BRPI0717622A2

BRPI0717622A2 - Engrenagem envolvente e aderente com disco rotativo descentrado

Info

Publication number: BRPI0717622A2
Application number: BRPI0717622-8A
Authority: BR
Inventors: Frank Rettig; Peter Kelm
Original assignee: Schaeffler Kg
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2013-10-22
Also published as: US20100041501A1; EP2084426A1; CN101529120A; DE102006049987A1; WO2008049694A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ENGRENA- GEM ENVOLVENTE E ADERENTE COM DISCO ROTATIVO DESCEN- TRADO"

Descrição Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a uma engrenagem envolvente, especialmente uma engrenagem envolvente com disco rotativo descentrado. Além disso, a presente invenção refere-se a um disco de rotação descentra- do para proporcionar uma ligação aderente. Fundamentos da Invenção

Sistemas propulsores na base de elementos contínuos com transmissão de força, como, por exemplo, correias ou correntes e discos rotativos são amplamente distribuídos no emprego industrial. Especialmente nos motores de combustão esse sistema de acionamento será utilizado, por exemplo, para transferir o momento da árvore de um gerador de partida para um eixo de manivela.

Além da árvore do gerador de partida também outros componen- tes como, por exemplo, água ou bomba de combustível pode ser acionada por correias ou correntes através do eixo de manivela. Como preâmbulo pa- ra acionamento de correias e correntes estas representam as chamadas en- grenagens envolventes.

A presente invenção está relacionada aos acionamentos por cor- reia, isto é, com as engrenagens envolventes, nas quais entre as árvores a serem acopladas e o elemento contínuo a ser acoplado e que transmite for- ça existe uma ligação aderente ou com fecho devido à força.

Nesses acionamentos de correia, os momentos de entrada e de carga podem estar sujeitos oscilações cíclicas. Exemplos para estes casos é o momento de acionamento cíclico de um motor de combustão ou o momen- to de carga cíclico de uma bomba. Através dessas oscilações cíclicas, os componentes das engrenagens envolventes podem ser excitados, passando a oscilar.

Na excitação desfavorável, por exemplo, próximo de uma fre- qüência específica do sistema, resultam efeitos dinâmicos indesejados co- mo, por exemplo, picos de força dinâmicos no elemento contínuo transmis- sor de força ou uma oscilação do próprio elemento contínuo transmissor de força. Estes resultam em uma solicitação majorada sobre os elementos con- tínuos e podem resultar em deslizamento ou irradiação de som em estrutu- ras limítrofes. Pela sujeição dinâmica será, além disso, também reduzida à durabilidade dos discos e do elemento contínuo.

Até agora esses efeitos dinâmicos foram reduzidos por contra medidas complexas como, por exemplo, sistemas tensores, marchas livres, amortecedores, correias elásticas, etc. Estas medidas construtivas são, to- davia, elas próprias, incidente ao desgaste e a danos e em virtude de um número majorado de componentes construídos dificultam a montagem da engrenagem envolvente. Objeto da Invenção

A presente invenção tem como objeto oferecer uma engrenagem

envolvente aderente aprimorada, na qual, de modo simples são compensa- das oscilações de ângulo de giro, sendo evitado um deslize eventualmente resultante das oscilações do ângulo de rotação, bem como menor desgaste dos elementos contínuo transmissor de energia e reduzidas solicitações em todos os componentes, de maneira que é alcançada uma durabilidade maior da engrenagem envolvente. Sumário da Invenção

Esta tarefa será solucionada por uma engrenagem envolvente de acordo com a reivindicação 1 e um disco rotativo de acordo com a reivin- dicação 7.

