ES2579757T3 - Polea de transmisión de potencia - Google Patents

Abstract

Polea de transmisión de potencia que permite asegurar una desacoplamiento de una accesorio arrastrado por correa y que comprende un elemento de polea (200) conductora que tiene un contorno exterior que está adaptado para recibir una correa, y un elemento elástico (206, 208), que presenta una función de desacoplamiento, interpuesto entre el elemento de polea (200) y un dispositivo receptor (203, 220) destinando a ser acoplado a dicho accesorio, de forma que aquella incluye una sola rueda libre (204) del tipo de bolas, de rodillos o de levas dispuesta en serie con el elemento elástico (206, 208) entre el elemento de polea (200) y dicho dispositivo receptor (203, 220), estando dispuesta la rueda libre (204) o bien entre el elemento elástico (206, 208) y dicho dispositivo receptor (203, 220), estando solidarizado el elemento elástico con el elemento de polea (200), o bien dispuesta entre el elemento de polea (200) y el elemento elástico (206, 208), el cual está solidarizado con dicho dispositivo receptor (203, 220), caracterizado por que la rueda libre (204) asegura, en un estado bloqueado, una transmisión de potencia cuando el elemento conductor está arrastrado por la correa y asegura si no, en un estado desbloqueado, un desacoplamiento en rueda libre, entrando el elemento elástico (206, 208) en función cuando la rueda libre (204) está en su estado bloqueado.

Description

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DESCRIPCION

Polea de transmision de potencia

La presente invencion se refiere a una polea de transmision de potencia utilizable para desacoplar un accesorio tal como un alternador en presencia de variaciones de velocidad que inducen variaciones de par. Estas variaciones pueden ser, por ejemplo, dclicas, o bien traducirse en sacudidas o bien, incluso, en desaceleraciones o aceleraciones.

Existen en el dominio del automovil varios tipos de poleas de transmision de potencia que permiten desacoplar accesorios, veanse los documentos de patentes europea EP 1316740, de Ee.UU. US5234089 y de EE.UU. US6083130.

Un primer tipo esta constituido por las poleas de rueda libre que transmiten la potencia en un solo sentido y que aseguran un desacoplamiento desembragando en el otro sentido para permitir diferencias de velocidades entre la parte conductora y la parte conducida. Las bolas, levas o rodillos que engranan son metalicas, ngidas y realizan, por tanto, un acoplamiento ngido.

La parte interior presenta preferentemente la forma de una leva que permite hacer coincidir los elementos de conexion y asegurar el paso del par.

Tales poleas estan descritas especialmente en los documentos de patente de EE.UU. US 4 725 259 y US 5 676 225.

Durante las fases de desacoplamiento que intervienen en caso de deceleracion rapida de la parte externa, la parte interna arrastrada por su inercia pura conserva una velocidad elevada en ausencia total de contacto. La diferencia de velocidad entre el elemento conductor externo y el elemento conducido interno puede ser suficientemente importante como para crear un fenomeno de sobreregimen.

La figura 2 del documento de patente de EE.UU. US 4 725 259 (reproducida aqu como figura 1) ilustra la fluctuacion temporal de velocidad, estando la velocidad de la parte externa mostrada en lmeas continuas, mientras que la de la parte interna se muestra en lmea discontinua.

Cuando la velocidad de la parte externa fluctua rapidamente, el sistema arrastrado es, por tanto, desconectado, y luego reconectado a la parte externa:

- si no hay rozamiento, la velocidad del elemento interno es casi constante

- si hay un par resistente, la velocidad del elemento interno fluctua un poco

- el nivel de fluctuacion de velocidad de la parte interna (conducida) depende de su desaceleracion y, por tanto, de su por resistente, y esta deceleracion puede ser muy importante si el par resistente es elevado (por ejemplo, en el caso de un alternador a su rendimiento electrico maximo).

Existen ruedas libre en las que el movimiento de arrastre proviene de la parte interna, y toda la explicacion precedente permanece valida, pero invertida.

