de um membro central, deslocado para dentro de um diâmetro externo do membro central por um primeiro deslocamento selecionado; desenhar um diâmetro interno de um aro periférico deslocado para fora de um diâmetro interno do aro periférico; desenhar uma primeira linha radialmente para fora do centro do diâmetro externo do membro central, indo pelo menos até o diâmetro interno deslocado do aro periférico, em uma posição que representa um plano médio sagital de um primeiro raio; desenhar uma segunda linha radialmente para fora do centro do diâmetro externo do membro central, indo pelo menos até o diâmetro deslocado do aro periférico, em uma posição que representa um plano médio sagital de um segundo raio vizinho; desenhar uma terceira linha paralela à primeira linha, deslocada lateralmente da mesma por um segundo deslocamento selecionado; desenhar uma quarta linha paralela à segunda linha, deslocada lateralmente da mesma pelo segundo deslocamento, mas indo em direção à terceira linha; desenhar um primeiro arco tangente à terceira linha, à quarta linha, e ao diâmetro externo deslocado do membro central; desenhar um segundo arco como uma imagem espelhada do primeiro arco, em relação à primeira linha, definindo assim os lados opostos de uma geometria inicial do raio; remover linhas e círculos de diâmetro, exceto aqueles que definem a geometria inicial do raio; reproduzir a geometria inicial do raio uma pluralidade de vezes, e dispor pelo menos duas geometrias acima e pelo menos duas geometrias abaixo de uma geometria de raio posicionada centralmente, em que cada geometria de raio mais externa, acima e abaixo da geometria de raio posicionada centralmente, fica mais próxima da geometria do raio vizinho do que o raio vizinho está da geometria de raio inicial central; desenhar oito arcos usando cada conjunto de cantos adjacentes de cada uma das geometrias de raio mais externas, com os arcos estendendo-se entre os cantos adjacentes e passando através de um ponto médio entre os mesmos cantos adjacentes da geometria do raio vizinho; desenhar quatro segmentos de linha, paralelos ao eixo, a partir de cada um dos cantos de uma das geometrias de raio mais externas até o mesmo canto da outra geometria de raio mais externa; e manter apenas os oito arcos e quatro segmentos de linha, definindo assim o formato tridimensional do primeiro raio.

[013] Em outro aspecto, é descrito um método para projetar um TVD, que inclui todas as etapas da forma de incorporação anterior para projetar raios para um TVD, além do seguinte: formar as superfícies do formato tridimensional do primeiro raio; reproduzir o formato tridimensional do primeiro raio para definir uma pluralidade equivalente a um número pré-selecionado de raios; dispor a pluralidade de raios em torno de um eixo central do TVD como uma disposição polar, com cada uma das primeiras extremidades indo em direção ao eixo central; desenhar o membro central contra a primeira extremidade de cada raio da pluralidade de raios; e desenhar a borda periférica contra a segunda extremidade de cada raio da pluralidade de raios.

[014] Em outro aspecto da forma de incorporação anterior, o desenho do membro central inclui reapresentar o membro central, e o desenho do aro periférico inclui reapresentar o aro periférico. Em outro aspecto das formas de incorporação anteriores, o método inclui ainda a extrusão da face de arruela do membro central. Em outro aspecto, o método inclui desenhar / criar um círculo em uma face axial do cubo, para definir um nariz de vedação. Em outro aspecto das formas de incorporação anteriores, o método inclui o alongamento axial do nariz de vedação, e a adição de chanfros e filetes.

Breve Descrição Dos Desenhos

[015] Muitos aspectos da divulgação podem ser melhor compreendidos com referência aos desenhos anexos. Os componentes nos desenhos não estão necessariamente em escala, com a ênfase sendo aplicada de modo a ilustrar claramente os princípios da presente invenção. Além disso, números de referência iguais indicam partes correspondentes ao longo das várias vistas, nos desenhos.

[016] O depósito deste pedido de patente contém pelo menos uma figura colorida. Cópias desta patente ou da publicação do pedido de patente com figura(s) colorida(s) serão fornecidas pelo Escritório de Patentes mediante solicitação e pagamento da taxa necessária. - A fig. 1 é uma visão em perspectiva dos componentes em um sistema de acionamento de acessórios de extremidade frontal do estado da técnica; - A fig. 2 é uma vista em corte transversal axial, em perspectiva, de um TVD típico usado no sistema de acionamento de acessórios de extremidade frontal da fig. 1 do estado da técnica; - A fig. 3 é uma vista em perspectiva frontal do cubo do TVD da fig. 2; - A fig. 4 é uma vista em perspectiva frontal de uma forma de incorporação de um raio do cubo da fig. 3; - A fig. 5 é um desenho de linha em perspectiva do raio da fig. 4; - As figs. 6 a 15 são desenhos de linhas ilustrando as etapas de um método para projetar o raio das figs. 3 a 4; - As figs. 16 a 20 são desenhos em perspectiva ilustrando etapas adicionais do método para projetar o raio das figs. 3 a 4; - A fig. 21 é um gráfico 3D de um modelo de elementos finitos de um cubo do estado da técnica anterior, tendo raios com um projeto tradicional de vigas em “I”, respondendo a um momento torsional fixo; - A fig. 22 é um gráfico 3D de um modelo de elementos finitos do cubo da fig. 21 do estado da técnica anterior, respondendo a um momento de flexão fixo; - A fig. 23 é uma comparação de gráficos 3D de modelos de elementos finitos de dois cubos do estado da técnica anterior, contra uma forma de incorporação inventiva conforme aqui divulgada, tanto para um momento de flexão fixo quanto para um momento torsional fixo.