A engrenagem envolvente de acordo com a presente invenção para transmissão de momento abrange ao menos uma árvore de entrada que introduz o momento na engrenagem envolvente, possuindo ao menos outra árvore para a qual momento deverá ser transferido bem como elemen- to contínuo transmissor de energia que está em ligação aderente tanto com ao menos uma árvore de entrada como também ao menos também com ou- tra árvore. Uma conexão ou entre ao menos uma árvore de entrada ou entre ao menos outra árvore e o elementos contínuo transmissor de energia, será oferecido pelo disco rotativo envolto pelo elemento contínuo transmissor de energia. A engrenagem envolvente de acordo com a invenção caracteriza-se pelo fato de que o disco rotativo apresenta um raio e depende funcionalmen- te de um ângulo de giro e um raio médio determinado.

Pelo raio dependente do ângulo de rotação surge um disco rota- tivo descentrado, pela qual podem ser compensadas oscilações no ângulo de rotação e uma sujeição irregular do elemento contínuo. O disco rotativo no caso deverá ser separadamente configurado para cada caso de emprego específico.

A engrenagem envolvente de acordo com a invenção pode, além disso, ser caracterizada pelo fato de que o raio do disco rotativo pode ser forçado para fora na forma de

R(<p) R0+ Ri sin(n,(p)

sendo que R0 representa o raio médio, R, representa uma amplitude des- centrada, n, representa o número das saliências e φ representa um parâme- tro de marcha a partir de um intervalo de o até 2π.

Além disso, a engrenagem envolvente de acordo com a inven- ção pode ser caracterizada pelo fato de que o raio do disco rotativo na forma de

R((p) = R0 +Σ Ri sin(ni<p + n).

i

pode ser forçado para fora sendo que R0 representa o raio médio, Rj repre- senta uma amplitude descentrada, n, representa o número das saliências φ representa um parâmetro de marcha de intervalo 0 a 2π e γ, é um desloca- mento de fase.

O raio médio será adequadamente selecionado na dependência dos demais parâmetros, de maneira que resulte um comprimento desejável da curva circunferencial do disco rotativo. O número da saliência também é chamado de ordem. Como pode ser reconhecido, ao raio médio também pode ser sobrepostos vários componentes de interferência independente de ângulo e de diferentes ordens. Caso não tiver previsto um componente de interferência obter-se-á um disco rotativo circular e redondo. De modo cor- respondente está previsto que sempre esteja previsto ao menos um compo- nente de interferência.

Caso cada parâmetro R, estiver regulado em zero, obtêm-se igualmente um disco rotativo circular e redondo. Neste sentido está previsto de acordo com a invenção que cada parâmetro R, seja diferente de zero.

De preferência está previsto que o disco rotativo oferece uma ligação com transferência de força para aquela árvore que introduz uma in- terferência na movimentação ou de aumento dentro da engrenagem envol- vente.

Não obstante a utilização de um disco rotativo descentrado, en- tre o elemento contínuo e uma das árvores pode se apresentar um desliza- mento que produz uma alteração da posição angular de ao menos uma árvo- re de entrada em relação ao menos outra árvore. Caso o disco rotativo des- centrado de acordo com a invenção fosse montão em uma árvore que não introduz uma interferência de movimentação ou de momento em forma de uma oscilação cíclica, ou seja, de momento para a engrenagem envolvente, então a posição do disco rotativo descentrado na direção da árvore introdu- tora da interferência se modificaria, de maneira que ao invés de uma com- pensação da excitação de oscilação, não poderá apresentar-se um efeito ou até mesmo um reforço da excitação. Não obstante, se o disco rotativo des- centrado for montado diretamente na árvore geradora da interferência, então não obstante um deslizamento incidente ficará sempre garantido que a posi- ção angular não se altera em relação à árvore correspondente que excita a oscilação, ou seja, que introduz a interferência.

Com relação à árvore introdutora da interferência, pode se tratar tanto de uma ao menos uma árvore de entrada ou também de uma ao me- nos outra árvore, isto é, eventualmente uma árvore de saída.

Além disso, poderá ser previsto que o disco rotativo seja configu- rado de modo inteiriço com a árvore de entrada.

