BRPI0709973A2 - acoplamento de eixos elástico com corpos de borracha não-uniformes - Google Patents
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Abstract
<B>ACOPLAMENTO DE EIXOS ELáSTICO COM CORPOS DE BORRACHA NAO-UNIFORMES<D>A invenção refere-se a um acoplamento de eixos (1) elástico, com uma superfície de contato mecânica no lado do acionamento (2) e no lado da saída (15), sendo que as duas superfícies de contato (2, 15) estão destinadas, em cada caso, para ligação do acoplamento de eixos (1) a um elemento de máquina adjacente, sendo que o acoplamento de eixos (1) apresenta pelo menos dois corpos de borracha elásticos (4,9), que estão ligados um depois do outro, entre a superfície de contato do lado do acionamento (2) e no lado da saída (15), cuja espessura de material axial (S~ 1~, S~ 2~) aumenta, em cada caso, com distância radial (R~ 1~, R~ 2~) crescente em relação ao eixo central (10) do acoplamento de eixos (1). A presente invenção tem por base a tarefa de reduzir a quantidade de borracha do acoplamento de eixos, sob conservação de suas propriedades elásticas. Isso é obtido pelo fato de que os respectivos corpos de borracha (4, 8) estão realizados de modo não-uniforme no que se refere à sua rigidez de torção (C~ 1~ C~ 2~), mais precisamente, de tal modo não-uniforme que a rigidez de torção de um dos dois corposde borracha (8) sempre é pelo menos uma vez e meia maior do que a rigidez de torção (C~ 1~) do outro corpo de borracha (4).
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ACOPLA-MENTO DE EIXOS ELÁSTICO COM CORPOS DE BORRACHA NÃO-UNIFORMES".
A presente invenção refere-se a um acoplamento de eixos elás-tico com uma superfície de contato mecânica no lado do acionamento e umano lado da saída, sendo que as duas superfícies de contato estão destina-das para ligar o acoplamento de eixos a um elemento de máquina adjacente,sendo que o acoplamento de eixos apresenta pelo menos dois corpos deborracha elásticos, que estão ligados um depois do outro, entre superfície decontato no lado do acionamento e no lado da saída, cuja espessura de mate-rial axial aumenta, em cada caso, com distância radial crescente em relaçãoao eixo central do acoplamento de eixos.
Um acoplamento de eixos desse tipo é conhecido do documentode patente alemão DE 197 14 420 A1 do mesmo depositante.
Acoplamentos de eixos elásticos do tipo citado inicialmente ser-vem para amortecer trepidações de rotação em ramais de acionamento. A-lém disso, eles compensam o deslocamento radial e axial de seções indivi-duais do ramal de acionamento uns em relação aos outros. Desse modo, porexemplo, a engrenagem de um navio, em geral, está disposta fixamente,enquanto o motor a diesel do navio está disposto elasticamente. O desloca-mento do motor causado por vibrações e deformações do caso é compen-sado por um acoplamento de eixos elástico, que está disposto entre o motore a engrenagem. Além disso, o acoplamento de eixos elástico amortece tre-pidações de rotação, que se formam no sistema.
Os elementos elásticos desses acoplamentos têm a forma deum corpo rotativo, cuja superfície de rotação é aproximadamente em formade V. Devido a essa geometria, a espessura de material axial da borrachaaumenta com crescente distância radial em relação ao eixo central do aco-plamento de eixos, para garantir uma distribuição de tensão uniforme dentrodo corpo de borracha sobre todo seu diâmetro.
Na escolha do acoplamento para o ramal de acionamento espe-cificado, as constantes elásticas de torção individuais de momentos de inér-cia de massa dos corpos de borracha e seus discos flanqueadores são valo-res de parâmetro essenciais. Para variar construtivamente os mesmos, nopassado, o aumento das espessuras de material dos corpos de borracha foimodificado de modo igual ao das constantes elásticas específicas do materi-al. Nesse caso, no entanto, as espessuras de material axiais dos corpos deborracha eram variadas sempre em uma medida idêntica, o que levou aofato de que os corpos de borracha pareciam especularmente simétricos emum plano especular, vertical ao eixo central do acoplamento de eixos. Comotambém sempre foi previsto o mesmo material para os dois corpos de borra-cha, isso, finalmente, levou ao fato de que as constantes elásticas de torçãodos corpos de borracha individuais eram aproximadamente idênticas. Aquantidade de borracha daí resultante foi aceita tal como dada.
Mas a quantidade de borracha representa um fator de custosconsiderável de um acoplamento de eixos. Para baixar a quantidade damesma, a presente invenção tem por base a tarefa de diminuir a quantidadede borracha de um acoplamento de eixos do tipo citado inicialmente, sobconservação de suas propriedades elásticas.
Isso é obtido, surpreendentemente, pelo fato de que os respecti-vos corpos de borracha são realizados de modo não-uniforme no que se re-fere à sua rigidez de torção, portanto ao seu quociente de momento de tor-ção e ângulo de torção, e, mais precisamente, de tal modo não-uniforme quea rigidez de torção de um dos dois corpos de borracha sempre é pelo menosuma vez e meia maior do que a rigidez de torção do outro corpo de borra-cha.
