ES2282276T3 - Polea tensora. - Google Patents

Abstract

Una polea tensora, que comprende: una base (8) que tiene un tope (12); un alojamiento (4) que tiene una superficie de alojamiento (18); un engranaje mecánico (7, 9, 10, 17; 120, 121) entre el alojamiento (4) y la base (8), en el que el alojamiento (4) está sustancialmente limitado a moverse en un trayecto predeterminado; un elemento amortiguador (5, 6) que tiene una parte (13) para acoplar el tope (12), teniendo el elemento amortiguador una superficie amortiguadora en contacto deslizante con la superficie de alojamiento (18); un elemento de derivación (11), con un extremo (19) conectado al elemento amortiguador (5, 6) y otro extremo (119) conectado al alojamiento (4); y de forma que, cuando es activado mediante una fuerza, el alojamiento (4) se mueve a lo largo del trayecto predeterminado presionando la parte (13) del elemento amortiguador, contra el tope (12), resistiendo entonces el elemento de derivación (5, 6) un movimiento adicional del alojamiento (4), la superficie amortiguadora en contacto con la superficie del alojamiento (18), amortiguando un movimiento del alojamiento.

Description

Polea tensora.

Campo de la invención

La invención se refiere a poleas tensoras, y más en concreto a poleas tensoras que tienen un movimiento lineal, y tienen una amortiguación creada mediante cojinetes lineales y un elemento amortiguador arqueado.

Antecedentes de la invención

La mayoría de los motores utilizados para automóviles y similares, incluye número sistemas accesorios accionados por correa, que son necesarios para el funcionamiento apropiado del motor. Los sistemas accesorios puede incluir un alternador, un compresor del acondicionador de aire, y una bomba de la dirección asistida.

Los sistemas accesorios están montados generalmente en una superficie delantera del motor. Cada accesorio tiene una polea montada en un eje, para recibir energía desde alguna clase de correa de transmisión. En los primeros sistemas, cada accesorio estaba impulsado por una correa dedicada, que corría entre el accesorio y el eje del cigüeñal. Con las mejoras en la tecnología de las correas, ahora se utiliza una sola correa serpentina en la mayoría de las aplicaciones, encaminada entre los diversos componentes accesorios. La correa serpentina está impulsada por el eje del cigüeñal del motor.

Puesto que la correa serpentina debe encaminarse a todos los accesos, generalmente se ha hecho más larga que sus predecesoras. Para funcionar apropiadamente, la correa es instalada con una tensión predeterminada. Cuando está funcionamiento, se estira ligeramente. Esto tiene como resultado una disminución en la tensión de la correa, que puede provocar que la correa se deslice, provocando un ruido y desgaste indebidos. Por consiguiente, es deseable un tensor de correa que mantenga la apropiada tensión de correa, cuando la correa se estira durante su uso.

Cuando el tensor de correa trabaja, usualmente la correa oscila, debido a su interacción con las poleas. Estas oscilaciones son indeseables, puesto que provocan el desgaste prematuro de la correa y el tensor. Por lo tanto se añade un mecanismo de amortiguación el tensor, para amortiguar las oscilaciones de la correa.

Se ha desarrollado diversos mecanismos de amortiguación del arte previo. Estos incluyen amortiguadores basados en fluido viscoso, mecanismos basados en superficies de fricción que se deslizan o interaccionan entre sí, y amortiguadores que utilizan una serie de resortes interactivos. Cada uno se basa en una única forma del mecanismo amortiguador, para llevar a cabo la función de amortiguamiento. Cada uno tiene una configuración de polea y mecanismo de amortiguamiento, con el mecanismo amortiguador externo a la polea. Esto ha creado un dispositivo de un tamaño inadecuado para su cometido.

El problema del tamaño se soluciona incorporando el mecanismo de amortiguación y tensor dentro del diámetro de la polea, disminuyendo así su tamaño global.

