ES2296242T3 - Amortiguador de vibraciones de torsion. - Google Patents
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Abstract
Amortiguador de vibraciones de torsión para amortiguar vibraciones de torsión de un árbol (3) accionado a rotación con un cuerpo de inercia rotacionalmente simétrico que representa la masa volante de impulsión, estando unido el cuerpo de inercia por medio de un anillo cauchoelástico (4) con un cubo (1) que a su vez está unido solidariamente en rotación con el árbol (3) en posición coaxial al eje de rotación del mismo, caracterizado porque - el cuerpo de inercia comprende una parte primaria (5) y una parte secundaria montada coaxialmente a ésta y giratoria en una medida igual a un ángulo de giro con respecto a la misma, - entre la parte primaria (5) y la parte secundaria están formadas unas cámaras de desalojamiento (8, 9), cada una de ellas constituida conjuntamente por estas partes y de las cuales al menos dos están unidas cada vez una con otra a través de al menos un sitio de estrangulación (10, 11), - los movimientos relativos entre la parte primaria (5) y la parte secundaria pueden variar el volumen de dos respectivas cámaras de desalojamiento (8, 9) unidas a través del al menos un sitio de estrangulación (10, 11) de tal manera que el volumen de una cámara de desalojamiento disminuye en la misma cuantía en la que aumenta el volumen de la otra, - las cámaras de desalojamiento (8, 9) están llenas de un líquido hidráulico, de tal manera que resulta un acoplamiento de líquido entre la parte primaria (5) y la parte secundaria, y - al producirse un movimiento relativo entre la parte primaria (5) y la parte secundaria por efecto de la variación de volumen ligada a éste en las cámaras de desalojamiento (8, 9), pasa líquido hidráulico de una cámara de desalojamiento (8, 9) a la otra cámara de desalojamiento (8, 9) a través del al menos un sitio de estrangulación (10, 11).
Description
Amortiguador de vibraciones de torsión.
El objeto de la invención es un amortiguador de
vibraciones de torsión según el preámbulo de la reivindicación
1.
En árboles rotativos, por ejemplo en cigüeñales
de motores de combustión interna, se presentan frecuentemente,
debido a fuerzas que atacan en el árbol, unas vibraciones de torsión
que conducen a una fuerte solicitación del árbol y que, en caso de
que coincidan con resonancias del árbol, pueden llevar hasta la
rotura de éste. Para hacer frente a esta situación, es usual prever
amortiguadores de vibraciones de torsión que amortigüen o atenúen
las vibraciones de torsión por efecto de desplazamientos de masa. Se
diferencian aquí dos grandes grupos de amortiguadores de
vibraciones de torsión; por un lado, los llamados amortiguadores de
vibraciones de torsión por resonancia que atenúan de manera
sustancialmente completa, por deformación elástica del material,
las vibraciones de torsión que se presenten a números de
revoluciones determinados, y, por otro lado, amortiguadores de
vibraciones de torsión que actúan en función del número de
revoluciones y que frenan por rozamiento mecánico o fluídico y así
amortiguan las vibraciones de torsión que se presenten.
Los amortiguadores de vibraciones de torsión por
resonancia son conocidos en múltiples ejecuciones, y un
representante típico de esta clase de construcción está descrito,
por ejemplo, en el documento DE 588 245. Sobre el perímetro
exterior de un cubo unido con un cigüeñal está dispuesto
concéntricamente un anillo de caucho que lleva en su perímetro
exterior un anillo exterior concéntrico que forma la masa volante de
impulsión. La unión entre el cubo y el anillo de caucho, por un
lado, y entre el anillo de caucho y el anillo exterior, por otro
lado, se establece por medio de un acoplamiento de rozamiento, pero
puede establecerse también por medio de otras técnicas de unión,
tales como vulcanización o acoplamiento por adaptación de forma.
Como ya se ha mencionado más arriba, en los amortiguadores de
vibraciones de torsión de este tipo la energía cinética de
determinadas vibraciones de torsión a la que está ajustado el
amortiguador de vibraciones de torsión por resonancia es eliminada
casi completamente por la deformación elástica del material, pero
esto significa también que los amortiguadores de vibraciones de
torsión por resonancia prácticamente no entran en acción a números
de revoluciones distintos de aquéllos a los que están ajustados. Un
problema adicional está representado por la evacuación del calor
que se libera debido a la deformación elástica del material.
Los amortiguadores de vibraciones de torsión que
trabajan independientemente del número de revoluciones según el
principio de la amortiguación hidráulica poseen usualmente una parte
primaria sólidamente unida con el árbol a amortiguar y una parte
secundaria dispuesta concéntricamente a dicha parte primaria y que
forma la masa volante de impulsión y puede moverse alrededor del
eje de giro común hasta un ángulo de giro determinado. Entre la
parte primaria y la parte secundaria están formadas,
concéntricamente al eje de rotación, unas cámaras de desalojamiento
que están unidas una con otra a través de sitios de estrangulación.
Los movimientos relativos entre la parte primaria y la parte
secundaria modifican el volumen de cada dos cámaras de alojamiento
unidas a través de un sitio de articulación de tal manera que el
volumen de una disminuye en la misma cuantía que aumenta el volumen
de la otra. Las cámaras de desalojamiento están llenas de un líquido
hidráulico, de modo que, al producirse un movimiento relativo entre
la parte primaria y la parte secundaria, se produce, debido a la
variación de volumen de las cámaras de desalojamiento que va ligada
a esto, un paso de líquido hidráulico de una cámara de
desalojamiento a la otra cámara de desalojamiento a través de los
sitios de estrangulación. Debido al rozamiento fluídico en el sitio
de estrangulación se sustrae energía cinética del sistema por
transformación de ésta en calor y se amortigua así el sistema.
