ES2228617T3 - Dispositivo para compensar las fuerzas de inercia en motores de piston alternativo. - Google Patents
Dispositivo para compensar las fuerzas de inercia en motores de piston alternativo.Info
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Abstract
Dispositivo para compensar las fuerzas de inercia en motores de pistón alternativo, compuesto de una carcasa de compensación y una pareja de ejes de compensación (6, 7) montados en la misma en cojinetes de deslizamiento con pesos de compensación (8), siendo la carcasa de compensación (5) enteriza y estando fijada directa o indirectamente al bloque motor, y siendo accionados los ejes de compensación desde el eje de cigüeñal montado en sus cojinetes básicos (3), caracterizado porque a) los cojinetes de deslizamiento (30) de los ejes de compensación (6, 7) con los cojinetes básicos (3) del eje de cigüeñal (2) están dispuestos en un plano (9) perpendicular al eje de cigüeñal, b) los cojinetes de deslizamiento (30) son taladros cilíndricos mecanizados como superficies de soporte (31) en la carcasa de compensación (5), c) los ejes de compensación (6, 7) son ejes cilíndricos de diámetro fundamentalmente constante, sobre los que están fijados aisladamente los pesos de compensación (8).
Description
Dispositivo para compensar las fuerzas de inercia
en motores de pistón alternativo.
La invención se refiere a un dispositivo para
compensar las fuerzas de inercia en motores de pistón alternativo,
compuesto de una carcasa de compensación y una pareja de ejes de
compensación montados en la misma en cojinetes de deslizamiento con
pesos de compensación, siendo la carcasa de compensación enteriza y
estando fijada directa o indirectamente al bloque motor, y siendo
accionados los ejes de compensación desde el eje de cigüeñal montado
en sus cojinetes básicos.
Los ejes de compensación tienen la finalidad de
compensar las fuerzas y los momentos de inercia que se producen en
los motores de pistón alternativo. Se utilizan con preferencia en
motores de combustión interna ligeros de alto número de
revoluciones, en especial por parejas en motores con cuatro
cilindros en línea para compensar las fuerzas de inercia de segundo
orden. En este último caso aplicativo rotan con el doble del número
de revoluciones del eje de cigüeñal, es decir, a más de 10.000
revoluciones por minuto.
Esto significa unos requisitos extremos en cuanto
a precisión y pivotamiento así como a su lubricación. Al mismo
tiempo se pretende sin embargo que sean lo más ligeros posible, de
fabricación barata y fáciles de montar, y que además requieran el
menor espacio constructivo posible en la caja del cigüeñal.
Fundamentalmente son posibles dos ejecuciones diferentes: o bien el
eje de compensación está ejecutado con sus pesos de compensaciones
de forma enteriza o está "construido", los pesos de
compensación se fijan sobre el eje terminado.
La primera se describe aproximadamente en el
documento DE 37 05 346 A, la segunda en el documento US 4,425,821.
La ejecución enteriza es muy costosa, exige la máxima precisión y
conduce en ejes con más de dos cojinetes a grandes diámetros de
cojinete que, en el caso de elevados números de revoluciones no
pueden dominarse en cuanto a técnica de lubricación. Precisamente
por estos motivos se ofrecen también rodamientos. Los ejes de
compensación construidos, por el contrario, tienen sobre todo la
ventaja de que permiten menores diámetros de cojinete, siendo
evidentemente necesario prestar atención a una rigidez suficiente
del eje. Aparte de esto pueden usarse también, en el caso de más de
dos cojinetes, carcasas enterizas con casquillos cojinetes cerrados
omnidireccionalmente. Sin embargo, es difícil conseguir máxima
precisión, fijación fiable y masa centrífuga suficiente con masas
exteriores limitadas. De este modo, en el caso de la unión por
apriete del documento US 4,425,821 la precisión, el diámetro
exterior mínimo la y resistencia de la unión dejan alguna duda.
Por ello la tarea de la invención es configurar
un eje de compensación construido, de tal modo que cumpla los
requisitos, con costes de fabricación mínimos y montaje sencillo, de
una precisión máxima del pivotamiento con una lubricación
suficiente, fijación fiable y dimensiones exteriores mínimas.
