ES2226928T3 - Unidad de arboles de compensacion para maquinas de piston alternativo. - Google Patents

Abstract

Unidad de árboles de compensación para máquinas de combustión interna, compuesta por al menos un árbol de compensación (6, 7) alojado en una caja de compensación (5) y por al menos un peso de compensación (8) fijado sobre el árbol de compensación, caracterizada porque el peso de compensación (8) es sustancialmente un anillo cilíndrico con dos superficies frontales (61) normales respecto al eje y con una escotadura (55) en la zona central longitudinal, de modo que el peso de compensación se compone de dos piezas anulares (60, 61), dispuestas a continuación de las dos superficies frontales (61), y de una parte de segmento (62) intermedio.

Description

Unidad de árboles de compensación para máquinas de pintón alternativo.

La invención se refiere a una unidad de árboles de compensación para máquinas de pistón alternativo, compuesta por un árbol de compensación alojado en una caja de compensación y por al menos un peso de compensación fijado sobre éste. Los árboles de compensación tienen el objetivo de compensar las fuerzas de masa y los momentos de masa que se producen en las máquinas de pistón alternativo. Se emplean preferentemente en máquinas de combustión interna ligeras, de revoluciones altas, especialmente por pares en motores de cuatro cilindros en serie para compensar las fuerzas de masa de segundo orden. Generalmente, son accionados por el cigüeñal, en este último caso de aplicación con el doble número de revoluciones, es decir, hasta más de 10.000 revoluciones.

Esto significa requisitos extremos en cuanto a precisión y alojamiento. Al mismo tiempo, sin embargo, deben ser lo más ligeros y baratos posible en la fabricación y el montaje y ocupar el mínimo espacio posible dentro del cárter del cigüeñal. En líneas generales, son posibles dos tipos de construcción distintos: el árbol de compensación está realizado en una sola pieza con sus pesos de compensación o está "construido", es decir, que los pesos de compensación se fijan al árbol acabado.

El primero se describe por ejemplo en el documento DE3705346A, y el segundo en el documento US4425821. El tipo de construcción en una sola pieza es muy costoso y requiere la máxima precisión, y en árboles con más de dos cojinetes conduce a grandes diámetros de cojinete que a las altas velocidades no pueden dominarse en cuanto a la lubricación. Por estas mismas razones, quedan prohibidos también los rodamientos. Los árboles de compensación construidos, en cambio, ofrecen la ventaja de permitir menores diámetros de cojinete, teniendo que garantizarse, sin embargo, una rigidez suficiente del árbol. Además, incluso en caso de más de dos cojinetes se pueden usar cajas de una sola pieza con casquillos de cojinete cerrados por todas partes. Sin embargo, resulta difícil alcanzar la máxima precisión, una fijación fiable y una masa excéntrica suficiente con dimensiones exteriores limitadas. Así, por ejemplo, en el caso de la conexión de apriete del documento US4425821 resultan dudosos la precisión, el diámetro exterior mínimo y la solidez de la unión.

Por lo tanto, la invención tiene el objetivo de realizar un árbol de compensación construido de tal forma que con unos gastos de fabricación mínimos cumpla los requisitos de máxima precisión, fijación fiable y dimensiones exteriores mínimas.

Según la invención, el peso de compensación es sustancialmente un anillo cilíndrico con dos superficies frontales normales respecto al eje y con una escotadura en la zona central longitudinal, de modo que el peso de compensación se compone de dos partes anulares, situadas a continuación de las dos superficies frontales, y de una parte de segmento intermedio. Es similar a unos tirantes. Los anillos cerrados, situados en los bordes, absorben la fuerza de tracción, ofreciendo una unión sólida precisa y cargando el árbol cerca de su cojinete, de modo que no se produzca ninguna solicitación a la flexión. En el caso más sencillo pueden estar aplicados por contracción. La escotadura en la zona central longitudinal (que se extiende prácticamente a través de la mitad del contorno) permite una gran excentricidad de masa con un pequeño diámetro exterior. La parte de segmento envuelve la otra mitad del contorno. Está en contacto con la zona de tracción del árbol solicitado a flexión, aumentando de esta manera considerablemente su rigidez. Este entorpecimiento de la deformación por el aumento del momento de resistencia favorece el árbol (menores tensiones de flexión) y los cojinetes (mejor perfil de soporte por menor flexión). Por lo tanto, los árboles pueden realizarse con menores diámetros.