Un amortiguador de vibraciones de torsión o un
acoplamiento elástico a torsión de la clase anteriormente descrita
puede encontrarse, por ejemplo, en el documento DE 198 39 470 A1.
Están previstos allí unos elementos de muelle insertos entre la
parte primaria y la parte secundaria y destinados a la transmisión
del par de giro. Las cámaras de desalojamiento llevan asociado aquí
un dispositivo de alimentación de líquido con una bomba de
transporte por medio de la cual se transporta líquido hidráulico
hacia las cámaras de desalojamiento a través de canales de
alimentación. El retorno del líquido hidráulico se efectúa a través
de canales de retorno que van a una cámara de retorno. La finalidad
del dispositivo de alimentación de líquido consiste aquí en purgar
el aire de las cámaras de desalojamiento y asegurar el llenado
completo de dichas cámaras de desalojamiento incluso ya antes del
arranque sin oclusiones de aire, de modo que toda la potencia de
amortiguación esté disponible en el momento del arranque.
En los amortiguadores de vibraciones de torsión
que funcionan a base de rozamiento fluídico es desventajoso el
hecho de que, en el caso de vibraciones de torsión especialmente
acusadas con grandes ángulos de desplazamiento, como las que se
presentan al pasar por números de revoluciones de resonancia del
árbol, dichos amortiguadores pueden realizar tan sólo una
amortiguación insatisfactoria de tales vibraciones.
Partiendo del estado de cosas anteriormente
descrito, el cometido de la invención consiste en crear un
amortiguador de vibraciones de torsión que, por un lado, actúe a
todo lo largo del intervalo de número de revoluciones y, por otro
lado, atenúe vibraciones de torsión con ángulos de desplazamiento
especialmente grandes. En un desarrollo adicional del problema, el
amortiguador de vibraciones de torsión deberá estar constituido de
modo que se pueda evacuar sin problemas el calor que se libera por
la amortiguación y sea posible, con una pequeña demanda de espacio
una disposición en motores de combustión interna que funcionan en
vehículos.
El problema se resuelve por medio de una
disposición según las características de la reivindicación 1, y en
las reivindicaciones subordinadas están caracterizadas ejecuciones
ventajosas.
El amortiguador de vibraciones de torsión según
la invención consiste en un atenuador de vibraciones de torsión por
resonancia y en un amortiguador de vibraciones de torsión asentado
en cierto modo sobre éste y que trabaja independientemente del
número de revoluciones según el principio de la amortiguación
hidráulica, y reúne las ventajas de ambos tipos de amortiguadores
en una pieza constructiva. Además, un amortiguador de vibraciones
de torsión según la invención no requiere más espacio que un
amortiguador de vibraciones de torsión convencional que trabaje
según uno de los principios anteriormente comentados. Además, es
ventajoso el hecho de que, en caso de resonancia, los movimientos
con ángulos de desplazamiento relativamente grandes que se presenten
en la parte atenuadora de vibraciones de torsión por resonancia
entre el cubo y la masa volante de impulsión son amortiguados
adicionalmente por la parte del amortiguador que actúa por vía
hidráulica.
Mediante una alimentación permanente de líquido
hidráulico a presión a las cámaras de desalojamiento y una
evacuación del líquido hidráulico sobrante de las cámaras de
desalojamiento se hace posible, además, de manera ventajosa una
evacuación eficiente de calor del amortiguador de vibraciones de
torsión.
Se proporciona una optimización ventajosa de la
disposición haciendo que la afluencia tenga lugar desde el cubo y
la evacuación tenga lugar volviendo al cubo, y así todo el
amortiguador de vibraciones de torsión, es decir, también la parte
amortiguadora de vibraciones de torsión por resonancia, es recorrida
por el líquido hidráulico y se aumenta con ello la evacuación de
calor.
La entrada del líquido hidráulico en la zona de
estrangulación entre dos cámaras de alojamiento y la evacuación del
líquido hidráulico sobrante de la zona de estrangulación entre dos
cámaras de alojamiento aprovecha de manera ventajosa las
condiciones de presión favorables en estos sitios y, además, ofrece
la ventaja de que son necesarias solamente una abertura de
afluencia y una abertura de descarga para cada dos cámaras de
desalojamiento.
Mediante la disposición de piezas intermedias en
rebajos de la parte primaria se consigue una estructura sencilla y,
por tanto, ventajosa de la disposición debido a que un rebajo y una
pieza intermedia forman, sin coste adicional, dos cámaras de
desalojamiento acopladas a través de rendijas de estrangulación. La
ejecución ventajosa se complementa haciendo que las piezas
intermedias estén fijadas por medio de la carcasa en su posición con
relación a la parte primaria y una con relación a otra y,
juntamente con la carcasa, formen la parte secundaria.