Descrição Da Invenção

[017] Faz-se agora referência detalhada à descrição das formas de incorporação conforme ilustradas nos desenhos. Embora várias formas de incorporação estejam descritas em conexão com esses desenhos, não há intenção de limitar a invenção à(s) forma(s) de incorporação aqui descritas. Ao contrário, a intenção é cobrir todas as alternativas, modificações e equivalentes.

[018] Com referência agora à fig. 1, é mostrada uma forma de incorporação exemplificativa de um sistema de acionamento de acessórios de extremidade frontal (FEAD - Front End Accessory Drive) 10, meramente conecta propósitos ilustrativos. O FEAD 10 é montado de preferência em um motor, e pode incluir uma série de acessórios acionados pelo motor 18, tais como uma bomba de vácuo, uma bomba de injeção de combustível, uma bomba de óleo, uma bomba de água, uma bomba para direção hidráulica, uma bomba de ar condicionado, um alternador, um tensor de correia, ou um impulsor de came, por exemplo. Os acessórios acionados 18 são acionados por pelo menos uma correia de acionamento sem fim 24, que também está engatada a um TVD 26 montado em um nariz 28 do virabrequim 30. O virabrequim 30 aciona o TVD 26 e, desse modo, aciona a correia de transmissão sem fim 24, que por sua vez aciona os acessórios acionados pelo motor 18 restantes e o alternador 20.

[019] Com referência agora à fig. 2, uma forma de incorporação exemplificativa de um TVD 26 é mostrada com propósitos ilustrativos. O TVD 26 inclui um cubo 32 acoplado operativamente a um membro de inércia 36 por meio de um membro elastomérico amortecedor 34, para amortecer e / ou absorver as freqüências de vibração do cubo rotativo 32 e de um virabrequim. O membro elastomérico amortecedor 34 e o membro de inércia 36 podem ser referidos aqui coletivamente como um conjunto amortecedor 44. O TVD 26 também pode incluir um isolador (não mostrado) para evitar a transferência de vibrações do corpo rígido do virabrequim para o sistema FEAD.

[020] O membro de inércia 36 geralmente é radialmente concêntrico em torno do cubo 32, e fica espaçado para fora do cubo 32 de modo a que o membro de inércia 36 e o cubo 32 definam um espaço entre eles. O membro de inércia 36 (que também pode ser descrito aqui como um corpo de polia) possui uma superfície radial interna 38 para engate com o membro elastomérico amortecedor 34, e uma porção de engate de correia 40 para engate com uma correia de transmissão sem fim, tal como a correia 24 no sistema FEAD 10 da fig. 1. O membro elastomérico amortecedor 34 pode ser fixado por pressão ou injetado no espaço definido entre o membro de inércia 36 e o cubo 32, de modo a acoplar de forma não rígida o cubo 32 e o membro de inércia 36. O membro elastomérico amortecedor 34 pode ser como aquele divulgado na patente n° U.S. 7.658.127, que está aqui incorporada como referência na sua totalidade.

[021] A fig. 3 descreve um cubo 32 tendo raios concebidos para suportarem tanto cargas de torção como de flexão. O cubo 32 possui um membro central 50 tendo um orifício central 52 e uma superfície radial externa 54; um aro periférico 56 em geral radialmente concêntrico em torno do membro central 50, e espaçado radialmente para fora do membro central 50, tendo ainda uma superfície radial interna 58 e uma superfície radial externa 59; e uma pluralidade de raios 60 que se estendem a partir da superfície radial externa 54 do membro central 50 até a superfície radial interna 58 do aro periférico 56. O cubo 32 pode ser montado em um virabrequim, recebendo o virabrequim através do seu orifício central 52. O aro periférico 56 pode ser referido aqui como um aro 56. O aro 56 apresenta uma superfície radial externa 59 para engate com o conjunto amortecedor. O cubo 32 pode ser fundido, conformado, forjado, usinado, ou moldado usando técnicas já conhecidas ou a serem desenvolvidas posteriormente. Em algumas formas de incorporação, o cubo 32 pode ser formado por uma ou mais porções que são soldadas, fundidas juntas, ou de outro modo unidas para formarem uma única peça. Os materiais adequados para o cubo 32 incluem, mas não estão limitados a, ferro, aço, alumínio, outros metais adequados, plásticos, ou uma combinação destes, incluindo materiais compostos.