Si la excentricidad de masa alcanzada de esta forma no fuese suficiente, basta con un leve aumento del diámetro exterior para que el peso de compensación en el lado opuesto a la escotadura presente un engrosamiento que aumenta la masa excéntrica (reivindicación 2).

Según una configuración ventajosa, al menos una de las superficies frontales del peso de compensación forma una quicionera junto con una superficie mecanizada de la caja de compensación (reivindicación 3). De este modo, sin piezas adicionales se proporciona también una quicionera que garantiza el posicionamiento axial exacto.

Además, en el caso de un árbol de compensación alojado en una caja de compensación de una sola pieza de metal ligero, forma parte del alcance de la invención que las superficies de alojamiento del cojinete de deslizamiento estén realizadas en la propia caja de compensación (reivindicación 4). Así, con el menor gasto se consigue un alojamiento especialmente exacto. La superficie de alojamiento es una superficie cilíndrica ininterrumpida que es mecanizada con la mayor precisión directamente en la caja de metal ligero. Se ha mostrado que debido al pequeño diámetro del árbol permanece en el rango de la lubricación puramente hidrodinámica.

Según una forma de realización ventajosa, el peso de compensación está unido con el árbol de compensación mediante una soldadura por rayo energético en la escotadura, realizada a ambos lados en el cruce del plano de escotadura con el árbol de compensación (reivindicación 5 ). Así se realiza una unión especialmente rápida y fiable que también queda totalmente libre de deformación en el caso de soldaduras opuestas, realizadas preferentemente con un láser.

Según otra forma de realización ventajosa, el árbol de compensación presenta al menos un primer taladro transversal alineado con al menos un segundo taladro transversal del peso de compensación, recibiendo los dos taladros un elemento de unión sustancialmente cilíndrico (reivindicación 6) que puede ser un tornillo (reivindicación 7), un pasador de ajuste (reivindicación 8), un casquillo tensor (reivindicación 9) o un remache (reivindicación 10).

A continuación, la invención se describe y explica con la ayuda de las figuras. Muestra la:

figura 1 un esquema de disposición de una unidad según la invención,

figura 2 una vista axonométrica de una caja de compensación como parte de la unidad según la invención, en vista en planta desde arriba,

figura 3 un corte longitudinal a través de una unidad según la invención en una primera y una segunda forma de realización,

figura 4 un corte transversal según III-III y IV-IV en la figura 3,

figura 5 un corte longitudinal a través de una unidad según la invención, en una tercera y una cuarta forma de realización,

figura 6 un corte transversal según V-V y VI-VI en la figura 5,

figura 7 un corte longitudinal a través de una unidad según la invención en una quinta y una sexta forma de realización,

figura 8 un corte transversal según VII-VII y VIII-VIII en la figura 7,

figura 9 una vista axonométrica de un peso de compensación según la invención, y

figura 10 un corte transversal según X-X en la figura 2, ampliado.

En la figura 1, la máquina de pistón alternativo 1 está representada sólo por su cigüeñal 2 y los cojinetes principales 3 de éste. Los cojinetes principales 3 son representativos del conjunto del bloque del motor que puede estar configurado tanto según el modo de construcción de túnel como con puentes de alojamiento libres. El dispositivo de compensación de masa, fijado al bloque de motor por debajo del cigüeñal 2, está denominado en general por 4. Se compone de una caja de compensación 5 y de dos árboles de compensación 6, 7 que rotan en sentido antagonista en la misma y que presentan pesos de compensación 8. En líneas discontinuas están representados los planos normales 9 a través de los cojinetes principales 3; en ellos se encuentran también los cojinetes del dispositivo de compensación de masa 4. Los árboles de compensación 6, 7 son accionados, a través de una rueda dentada de accionamiento 11, por una rueda dentada 10 unida de forma no giratoria con el cigüeñal 2. Las ruedas sincrónicas 12, 13 aseguran un número de revoluciones antagonista igual.

La figura 2 muestra la caja de compensación 5 que en el ejemplo de realización representado es una pieza de fundición de metal ligero. Se compone de una bandeja de fondo 15 con agujeros de salida 16 de aceite y una cantidad de puentes de alojamiento 17, 18, 19. Cada puente de alojamiento presenta en sus dos lados un punto de inyección 20 con un taladro 21 vertical para un correspondiente bulón roscado 22 que sólo está representado aproximadamente y con el que la caja de compensación 5 se atornilla al bloque de motor. Para ello, en el entorno de los taladros 21 están formadas superficies de contacto 23. A través de dichas superficies de contacto, la caja de compensación montada está unida con los puntos correspondientes en el bloque de motor, que se encuentra en un plano normal 9 común con los puentes de alojamiento 17, 18, 19. La unión no representada en detalle se realiza o bien con los nervios transversales del bloque de motor que forman el asiento del cojinete principal o bien con los puentes de alojamiento del cojinete o, en caso de una construcción de túnel, en éste.