Se proporciona una afluencia especialmente
uniforme y, por tanto, ventajosa del líquido hidráulico haciendo
que ésta se efectúe en forma de estrella desde un espacio
distribuidor dispuesto en el cubo hasta un espacio anular situado
lo más lejos posible del cubo y conduciendo el flujo de retorno en
forma de estrella desde las cámaras de desalojamiento hasta un
canal de salida de forma anular dispuesto en el cubo. Resultan así
las mismas condiciones de presión en puntos comparables del circuito
hidráulico. Asimismo, el flujo en forma de estrella por toda la
disposición origina una evacuación de calor uniforme y, por tanto,
ventajosa desde todas las partes del amortiguador de vibraciones de
torsión.
La formación de los primeros taladros desde el
espacio anular hasta las cámaras de desalojamiento como boquillas
escalonadas impide ampliamente de manera ventajosa, debido a las
turbulencias que se presentan en la respectiva zona de
desembocadura de la boquilla escalonada, un reflujo del líquido
hidráulico hacia los canales de alimentación, con lo que se puede
prescindir de válvulas de retención.
Como quiera que la relación de las superficies
de sección transversal de un respectivo primer taladro a la
superficie de sección transversal de una respectiva rendija de
estrangulación exterior o la relación de las superficies de sección
transversal de un respectivo segundo taladro a la superficie de
sección transversal de una respectiva rendija de estrangulación
interior está situada en el intervalo comprendido entre 1 : 8 y 1 :
12, se consigue de manera ventajosa que, al producirse movimientos
relativos entre la parte primaria y la parte secundaria, el
transporte del líquido hidráulico se efectúe en su mayor parte a
través de las rendijas de estrangulación, es decir que se minimiza
el reflujo de líquido hidráulico hacia los canales de alimentación
o la expulsión hacia los canales de salida y se maximiza la
amortiguación. Por otro lado, el dimensionamiento mencionado
permite un caudal suficiente y, por tanto, ventajoso de líquido
hidráulico con el fin de refrigerar el amortiguador de vibraciones
de torsión.
Asimismo, es especialmente ventajoso el hecho de
que en amortiguadores de vibraciones de torsión según la invención
que se instalan en cigüeñales de motores de combustión interna se
puede emplear como líquido hidráulico el aceite lubricante del
circuito de aceite lubricante del motor de combustión interna. No es
necesario entonces un circuito propio para el líquido hidráulico.
La alimentación del líquido hidráulico a través de un taladro
dispuesto en el árbol accionado a rotación minimiza el coste de una
manera ventajosa y especialmente en motores de combustión interna
la conexión al sistema de taladros de aceite existente de todos
modos en el cigüeñal puede realizarse por medio de un sencillo
taladro de conexión.
Es ventajosa también la evacuación del líquido
hidráulico del amortiguador de vibraciones de torsión a través de
un taladro del árbol accionado a rotación, por ejemplo del cigüeñal
en un motor de combustión interna. El aceite lubricante que refluye
puede ser introducido allí sin problemas, a través del cigüeñal, en
el cárter de aceite que sirve como recipiente de reserva para el
aceite lubricante.
Aparte de las ventajas anteriormente
mencionadas, se obtienen otras ventajas y ejecuciones ventajosas de
la invención en combinación con los ejemplos que se describen con
más detalle seguidamente ayudándose de los dibujos. Muestran:
La figura 1, una sección a través de un
amortiguador de vibraciones de torsión según la invención en
dirección perpendicular a su eje de rotación,
La figura 2, una sección a través del
amortiguador de vibraciones de torsión según la figura 1 a lo largo
de la línea A-A y
La figura 3, una sección a través del
amortiguador de vibraciones de torsión según la figura 1 a lo largo
de la línea B-B.
Para explicar el amortiguador de vibraciones de
torsión según la invención se parte seguidamente de un amortiguador
de vibraciones de torsión por resonancia cuya masa volante de
impulsión se ha modificado de modo que no sólo se atenúen
vibraciones que se presenten dentro de un intervalo de número de
revoluciones determinado, sino que se ajuste una amortiguación de
vibraciones de torsión en todo el intervalo de número de
revoluciones.
La figura 1 muestra en representación
esquemática una sección a través de un amortiguador de vibraciones
de torsión en dirección perpendicular a su eje de rotación.
Partiendo de esta representación de la figura 1 se explica
seguidamente, a título de ejemplo, una realización de la invención
en combinación con las figuras 2 y 3, que muestran,
respectivamente, una sección a través del amortiguador de
vibraciones de torsión a lo largo de la línea A-A
(figura 2) y una sección a través del amortiguador de vibraciones de
torsión a lo largo de la línea B-B (figura 3).
Puesto que la disposición comprende un gran número de piezas
constructivas iguales, solamente una parte necesaria para la
comprensión ha sido provista de símbolos de referencia.
Sobre un cubo 1, que esta fijado a un árbol 3
accionado a rotación (figura 3) a través de agujeros de
atornillamiento 2 y por medio de tornillos correspondientes 2', se
encuentra un anillo cauchoelástico 4 dispuesto concéntricamente
sobre el cubo 1 y unido solidariamente en rotación con él. El anillo
cauchoelástico 4 coopera con el cubo 1 y con una masa volante de
impulsión dispuesta también concéntricamente y solidaria en rotación
sobre el anillo cauchoelástico 4, de tal manera que se eliminen en
amplio grado, por deformación elástica del anillo cauchoelástico 4,
las vibraciones de rotación o de torsión que se presenten a un
número de revoluciones determinado.