Una polea de rueda libre presenta varios inconvenientes:

1) En modo acoplado, las bolas estan atrapadas entre la parte externa y la parte interna. Durante la fase de acoplamiento (en P), el contacto mecanico ngido genera un impacto que entrana una subida instantanea de esfuerzo. Una vez acoplada, la rueda libre transmite mtegramente el movimiento de la parte conductora, con las eventuales sacudidas suplementarias.

Todo esto tiene como consecuencia esfuerzos dinamicos en la transmision, ya sea esta por correa, cadena, pinones o directa, y conduce a los deterioros asociados (deslizamiento, fatiga, desgaste).

2) la alternancia de dos modos de funcionamiento a una frecuencia elevada ha sido ilustrado en la figura 1. La deceleracion de la parte arrastrada depende del par resistente: cuanto mas importante es, mas bruscamente decelera y, por tanto, mas sigue esta el movimiento de la parte conductora.

Cuando este par resistente es debido a la toma de potencia de un organo arrastrado (alternador, conversor, maquina rotativa, herramienta, etc.) su movimiento sigue casi el movimiento de la parte conductora. En este caso, todos los esfuerzos dinamicos de aceleracion/deceleracion son transmitidos (deslizamiento, fatiga, desgaste).

Se puede resumir la situacion como esto: si el organo crea un par resistente (o si la amplitud de fluctuacion es pequena), la rueda libre permanece bloqueada y no pasa jamas a modo desembragado.

En el caso de una correa de automovil de ranura en V que arrastra un alternador en un motor diesel:

- cuando el motor gira a regimen bajo, su velocidad fluctua hasta + 20% a una frecuencia de 30 Hz.

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- la correa capta este movimiento sobre una polea motriz (ciguenal) y la envfa hasta el alternador.

- El alternador es arrastrado por una rueda libre y esta rueda libre desconecta la inercia a cada deceleracion. Esta la reconecta a cada aceleracion.

- Si se hace producir corriente al alternador, su par alcanza 10 a 15 Nm, lo que es suficiente para frenar la fase desembragada, y la rueda libre permanece en modo acoplado y ya no desconecta el alternador.

- Si la rueda libre se desbloquea, el bloqueo de la siguiente aceleracion es violento y provoca un deslizamiento de la correa.

Del hecho de su inercia, el alternador crea, pues, un par dinamico tanto mas elevado cuanto grande es la fluctuacion, lo que entrana sucesivamente un deslizamiento de la correa, su abrasion, ruido y/o una fatiga de los cojinetes.

Un segundo tipo esta constituido por las poleas con elementos elasticos en las cuales un elemento flexible a la torsion esta intercalado entre la parte exterior y la parte interior. Este elemento se presenta bajo la forma de un anillo, un disco, un resorte, topes, etc. La rigidez de este elemento esta dimensionada segun los pares a transmitir en estatico y en dinamico. El elemento elastico permite una deformacion para absorber las variaciones de par, pero no puede permitir una rotacion diferencial entre la parte conductora y la parte conducida.

Una categona de poleas con elementos elasticos es la polea denominada “desacopladora”, cuya rigidez se escoge para filtrar todas las variaciones de velocidad a partir de una frecuencia de excitacion determinada.

La figura 2 ilustra un ejemplo de polea elastica conocida, ilustrando la figura 3 la respuesta en frecuencia, para la cual fr representa la frecuencia de resonancia (en rpm) y fc la frecuencia de corte (en rpm). En ordenadas, la amplitud se expresa en dB, en forma de una relacion de filtrado, correspondiendo el nivel 0 dB a la amplitud a la frecuencia de corte.