La figura 3 representa un corte longitudinal vertical por el árbol de compensación 6 que por las peculiaridades del tipo de construcción descrito puede ser un árbol sencillo, puramente cilíndrico de diámetro constante. Los tres puentes de compensación 17, 18, 19 forman cojinetes de deslizamiento 30 para el alojamiento del árbol de compensación 6. Presentan la peculiaridad de que en el material base de la caja de compensación 5 o de los puentes de alojamiento están mecanizadas superficies de alojamiento 31 para el alojamiento radial sin que haga falta ningún casquillo de cojinete. En los dos puentes de alojamiento 17, 19 exteriores están realizadas quicioneras 32, para lo cual también están previstas superficies de alojamiento 33 mecanizadas a precisión en el material base.

Sobre los árboles de compensación 6, 7 se pueden fijar de distintas maneras los pesos de compensación 8. Para ello, en los cortes longitudinales de las figuras 3, 5, 7 están representados respectivamente dos tipos de fijación y, en las figuras 4, 6 y 8, los dos árboles de compensación 6, 7 están asignados correspondiente a uno y al otro tipo de realización. Se entiende por sí mismo que, normalmente, se elegirá el mismo tipo de fijación para los dos árboles de compensación y para todos los pesos de compensación.

En la figura 3, a la derecha, el peso de compensación 8 está aplicado simplemente por contracción (34) al árbol de compensación 6, y a la izquierda, está unido mediante dos soldaduras por láser 35, 35' orientadas longitudinalmente y dispuestas de forma diametralmente opuesta. En esta disposición de las soldaduras y al usar un rayo de alta energía enfocado estrechamente, el árbol de compensación 6 queda libre de deformación.

Las figuras 5 y 6 muestran otros dos tipos de unión entre el árbol de compensación 6 y el peso de compensación 8. A la izquierda, en el árbol de compensación 6 está previsto un taladro roscado 38 y en el peso de compensación 8 está previsto un taladro de ajuste con concavidad 39, a través del cual están atornillados uno o dos tornillos de ajuste 40 desde el lado del peso de compensación. A la derecha es al revés: a través de un taladro 41 en el árbol de compensación 6 y de un taladro roscado 42 en el peso de compensación 8 se atornillan tornillos de ajuste 43.

En las figuras 7 y 8 se realiza la unión a través de un taladro de ajuste 45 en el árbol de compensación 6 y de un taladro de ajuste 46 preferentemente escalonado en el peso de compensación 8, en el que durante el montaje se introduce al menos un pasador de ajuste 47 (aquí son dos). A la derecha están previstos dos taladros de ajuste 48, 49 del mismo diámetro en los que durante el montaje se meten dos casquillos tensores 50.

La figura 9 muestra el peso de compensación 8 en detalle. Su forma básica es la de un anillo cilíndrico o de un cilindro hueco de pared gruesa, lo que se indica con líneas discontinuas. Puede estar fabricado de distintas maneras, por ejemplo de forja o de fundición fina. No obstante, al describir la forma se habla de una escotadura 55 que se realiza a lo largo de una parte de la longitud y aproximadamente a través de la mitad del contorno. La escotadura 55 está limitada por dos planos de escotadura 56, 57 y por superficies de escotadura 58 laterales. Los planos de escotadura 56, 57 son esenciales si la unión del árbol se realiza mediante soldadura láser; en este caso, la soldadura se sitúa en la línea de corte de los planos de escotadura 56, 57 con el cilindro del árbol de compensación 6. Colindando con la escotadura 55 a ambos lados en el sentido longitudinal quedan dos partes anulares 59, 60 que son anillos cerrados y que absorben las fuerzas centrífugas y, en caso de una unión por contracción, también las fuerzas circunferenciales que producen la tensión de contracción. Las partes anulares 59, 60 tienen, respectivamente en el lado exterior, una superficie frontal 61 que, actuando en conjunto con la superficie de alojamiento 33 del puente de alojamiento 17, forma una quicionera 32. La escotadura 55 se extiende aproximadamente a lo largo de un semicírculo, en el semicírculo restante se encuentra una parte de segmento 62 que forma la masa excéntrica. Dado que entre las partes anulares 59, 60 en el lado de la escotadura 55 no se encuentra ningún material, incluso con un pequeño grosor de la parte de segmento 62 se puede conseguir una alta excentricidad. Si esto no fuese suficiente, puede estar realizado adicionalmente un engrosamiento 63.