[022] Com referência agora às figs. 3 a 5, a pluralidade de raios 60 pode incluir três raios 60, como mostrado na fig. 3, porém sem estar limitada a isto. Em outras formas de incorporação, o cubo 32 pode ter mais de três raios 60 estendendo-se a partir do membro central 50 até o aro 56. Cada raio da pluralidade de raios 60 possui uma primeira extremidade 62 acoplada à superfície radial externa 54 do membro central 50, e uma segunda extremidade 64 acoplada à superfície radial interna 58 do aro 56. Em uma forma de incorporação, uma largura W da segunda extremidade 64 pode ser menor do que uma largura W' da primeira extremidade 62. A superfície radial externa 54 da central o membro 50 apresenta um contorno, e a primeira extremidade 62 do raio 60 pode ter um formato que está em conformidade com o contorno da superfície radial externa 54 do membro central 50. Em uma forma de incorporação, o contorno da superfície radial externa 54 do membro central 50 pode ser cilíndrico, e a primeira extremidade 62 do raio 60 pode ser geralmente arqueada, de modo a que a primeira extremidade 62 do raio 60 se encaixe contra, e se conforme, à superfície radial externa 54 do membro central 50. A segunda extremidade 64 de cada raio 60 pode ter um formato que está em conformidade com um contorno da superfície radial interna 58 do aro 56. Em uma forma de incorporação, o contorno da superfície radial interna 58 do aro 56 é cilíndrico, e a segunda extremidade 64 do raio 60 é geralmente arqueada para conformar-se à superfície radial interna cilíndrica 58 do aro 56. Deve ser entendido que a superfície radial externa 54 do membro central 50 e a superfície radial interna 58 do aro 56 podem ter outros formatos aos quais a primeira extremidade 62 e a segunda extremidade 64 do raio 60, respectivamente, se conformam.

[023] Cada raio da pluralidade de raios 60 é sólido a partir da primeira extremidade 62 até a segunda extremidade 64, e com referência às figs. 3 a 5, ele é ainda definido por uma primeira superfície côncava 66, uma segunda superfície côncava 68, uma terceira superfície côncava 70, e uma quarta superfície côncava 72, todas estendendo-se a partir da primeira extremidade 62 até a segunda extremidade 64 do raio 60. A primeira superfície côncava 66 e a segunda superfície côncava 68 são geralmente faces opostas do raio 60, e ficam voltadas geralmente em direções axiais opostas. A terceira superfície côncava 70 e a quarta superfície côncava 72 são faces opostas do raio 60, e ficam geralmente posicionadas perpendicularmente à primeira superfície côncava 66 e à segunda superfície côncava 68. Em uma forma de incorporação, a terceira superfície côncava 70 pode estender-se a partir de uma primeira borda 76 da primeira superfície côncava 66 até uma primeira borda 78 (ver figura 5) da segunda superfície côncava 68. A quarta superfície côncava 72 estende-se desde a primeira extremidade 62 até a segunda extremidade 64 do raio 60, e também estende-se a partir da primeira superfície côncava 66 até a segunda superfície côncava 68, ao longo do comprimento do raio 60. Em uma forma de incorporação, a quarta superfície côncava 72 pode estender-se a partir de uma segunda borda 80 da primeira superfície côncava 66 até uma segunda borda 82 da segunda superfície côncava 68. A terceira superfície cônica 70 está voltada para uma direção que pode ser geralmente perpendicular à direção axial, e a quarta superfície cônica 72 está voltada para uma direção que pode ser geralmente oposta à direção na qual a terceira superfície côncava 70 fica voltada.

[024] Ainda com referência às figs. 3 a 5, a primeira superfície côncava 66 pode ser côncava a partir da primeira extremidade 62 até a segunda extremidade 64 do raio 60. A primeira superfície côncava 66 pode ser côncava a partir da primeira borda 76 até a segunda borda 80 da primeira superfície côncava 66, o que também pode ser descrito como a primeira superfície côncava 66 sendo côncava a partir da terceira superfície côncava 70 até a quarta superfície côncava 72. Em uma forma de incorporação, a primeira superfície côncava 66 pode ser côncava a partir da primeira extremidade 62 até a segunda extremidade 64, e a partir da primeira borda 76 até a segunda borda 80 da primeira superfície côncava 66. A segunda superfície côncava 68 pode ser côncava a partir da primeira extremidade 62 até a segunda extremidade 64 do raio 60. A segunda superfície côncava 68 pode ser côncava a partir da primeira borda 78 até a segunda borda 82 da segunda superfície côncava 68, o que também pode ser descrito como a segunda superfície côncava 68 sendo côncava a partir da terceira superfície côncava 70 até a quarta superfície côncava 70. Em uma forma de incorporação, a segunda superfície côncava 68 pode ser côncava a partir da primeira extremidade 62 até a segunda extremidade 64, e a partir da primeira borda 78 até a segunda borda 82 da segunda superfície côncava 68. Em uma forma de incorporação, a primeira superfície côncava 66 pode ter uma concavidade ou contorno que é igual à concavidade ou contorno da segunda superfície côncava 68.