Desta maneira não será necessário prever uma ligação rotativa adicional entre a árvore correspondente e o disco rotativo, com o que será facilitada a montagem. Além disso, será excluído que o disco rotativo apre- sente uma rotação diante da árvore de entrada em virtude de um dano ou de um afrouxamento da ligação do componente rotativo.

Segundo uma forma de realização da invenção, o elemento transmissor de energia é uma correia em V. Além disso, no caso da correia utilizada poderá tratar-se de uma correia de cunha com nervuras, uma cor- reia chata, uma correia redonda ou qualquer outro tipo de correia adequada.

Pela utilização de uma correia em V a face de contacto da cor- reia em relação ao disco rotativo é ampliada, comparada com a utilização de uma correia chata. Desta maneira, entre a correia em Veo disco de rotação passam a atuar forças de fricção mais intensas, sendo reduzido o perigo de um deslizamento.

Um disco rotativo de acordo com a invenção para prover uma ligação fornecedora de energia entre um elemento fornecedor de energia e uma árvore, caracteriza-se pelo fato de que o raio do disco rotativo depende funcionalmente de um ângulo de rotação e de um raio médio.

O disco rotativo de acordo com invenção pode, além disso, ser caracterizado pelo fato de que seu raio, em forma de

R(cp) = R0 + Ri sin(n,(p) pode ser forçado para fora, sendo que Ro representou o raio médio, Rj re- presenta uma amplitude descentrada η·, representa o número das Saliências e φ representa o parâmetro de marcha a partir de um intervalo de 0 a 2π. Além disso, o disco rotativo de acordo com a invenção pode ser caracteriza- do pelo fato de que o seu raio na forma de R((p) =Ro + I Ri sin(n,cp + n)

i

pode ser forçado para fora, sendo que R0 representa o raio médio, Ri repre- senta uma amplitude envolvente, η·, representa o número das saliências, φ representa o parâmetro de marcha a partir de um intervalo de 0 a 2π e γ, re- presenta um deslocamento de fase.

Pode ser previsto que o disco rotativo de acordo com a invenção seja configurado de modo inteiriço com a árvore. Outras vantagens e configuração da invenção resultam da des- crição e do desenho anexo.

Entende-se que as características acima mencionadas e poste- riormente ainda serão explicitadas podem ser utilizadas não apenas na combinação indicada, mas também em outras combinações ou isoladamen- te, sem abandonar a correia da presente invenção. Breve Descrição dos Desenhos

A invenção será a seguir explicitada com base em um exemplo de execução. No desenho correspondente é mostrado: Figura 1 a geometria de um disco rotativo de acordo com a in-

venção pertencente a uma engrenagem envolvente. Descrição Detalhada dos Desenhos

A Figura 1 apresenta a projeção do raio 20 de um disco rotativo de acordo com a invenção 10 para fins de comparação, além disso, está re- presentada em caráter adicional e em linhas tracejadas, com raio de compa- ração 30 constante.

O cálculo do traçado do raio 20 do disco rotativo 10 de uma en- grenagem envolvente de acordo com a invenção será a seguir feita com ba- se em um exemplo.

No emprego exemplificado, um disco rotativo 10 deverá ser con-

figurado para uma engrenagem envolvente para ligação de um gerador de correia-partida (RSG) com o eixo de manivela de um motor de combustão.

Uma utilização desta natureza uma freqüência específica apro- ximadamente na faixa de duas mil revoluções por minuto estará presente. Nesta faixa de rotações verifica-se uma excitação através da árvore de ma- nivela aproximadamente na ordem de grandeza de 1o de amplitude oscilan- te. A excitação do sistema resulta de uma dilatação cíclica e recalque dos elementos terminais transmissores de energia baseado na oscilação do ân- gulo de oscilação com uma amplitude aproximadamente de 1o. Uma vantagem na regulagem de um disco rotativo de acordo

com invenção, ou seja, de uma engrenagem envolvente de acordo com a invenção, no emprego RSG reside em que a freqüência específica do siste- ma também está relativamente elevada. Na faixa de 2000 rotações por minu- to, a excitação a partir do processo da combustão já está consideravelmente reduzida de maneira que com uma descentragem relativamente reduzida pode ser lograda uma redução inequívoca dos efeitos dinâmicos na faixa de ressonância.