La figura 10 representa principalmente el suministro de aceite. El cojinete principal 3 y, por tanto, todo el bloque de motor, está representado sólo aproximadamente. El cojinete principal mismo se encuentra por encima de la figura y por tanto ya no se puede ver. También la caja de compensación 5 está representada sólo parcialmente y los bulones roscados 22 con los que está atornillada al bloque de motor o al cojinete principal 3 están indicados sólo por una línea de puntos y rayas. El corte está realizado en el puente de alojamiento 19 (figura 2). En la caja de compensación 5 se encuentra un primer canal de lubricación 70 vertical que es paralelo a los taladros roscados 21 (figura 2) pudiendo taladrarse con los mismos en un solo procedimiento de sujeción. En el cojinete principal 3 o el bloque de motor está previsto un segundo canal de lubricación 71 vertical que está alineado con el primero, pero que finaliza a una pequeña distancia 72. De este modo, se absorben, por ejemplo, los deslizamientos causados por la dilatación térmica, de tal forma que no puedan provocar tensiones de la caja de compensación 5. Los dos canales de lubricación 70, 71 están unidos por un casquillo 73 enchufado. El primer canal de lubricación 70 vertical puede estar realizado como agujero ciego, pero se extiende debajo del plano en el que se encuentran los dos árboles de compensación 6, 7. La unión con los dos cojinetes 30 se realiza por taladros 74, 75 que vuelven a conducir hacia arriba. Cruzan el canal de lubricación 70 pudiendo taladrarse desde abajo en la caja de compensación 5. Están cerrados hacia fuera por bolas 76 introducidas a presión y desembocan en una nuez distribuidora 77 de aceite del cojinete de deslizamiento 30.

Claims (10)

1. Unidad de árboles de compensación para máquinas de combustión interna, compuesta por al menos un árbol de compensación (6, 7) alojado en una caja de compensación (5) y por al menos un peso de compensación (8) fijado sobre el árbol de compensación, caracterizada porque el peso de compensación (8) es sustancialmente un anillo cilíndrico con dos superficies frontales (61) normales respecto al eje y con una escotadura (55) en la zona central longitudinal, de modo que el peso de compensación se compone de dos piezas anulares (60, 61), dispuestas a continuación de las dos superficies frontales (61), y de una parte de segmento (62) intermedio.

2. Unidad de árboles de compensación según la reivindicación 1, caracterizada porque el peso de compensación (8) presenta en el lado opuesto a la escotadura (55) un engrosamiento (63) que aumenta la masa excéntrica.

3. Unidad de árboles de compensación según la reivindicación 1, que está alojada en cojinetes de deslizamiento (30) en la caja de compensación (5), caracterizada porque al menos una de las superficies frontales (61) del peso de compensación (8) forma una quicionera (32) junto con la superficie mecanizada (33) de la caja de compensación (5).

4. Unidad de árboles de compensación según la reivindicación 3, estando el árbol de compensación alojado en una caja de compensación (5) de metal ligero, caracterizada porque las superficies de alojamiento (31) del cojinete de deslizamiento están realizadas en la propia caja de compensación (5).

5. Unidad de árboles de compensación según la reivindicación 1, caracterizada porque el peso de compensación (8) está unido con el árbol de compensación (6, 7) por una soldadura de alta energía (35, 35') en la escotadura (55), que está realizada a ambos lados en la intersección del plano (56, 57) de la escotadura con el árbol de compensación (6, 7).

6. Unidad de árboles de compensación según la reivindicación 1, caracterizada porque el árbol de compensación (6, 7) presenta al menos un primer taladro transversal (38; 41; 45; 48) alineado con al menos un segundo taladro transversal (39; 42; 46; 49) del peso de compensación (8), recibiendo los dos taladros un elemento de unión (40; 43; 47; 50) sustancialmente cilíndrico.

7. Unidad de árboles de compensación según la reivindicación 6, caracterizada porque el elemento de unión cilíndrico es un tornillo (40).

8. Unidad de árboles de compensación según la reivindicación 6, caracterizada porque el elemento de unión cilíndrico es un pasador de ajuste (47).

9. Unidad de árboles de compensación según la reivindicación 6, caracterizada porque el elemento de unión cilíndrico es un casquillo tensor (50).

10. Unidad de árboles de compensación según la reivindicación 6, caracterizada porque el elemento de unión cilíndrico es un remache.