Es representativa de la técnica en EE.UU., la patente número 5 045 029 (1991) de Dec, que revela una polea montada en un brazo de pivote derivado con un resorte de compresión. El mecanismo de amortiguación funciona contra un brazo de pivote, para amortiguar las oscilaciones del brazo de pivote. Los componentes están contenidos, en general, dentro de un espacio anular, en la polea. Véase también la patente de EE.UU. número 5 073 148 (1991) de Dec, y la patente de EE.UU. número 5 370 585 (1994) de Thornety y la patente de EE.UU. número 4 696 663 (1987) de Thorney.

Los tensores del arte previo son complejos y comprenden muchos componentes. Cada uno de los tensores del arte previo limita la polea a moverse en un arco, cuando esta funciona, requiriendo un espacio de separación. La configuración de pivote del arte previo limita el rango disponible de movimiento operativo del tensor. Además se utiliza un solo mecanismo amortiguador, que limita adicionalmente la capacidad del tensor para amortiguar impulsos que exceden una energía dada.

El documento WO 99/28 652 describe un tensor de correa giratorio con amortiguamiento hidráulico. El tensor de correa es para ser utilizado en un motor, y comprende una estructura fija unida al motor y una estructura móvil derivada en un sentido de tensado de la correa. Una de las estructuras fija y móvil, define una cámara de fluido que contiene un fluido incompresible, mientras que la otra define una cámara que divide la estructura dentro de la cámara de fluido. La estructura divisoria de fluido define dos partes de la cámara, y está construida de forma que el movimiento de la estructura móvil desplaza el fluido desde una parte de la cámara hasta la otra. La estructura divisoria de la cámara está también configurada para permitir al fluido fluir entre partes de la cámara, de una forma restringida, para resistir de forma flexible el movimiento relativo de la estructura móvil. La resistencia al flujo del fluido es menor cuando la estructura móvil se mueve en el sentido de tensado de la correa, que cuando la estructura móvil se mueve en el sentido opuesto.

Resumen de la invención

El aspecto principal de la invención es proporcionar un tensor que tenga un alojamiento de polea que se mueva linealmente.

Otro aspecto de la invención es proporcionar un tensor que tenga cojinetes lineales, de forma que impartan amortiguamiento en respuesta al movimiento lineal de una polea.

Otro aspecto de la invención es proporcionar un tensor que tenga un amortiguamiento creado por la acción de una banda acoplada con una superficie arqueada del alojamiento.

Otro aspecto de la invención es proporcionar un tensor que tenga todos los componentes requeridos, empaquetados dentro de un diámetro de la polea.

Otro aspecto de la invención es proporcionar un tensor que tenga todos los componentes requeridos, empaquetados dentro de un espacio anular de la polea.

La invención proporciona una polea tensora, que comprende:

una base que tiene un tope;

un engranaje que tiene una superficie alojamiento;

un engranaje mecánico entre el alojamiento y la base, mediante el cual el alojamiento está sustancialmente limitado a moverse en un trayecto predeterminado;

un elemento amortiguador que tiene una parte para acoplar al tope, teniendo el elemento amortiguador una superficie amortiguadora, en contacto deslizante con la superficie de alojamiento;

un elemento de derivación, con un extremo conectado al elemento amortiguador y el otro extremo conectado al alojamiento, y

mediante el que, cuando es activado mediante una fuerza, el alojamiento se mueve a lo largo del trayecto predeterminado, presionando la parte del elemento amortiguador contra al tope, y derivando el elemento y resistiendo cualquier otro movimiento del alojamiento, estando la superficie amortiguadora en contacto con la superficie del alojamiento, amortiguando un movimiento del alojamiento.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos anexos, incorporados, y que forman parte de, la especificación, ilustran realizaciones preferidas de la presente invención y, junto con una descripción, sirven para explicar los principios de la invención.

La figura 1 es una vista lateral en sección transversal, de la invención en la línea B-B de la figura 2.

La figura 2 es una vista en planta, en sección transversal parcial, de la invención.

La figura 3 es un diagrama de cuerpo libre, del cojinete lineal.

La figura 4 es un detalle de la guía y el rail.

La figura 5 es una vista en planta, en sección transversal parcial, de una realización alternativa.

La figura 6 es una vista en alzado, en sección transversal, del punto de pivote de la figura 5.