De acordo com invenção, o disco rotativo 10 descentrado será contado no eixo de manivela. A descentragem será dimensionada de tal ma- neira baseado nos cálculos subseqüentes, no sentido de que no ponto de ressonância regule uma velocidade do meio tracionador mais constante pos- sível.

Na prática é geralmente suficiente de reduzir consideravelmente a excitação na ressonância. No caso de uma compensação completa da ex- citação na ressonância, nas faixas das rotações supercríticas podem resultar efeitos dinâmicos indesejados, eventualmente oscilações da torre ou pro- blemas de ruídos. No presente exemplo, a excitação na ressonância não deverá ser, portanto, totalmente compensada, mais foi apenas reduzida a tal ponto que fique assegurada a função da engrenagem envolvente. A com- pensação realiza-se, portanto, apenas na base até 50%.

A alteração do comprimento resultante da amplitude de ângulo de rotação dL pode ser determinada de acordo com a seguinte fórmula:

2 ·π Dkw dL 360 -A-2 (1) sendo que dL representa o prolongamento do meio tracionador em mm, A representa a amplitude do ângulo de giro em G e Dkw representa o diâmetro do eixo de manivela em mm.

Esta alteração do comprimento do elemento contínuo transferi- dor de energia dL pode ser totalmente compensado por um disco rotativo 10 com raio 20 alterável, quando o raio 20 oscilar com uma amplitude de R. Esta amplitude Rn é calculada de acordo com a seguinte fórmula: Rn = dL. n, (2)

sendo que η é a ordem dos motores. O valor médio R0 pode ser calculado com bastante precisão de acordo com a seguinte fórmula: R0=^. (3)

O traçado do raio 20 do disco de rotação 10 resulta da fórmula R((p) = R0+ Rn sin(n.<p). (4)

sendo que φ é um parâmetro de marcha para a descrição da geometria do disco em um intervalo de 0 a 2j.

As equações de (1) até (3) referem-se a uma ordenação aleató- ria no espectro da excitação. Por meio de uma sobreposição de uma geome- tria discoidal para diferentes ordens, poderá ser gerado da superposição uma geometria discoidal que pode compensar várias ordens no todo ou em parte. Um disco de rotação 10 que pode compensar várias ordens não pode- rá ser forçosamente ajustado para rotações do motor. Assim, por exemplo, uma geometria discoidal também pode ser configurado de tal maneira que a ordem principal é compensada em outras rotações do que uma ordem cola- teral. Um disco rotativo 20 desta maneira poderá ser determinado de acordo com a seguinte fórmula

R(q>) =Ro + I Ri sin(n,(p + n) (5)

/

sendo que γ, representa um deslocamento de fase.

De acordo com a equação 1 resulta no caso de um exame e- xemplificado de D«w de 150mm, uma ordem de motor de 2 e uma amplitude de ângulo oscilante de 1o, sendo a alteração do comprimento dL para 1,3mm.

A partir das equações (2) e (3) resultará então Rn igual a 2,6mm e RO a 75mm.

O traçado do raio 20 seqüencial de acordo com a equação (4)

está registrado na Figura 1. Para efeito de comparação está representado um raio comparativo em um raio constante de 76mm.

Após a equação (2) resultará em uma compensação completa da excitação no ponto de ressonância quando o raio oscilar uma amplitude de 2,6mm e um valor médio de 75mm. Todavia, como era apenas visada uma compensação de 50%, resulta no presente exemplo a amplitude da os- cilação do raio do disco apenas na base de 1,3mm. Na montagem do disco rotativo 10 no eixo de manivela, ou seja, na construção de um eixo de manivela com disco rotativo inteiriço, a posição do disco rotativo deverá então ser selecionada de tal maneira que uma ele- vada velocidade de rotação do eixo de manivela coincida com o raio peque- no do disco rotativo 10. No caso é decisivo no raio com o qual o elemento contínuo transferidor de energia estabelece contacto e abandona o disco.