La masa volante de impulsión está constituida a
su vez por una serie de piezas constructivas que forman un
amortiguador de vibraciones de torsión según el principio de la
amortiguación hidráulica. A este fin, está prevista una parte
primaria 5 de forma de corona circular dispuesta concéntricamente y
solidaria en rotación sobre el anillo cauchoelástico 4. En la parte
primaria 5 se encuentran, orientadas concéntricamente al eje de
rotación, unas escotaduras 6 que presentan sustancialmente la forma
de segmentos de corona circular. En las escotaduras 6 están a su
vez dispuestas unas piezas intermedias 7 que presentan también
sustancialmente la forma de segmentos de corona circular, pero que
son más pequeñas que las escotaduras 6. Las dimensiones de las
piezas intermedias 7 se han elegido aquí de modo que éstas formen
entre su perímetro exterior y el perímetro interior de las
escotaduras 6 unos pares de cámaras de desalojamiento 8, 9 que estén
unidas una con otra a través de, respectivamente, una rendija de
estrangulación exterior 10 y una rendija de estrangulación interior
11.
Las piezas intermedias 7 están fijadas una a
otra y a la parte primaria 5 a través de una primera tapa de
carcasa 12 de forma de corona circular que, como puede apreciarse
mejor en la figura 2, está montada con su diámetro interior, en
forma giratoria y estanca a los líquidos, sobre un escalón
periférico anular del cubo 1. La fijación se efectúa a través de
pasadores de ajuste 13 que se inmovilizan en la tapa 12 de la
carcasa y que encajan en escotaduras correspondientes 13' de las
piezas intermedias 7. En la primera tapa 12 de la carcasa está
previsto en la zona de su perímetro exterior un escalón periférico
anular en el que va fijado un anillo exterior 14 en posición
concéntrica a la parte primaria 5 y de manera hermética a los
líquidos, de tal manera que quede un espacio anular 15 entre la
parte primaria 5 y el anillo exterior 14.
Para unir el espacio anular 15 con un espacio
distribuidor 16 dispuesto en el centro del cubo 1 están previstos
unos taladros distribuidores 17 que discurren en forma de estrella y
que atraviesan la parte primaria, el anillo cauchoelástico 4 y el
cubo 1.
El amarre de las cámaras de desalojamiento 8, 9
al espacio anular 15 se efectúa a través de unos primeros taladros
18 que están configurados como boquillas escalonadas y que conducen
desde el espacio anular 15 hasta los rebajos 6, partiendo cada vez
del centro de la zona de las rendijas de estrangulación exteriores
10. Partiendo de los rebajos 6, están previstos unos segundos
taladros 19 dispuestos en forma de estrella que, partiendo cada vez
del centro de los rebajos 6 en la zona de la rendija de
estrangulación interior, atraviesan la parte primaria 6, el anillo
cauchoelástico 4 y partes del cubo 1 y desembocan en un canal de
salida 20 que discurre en forma de anillo en el cubo 1.
El espacio distribuidor 16 dispuesto en el cubo
1 está unido, a través de un taladro de alimentación 21 previsto en
el árbol giratorio 3, con una bomba de transporte para el líquido
hidráulico (no representado), y un taladro de salida 22 dispuesto
también en el árbol giratorio 3 une el canal de salida anular 20 con
un recipiente de reserva para el líquido hidráulico (no
representado) a través de una corta ranura radial 20' dispuesta en
el cubo 1.
Las zonas del amortiguador de vibraciones de
torsión que conducen el líquido hidráulico se cierran por medio de
una segunda tapa de carcasa 23 configurada en forma de corona
circular, cuyo diámetro exterior corresponde sustancialmente al de
la primera tapa 12 de la carcasa y que presenta también un escalón
periférico anular en la zona de su diámetro exterior, sobre el cual
está montado el anillo exterior 14 en forma estanca al líquido. La
segunda tapa 23 de la carcasa está montada con su diámetro interior,
en forma giratoria y también estanca a los líquidos, sobre un
segundo escalón periférico anular del cubo 1, de modo que resulta
una carcasa hermética a los líquidos que abraza al anillo
cauchoelástico 4 y a la parte primaria 5. Como ya se ha explicado,
las piezas primarias 7 están fijadas a la primera tapa 12 de la
carcasa por medio de pasadores de ajuste 13 y, por tanto, son en
cierto modo parte de la carcasa; para asegurar una capacidad de giro
de la carcasa y, por tanto, un movimiento relativo de las piezas
intermedias 7 con respecto a la parte primaria 5, las piezas
intermedias 7, visto en la dirección del eje de giro del
amortiguador de vibraciones de torsión, son de construcción
ligeramente más gruesa que la del anillo cauchoelástico 4 o la
parte primaria 5, con lo que las piezas intermedias 7, actuando en
cierto modo como distanciadores, fijan la distancia mínima entre las
tapas primera y segunda de la carcasa. La fijación de la carcasa se
efectúa por medio de tornillos 24 que, extendiéndose a través de
taladros de paso correspondientes de la segunda tapa 23 de la
carcasa y de las piezas intermedias 7, engranan con agujeros
roscados de la primera tapa 12 de la carcasa y afianzan así las
tapas de la carcasa una contra otra a través de las piezas
intermedias 7 y el anillo exterior 14.
Para cerrar el espacio distribuidor 16 en su
extremo alejado del árbol giratorio 3 se ha previsto una tapa 25 de
forma circular que está fijada al cubo 1 por medio de tornillos 26 y
cierra así el espacio distribuidor 16 en forma estanca a los
líquidos.