La polea de transmision representada en al figura 2 presenta un elemento de polea que tiene un contorno exterior 1 adaptado al perfil del dentado de una correa nervada en V. El elemento de polea gira alrededor de un cojinete 2 y presenta una prolongacion 1' solidaria por medio de una pieza 7' del contorno externo 6' de un cuerpo de caucho 6 cuyo contorno interno es solidario por medio de una pieza 7'' de una pieza 3 que sirve de conexion con un arbol receptor, por ejemplo, de un alternador.

Las poleas de este tipo no pueden mas que oscilar alrededor de una posicion media, puesto que la conexion entre el exterior y el interior es permanente.

La relacion entre la amplitud de fluctuacion de la parte conductora (externa) y la parte conducida (interna) evoluciona en funcion de la frecuencia de la fluctuacion.

En efecto, la asociacion de la rigidez y de la inercia a arrastrar forma un sistema resonante. Mas alla de la frecuencia de corte fc de la polea elastica, la parte interna conducida fluctua menos que la parte externa conductora.

Estas poleas presentan igualmente varios inconvenientes:

1) Un primer inconveniente es debido al hecho de que presentan igualmente un cojinete (generalmente a base de PTFE) que soporta los esfuerzos radiales. Este rozamiento perjudica el filtrado, puesto que crea un umbral de adherencia de este lado del cual la polea permanece fija (por tanto, ngida).

2) Si la fluctuacion de velocidad es a una frecuencia muy inferior a la frecuencia de resonancia fr, o si la sacudida es progresiva, el elemento elastico practicamente no se deforma y el esfuerzo es transmitido. El espectro de frecuencias (vease la figura 3) debe ser parcialmente conocido en el momento del dimensionamiento, si no, la polea elastica es inoperante.

3) Si la fluctuacion de velocidad es a una frecuencia mas elevada que la frecuencia de corte fc o si la sacudida es breve, el elemento elastico se deforma. Esta deformacion se hace en los dos sentidos; la energfa almacenada en el sentido positivo es restituida por recuperacion elastica en el otro sentido y asf sucesivamente. Esto causa un calentamiento y un deterioro de la polea.

4) Si la fluctuacion de velocidad es a una frecuencia muy proxima a la frecuencia de resonancia fr (vease la figura 3), la polea elastica amplifica la fluctuacion (relacion de filtrado > 0 dB). Esto produce el efecto contrario al que se buscaba. Esta amplificacion se acompana de deformaciones muy grandes en los dos sentidos; la energfa almacenada en el sentido positivo es restituida por recuperacion elastica en el otro sentido y asf sucesivamente. Esto causa tambien un calentamiento y un deterioro.

Considerese el caso de una aplicacion a un automovil para la cual:

- el motor (de N = 4 cilindros) gira a un regimen bajo (ralentf a Vm = 900 rpm) y su velocidad fluctua hasta + 20% a

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una frecuencia Fexc de 30 Hz.

Se recuerda que Fexc = Vm N/120.

- El alternador esta arrastrado por una polea desacopladora que se considera que filtra a partir de 700 rpm (23,3 Hz).

- El regimen de ralenti es a Vm = 900 rpm (Fexc = 30 Hz) y, por tanto, la polea filtra correctamente.

Del hecho de esta absorcion, el elemento elastico (de caucho) se deforma cerca del + 20°, se calienta, se endurece y puede quebrarse rapidamente.

En el arranque, el motor pasa rapidamente de una velocidad nula al regimen de ralentf (900 rpm). Se encuentra pues, durante un lapso de tiempo corto, a la frecuencia de resonancia fr. En este instante, la amplitud de formacion del elemento de caucho puede alcanzar +40° y puede quebrarse muy rapidamente si se repite varias veces el arranque.

- Por fin, si el motor decelera bruscamente o se cala, la correa que esta unida al ciguenal se detiene en su giro, pero el alternador continua girando en razon de su inercia. La correa es, por tanto, bruscamente destensada, y luego vuelta a tensar, con un chasquido.

Un tercer tipo esta constituido por las poleas de embrague elastico por resorte.