Descripción detallada de la realización preferida

La figura 1 es una vista lateral en sección transversal, de la invención, en la línea B-B de la figura 2. El tensor inventivo comprende una polea 2 engoznada al alojamiento 4 con el cojinete 3. El cojinete 3 está presionado en el alojamiento 4, en la realización preferida, pero puede estar conectado mecánicamente mediante cualquier medio adecuado conocido en el arte. La polea 2 y el alojamiento 4 pueden comprender la polea de tensor revelada en la aplicación de EE.UU. 09/ 525 607, presentada el 14 de marzo de 2000. Tal como se revela en el documento 09/ 525 607, el reborde 32 de la polea 2 está soportado sobre un anillo de rodamiento interno 113 del cojinete 3. El eje 33 y la tuerca 24 fijan la polea 2 al anillo guía interno del cojinete 3.

El elemento de cojinete o guía 7 está montado en una superficie inferior del alojamiento 4. La guía 7 tiene lados 17 que están inclinados hacia el alojamiento 4, en un ángulo agudo, creando una forma de tipo "C", véase la figura 4. Los elementos de cojinete o raíles 9, 10 están montados en la base 8. Los lados 17 de la guía 7 de están acoplados de forma deslizante, y cooperan, con lados inclinados de los raíles 9, 10. La guía 7 y los raíles 9, 10 limitan al alojamiento 8 a moverse de forma sustancialmente lineal, como se describe en la figura 2. Se puede apreciar que la guía 7 y los raíles cooperativos 9, 10 comprenden un cojinete lineal. Aunque los raíles 9, 10 se muestran como piezas separadas, también pueden combinarse para formar una sola pieza, tan larga como los bordes de la parte que acopla de forma deslizante con la guía 7, sustancialmente del mismo modo que los raíles 9, 10.

El elemento de derivación o resorte 11 resiste una fuerza o carga de la correa, B_{L}. El resorte 11 rodea el soporte 5 del mecanismo amortiguador. En la realización preferida, el resorte 11 es un resorte de torsión. El extremo 19 del resorte 11 está unido al soporte 5 con un clip 50, véase la figura 2. El material de fricción 6 está unido a una superficie interna del soporte 5, entre el soporte 5 y el alojamiento 4. El material de fricción 6 puede comprender cualquier material conocido en las tecnologías de amortiguamiento del movimiento incluyendo, pero no limitándose a, nailon 6/6 o nailon 4/6 con lubricante interno.

A su vez, el material de fricción 6 acopla en la dimensión circunferencial con una superficie externa 18 del alojamiento 4. El soporte 5, el material de fricción 6 y la superficie externa 18 del alojamiento 4 son sustancialmente coaxiales, en torno a los ejes de polea 15. El extremo 13 del soporte 5 acopla con, y se apoya sobre, el tope o lengüeta 12 sobre la base 8. El extremo 119 del resorte 11 está unido al alojamiento 4 con un clip 40. Puede verse fácilmente que el resorte 11, el soporte 5 y el material de fricción 6 están contenidos de forma compacta dentro de un espacio anular de polea, S, así como dentro de un grosor, t, de la polea. La configuración tiene como resultado que el tensor ocupa el mínimo espacio posible; definido solo por el diámetro y grosor de la polea, proporciona a la vez un rango de movimiento mejorado, así como impulsos de amortiguación de mayor magnitud que los amortiguadores del arte previo.

La figura 2 es una vista en planta, en sección transversal parcial, de la invención. El soporte 5 y el material de fricción 6 tienen una forma sustancialmente circular, que es sustancialmente coaxial con el eje de rotación de la polea 2.

Los raíles 9, 10 se muestran descentrados entre sí con respecto a un eje B-B. Los raíles 9, 10 también están desplazados de forma excéntrica, en la dimensión radial, respecto del eje de rotación 15 de la polea. La guía 7 comprende una sola pieza, que acopla cada uno de los raíles 9, 10. El resorte 11, el soporte 5 y el material de fricción 6 se muestran contenidos dentro de una superficie anular externa 22 de la polea 2. En funcionamiento, la guía 7 y por tanto alojamiento 4, se mueve en paralelo al eje A-A en sentidos positivo y negativo.