Los cierres de sellado anteriormente comentados
se pueden conseguir por medio de anillos tóricos introducidos en
ranuras circulares, pero también se pueden utilizar otros métodos de
sellado. Estas formas de sellado son conocidas para el experto y,
por tanto, resulta superflua una descripción detallada.
Para explicar el funcionamiento de la
disposición se supone que el árbol 3 accionado a rotación es el
cigüeñal de un motor de combustión interna y que el amortiguador de
vibraciones de torsión es hecho funcionar como en un motor de
combustión interna.
Con la puesta en marcha del motor de combustión
interna, éste establece de manera conocida la presión para el
aceite lubricante por medio de una bomba de aceite dispuesta en el
actuador secundario del motor de combustión interna, de modo que
llega aceite lubricante a los alojamientos de cojinete a lubricar
del cigüeñal a través del sistema de taladros de aceite lubricante
existente en el cigüeñal. Como ya se ha explicado, este sistema de
taladros de aceite lubricante lleva conectado un taladro de
alimentación 21 a través del cual el aceite lubricante llega al
espacio distribuidor 16 y desde éste, a través de los taladros
distribuidores 17, al espacio anular 15. Debido al amarre central
de los canales distribuidores se establece una presión de aceite
uniforme en el espacio anular 15 y, por tanto, en todos los
taladros 18 que desembocan desde éste en los rebajos 6.
A través de los primeros taladros 18, que están
configurados como boquillas escalonadas, se impulsa el aceite
lubricante hacia los rebajos 6. La acción de las boquillas
escalonadas es aquí tal que en la zona de la desembocadura en los
rebajos 6 se producen fuertes turbulencias que impiden en amplio
grado un reflujo del aceite lubricante incluso en el caso de un
aumento de presión de corta duración en estas zonas.
La distribución del aceite lubricante en los
rebajos 6 se efectúa a través de las rendijas de estrangulación
exteriores 10, a través de las cuales pasa el aceite lubricante a
las cámaras de desalojamiento 8, 9. Como quiera que los primeros
taladros 18 desembocan en los rebajos 6 por el centro de la zona de
las rendijas de estrangulación 10, resulta una distribución
ampliamente uniforme del aceite lubricante en las cámaras de
desalojamiento 8, 9. Debido al transporte adicional continuo de
aceite lubricante, la respectiva parte que sobrepasa la capacidad
de las cámaras de desalojamiento 8, 9 es presionada hacia el canal
de salida 20 - que discurre en forma de anillo en el cubo 1 - a
través de los segundos taladros 19, que están dispuestos también
centradamente en la zona de las rendijas de estrangulación
interiores 11, y llega desde este canal al cárter de aceite del
motor de combustión interna (no representado) a través de la ranura
radial 20' y el taladro de salida 22 que discurre en el
cigüeñal.
Por supuesto, a diferencia del ejemplo
anteriormente descrito, el retorno del aceite lubricante al cárter
de aceite puede efectuarse también a través de una rueda del
cigüeñal dispuesta en unión operativa con la ranura radial 20' o a
través de una pieza distanciadora colocada entre la ranura radial
20' y el cigüeñal.
El circuito de aceite lubricante previsto en el
amortiguador de vibraciones de torsión se llena completamente de la
manera antes descrita con el aceite lubricante que actúa como
líquido hidráulico, de modo que entre la parte primaria 5 y la
parte secundaria, constituida sustancialmente por las piezas
intermedias 7, las tapas 12, 13 de la carcasa y el anillo exterior
14, se establece un acoplamiento hidráulico.
El amortiguador de vibraciones de torsión lleno
así de aceite lubricante está sometido a un movimiento de giro
irregular debido a fuerzas que atacan en el árbol 3, especialmente a
través de los pistones del motor de combustión interna. El árbol 3
con las masas acopladas al mismo, tales como, por ejemplo, grupos
secundarios, representa aquí un sistema vibrante de muchos miembros
que es inducido a realizar vibraciones de torsión por las fuerzas
que actúan de manera irregular. Las formas de vibración que entonces
se presentan dependen de la forma de construcción del motor y de
las influencias del sistema general, siendo aquí más o menos
fuertemente acusadas las formas de vibración que se presenten. Un
motor de seis cilindros en línea presenta, por ejemplo, vibraciones
claramente marcadas de sexto orden a un número de revoluciones de
1900 rpm, pero, además, pueden presentarse vibraciones menos
marcadas de orden diferente a todo lo largo del intervalo de número
de revoluciones.