Esto se consigue conforme a la invención, por
medio de que
- a)
- los cojinetes de deslizamiento de los ejes de compensación con los cojinetes básicos del eje de cigüeñal están dispuestos en un plano perpendicular al eje de cigüeñal,
- b)
- los cojinetes de deslizamiento son taladros cilíndricos mecanizados como superficies de soporte en la carcasa de compensación,
- c)
- los ejes de compensación son ejes cilíndricos de diámetro fundamentalmente constante, sobre los que están fijados aisladamente los pesos de compensación.
A causa de a) la carcasa de compensación puede
fijarse de forma sencilla y pueden abastecerse los cojinetes de
deslizamiento, igual de bien, con aceite lubricante en cantidad
suficiente. A causa de b) pueden mecanizarse con mucha precisión los
cojinetes de deslizamiento, con unos costes de fabricación mínimos y
con debilitación mínima de la carcasa de compensación. El
debilitamiento mínimo de la carcasa es necesario para no limitar la
precisión del pivotamiento por la contracción de la carcasa. Los
ejes de diámetro constante según c) pueden fabricarse de forma
especialmente barata y precisa. Los pesos de compensación fijados
aisladamente permiten diámetros de cojinete pequeños y hacen posible
un montaje sencillo, al implantar el eje en la carcasa se
"enhebran" fácilmente y después se fijan.
Si en un perfeccionamiento de la invención la
carcasa de compensación se compone de metal ligero y está fijada con
pernos roscados al bloque motor, los pernos roscados están
dispuestos, en cada caso por parejas, en un plano perpendicular al
eje de cigüeñal a través de los cojinetes básicos (reivindicación
2). Con esta disposición de los pernos roscados es posible la
fijación de la carcasa de compensación de metal ligero, con su
máximo coeficiente de dilatación térmica, con suficiente precisión
en un bloque motor de fundición gris. El roscado sólo en el plano de
los cojinetes básicos significa una pequeña superficie de contacto
de la carcasa de compensación sobre el bloque motor. Es necesario
tener en cuenta que para esto se utilizan pernos roscados
perpendiculares, no pernos de ajuste. Los primeros permiten una
compensación de las diferencias de dilatación mediante un
desplazamiento insignificante de las partes unas respecto a otras,
que es posible a causa de la pequeña superficie de contacto. De este
modo no se produce un alabeo de la carcasa de metal ligero que
limite la precisión del pivotamiento.
Para simplificar y ahorrar espacio constructivo
entra además en el marco de la invención el hecho de que los pesos
de compensación posean al menos una superficie frontal perpendicular
al eje que forme, junto con una superficie mecanizada de la carcasa
de compensación, un soporte de empuje (reivindicación 3).
Normalmente se tratará de las dos superficies frontales, de tal modo
que el eje de compensación esté posicionado axialmente, con elevada
precisión, sin piezas constructivas adicionales.
En una forma de ejecución preferida de la
invención se abastece con aceite lubricante cada uno de los
cojinetes de deslizamiento desde el siguiente cojinete básico en
orden del eje de cigüeñal (reivindicación 4). De este modo cada
cojinete recibe por la vía más breve posible, por ello con reducida
pérdida de presión, una cantidad de aceite suficiente. Por medio de
esto los cojinetes no necesitan su propio abastecimiento de aceite
lubricante a través de un canal longitudinal, que conduciría a una
distribución desigual del aceite lubricante. Esta clase de
abastecimiento de aceite es especialmente ventajosa si los cojinetes
básicos se abastecen por su parte desde fuera, es decir, no mediante
un eje de cigüeñal taladrado longitudinalmente.
En un perfeccionamiento de esta forma de
ejecución preferida la carcasa de compensación posee un primer canal
de lubricación y el cojinete básico uno segundo vertical, que están
alineados uno con relación al otro y están unidos entre sí por medio
de un manguito (reivindicación 5). Los canales de lubricación
verticales - naturalmente con relación al plano de simetría vertical
del motor - están en el mismo plano que los pernos roscados y se
unen entre sí durante el montaje, de forma muy sencilla, mediante
enchufe sobre el manguito. El manguito puede absorber además
desplazamientos verticales entre la carcasa de compensación y el
bloque motor. El manguito puede ser una pieza tubular muy sencilla,
ya que no se precisa una estanqueidad especial en la caja de
cigüeñal.