O abandono da uniformidade das resistências à torção dos cor-pos de borracha individuais abre um novo grau de libertação no dimensio-namento do acoplamento. O mesmo permite que a quantidade de borrachatotal necessária seja reduzida. A respectiva relação das resistências elásti-cas é dependente do sistema geral "ramal de acionamento", de modo quenão pode ser indicada uma regra de dimensionamento absoluta. No entanto,mostrou-se que as possibilidades de economia de material são particular-mente grandes quando as resistências elásticas divergem pelo fator trêsumas das outras.
A rigidez de torção individual de um corpo de borracha depende,por um lado, da constante elástica específica de material do material e, poroutro lado, da espessura axial do corpo de borracha. Para a transformaçãoconstrutiva das constantes elásticas não-uniformes recomenda-se, inicial-mente, variar as espessuras axiais dos corpos de borracha e, mais precisa-mente, de tal modo, que a espessura de material axial do corpo de borrachamais macio dos dois corpos de borracha, a uma distância radial, é semprepelo menos uma vez e meia maior do que a espessura de material do corpode borracha mais duro, à mesma distância radial em relação ao eixo centraldo acoplamento de eixos. Um acoplamento de eixos realizado desse modo,conseqüentemente, não apresenta um plano especular com relação aoscorpos de borracha ligados um depois do outro. Por essa medida, o uso deborracha pode ser reduzido consideravelmente.
Esse efeito de economia é favorecido por uma não-uniformidadea maior possível das espessuras de material. Desse modo, são dadas pos-sibilidades de economia particularmente boas em acoplamentos de eixos,que apresentam um corpo de borracha que radialmente em direção ao exte-rior é sempre três vezes mais espesso do que o outro corpo de borracha. Arelação concreta das espessuras de material, porém, depende dos compo-nentes restantes do ramal de acionamento e de seus comportamentos di-nâmicos, de modo que não podem ser indicadas relações de espessura dematerial absoluta. No entanto, os efeitos de economia descritos só são per-ceptíveis em uma relação de 1,5.
Além disso, recomenda-se configurar os corpos de borracha demodo diferente, não só no que se refere à sua geometria, mas também noque se refere às suas constantes elásticas específicas de material. Com aju-da de aditivos, a elasticidade da borracha pode ser variada dentro de umadeterminada largura de âmbito. Recomenda-se levar em consideração essavariável na execução do acoplamento e prever constantes elásticas específi-cas de material diferentes.
Aliás, as propriedades elásticas de um corpo de borracha podemser variadas por uma segmentação do mesmo em direção circunferencial.Desse modo, é formado um corpo de borracha, que é constituído de umapluralidade de segmentos, que se estendem sobre um determinado setoranular. Também é possível perfurar o corpo de borracha axialmente, paraotimizar a ventilação dos corpos de borracha.
A presente invenção é explicada, agora, mais detalhadamentepor meio de um exemplo de uma modalidade. Para a mesma mostra:
Figura 1: acoplamento de eixos com dois corpos de borrachanão-uniformes.
O acoplamento de eixos elástico 1 transmite o torque de um mo-tor não representado pelo lado direito do acoplamento de eixos 1 a uma en-grenagem não representada no lado esquerdo do acoplamento de eixos 1.Para esse fim, o acoplamento de eixos 1 apresenta no lado direito uma su-perfície de contato 2 mecânica no lado do acionamento, na forma de um flange 2, no qual o eixo do motor, não representado, é ligado por flange. Oflange 2 é componente de um primeiro disco 3, sobre o qual um primeirocorpo de borracha 4 está vulcanizado. Com seu flanco esquerdo, o corpo deborracha 4 está vulcanizado sobre um segundo disco 5. A espessura de ma-terial axial Si do primeiro corpo de borracha 4 é a medida entre os dois dis-cos 3, 5, que flanqueiam o primeiro corpo de borracha 4.
O segundo disco 5 está aparafusado por meio de uma união porparafusos 6 com um terceiro disco 7, sobre o qual um segundo corpo de bor-racha 8 está vulcanizado. Esse segundo corpo de borracha 8 é limitado emseu outro flanco por um quarto disco 9.
Os dois corpos de borracha 4, 8 distinguem-se consideravelmen-te no que se refere à sua configuração e à sua rigidez de torção. Desse mo-do, a espessura de material axial Si do primeiro corpo de borracha 4 é sem-pre três vezes maior do que a espessura de material axial S2 do segundocorpo de borracha 8 na mesma distância radial R = R1 = R2. A espessura dematerial axial Si e S2 dos corpos de borracha 4, 8 é entendida como a medi-da entre os discos 3, 5 ou 7,9 flanqueadores, que aumenta, em cada caso,com a distância radial R em relação ao eixo central 10 do acoplamento deeixos 1. No sentido da presente patente registrada, na espessura de materialnão estão incluídas as regiões de borda 11 pontiagudas dos corpos de bor-racha 4, 8, bem como perfurações axiais 12, que servem para a ventilaçãodos corpos de borracha 4, 8. Para o dimensionamento da espessura de ma-terial axial Si do primeiro corpo de borracha 4 na região de borda externaestá, despercebido, um anel de apoio 13, vulcanizado dentro do primeirocorpo de borracha 4.