Para hacer frente a estas condiciones de
vibración, la disposición según la invención, como ya se ha
mencionado, presenta una parte atenuadora de vibraciones de torsión
por resonancia que está constituida por el anillo cauchoelástico 4
unido solidariamente en rotación con el cubo y la masa volante de
impulsión, componiéndose la masa volante de impulsión
sustancialmente de la parte primaria 5, las piezas intermedias 7,
las tapas 12, 13 de la carcasa y el anillo exterior 14. Sobre este
atenuador de vibraciones de torsión por resonancia está asentado un
amortiguador de vibraciones de torsión que actúa según el principio
de la amortiguación hidráulica y que está constituido por la parte
primaria 5 y la parte secundaria, comprendiendo la parte secundaria
sustancialmente las piezas intermedias 7, las tapas 12, 23 de la
carcasa y el anillo exterior 14. Esta disposición actúa ahora de
modo que el amortiguador de vibraciones de torsión que trabaja según
el principio de la amortiguación hidráulica es operativo a todos
los números de revoluciones. Por tanto, si se presentan vibraciones
de torsión, actúan entonces alternativamente fuerzas de aceleración
sobre la parte secundaria en y contra la dirección de giro. La
parte secundaria intenta seguir los movimientos iniciados por los
procesos de aceleración y actúa entonces alternativamente
aumentando la presión, a través de las piezas intermedias 7, sobre
el aceite lubricante confinado dentro de las cámaras de
desalojamiento 8, 9. Esta diferencia de presión alternativa tiende a
ser compensada por las rendijas de estrangulación 10, 11 y desaloja
entonces alternativamente a través de éstas aceite lubricante de
una cámara de desalojamiento a la otra. Las rendijas de
estrangulación 10, 11 están concebidas en cuanto a sus dimensiones
y la constitución de su superficie de modo que una parte lo más
grande posible de la energía introducida en el amortiguador de
vibraciones de torsión por los procesos de aceleración sea
convertida en calor por rozamiento fluídico en las rendijas de
estrangulación 10, 11. Como quiera que la superficie de la sección
transversal de una respectiva rendija de estrangulación exterior 10
es sensiblemente mayor que la superficie de la sección transversal
del respectivo primer taladro correspondiente 18 y éste, además,
está configurado como una boquilla escalonada, y la superficie de
la sección transversal de una respectiva rendija de estrangulación
interior 11 es sensiblemente mayor que la superficie de la sección
transversal del respectivo segundo taladro correspondiente 19, así
como en vista de que la mayor parte del transporte del aceite
lubricante se efectúa entre las cámaras de desalojamiento 8, 9,
únicamente una pequeña proporción del aceite lubricante es
transportada a través de los taladros primero y segundo 18, 19 y de
los rebajos 6. Los diámetros de los taladros primero y segundo 18,
19 están dimensionados, visto en términos absolutos, de modo que el
caudal del aceite lubricante sea suficiente para evacuar el calor
generado por el rozamiento del líquido en las rendijas de
estrangulación 10, 11.
A diferencia del amortiguador de vibraciones de
torsión anteriormente descrito que actúa por vía hidráulica, la
eficacia del atenuador de vibraciones de torsión por resonancia está
limitada a una forma de vibración determinada. La sintonización se
efectúa aquí a la forma de vibración en la que se presenta el máximo
ángulo de desplazamiento, es decir, la vibración de torsión con la
máxima amplitud de vibración. Según el ejemplo anteriormente
invocado, ésta sería una vibración de sexto orden a un número de
revoluciones de 1900 rpm. La sintonización del atenuador de
vibraciones de torsión por resonancia se efectúa aquí mediante la
elección del material del que está hecho el anillo cauchoelástico 4
y mediante las dimensiones de esta pieza constructiva en
combinación con la masa volante de impulsión, de tal manera que, al
pasar por el intervalo de número de revoluciones correspondiente,
se atenúen de manera sustancialmente completa las vibraciones de
torsión que se presenten por efecto de la deformación elástica del
anillo cauchoelástico 4.
Con la disposición anteriormente descrita es
posible amortiguar un árbol accionado a rotación respecto de
vibraciones de torsión producidas en todo el intervalo de número de
revoluciones y atenuar de manera deliberada las vibraciones de
torsión que se presenten en la zona del número de revoluciones de
resonancia con un ángulo de desplazamiento grande. El calor
generado por los procesos de amortiguación o atenuación puede ser
evacuado de manera sencilla a través del líquido hidráulico, en el
ejemplo a través del aceite lubricante del motor de combustión
interna, el cual es refrigerado de todos modos nuevamente con ayuda
de medidas de refrigeración correspondientes, por ejemplo a través
de un refrigerador de aceite.
A diferencia del ejemplo anteriormente descrito,
son imaginables numerosas variantes y ejecuciones que pueden
derivarse del principio básico de solución a partir de conocimientos
accesibles al experto. Por este motivo, en lo que sigue se entra
sólo puntualmente en detalles sobre tales alternativas y
ejecuciones.
En determinadas aplicaciones se puede prescindir
de una circulación del líquido hidráulico. Esto es lo que ocurre
cuando la cantidad de calor generada por el rozamiento del líquido
puede evacuarse de otra manera, por ejemplo a través de aletas de
refrigeración o medidas de refrigeración similares. Es esencial a
este respecto que las zonas que conducen el líquido hidráulico
estén herméticamente cerradas y no pueda producirse un calentamiento
que varíe las propiedades o la conservabilidad del líquido
hidráulico.
Respecto del amarre del anillo cauchoelástico 4
al cubo 1 o de la masa volante de impulsión al anillo cauchoelástico
4, se tiene que, aparte de uniones por adaptación de forma, tales
como vulcanización, pegadura o endentado, son imaginables también
uniones por acoplamiento de rozamiento. En el caso de uniones por
acoplamiento de rozamiento hay que asegurar, cuando esté presente
un circuito hidráulico, el flujo del líquido hidráulico a través
del anillo cauchoelástico, por ejemplo a través de canales
periféricos.
Para el posicionamiento centrado automático de
las piezas intermedias 7 en los rebajos 6 pueden estar previstos
unos elementos de muelle que se apoyen en la parte primaria 5 y en
las piezas intermedias 7, de modo que ya al comienzo del movimiento
de giro del árbol 3 entren en acción las cámaras de desalojamiento
8, 9 uniformemente llenas de líquido hidráulico.