La figura 3 es un diagrama de cuerpo libre del cojinete lineal.

En funcionamiento, una correa 14 imparte una fuerza o carga de correa, sobre la polea 2, como se muestra en la figura 2, identificada como F_{L}. F_{L} provoca que el alojamiento 4 se mueva a lo largo del eje A-A, provocando de ese modo que el extremo 13 del soporte 5 presione contra el tope o lengüeta 12. Este movimiento provoca que el extremo 19 del resorte 11 se mueva para 'enrollar' el resorte en torno al alojamiento, véase la figura 2. El movimiento del alojamiento 4 en la dirección V provocará, además, que el extremo 19 se mueva en la dirección D_{v} cuando el extremo 19 se tensa en torno a la superficie 18. Esto se debe a que la superficie 18 es presionada hacia el material de fricción o amortiguamiento 6 y el soporte 5, mediante F_{L}. Por consiguiente, el movimiento del soporte 5 en la dirección V, tira el extremo 19 en la dirección D_{v}. Es conocido en el arte que girar un resorte de torsión en un sentido para enrollar el resorte o aproximar los anillos espirales, provocará que el resorte resista tal carga o movimiento, asumiendo que el otro extremo del resorte está fijo. Una fuerza incrementada tendrá como resultado un incremento en la fuerza del resorte resistiendo tal fuerza, en función de la constante del muelle. Para un número dado de espirales en un resorte de torsión, la cantidad de par de fuerzas del resorte, T_{spr}, generada por el movimiento del alojamiento 4, es función de la distancia del brazo de palanca "e" desde el eje A-A hasta el punto de contacto del extremo 13, sobre la lengüeta 12.

El movimiento adicional de la polea, y de ese modo del alojamiento 4, en la dirección V, provocará que el extremo 19 se mueva adicionalmente en la dirección D_{v}, tensando más el soporte 5 alrededor de la superficie 18. Por tanto una persona cualificada en el arte apreciará que la carga o fuerza F_{L} provoca que el material de fricción 6 se apoye sobre, o sea presionado contra, la superficie de alojamiento 18. Como se ha descrito arriba, cuando F_{L} se incrementa, el soporte 5 y el material de fricción 6 se envuelven progresivamente alrededor de la superficie 18. Además, un incremento en la fuerza y el enrollamiento anular, tiene como resultado un incremento en la fuerza de fricción que resiste el movimiento del alojamiento 4, y de ese modo el movimiento de la polea 2. Esto amortigua un movimiento del alojamiento y, de ese modo, de la polea.

El tensor inventivo también comprende un mecanismo amortiguador adicional. En funcionamiento, como se ha descrito arriba, se hace correr una correa bajo una tensión o carga, alrededor de la polea 2, lo que crea una fuerza de carga central F_{L} que, a su vez, es operativa sobre el eje de polea 15 y, de ese modo, sobre el alojamiento 4. Un vector de fuerza del resorte F_{S} también funciona sobre el resorte 5, para resistir el movimiento del alojamiento 4. F_{S} se muestra como un solo vector por sencillez en la descripción, aunque puede apreciarse que la fuerza está distribuida a través de la superficie de la banda amortiguadora 6 y la superficie arqueada 18. A su vez, una fuerza de reacción F_{R} es operativa sobre los raíles 9, 10 a través de la guía 7. El alojamiento 4 través de la guía 7, está limitado a moverse a lo largo del trayecto fijo P, entre los raíles 9, 10. Puede apreciarse fácilmente que la disposición de los vectores de fuerza descritos, provoca que el alojamiento mantenga el contacto apropiado entre la guía 7 y los raíles 9, 10 impidiendo, de ese modo, la rotación de la guía 7. En la realización preferida, el trayecto predeterminado P para alojamiento, es sustancialmente lineal. En una realización alternativa, descrita en los siguientes dibujos, el trayecto es sustancialmente arqueado.