[025] A terceira superfície côncava 70 é côncava a partir da primeira extremidade 62 até a segunda extremidade 64 do raio 60. A terceira superfície côncava 70 pode ser côncava a partir da primeira superfície côncava 66 até a segunda superfície côncava 68. Em uma forma de incorporação, a terceira superfície côncava 70 pode ser côncava a partir da primeira extremidade 62 até a segunda extremidade 64, mas pode ser geralmente plana ou reta estendendo-se a partir da primeira superfície côncava 66 até a segunda superfície côncava 68 (isto é, ela não é côncava lateralmente, mas apenas a partir da primeira extremidade até a segunda extremidade). Em outra forma de incorporação, a terceira superfície côncava 70 pode ser côncava tanto a partir da primeira extremidade 62 até a segunda extremidade 64 como a partir da primeira superfície côncava 66 até a segunda superfície côncava 68. A quarta superfície côncava 72 é côncava a partir da primeira extremidade 62 até a segunda extremidade 64 do raio 60. A quarta superfície côncava 72 também pode ser côncava a partir da primeira superfície côncava 66 até a segunda superfície côncava 68. Em uma forma de incorporação, a quarta superfície côncava 72 pode ser geralmente plana / reta estendendo-se a partir da primeira superfície côncava 66 até a segunda superfície côncava 68 (ou seja, ela não é côncava lateralmente). Em outra forma de incorporação, a quarta superfície côncava 72 pode ser côncava a partir da primeira extremidade 62 até a segunda extremidade 64, e a partir da primeira superfície côncava 66 até a segunda superfície côncava 68. Em uma forma de incorporação, a terceira superfície côncava 70 pode ter uma concavidade ou contorno que é igual à concavidade ou contorno da quarta superfície côncava 72.

[026] O termo côncava / concavidade, como usado acima, refere-se geralmente a um contorno de uma superfície que se dobra ou se curva para dentro em direção ao centro de um certo formato; neste caso, o formato é o do raio 60. As concavidades das superfícies descritas acima (primeira superfície côncava 66, segunda superfície côncava 68, terceira superfície côncava 70, e quarta superfície côncava 72) podem ser geralmente circulares (arqueadas), elípticas, parabólicas, hiperbólicas, ou outro formato curvado. A concavidade pode ocorrer com respeito a uma ou mais direções. Em uma forma de incorporação, pelo menos uma dentre as primeira superfície côncava 66, segunda superfície côncava 68, terceira superfície côncava 70, e quarta superfície côncava 72, possui uma concavidade que é definida por um arco de círculo. Em uma forma de incorporação, pelo menos uma dentre as primeira superfície côncava 66, segunda superfície côncava 68, terceira superfície côncava 70, e quarta superfície côncava 72, pode ter uma concavidade arqueada tanto lateralmente, ao longo da superfície, como radialmente, a partir da primeira extremidade 62 até a segunda extremidade 64, de modo que a superfície fica em conformidade com o contorno da superfície de uma esfera.

[027] Com referência às figs. 6 a 21, será descrito um método para projetar um raio da presente invenção. O método pode ser realizado à mão, usando técnicas tradicionais de desenho, ou através do uso de um software de desenho assistido por computador. Em ambos os casos, o método pode incluir o uso de múltiplas camadas de desenho. Conforme mostrado na fig. 6, quatro diâmetros são primeiro desenhados sobre um eixo central 101 do TVD (o eixo central 101 estende-se perpendicularmente à folha na qual a figura 6 está impressa, e portanto é representado como um ponto ou ponto central em torno do qual os quatro diâmetros são geralmente concêntricos). Os quatro diâmetros representam os seguintes aspectos físicos específicos do cubo: o orifício central 102, a superfície radial externa do membro central 104, a superfície radial interna do aro 106, e a superfície radial externa do aro 108. O diâmetro desenhado para representar a superfície radial externa do membro central pode ser referido como o diâmetro externo do membro central 104, e a superfície radial interna do aro 106 pode ser aqui referida como o diâmetro interno do aro 106.