El amarre de las cámaras de desalojamiento a los
canales de alimentación o a los canales de salida para el líquido
hidráulico puede efectuarse también por separado para cada cámara de
desalojamiento, e igualmente las rendijas de estrangulación pueden
estar sustituidas por otros dispositivos que estrangulen el
desbordamiento de una cámara de desalojamiento a la otra. En los
casos en los que los primeros taladros previstos 18, realizados en
forma de boquillas escalonadas, no sean suficientes en su acción de
inhibición de la corriente de retorno a las tuberías de
alimentación, pueden estar previstas también unas válvulas de
retención que impidan la corriente de retorno al aumentar la
presión o, como alternativa, una válvula de retención central.
Claims (16)
1. Amortiguador de vibraciones de torsión para
amortiguar vibraciones de torsión de un árbol (3) accionado a
rotación con un cuerpo de inercia rotacionalmente simétrico que
representa la masa volante de impulsión, estando unido el cuerpo de
inercia por medio de un anillo cauchoelástico (4) con un cubo (1)
que a su vez está unido solidariamente en rotación con el árbol (3)
en posición coaxial al eje de rotación del mismo,
caracterizado porque
- -
- el cuerpo de inercia comprende una parte primaria (5) y una parte secundaria montada coaxialmente a ésta y giratoria en una medida igual a un ángulo de giro con respecto a la misma,
- -
- entre la parte primaria (5) y la parte secundaria están formadas unas cámaras de desalojamiento (8, 9), cada una de ellas constituida conjuntamente por estas partes y de las cuales al menos dos están unidas cada vez una con otra a través de al menos un sitio de estrangulación (10, 11),
- -
- los movimientos relativos entre la parte primaria (5) y la parte secundaria pueden variar el volumen de dos respectivas cámaras de desalojamiento (8, 9) unidas a través del al menos un sitio de estrangulación (10, 11) de tal manera que el volumen de una cámara de desalojamiento disminuye en la misma cuantía en la que aumenta el volumen de la otra,
- -
- las cámaras de desalojamiento (8, 9) están llenas de un líquido hidráulico, de tal manera que resulta un acoplamiento de líquido entre la parte primaria (5) y la parte secundaria, y
- -
- al producirse un movimiento relativo entre la parte primaria (5) y la parte secundaria por efecto de la variación de volumen ligada a éste en las cámaras de desalojamiento (8, 9), pasa líquido hidráulico de una cámara de desalojamiento (8, 9) a la otra cámara de desalojamiento (8, 9) a través del al menos un sitio de estrangulación (10, 11).
2. Amortiguador de vibraciones de torsión según
la reivindicación 1, caracterizado porque las cámaras de
desalojamiento (8, 9) disponen de alimentaciones (15, 16, 17, 18)
para el líquido hidráulico y de salidas (19, 20) para el líquido
hidráulico, alimentándose continuamente líquido hidráulico a
presión desde un recipiente de reserva a través de las
alimentaciones (15, 16, 17, 18) y retornando líquido hidráulico
sobrante de las cámaras de desalojamiento (8, 9) al recipiente de
reserva a través de las salidas (19, 20), y estando construidas las
alimentaciones (15, 16, 17, 18) a las cámaras de desalojamiento (8,
9) y las salidas (19, 20) de las cámaras de desalojamiento (8, 9) de
modo que, al producirse movimientos relativos entre la parte
primaria (5) y la parte secundaria, tenga lugar un traspaso de
líquido hidráulico en su mayor parte solamente entre las cámaras de
desalojamiento (8, 9) unidas a través del al menos un sitio de
estrangulación (10, 11).
3. Amortiguador de vibraciones de torsión según
la reivindicación 2, caracterizado porque la alimentación
del líquido hidráulico se efectúa desde el cubo (1) hasta las
cámaras de desalojamiento (8, 9) a través del anillo cauchoelástico
(4) y la parte primaria (5).
4. Amortiguador de vibraciones de torsión según
la reivindicación 2, caracterizado porque el retorno del
líquido hidráulico se efectúa desde la cámara de desalojamiento (8,
9) hasta el cubo (1) a través de la parte primaria (5) y el anillo
cauchoelástico (4).
5. Amortiguador de vibraciones de torsión según
la reivindicación 2, caracterizado porque la alimentación
del líquido hidráulico se efectúa desde el cubo (1) hasta los sitios
de estrangulación (10) entre las cámaras de desalojamiento (8, 9) a
través del anillo cauchoelástico (4) y la parte primaria (5).
6. Amortiguador de vibraciones de torsión según
la reivindicación 2, caracterizado porque el retorno del
líquido hidráulico se efectúa desde los sitios de estrangulación
(11) entre las cámaras de desalojamiento (8, 9) hasta el cubo (1) a
través de la parte primaria (5) y el anillo cauchoelástico (4).