Puesto que puede asumirse que el tensor está en equilibrio estático, en lo que atañe al análisis los diversos vectores pueden ser sumados para obtener el vector de fuerza de reacción F_{R} sobre los raíles 9, 10:

(1)F_{R} = F_{S} - F_{L}

F_{R} se resuelve como un par F_{R}* que actúa sobre los raíles 9, 10 a través de la guía 7. Si las fuerzas F_{S}, F_{L} son paralelas entre sí, F_{R}* = 0. Entonces se determinará un par F_{R}* mediante el par de fuerzas y la distancia d, F_{R}*
d = T_{spr}.

Los lados de los raíles 9, 10 acoplados con los lados cooperativos 17 de la guía 7, tienen un coeficiente de fricción predeterminado. Por consiguiente se crea una fuerza de fricción en el interfaz, mediante la acción de cada fuerza del par F_{R}* actuando sobre cada rail 9, 10. Además, puesto que los raíles 9, 10 tienen superficies de acoplamiento que describen un ángulo \alpha con respecto al alojamiento, el alojamiento 4 también provoca un efecto de leva cuando las superficies de la placa acoplan con las superficies de rail inclinadas 26 y 27. Esto introduce un factor sen(\alpha) en la fuerza de fricción, asumiendo que F_{R} comprende fuerzas normales. A su vez, la fuerza de fricción determina el efecto amortiguador \zeta, o:

(2)\zeta = f(\alpha, \mu, d, T_{spr}, R, b)

donde \mu es un coeficiente de fricción cada superficie de deslizamiento cooperativa 17, 26 y 27; b es la distancia del brazo de palanca en la figura 2; d de la distancia en la figura 3; \alpha es el ángulo en la figura 4; T_{spr} es el par de fuerzas del resorte; R es el radio de material en la figura 1. El coeficiente de fricción puede ser escogido por un usuario, en función de los materiales conocidos en la tecnología de amortiguamiento incluyendo, pero no limitándose a, nailon 6/6 o nailon 4/6 con lubricante interno.

Puede verse que el efecto amortiguador del tensor es un resultado combinado del acoplamiento del material de fricción 6 sobre la superficie 18, así como de la acción del par de fuerzas F_{R}* actuando para crear fuerzas de fricción a través de la guía 7 que actúa sobre los raíles 9, 10.

Una persona cualificada en el arte, apreciará fácilmente que el efecto amortiguador puede cambiarse mediante variar el par F_{R}*, así como cambiando el coeficiente de fricción de cada superficie deslizante. Esto puede conseguirse mediante cambiar la distancia lateral "b" entre los raíles 9, 10, figura 2; la distancia "c" entre los raíles y el centro de la polea; y la distancia longitudinal "d" entre los raíles 9, 10. La selección apropiada de cada variable, permite a un usuario diseñar el sensor para funcionar en base a un conjunto dado de parámetros operativos.

La figura 4 es un detalle de una guía y un raíl. El ángulo comprendido entre el lado inclinado de la guía 7, la superficie 17 y la superficie 27, se muestra como el ángulo agudo \alpha. La fuerza normal que actúa sobre la superficie del raíl 27 es N; donde F_{R} = Ncos\alpha.

La figura 5 es una vista en planta, en sección transversal parcial, de una realización alternativa. El elemento de derivación o resorte 11 resiste una fuerza o carga de la correa. El resorte 11 abarca el soporte 5 del mecanismo amortiguador. En el resorte 11 de esta realización hay un resorte de torsión. El extremo 19 del resorte 11 está unido al soporte 5, con el clip 50. El material de fricción 6 está unido a una superficie interna del soporte 5, entre el soporte 5 y el alojamiento 4. El material de fricción 6 puede comprender cualquiera conocido en las tecnologías de amortiguamiento del movimiento incluyendo, pero no limitándose a, nailon 6/6 o nailon 4/6 con lubricante interno.