A diferença extrema nas espessuras de material axiais S1 e S2leva ao fato de que as resistências à torção C1 e C2 dos corpos de borracha4, 8 são igualmente diferentes. Como a resistência diminui com a quantidadede borracha usada, a rigidez de torção C2 do segundo corpo de borracha 8,mais estreito, é aproximadamente três vezes maior do que a rigidez de tor-ção C1 do primeiro corpo de borracha 4, mais largo. A relação de C2 para C1e de S1 para S2 perfaz, em cada caso, três, uma vez que foi usado o mesmomaterial de borracha, com a mesma constante elástica específica de materi-al. O uso de variedades de borracha aditivadas de modo diferente abre umparâmetro mais amplo para otimização do volume de borracha total.
No quarto disco 9 está aparafusada uma mola de membrana 14,que transmite o torque adicionalmente a um cubo 15, que serve como super-fície de contato mecânica 15 no lado da saída. No cubo 15 é inserido o eixode entrada de uma engrenagem.
No acoplamento de eixos 1 representado, os dois corpos de bor-racha 4, 8 servem pra o amortecimento das vibrações de rotação. Além dis-so, o primeiro corpo de borracha 4 compensa o deslocamento radial do mo-tor suspenso elasticamente em relação à engrenagem disposta fixamente.Isso é obtido por uma espessura de material axial Si comparativamentegrande. O segundo corpo de borracha 8 apresenta uma espessura de mate-rial axial S2 menor pelo fator 3, motivo pelo qual ele é mais duro em direçãoradial do que o primeiro corpo de borracha 4 e, com isso, praticamente nãocompensa o deslocamento radial. A mola de membrana 14 é rígida em dire-ção circunferencial e radial e compensa deslocamentos axiais entre a super-fície de contato mecânica 2 no lado do acionamento (flange) e a superfíciede contato mecânica no lado da saída 15 (cubo).
Em comparação com um acoplamento de eixos com as mesmaspropriedades dinâmicas e corpos de borracha simétricos, o presente aco-plamento apresenta uma massa de borracha nitidamente menor.
Claims (8)
1. Acoplamento de eixos (1) elástico, com uma superfície decontato mecânica no lado do acionamento (2) e no lado da saída (15), sendoque as duas superfícies de contato (2, 15) estão destinadas, em cada caso,para ligação do acoplamento de eixos (1) a um elemento de máquina adja-cente, sendo que o acoplamento de eixos (1) apresenta pelo menos doiscorpos de borracha elásticos (4,8), que estão ligados um depois do outro,entre a superfície de contato do lado do acionamento (2) e no lado da saída(15), cuja espessura de material axial (S-ι. S2) aumenta, em cada caso, comdistância radial (Ri, R2) crescente em relação ao eixo central (10) do aco-plamento de eixos (1), caracterizado pelo fato de que a rigidez de torção (C2)de um dos dois corpos de borracha (8) é pelo menos uma vez e meia maiordo que a rigidez de torção (C1) do outro corpo de borracha (4).
2. Acoplamento de eixos elástico de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de que a rigidez de torção (C2) de um dos doiscorpos de borracha (8) é pelo menos três vezes maior do que a rigidez detorção (Ci) do outro corpo de borracha (4).
3. Acoplamento de eixos elástico de acordo com a reivindicação-1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a espessura de material axial (Si) deum dos dois corpos de borracha (4), a uma distância radial (Ri = R) é sem-pre pelo menos uma vez e meia maior do que a espessura de material axial(S2) do outro corpo de borracha (8) à mesma distância radial (R2 = R).
4. Acoplamento de eixos elástico de acordo com a reivindicação-3, caracterizado pelo fato de que a espessura de material axial (Si) de umdos dois corpos de borracha (4), a uma distância radial (Ri = R) é semprepelo menos três vezes maior do que a espessura de material axial (S2) dooutro corpo de borracha (8) à mesma distância radial (R2 = R).
5. Acoplamento de eixos elástico de acordo com uma das reivin-dicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o material de um corpode borracha (4) apresenta uma outra resistência elástica específica do que omaterial do outro corpo de borracha (8).
6. Acoplamento de eixos elástico de acordo com uma das reivin-dicações precedentes, caracterizado pelo fato de que pelo menos um doscorpos de borracha (4, 8) está segmentado.
7.
Acoplamento de eixos elástico de acordo com uma das reivin-dicações precedentes, caracterizado pelo fato de que pelo menos um doscorpos de borracha (4,8) está axialmente perfurado.
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