En una polea de embrague elastico, por ejemplo segun el documento de patente de EE.UU. US 6083130 (tomada en su figura 2 reproducida aqrn como figura 4), se intercala entre la parte exterior 120 y la parte interior 52 un resorte primario de torsion 88 que realiza un embrague gracias a su expansion radial. Este embrague es conectado a continuacion al elemento resiliente que puede ser un segundo resorte de torsion 85-86.

En el sentido en el que el resorte primario se contrae, hay una supresion de la conexion entre la parte conductora y la parte conducida. No obstante, existe un umbral de friccion que mantiene la conexion, de donde se produce un fenomeno de patinaje.

En el sentido en el que el resorte primario se expande, esto crea una conexion fuerte y el elemento resiliente (aqrn in resorte) toma el relevo para transmitir los esfuerzos.

A partir de un cierto angulo de torsion, el elemento resiliente no se puede deformar mas (espiras unidas). El resorte debe ser, pues, muy esbelto, lo que conduce a aumentar la longitud axial de la polea y, asf, las dimensiones totales.

Los rodamientos 118 trabajan con mucha desviacion, lo que reduce su vida util. Para absorber una parte de los esfuerzos radiales, un cojinete de PTFE 110-112 esta intercalado en el lado opuesto del rodamiento. Este cojinete crea un rozamiento que se suma al del embrague y reduce la eficacia en modo desbloqueado.

Una variante del tercer tipo de polea esta descrita en el documento de patente de EE.UU. US 6 394 248 especialmente en las figuras 2 y 3, reproducidas aqrn como figuras 5a y 5b. El principio del resorte que se expande 22 se conserva. Por contra, el elemento resiliente es una sucesion de resortes de compresion que se intercalan entre unas aletas 27 y 47.

La amplitud de deformacion esta limitada necesariamente puesto que los resortes no pueden ser comprimidos a bloque.

Por otro lado, los elementos 17 y 26 debenan tener un guiado de friccion pequena, lo que no es el caso, y hay pues un riesgo elevado de gripado.

En esta construccion, el esfuerzo radial de la correa esta soportado por el rodamiento 50 el cual tiene una desviacion demasiado grande.

El analisis anterior muestra que:

- los dispositivos de rueda libre son demasiado ngidos una vez bloqueados y su eficacia depende del par resistente.

- las poleas elasticas no permiten que el organo arrastrado continue por su impulso en caso de deceleracion. La friccion interna es perjudicial para el filtrado.

- las poleas de embrague elastico por resorte son complejas y tienen el mismo problema de friccion. Sus dimensiones totales son tambien perjudiciales.

La invencion permite evitar al menos ciertos inconvenientes precitados asociando en serie una rueda libre (por ejemplo de bolas o rodillos) y un elemento elastico de rigidez adaptada al desacoplamiento. La carga radial esta soportada por un rodamiento de bolas generalmente centrado con respecto a la correa de manera que sufre una desviacion pequena. La conexion mecanica no esta establecida por medio del elemento elastico mas que cuando la rueda libre esta en su modo bloqueado. En modo desbloqueado, por ejemplo en caso de ralentizacion del elemento

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conductor, el organo arrastrado continua libremente su rotacion en funcion de su inercia.

La invencion se refiere as^ a una polea de transmision de potencia destinada a un accesorio arrastrado por correa que comprende un elemento de polea que tiene un contorno exterior nervado que esta adaptado para recibir una correa, y un elemento elastico interpuesto entre el elemento de polea y un dispositivo receptor destinado a ser acoplado a un organo conducido por la correa, caracterizada por que incluye un dispositivo de rueda libre de bolas, de rodillos o de levas dispuesto en serie con el elemento elastico entre el elemento de polea y dicho arbol.

Aquella puede caracterizarse por que el dispositivo de rueda libre esta dispuesto entre el elemento de polea y el elemento elastico, el cual esta solidarizado con dicho dispositivo receptor o por que el dispositivo de rueda libre esta dispuesto entre el elemento elastico y dicho arbol, estando solidarizado el elemento elastico con el elemento de polea.