7. Amortiguador de vibraciones de torsión según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
el cuerpo de inercia comprende lo siguiente:
- -
- un anillo rígido dispuesto concéntricamente sobre el anillo cauchoelástico (4) y que forma la parte primaria (5) y lleva rebajos (6) dispuestos concéntricamente al eje de rotación del amortiguador de vibraciones de torsión, configurado sustancialmente en forma de segmentos de corona circular y distanciados uniformemente uno de otro,
- -
- unas piezas intermedias (7) dispuestas en los rebajos (6) de la parte primaria (5) y configuradas también sustancialmente en forma de segmentos de corona circular, siendo las piezas intermedias (7) más pequeñas que los rebajos (6), de tal manera que entre el perímetro interior de un rebajo (6) y el perímetro exterior de una pieza intermedia (7) dispuesta en el mismo se forman en ambos lados de la pieza intermedia (7), visto en el sentido de giro de la disposición, sendas cámaras de desalojamiento (8, 9) y, visto en dirección radial, se proporcionan en el lado interior y en el lado exterior de la pieza intermedia (7) unas rendijas de estrangulación interior y exterior (10, 11) que unen las cámaras de desalojamiento (8, 9),
- -
- una primera tapa de carcasa (12) configurada en forma de corona circular, en cuyo lado interior están inmovilizadas las piezas intermedias (7) con arreglo a su orientación dentro de los rebajos (6) de la parte primaria (5),
- -
- una segunda tapa de carcasa (23) configurada en forma de corona circular con un diámetro exterior que corresponde sustancialmente al diámetro exterior de la primera tapa de carcasa (12), estando dispuesto en los diámetros exteriores de las tapas de carcasa (12, 23) un anillo exterior (14) de tal manera que éste forme juntamente con las tapas de carcasa primera y segunda (12, 23) una carcasa de forma de U en sección transversal que abrace a la parte primaria (5) y al anillo cauchoelástico (4) y que esté montada sobre el cubo (1) en forma giratoria y estanca a los líquidos, y
- -
- un líquido hidráulico introducido en las cámaras de desalojamiento (8, 9), que llena éstas completamente.
8. Amortiguador de vibraciones de torsión según
la reivindicación 7, caracterizado porque la primera tapa
(12) de la carcasa está atornillada con la segunda tapa (23) de la
carcasa a través de las piezas intermedias (7), y el anillo
exterior (14), centrado por medio de escalones anulares de las tapas
(12, 23) de la carcasa, está sujeto bajo acción de apriete y de
manera estanca a los líquidos entre las tapas (12, 23) de la
carcasa.
9. Amortiguador de vibraciones de torsión según
la reivindicación 7, caracterizado porque
- -
- la carcasa de forma de U en sección transversal forma un espacio anular (15) entre el lado interior del anillo exterior (14) y el diámetro exterior de la parte primaria (5),
- -
- el espacio anular (15) está unido, a través de unos taladros distribuidores (17) que discurren en forma de estrella con respecto al eje de rotación y que atraviesan la parte primaria (5) y el anillo cauchoelástico (4), con un espacio distribuidor (16) para el líquido hidráulico que está situado en el centro del cubo (1) y que es alimentado con líquido hidráulico por una bomba,
- -
- unos primeros taladros (18) conducen desde el espacio anular (15) hasta los rebajos (6) de la parte primaria (5) de tal manera que estos taladros desembocan en los rebajos (6) por la zona de la rendija de estrangulación exterior (10), y
- -
- unos segundos taladros (19), que atraviesan en forma de estrella la parte primaria (5), el anillo cauchoelástico (4) y partes del cubo (1), conducen desde los rebajos (6) en la zona de la rendija de estrangulación interior (11) hasta un canal de salida (20) que discurre en forma de anillo en el cubo (1) y que está unido con un recipiente de reserva para el líquido hidráulico.
10. Amortiguador de vibraciones de torsión
según la reivindicación 9, caracterizado porque los primeros
taladros (18) están configurados de manera que forman respectivas
boquillas escalonadas que actúan en dirección a los rebajos (6).
11. Amortiguador de vibraciones de torsión según
la reivindicación 9, caracterizado porque los segundos
taladros (19) previstos en la zona de la rendija de estrangulación
interior (11) presentan un ensanchamiento de forma de embudo.
12. Amortiguador de vibraciones de torsión según
la reivindicación 9, caracterizado porque la relación de las
superficies de la sección transversal de un respectivo primer
taladro (18) a la superficie de la sección transversal de una
respectiva rendija de estrangulación exterior (10) está situada en
el intervalo comprendido entre 1:8 y 1:12.
13. Amortiguador de vibraciones de torsión según
la reivindicación 9, caracterizado porque la relación de las
superficies de la sección transversal de un respectivo segundo
taladro (19) a la superficie de la sección transversal de una
respectiva rendija de estrangulación interior (11) está situada en
un intervalo comprendido entre 1:8 y 1:12.
14. Amortiguador de vibraciones de torsión según
una de las reivindicaciones 2 a 6 ó 9 a 13, caracterizado
porque el líquido hidráulico es aceite lubricante que proviene del
circuito de aceite lubricante de un motor de combustión interna.
15. Amortiguador de vibraciones de torsión según
una de las reivindicaciones 2 a 6 ó 9 a 14, caracterizado
porque la alimentación del líquido hidráulico se efectúa a través de
al menos un taladro del árbol (3) accionado a rotación hasta el
cubo (1) - unido con éste - del amortiguador de vibraciones de
torsión.
16. Amortiguador de vibraciones de torsión según
una de las reivindicaciones 2 a 6 ó 9 a 14, caracterizado
porque la evacuación del líquido hidráulico se efectúa a través de
al menos un taladro del árbol (3) accionado a rotación desde el
cubo (1) - unido con éste - del amortiguador de vibraciones de
torsión.
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