[028] Com referência agora à fig. 7, um diâmetro externo deslocado do membro central 110 é desenhado dentro do diâmetro externo do membro central 104, com o diâmetro externo deslocado do membro central 110 sendo menor do que o diâmetro externo do membro central 104 por um deslocamento do membro central 111, que é uma distância radial do diâmetro externo deslocado do membro central 110 até o diâmetro externo do membro central 104. Um diâmetro interno deslocado do aro 112 é desenhado para fora do diâmetro interno do aro 106, de modo a que o diâmetro interno deslocado do aro 112 seja maior do que o diâmetro interno do aro 106 por um deslocamento do aro 113, que é uma distância radial do diâmetro interno deslocado do aro 112 até o diâmetro interno do rebordo 106. O diâmetro interno deslocado do aro 112 e o diâmetro externo deslocado do membro central 110 podem ser geralmente concêntricos em torno do eixo central 101 (ponto central). O deslocamento do membro central 111 e o deslocamento do aro 113 podem ser geralmente iguais, e iguais a um primeiro deslocamento. Em uma forma de incorporação, os quatro diâmetros originais - orifício central 102, diâmetro externo do membro central 104, diâmetro interno do aro 106, e diâmetro externo do aro 108 - podem ser convertidos em linhas de construção e movidos para outra camada de um desenho, para utilização em etapas posteriores, deixando apenas o diâmetro externo deslocado do membro central 110 e o diâmetro interno deslocado do aro 112, conforme mostrado na fig. 8. Em uma forma de incorporação, os quatro diâmetros originais 102, 104, 106 e 108 podem ser escondidos, apagados, eliminados ou removidos do desenho, para serem adicionados de volta mais tarde, depois que o raio for projetado.

[029] Com referência agora à fig. 8, uma primeira linha 114 é desenhada radialmente para fora, sendo retilínea a partir do eixo central 101 e indo até pelo menos o diâmetro interno deslocado do aro 112. Uma posição da primeira linha 114 representa um plano médio sagital de um primeiro raio a ser criado posteriormente, como mostrado nas figs. 9 a 20. Uma segunda linha 116 é desenhada radialmente para fora, sendo retilínea a partir do eixo central 101 e indo até pelo menos o diâmetro interno deslocado do aro 112, em uma posição destinada a representar um plano de médio sagital de um segundo raio. Em uma forma de incorporação, um ângulo 118 entre a primeira linha 114 e a segunda linha 116 pode ser determinado dividindo-se 360° (2π radianos) por um número desejado de raios. Para a forma de incorporação representada na fig. 3, o cubo possui três raios; assim, o ângulo 118 é de cerca de 120° (2,1 radianos). Com referência à fig. 9, é desenhada uma terceira linha 120 que é paralela à primeira linha 114, e está deslocada lateralmente da primeira linha 114 por um segundo deslocamento 117. Se o eixo Y 122 estiver alinhado com a primeira linha 114, então o deslocamento lateral da terceira linha 120 a partir da primeira linha 114 está em uma direção positiva do eixo X (ou, observando-se a vista superior da figura 9, a terceira linha 120 está à direita da primeira linha 114). Uma quarta linha 124 é desenhada paralelamente à segunda linha 116, estando deslocada lateralmente da segunda linha 116 por uma distância igual ao segundo deslocamento 117. A quarta linha 124 está deslocada lateralmente da segunda linha 116 em direção à terceira linha 120, de modo que a terceira linha 120 e a quarta linha 124 se cruzam.

[030] Fazendo referência agora à fig. 10, um primeiro arco 126 é desenhado tangente à terceira linha 120, à quarta linha 124, e ao diâmetro externo deslocado do membro central 110. Com referência à fig. 11, é desenhado um segundo arco 128 que é uma imagem espelhada do primeiro arco 126 em torno da, ou em relação à, primeira linha 114. Uma geometria de raio inicial é assim definida pelo primeiro arco 126, pelo segundo arco 128, pelo diâmetro externo deslocado do membro central 110, e pelo diâmetro interno deslocado do aro 112, a qual foi representada preenchida em hachurado apenas para facilitar a compreensão do desenho. Mais especificamente, a geometria de raio inicial é definida pelo seguinte: um segmento do primeiro arco 126, estendendo-se a partir do diâmetro interno deslocado do aro 112 até o diâmetro externo deslocado do membro central 110; um segmento do diâmetro externo deslocado do membro central 110, estendendo-se a partir do primeiro arco 126 até o segundo arco 128; um segmento do segundo arco 128, estendendo-se a partir do diâmetro externo deslocado do membro central 110 até o diâmetro interno deslocado do aro 112; e um segmento do diâmetro interno deslocado do aro 112, estendendo-se a partir do segundo arco 128 até o primeiro arco 126.

[031] Em seguida, conforme mostrado na fig. 12, porções de todas as linhas e diâmetros de círculo que não definem um limite da geometria de raio inicial 130 são ocultas, apagadas, excluídas, ou, de outra forma, removidas.

[032] Então, a geometria de raio inicial 130 é reproduzida uma pluralidade de vezes, como mostrado na fig. 13. Uma das geometrias de raio 132 reproduzida está centralmente posicionada, de maneira a ser uma geometria de raio posicionada centralmente 134. Pelo menos duas das geometrias de raio 132 reproduzidas estão posicionadas acima da geometria de raio posicionada centralmente 134, e pelo menos duas das geometrias de raio 132 reproduzidas estão posicionadas abaixo da geometria de raio posicionada centralmente 134. A geometria de raio 136 reproduzida mais externamente acima da geometria de raio posicionada centralmente 134, está mais próxima de uma geometria de raio vizinha 138 do que a geometria do raio vizinha 138 está da geometria de raio posicionada centralmente 134. Igualmente, a geometria de raio 136 reproduzida mais externamente abaixo da geometria de raio posicionada centralmente 134, está mais próxima de uma geometria de raio vizinha 138 do que a geometria de raio vizinha 138 está da geometria de raio posicionada centralmente 134.