A su vez, el material de fricción 6 acopla, en la dimensión circunferencial, con una superficie externa 18 del alojamiento 4. El soporte 5, el material de fricción 6 y la superficie externa 18 del alojamiento 4 son sustancialmente coaxiales en torno al eje 15 de polea. El extremo trasero del soporte 5 acopla con, y se apoya sobre, el tope o lengüeta 12 sobre la base 8. El extremo 119 del resorte 11 está unido al alojamiento 4 con el clip 40. Puede verse fácilmente que el resorte 11, el soporte 5 y el material de fricción 6 están contenidos de forma compacta dentro de un espacio anular de la polea, S, así como dentro de un grosor, t, de la polea, como se muestra en la figura 1.

El pivote 120 conecta mecánicamente el alojamiento 4 a la base 8. El alojamiento 4 pivota en torno al pivote 120. Mediante el pivotado en torno pivote 120, el alojamiento 4 está limitado a moverse en un trayecto sustancialmente arqueado en respuesta a una fuerza, tal como una carga de correa.

La figura 6 es una vista en alzado, en sección transversal, del punto de pivote en la figura 5. El pivote 120 está conectado al alojamiento 4. El pivote 120 acopla la base 8 en el receptor 121. El receptor 121 puede lubricarse para facilitar el movimiento del pivote.

Claims (11)

1. Una polea tensora, que comprende:

una base (8) que tiene un tope (12);

un alojamiento (4) que tiene una superficie de alojamiento (18);

un engranaje mecánico (7, 9, 10, 17; 120, 121) entre el alojamiento (4) y la base (8), en el que el alojamiento (4) está sustancialmente limitado a moverse en un trayecto predeterminado;

un elemento amortiguador (5, 6) que tiene una parte (13) para acoplar el tope (12), teniendo el elemento amortiguador una superficie amortiguadora en contacto deslizante con la superficie de alojamiento (18);

un elemento de derivación (11), con un extremo (19) conectado al elemento amortiguador (5, 6) y otro extremo (119) conectado al alojamiento (4); y

de forma que, cuando es activado mediante una fuerza, el alojamiento (4) se mueve a lo largo del trayecto predeterminado presionando la parte (13) del elemento amortiguador, contra el tope (12), resistiendo entonces el elemento de derivación (5, 6) un movimiento adicional del alojamiento (4), la superficie amortiguadora en contacto con la superficie del alojamiento (18), amortiguando un movimiento del alojamiento.

2. La polea tensora como en la reivindicación 1, que comprende además:

una polea (2) engoznada al alojamiento (4), siendo un eje de rotación (15) de la polea (2) sustancialmente normal al trayecto predeterminado.

3. La polea tensora como en la reivindicación 1, en la que el engranaje mecánico (7, 9, 10, 17; 120, 121) comprende además:

un primer elemento (9, 10; 121) de cojinete montado en la base (8);

un segundo elemento (7, 17; 120) de cojinete montado en el alojamiento (4), en acoplamiento deslizante con el primer elemento (9, 10; 121) de cojinete.

4. La polea tensora como en la reivindicación 3, en la que el trayecto predeterminado es sustancialmente lineal.

5. La polea tensora como en la reivindicación 3, en la que el trayecto predeterminado es sustancialmente arqueado.

6. La polea tensora como en la reivindicación 1, en la que el elemento de derivación (11) comprende un resorte de torsión.

7. La polea tensora como en la reivindicación 1, en la que la superficie del alojamiento (18) es sustancialmente arqueada.

8. La polea tensora como en la reivindicación 1, en la que el engranaje mecánico (120, 121) comprende un pivote.

9. La polea tensora como en la reivindicación 2, en la que:

el elemento de derivación (11) y el alojamiento (4) y el elemento amortiguador (5, 6), están contenidos dentro de un espacio anular de la polea (2), y además están contenidos dentro de un grosor de la polea (2)

10. El tensor de polea como en la reivindicación 3, que comprende además:

una polea (2) engoznada al alojamiento (4), de forma que un eje de rotación (15) de la polea (2) es sustancialmente normal al trayecto predeterminado; y

un eje de rotación de la polea (15) es excéntrico respecto de un eje de simetría del cojinete.

11. El tensor de polea como en la reivindicación 8, en el que el trayecto predeterminado es arqueado.