Una disposición especialmente ventajosa consiste
en que el primer canal de lubricación se guía entre los cojinetes de
deslizamiento de los dos ejes de compensación y está unido a los
cojinetes de deslizamiento por medio de taladros de piquera
(reivindicación 6). Ofrece vías de unión mínimas con reducida
resistencia a la corriente y fácil mecanización.
Entra además en el marco de la invención el hecho
de que el peso de compensación sea un anillo cilíndrico con dos
superficies frontales perpendiculares al eje y con un entalladura en
la región central longitudinal, de tal manera que el peso de
compensación se compone de dos piezas anulares que se conectan a las
dos superficies frontales y una pieza de segmento situada entre
ellas, y que el peso de compensación está unido fijamente al eje
(reivindicación 7). Los anillos cerrados por el lado del borde
absorben la fuerza de tracción, ofrecen una unión fija con ajuste
preciso y refuerzan también el eje, en el caso más sencillo pueden
estar zunchados. La entalladura en la región central longitudinal -
se extiende prácticamente por la mitad del perímetro - permite una
gran excentricidad de masa con un reducido diámetro exterior. La
pieza de segmento circunda la otra mitad del perímetro. Hace
contacto con la zona de tracción del eje que sufre flexión y aumenta
de este modo considerablemente su rigidez. Este impedimento a la
deformación mediante el aumento del momento de resistencia beneficia
al eje mediante menores tensiones de flexión y a los cojinetes
mediante un mejor perfil de soporte a causa de un menor combado. Con
esto los ejes pueden ejecutarse con un menor diámetro. En total
pueden conseguirse así un pivotamiento preciso de menores
dimensiones exteriores.
Si no es suficiente la excentricidad de masa así
conseguida, el peso de compensación puede presentar, con un aumento
solamente reducido del diámetro exterior, por el lado alejado de la
entalladura un engrosamiento que aumenta la masa excéntrica
(reivindicación 8).
En una variante de ejecución ventajosa el peso de
compensación está unido en la entalladura al eje de compensación
mediante una costura de soldadura por radiación de energía, que se
ha practicado por ambos lados en el cruce entre el plano de
entalladura y el eje de compensación (reivindicación 9). De este
modo se establece una unión especialmente rápida y fiable que, en el
caso de costuras de soldadura opuestas practicadas con preferencia
con un láser, también carece
totalmente de contracción.
totalmente de contracción.
En otra variante de ejecución ventajosa el eje de
compensación presenta al menos un primer taladro transversal, que
está alineado con al menos un segundo taladro transversal del peso
de compensación, alojando los dos taladros un elemento de unión
esencialmente cilíndrico (reivindicación 10).
A continuación se describe y explica la invención
con base en figuras. Aquí muestran:
la figura 1: un esquema de disposición de una
unidad conforme a la invención,
la figura 2: una vista axonométrica de una
carcasa de compensación formando parte de la unidad conforme a la
invención, en vista en planta,
la figura 3: un corte longitudinal a través de
una unidad conforme a la invención en una primera y una segunda
forma de ejecución,
la figura 4: un corte transversal según
III-III y IV-IV en la figura 3,
la figura 5: un corte longitudinal a través de
una unidad conforme a la invención en una tercera y una cuarta forma
de ejecución,
la figura 6: un corte transversal según
V-V y VI-VI en la figura 5,
la figura 7: un corte longitudinal a través de
una unidad conforme a la invención en una quinta y una sexta forma
de ejecución,
la figura 8: un corte transversal según
VII-VII y VIII-VIII en la figura
7,
la figura 9: una vista axonométrica de un peso de
compensación conforme a la invención, y
la figura 10: un corte transversal según
X-X en la figura 2, aumentado.