[033] Com referência agora à fig. 14, os pontos médios 140 de cada linha arqueada do limite das geometrias de raio vizinhas 138, tanto acima como abaixo da geometria de raio posicionada centralmente 134, são determinados e marcados. Oito arcos 142 são então desenhados, com um cada um estando entre cada conjunto de cantos adjacentes 144 de cada uma das geometrias de raio mais externas 136. Cada arco 142 passa a partir de um canto adjacente 144, através do ponto médio 140 da linha de limite da geometria de raio vizinha 138, até o outro canto adjacente 144. Quatro linhas verticais 146 são então desenhadas, conectando os cantos de uma das geometrias de raio mais externas 136 ao mesmo canto da outra geometria de raio mais externa 136. As linhas verticais 146 são segmentos de linha que são paralelos ao eixo vertical. Fazendo referência agora à fig. 15, os oito arcos 142 e os quatro segmentos de linha verticais 146 são retidos para definirem o formato tridimensional 148 do primeiro raio. Todas as outras linhas / geometrias podem ser ocultas, apagadas, excluídas ou removidas do desenho.

[034] Com referência à fig. 16, o método para projetar um raio pode ainda incluir a formação de superfícies 150 do formato tridimensional do primeiro raio 152. As superfícies 150 podem formar um corpo sólido 154. Conforme ilustrado na fig. 17, o formato tridimensional do primeiro raio 152 pode ser reproduzido de modo a definir uma pluralidade de raios 156 tendo formatos tridimensionais idênticos ao do primeiro raio 152. O número de raios 156 pode ser um número pré-selecionado, por exemplo, conforme mostrado na fig. 17, três raios, porém quatro, cinco ou mais raios são possíveis. Como mostrado na fig. 17, a pluralidade de raios 156 pode ser arranjada em torno de um eixo 158 como uma disposição polar, com cada uma das primeiras extremidades 160 voltada para o eixo 158.

[035] Fazendo referência agora à fig. 18, o método inclui ainda desenhar o membro central 162 contra a primeira extremidade 160 de cada raio da pluralidade de raios 156, e desenhar um aro periférico 164 contra a segunda extremidade oposta 166 de cada raio da pluralidade de raios 156. Em uma forma de incorporação, o membro central 162 foi concebido antes do projeto dos raios 156, de modo que o desenho do membro central 162 envolve reapresentar ou sobrepor o membro central 162 de volta no projeto. Da mesma forma, o desenho do aro periférico 164 pode reapresentar ou sobrepor o aro 164 de volta no projeto. A face 168 (face de arruela) do membro central 162 pode ser extrudada. Com referência agora à fig. 19, um círculo 170 pode ser desenhado sobre uma face axial 168 do membro central 162 para definir um nariz de vedação 172. Conforme ilustrado na fig. 20, o nariz de vedação 172 pode ser alongado axialmente a partir da face axial 168 do membro central 162. Todos os sólidos podem então ser unidos para formarem a concepção final do cubo 174. Chanfros e filetes (não mostrados) podem ser adicionados à concepção final do cubo 174.

[036] Os raios aqui divulgados são projetados para suportarem tanto forças de torção como de flexão atuando sobre o cubo, o que pode resultar em redução de peso, de inércia, e finalmente de custo do sistema amortecedor ao qual o cubo está incorporado. Para ilustrar este ponto, são incluídas as figs. 21 a 23. As figs. 21 e 22 mostram os resultados de modelos de elementos finitos 3D de um cubo tendo uma configuração de vigas em “I” típica, comum no estado da técnica. A fig. 21 mostra o desempenho do cubo em resposta a um momento de torção de magnitude fixa, e indica um fator de segurança equivalente a 3 para suportar forças de torção. A fig. 22 mostra os resultados para o mesmo cubo exposto a um momento de flexão com a mesma magnitude fixa. O fator de segurança equivalente para o cubo, em resposta ao momento de flexão, foi de 2,15.