O disco rotativo 10 de acordo com a invenção será preferencial- mente empregado em um dispositivo de acionamento sincronizado ou em uma engrenagem envolvente de acordo com a invenção. O dispositivo de acionamento sincronizado, ou seja, a engrenagem envolvente, está configu- rado preferencialmente para ser empregado em um veículo automotor ou em uma aeronave. O disco rotativo 10 de acordo com a invenção, ou seja, a en- grenagem envolvente de acordo com a invenção pode, todavia, ser empre- gada independentemente desses empregos mencionados, Por exemplo, em máquinas têxteis ou em máquinas de escritório.

Relação Numérica de Componentes Disco Rotativo

Raio do Disco Rotativo

Raio Constante de Comparação

Claims

1. Engrenagem envolvente para transferência de momento com ao menos uma árvore entrada que introduz o momento dentro da engrena- gem envolvente, com ao menos outra árvore para qual o momento deverá ser transferido, e um elemento contínuo transferidor de energia que está em ligação energético tanto com ao menos uma das árvores de entrada como também ao menos de outra árvore, sendo que é oferecida uma ligação ou entre ao menos uma árvore de entrada ou entre ao menos outra árvore e o elemento contínuo transferidor de energia, por meio de um disco rotativo, envolto pelo elemento contínuo transferidor de energia, caracterizado pelo fato de que o disco rotativo apresenta um raio que depende funcionalmente de um ângulo de rotação e de um determinado raio médio.

2. Engrenagem envolvente de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado pelo fato de que o raio do disco rotativo pode ser expresso na seguinte forma: R(cp)= Ro+Ri sin(nij(p). sendo que: R0 = Raio Médio, Ri = uma amplitude descentrada, ηi = número das saliências, φ = parâmetro de marcha a partir de um intervalo de 0 a 2D.

3. Engrenagem envolvente de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado pelo fato de que o raio do disco rotativo pode ser expresso na seguinte forma: <formula>formula see original document page 11</formula> sendo que: R0 = Raio Médio, Ri = amplitude descentrada, ni = número das saliências, φ = parâmetro de marcha a partir de um intervalo de 0 a 2L, n·,= deslocamento de fase.

4. Engrenagem envolvente de acordo com uma das reivindica- ções de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o disco rotativo produz uma conexão com transferência de energia naquela árvore que introduz uma in- terferência de movimentação ou de momento dentro da engrenagem envol- vente.

5. Engrenagem envolvente de acordo com a reivindicação 4, na qual o disco rotativo está configurado de modo inteiriço com ao menos uma árvore de entrada.

6. Engrenagem envolvente de acordo com uma das reivindica- ções de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o elemento transferidor de e- nergia é uma correia em V.

7. Disco rotativo para oferecer uma ligação com transferência de energia entre um elemento contínuo transferidor de energia e uma árvore, caracterizado pelo fato de que o raio do disco rotativo depende funcional- mente do ângulo de rotação e de um raio médio.

8. Disco rotativo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o raio do disco rotativo pode ser expresso na seguinte for- ma: R(<p)= R0 + Rj sin(riiÇ). sendo que: R0 = Raio Médio, Ri = uma amplitude descentrada, rii = número das saliências, φ = parâmetro de marcha a partir de um intervalo de 0 a 2γ.

9. Disco rotativo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o raio do disco rotativo pode ser expresso na seguinte for- ma:<formula>formula see original document page 12</formula> sendo que: R0 = Raio Médio, R j = amplitude descentrada, ni= número das saliências, φ = parâmetro de marcha a partir de um intervalo de 0 a 21, Yi= deslocamento de fase.

10. Disco rotativo de acordo com uma das reivindicações de 7 a9, caracterizado pelo fato de que o disco rotativo está configurado de modo inteiriço com a arvore.