En la figura 1 se ha representado simbólicamente
el motor de pistón alternativo 1 sólo mediante su eje de cigüeñal 2
y sus cojinetes básicos 3. Los cojinetes básicos 3 representan todo
el bloque motor, que puede estar ejecutado tanto en ejecución de
túnel como con puente de cojinetes libre. El dispositivo de
compensación de masa fijado sobre el bloque motor debajo del eje de
cigüeñal 2 se ha designado en general con 4. Se compone de una
carcasa de compensación 5 y dos ejes de compensación 6, 7 que rotan
en su interior en contrasentido con pesos de compensación 8. Con
línea de trazos se han indicado los planos perpendiculares 9 a
través de los cojinetes básicos 3, en la misma están también
situados los cojinetes todavía a describir del dispositivo de
compensación de masa 4. Los ejes de compensación 6, 7 se accionan
mediante una rueda dentada 10 unida solidaria en rotación al eje de
cigüeñal 2, a través de una rueda dentada de accionamiento 11, y las
ruedas de sincronización 12, 13 se ocupan de que exista el mismo
número de revoluciones en contrasentido.
La figura 2 muestra la carcasa de compensación 5
que, en el ejemplo de ejecución representado, es una pieza de
fundición de metal ligero. Se compone de una envoltura inferior 15
con orificios de evacuación de aceite 16 y un número de puentes de
cojinetes 17, 18, 19. Cada puente de cojinetes presenta por ambos
lados una pieza fundida 20 con un taladro vertical 21 para en cada
caso un perno roscado 22 sólo indicado, con el que se atornilla la
carcasa de compensación 5 al bloque motor. Para esto se han formado
en las proximidades de los taladros 21 superficies de contacto 23. A
través de estas superficies de contacto la carcasa de compensación
montada está unida a los puntos correspondientes en el bloque motor,
que se encuentra en un plano perpendicular 9 común con los puentes
de cojinetes 17, 18, 19. La unión se realiza, aunque no se ha
representado específicamente, o bien con los nervios transversales
del bloque motor que forman el asiento del cojinete básico o con
los puentes de cojinetes del cojinete básico o incluso, en el caso
de una estructura de túnel, sobre el mismo.
La figura 3 es un corte longitudinal vertical a
través del primer eje de compensación 6 que, a causa de as
particularidades de ejecución descrita, puede ser un eje sencillo,
puramente cilíndrico de diámetro constante. Los tres puentes de
cojinetes 17, 18, 19 forman cojinetes de deslizamiento 30 para el
pivotamiento del eje de compensación 6. Presentan la particularidad
de que en el material base de la carcasa de compensación 5 o de los
puentes de cojinetes se han mecanizado superficies de soporte 31
para el pivotamiento radial, sin que sea necesario un casquillo
cojinete propio. Sobre los dos puentes de cojinetes 17, 19 se han
configurado soportes de empuje 32, para lo que se han previsto
igualmente superficies de soporte 33 mecanizadas en fino sobre el
material base.
Sobre los ejes de compensación 6, 7 pueden estar
fijados los pesos de compensación 8 de forma diferente. Para esto se
han representado en los cortes longitudinales de las figuras 3, 5, 7
en cada caso dos diferentes clases de fijación y, de forma
correspondiente, en las figuras 4, 6 y 8 se han asociado los dos
ejes de compensación 6, 7 a una y otra forma de ejecución. Sin
embargo, se entiende por sí mismo que normalmente se elegirá para
los dos ejes de compensación y todos los pesos de compensación la
misma clase de fijación.
En la figura 3, en el lado derecho, se ha
zunchado (34) el peso de compensación 8 sencillamente sobre el eje
de compensación 6, por el lado izquierdo éste se ha unido por medio
de dos costuras de soldadura por láser dispuestas diametralmente
enfrentadas y dirigidas longitudinalmente. En el caso de esta
disposición de las costuras de soldadura y del uso de un rayo de
alta energía enfocado concentradamente el eje de compensación 6
sigue sin contracción.
Las figuras 5 y 6 muestran otras dos clases de
unión entre el eje de compensación 6 y el peso de compensación 8.
Por el lado izquierdo se han previsto en el eje de compensación 6 un
taladro roscado 38 y en el peso de compensación 8 un taladro de
ajuste con avellanado 39, a través de los cuales se han atornillado
uno o dos tornillos de ajuste 40 desde el lado del peso de
compensación. En el lado derecho es la inversa: a través de un
taladro 41 en el eje de compensación 6 y 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 eje de compensación 6 y un taladro
de ajuste 46, con preferencia escalonado, en el peso de compensación
8 en los que se introduce a la fuerza durante el montaje al menos un
pasador de ajuste 47 (aquí son dos). En el lado derecho se han
previsto dos taladros de ajuste 48, 49 del mismo diámetro, en los
que se enchufan durante el montaje dos manguitos de sujeción 50.