[037] Com referência agora à fig. 23, o desempenho de um cubo tendo os raios aqui descritos foi comparado com o desempenho de cubos tendo projetos de raios tradicionais, um tendo raios com vigas retangulares afuniladas e outro tendo raios com vigas em “I”. A fig. 23 mostra os resultados de modelos de elementos finitos 3D para esses cubos, tendo pesos iguais e características semelhantes (ou seja, chanfros e filetes), com a única diferença sendo a geometria dos raios. Para a primeira avaliação, o desempenho de cada um dos cubos foi modelado em resposta a um momento de torção de 300 Nm com uma carga de correia de 500 N. Para a segunda avaliação, o desempenho de cada um dos cubos foi modelado em resposta a um momento de flexão de 100 Nm com uma carga de correia de 500 N. A Tabela 1 mostra o estresse ou tensão máxima experimentada por cada um dos cubos nas avaliações um e dois. Tabela 1

[038] Conforme observado pelos resultados na Tabela 1, os três cubos experimentaram tensões máximas substancialmente semelhantes para o momento de torção, mas a forma de incorporação da invenção apresenta uma resistência estrutural superior na flexão. A tensão máxima inferior para o momento de flexão representa uma melhoria de 38% em relação ao cubo tendo raios retangulares afunilados, e de 49% em relação ao cubo tendo vigas em “I”. Isto foi realizado enquanto ainda foi mantido o mesmo volume e peso observados nos cubos tradicionais do estado da técnica anterior, testados nas avaliações um e dois.

[039] Um melhor desempenho do raio em resposta a forças de flexão e modos de vibração de flexão permite que o cubo seja projetado para suportar tanto forças de flexão como de torção. Conforme mostrado pelo exemplo anterior, um cubo tendo o projeto de raio aqui revelado funciona melhor ao suportar forças de flexão do que os cubos tradicionais com o mesmo volume e peso. Isto pode melhorar a vida de fadiga do cubo tendo o projeto de raio aqui revelado, o que também pode melhorar a vida de fadiga do amortecedor e aumentar a vida útil do cubo e do amortecedor.

[040] Se um cubo tendo o projeto de raio aqui revelado for projetado para prover o mesmo desempenho que os cubos do estado da técnica anterior, em vez de um desempenho melhorado, então o cubo tendo o projeto de raio aqui revelado pode ser feito com menos material do que os cubos do estado da técnica anterior para alcançar o mesmo desempenho. O projeto de cubo tendo os raios aqui divulgados, tendo menos material para alcançar o mesmo desempenho observado no estado da técnica anterior, pode reduzir os custos, o peso e a inércia do material do TVD. O projeto de raio aqui revelado também permite que o cubo seja efetivamente fabricado de maneira econômica por processos já conhecidos, como por exemplo, por fundição.

[041] Embora a invenção seja ilustrada e descrita com relação a certas formas de incorporação, é óbvio que ocorrerão modificações aos especialistas na técnica, após a leitura e compreensão desta especificação, com a presente invenção incluindo todas essas modificações.

Claims

1. Amortecedor de vibração torsional (26), compreendendo: - um cubo (32); e - um membro de inércia (36) concêntrico em torno do cubo (32), tendo um membro elastomérico (34) posicionado operacionalmente entre eles; caracterizado por o cubo (32) compreender uma pluralidade de raios (60), que se estendem a partir de uma superfície radial externa (54) de um membro central (50) até uma superfície radial interna (58) de um aro periférico (56), com cada raio da pluralidade de raios compreendendo: - uma primeira extremidade (62) acoplada à superfície radial externa (54) do membro central (50); - uma segunda extremidade (64) acoplada à superfície radial interna (58) do aro periférico (56); - uma primeira superfície côncava (66), que se estende entre a primeira extremidade (62) e a segunda extremidade (64) e está voltada para uma direção axial; - uma segunda superfície côncava (68), que se estende entre a primeira extremidade (62) e a segunda extremidade (64) e está voltada na direção oposta à primeira superfície côncava; - uma terceira superfície côncava (70), que se estende entre a primeira extremidade (62) e a segunda extremidade (64) e entre a primeira superfície côncava (66) e a segunda superfície côncava (68); e - uma quarta superfície côncava (72), que se estende entre a primeira extremidade (62) e a segunda extremidade (64) e entre a primeira superfície côncava (66) e a segunda superfície côncava (68), em que a quarta superfície côncava (72) estando voltada geralmente na direção oposta à terceira superfície côncava (70).

2. Amortecedor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, para cada raio da pluralidade de raios (60), a primeira superfície côncava (66) e a segunda superfície côncava (68) serem côncavas, estendendo-se a partir da primeira extremidade (62) até a segunda extremidade (64).

3. Amortecedor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por, para cada raio da pluralidade de raios (60), a primeira superfície côncava (66) e a segunda superfície côncava (68) serem adicionalmente côncavas, estendendo-se a partir da terceira superfície côncava (70) até a quarta superfície côncava (72).

4. Amortecedor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, para cada raio da pluralidade de raios (60), a terceira superfície côncava (70) e a quarta superfície côncava (72) serem côncavas, estendendo-se a partir da primeira extremidade (62) até a segunda extremidade (64).

5. Amortecedor, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por, para cada raio da pluralidade de raios (60), a terceira superfície côncava (70) e a quarta superfície côncava (72) serem geralmente planas, estendendo-se a partir da primeira superfície côncava (66) até a segunda superfície côncava (68).

6. Amortecedor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a terceira superfície côncava (70) ser geralmente perpendicular à direção axial.

7. Amortecedor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por, para cada raio da pluralidade de raios (60), pelo menos uma concavidade de pelo menos uma dentre a primeira superfície côncava (66), segunda superfície côncava (68), terceira superfície côncava (70), e quarta superfície côncava (72), ser definida por um arco de círculo.

8. Amortecedor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, para cada raio da pluralidade de raios (60), a largura da segunda extremidade (64) ser menor do que a da primeira extremidade (62).

9. Amortecedor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, para cada raio da pluralidade de raios (60), a primeira extremidade (62) ter um formato que está em conformidade com a superfície radial externa (54) do membro central (50), e a segunda extremidade (62) ter um formato que está em conformidade com a superfície radial interna (58) do aro periférico (56).

10. Sistema de acionamento de acessórios de extremidade frontal (10) compreendendo o amortecedor de vibração torsional (26) conforme definido na reivindicação 1, caracterizado por ser montado em um virabrequim (30), para rotação junto com o mesmo.

11. Método para projeto de um raio (60) para um amortecedor de vibração torsional (26) conforme definido na reivindicação 1, compreendendo: - desenhar um diâmetro externo deslocado do membro central (110), dentro de um diâmetro externo (104) de um membro central (162), deslocado por um primeiro deslocamento selecionado (111); - desenhar um diâmetro interno deslocado do aro periférico (112) para fora de um diâmetro interno (106) de um aro periférico (164); - desenhar uma primeira linha (114) radialmente para fora a partir de um eixo central (101) do amortecedor de vibração torsional, indo até pelo menos o diâmetro interno deslocado do aro periférico (112), em uma posição que representa um plano médio sagital de um primeiro raio; - desenhar uma segunda linha (116) radialmente para fora do eixo central (101) do amortecedor de vibração torsional, indo até pelo menos o diâmetro deslocado do aro periférico (112), em uma posição representando um plano médio sagital de um segundo raio vizinho; - desenhar uma terceira linha (120) paralela à primeira linha (114), deslocada lateralmente da mesma por um segundo deslocamento selecionado (117); - desenhar uma quarta linha (124) paralela à segunda linha (116), deslocada lateralmente da mesma pelo segundo deslocamento (117), mas indo em direção à terceira linha (120); - desenhar um primeiro arco (126) tangente à terceira linha (120), à quarta linha (124), e ao diâmetro externo deslocado do membro central (110); - desenhar um segundo arco (128) como uma imagem espelhada do primeiro arco (126), em relação à primeira linha (114), definindo assim lados opostos de uma geometria de raio inicial (130); - remover linhas e círculos de diâmetro, exceto aqueles que definem a geometria de raio inicial (130); - reproduzir a geometria de raio inicial (130) uma pluralidade de vezes, e dispor pelo menos duas geometrias acima e pelo menos duas geometrias abaixo de uma geometria de raio posicionada centralmente (134), caracterizado por as geometrias de raio mais externas (136) acima e abaixo da geometria de raio posicionada centralmente estarem mais próximas da sua geometria de raio vizinha do que a geometria vizinha está da geometria de raio inicial central; - desenhar oito arcos (142) usando cada conjunto de cantos adjacentes (144) de cada uma das geometrias de raio mais externas (136), com os arcos estendendo-se entre os cantos adjacentes e passando por um ponto médio (140) entre os mesmos cantos adjacentes da geometria de raio vizinha; - desenhar quatro segmentos de linha (146), paralelos ao eixo, a partir de cada um dos cantos (144) de uma das geometrias de raio mais externas, indo até o mesmo canto da geometria de raio mais externa; e - manter apenas os oito arcos e os quatro segmentos de linha, definindo assim o formato tridimensional do primeiro raio.

12. Método para projeto de um raio para um amortecedor de vibração torsional, conforme definido na reivindicação 1, caracterizado por compreender: - executar as etapas conforme descritas na reivindicação 11; - formar superfícies (150) do formato tridimensional do primeiro raio (152); - reproduzir o formato tridimensional do primeiro raio (152) para definir uma pluralidade de raios, equivalente a um número pré-selecionado de raios (156); -arranjar a pluralidade de raios em torno de um eixo central (158) do amortecedor de vibração torsional como uma disposição polar, com cada uma das primeiras extremidades (160) voltada em direção ao eixo central; - desenhar o membro central (162) contra a primeira extremidade (160) de cada raio da pluralidade de raios; e - desenhar o aro periférico (164) contra a segunda extremidade (166) de cada raio da pluralidade de raios.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o desenho do membro central (162) compreender a reapresentação do membro central, e o desenho do aro periférico (164) compreender a reapresentação do aro periférico.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender ainda a extrusão da face de arruela (168) do membro central (162).

15. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender ainda a criação de um círculo (170) em uma face axial (168) do membro central (162), para definir um nariz de vedação (172).

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender ainda o alongamento axial do nariz de vedação (172).

17. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender ainda a adição de chanfros e filetes.