La figura 9 muestra el peso de compensación 8 en
detalle. Su forma básica es la de un anillo cilíndrico o un anillo
hueco con pared gruesa, lo que se ha indicado con línea de trazos.
Puede estar fabricado de forma diferente, por ejemplo forjado o de
fundición en fino. Con independencia de esto durante la explicación
de la forma se habla de una entalladura 55 de tipo linterna, que se
realiza en una parte de la longitud y aproximadamente por la mitad
del perímetro. El entalladura 55 está limitado por dos planos de
entalladura 56, 57 y por superficies de entalladura laterales 58.
Los planos de entalladura 56, 57 son entonces fundamentales cuando
la unión al eje se realiza por medio de soldadura láser, después la
costura de soldadura llega a hacer contacto con el cilindro del eje
de compensación 6 sobre la línea de corte de los planos de
entalladura 56, 57. En dirección longitudinal, haciendo contacto por
ambos lados con la entalladura 55, permanecen dos piezas anulares
59, 60 que son anillos cerrados y absorben las fuerzas centrífugas
y, en el caso de una unión contráctil, también las fuerzas
periféricas que generan la tensión de contracción. Las piezas
anulares 59, 60 tienen en cada caso por el lado exterior una
superficie frontal 61 que, actuando conjuntamente con la superficie
de contacto 33 del puente de cojinetes 17, forma un soporte de
empuje 32. La entalladura 55 se extiende aproximadamente sobre un
semicírculo, sobre el semicírculo restante se encuentra una pieza de
segmento 62 que forma la masa excéntrica. Por medio de que entre las
piezas anulares 59, 60 por el lado de la entalladura 55 no se
encuentra ningún material, puede conseguirse una elevada
excentricidad con solamente un grosor reducido de la pieza de
segmento 62. Si esto no es suficiente, puede configurarse
adicionalmente otro engrosamiento 63.
La figura 10 muestra fundamentalmente el
abastecimiento de aceite. El cojinete básico 3 y con ello todo el
bloque motor sólo se han indicado. El propio cojinete básico se
encuentra encima de la figura y ya no se verá. La carcasa de
compensación 5 también se ha representado sólo parcialmente y los
pernos roscados 22, con los que está atornillada al bloque motor o
al cojinete básico 3, sólo se han indicado mediante una línea a
trazos y puntos. El corte se guía en el puente de cojinetes 19
(figura 2). En la carcasa de compensación 5 se encuentra un primer
canal de lubricación vertical 70, es paralelo a los taladros
roscados 21 (figura 2) y puede taladrarse en una sujeción con la
misma. En el cojinete básico 3 o el bloque motor se ha previsto un
segundo canal de lubricación vertical 71, que está alineado con el
primero. Por medio de esto se interceptan por ejemplo
desplazamientos causados por dilatación térmica, de tal modo que no
pueden producir ninguna fijación e la carcasa de compensación 5. Los
dos canales de lubricación 70, 71 están unidos mediante un manguito
73 insertado. El primer canal de lubricación vertical 70 puede estar
ejecutado como taladro ciego, pero conduce por debajo del plano en
el que se encuentran los dos ejes de compensación 6, 7. La unión con
los cojinetes 30 se establece mediante taladros de piquera 74, 75
que conducen de nuevo hacia arriba. Éstos cortan el canal de
lubricación 70 y pueden taladrarse desde abajo en la carcasa de
compensación 5. Están cerrados hacia el exterior por esferas 76
metidas a presión y desembocan en una nuez distribuidora de aceite
77 del cojinete de deslizamiento 30.
De este modo cada cojinete de deslizamiento de
los ejes de compensación 6, 7 se abastece con aceite lubricante
desde el cojinete básico asociado del eje de cigüeñal, en gran
cantidad y con la misma elevada presión. Por medio de esto se
garantiza su funcionamiento prácticamente sin juego y preciso con
pérdidas por rozamiento mínimas.
Claims (10)
1. Dispositivo para compensar las fuerzas de
inercia en motores de pistón alternativo, compuesto de una carcasa
de compensación y una pareja de ejes de compensación (6, 7) montados
en la misma en cojinetes de deslizamiento con pesos de compensación
(8), siendo la carcasa de compensación (5) enteriza y estando fijada
directa o indirectamente al bloque motor, y siendo accionados los
ejes de compensación desde el eje de cigüeñal montado en sus
cojinetes básicos (3), caracterizado porque
- a)
- los cojinetes de deslizamiento (30) de los ejes de compensación (6, 7) con los cojinetes básicos (3) del eje de cigüeñal (2) están dispuestos en un plano (9) perpendicular al eje de cigüeñal,
- b)
- los cojinetes de deslizamiento (30) son taladros cilíndricos mecanizados como superficies de soporte (31) en la carcasa de compensación (5),
- c)
- los ejes de compensación (6, 7) son ejes cilíndricos de diámetro fundamentalmente constante, sobre los que están fijados aisladamente los pesos de compensación (8).
2. Dispositivo para compensar las fuerzas de
inercia según la reivindicación 1, caracterizado porque la
carcasa de compensación (5) se compone de metal ligero y está fijada
con pernos roscados (22) al bloque motor (3), estando dispuestos los
pernos roscados, en cada caso por parejas, en un plano (9)
perpendicular al eje de cigüeñal a través de los cojinetes básicos
(3).
3. Dispositivo para compensar las fuerzas de
inercia según la reivindicación 1, caracterizado porque los
pesos de compensación (8) poseen al menos una superficie frontal
(61) perpendicular al eje que forma, junto con una superficie
mecanizada (33) de la carcasa de compensación (5), un soporte de
empuje (32).
4. Dispositivo para compensar las fuerzas de
inercia según la reivindicación 1, caracterizado porque se
abastece con aceite lubricante cada uno de los cojinetes de
deslizamiento (30, 32) desde el siguiente cojinete básico (3) en
orden del eje de cigüeñal.
5. Dispositivo para compensar las fuerzas de
inercia según la reivindicación 4, caracterizado porque la
carcasa de compensación (5) posee un primer canal de lubricación
(70) y el cojinete básico (3) uno segundo vertical (70, 71), que
están alineados uno con relación al otro y están unidos entre sí por
medio de un manguito (73).
6. Dispositivo para compensar las fuerzas de
inercia según la reivindicación 5, caracterizado porque el
primer canal de lubricación (70) se guía entre los cojinetes de
deslizamiento (30, 30') de los dos ejes de compensación (6, 7) y
está unido a los cojinetes de deslizamiento (30, 30') por medio de
taladros de piquera (74, 75).
7. Dispositivo para compensar las fuerzas de
inercia según la reivindicación 3, caracterizado porque el
peso de compensación (8) es fundamentalmente un anillo cilíndrico
con dos superficies frontales (61) perpendiculares al eje y con un
entalladura (55) en la región central longitudinal, de tal manera
que el peso de compensación se compone de dos piezas anulares (59,
60) que se conectan a las dos superficies frontales y una pieza de
segmento (62) situada entre ellas.
8. Dispositivo para compensar las fuerzas de
inercia según la reivindicación 7, caracterizado porque el
peso de compensación (8) presenta, por el lado alejado de la
entalladura (55), un engrosamiento (63) que aumenta la masa
excéntrica.
9. Dispositivo para compensar las fuerzas de
inercia según la reivindicación 8, caracterizado porque el
peso de compensación (8) está unido en la entalladura (55) al eje
(6, 7) mediante una costura de soldadura por radiación de energía
(35, 35'), que se ha practicado por ambos lados en el cruce entre el
plano de entalladura (56, 57) y el eje (6, 7).
10. Dispositivo para compensar las fuerzas de
inercia según la reivindicación 7, caracterizado porque el
eje presenta al menos un primer taladro transversal (38; 41; 45;
48), que está alineado con al menos un segundo taladro transversal
(39; 42; 46; 49) del peso de compensación, alojando los dos taladros
un elemento de unión (40; 43; 47; 50) esencialmente cilíndrico.
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