Ventajosamente, al menos un rodamiento, por ejemplo de bolas o de rodillos esta interpuesto entre el contorno exterior nervado y o bien una tuerca destinada a ser acoplada a un arbol acoplado a dicho organo, o bien dicho arbol (cuando la polea esta montada).

El elemento elastico puede incluir al menos una pieza de elastomero. Puede ser un resorte, por ejemplo, un resorte espiral.

La invencion se refiere igualmente a un sistema que tiene al menos una polea de desacoplamiento de accesorio tal como se define aqu arriba.

Otras caractensticas y ventajas de la invencion apareceran mejor a la lectura de la descripcion que sigue en conexion con los dibujos, en los cuales:

- la figura 1 reproduce la figura 2 del documento de patente de EE.UU. US 4 725 259 precitada;

- la figura 2 es un ejemplo de polea elastica conocido, ilustrando la figura 3 la respuesta de frecuencias con la relacion de filtrado (dB) en ordenadas y la velocidad del ciguenal (rpm) en abscisas;

- la figura 4 repite la figura 2 del documento de patente de EE.UU. US 6 083 130 precitada;

- las figuras 5a y 5b repiten las figuras 2 y 3 del documento de patente de EE.UU. US 6 394 248 precitada;

- las figuras 6a a 6c, 7 y 8 son variantes de poleas segun la invencion;

- y la figura 9 ilustra una curva de respuesta tfpica de un sistema de transmision.

Segun las figuras 6a a 6c y 7, la pieza 200 es un elemento de polea receptora que presenta un contorno externo en 201 que recibe los dientes de una correa, por ejemplo, nervaduras en Vo trapezoidal. La pieza 202 es un rodamiento de bolas. Esta situada preferentemente bajo el dentado 201 de la pieza 200 para evitar una desviacion axial, lo que evita un cojinete complementario. El rodamiento de bolas 202 recoge todos los esfuerzos radiales y axiales. Se puede incorporar mas de un rodamiento. La pieza 203 es una tuerca, que sirve por un lado de pieza de conexion con un arbol receptor 220 de un accesorio, por ejemplo de un alternador cuyo extremo esta situado del lado del elemento 200 de polea receptora nervada en 201, y por otro lado de camino de rodadura de una rueda libre 204 de bolas, de rodillos o de levas intercalada entre un cuerpo desacoplador 206 y la tuerca 203. A este efecto, el contorno externo 206' del cuerpo desacoplador 206 esta adherido a una pieza 207 solidaria de una prolongacion 211 de la polea receptora 200, y el contorno interno 206'' esta adherida a una armadura interna 209 del cuerpo desacoplador 206.

Con esta construccion, las funciones de rueda libre y absorcion de carga estan totalmente disociadas. La rueda libre 204 no sufre ningun esfuerzo axial ni radial, a la inversa que las poleas de rueda libre de la tecnica anterior.

Un inserto facultativo, por ejemplo una junta de labio 220 (figura 6a) montada apretada sobre la pieza 209 puede permitir el compensar un juego longitudinal eventual entre la jaula exterior de la rueda libre y la armadura 209 del cuerpo desacoplador 206.

Asf, el mismo elemento de rueda libre 204 puede estar adaptado a cuerpos de desacoplador que tienen geometnas diferentes.

El cuerpo de desacoplador 206 de caucho aporta, durante la rotacion, a la vez una funcion de resiliencia (por su lado elastico) y tambien, por su efecto viscoso, una funcion de amortiguacion (histeresis).

Las figuras 6a a 6c representan variantes con diferentes disposiciones de la rueda libre 204 y del rodamiento 202.

Como se presenta en la figura 6c, pueden estar colocadas en el extremo libre una tapa de proteccion 210 y juntas adecuadas, en donde se encuentran la rueda libre 204 y el cuerpo desacoplador 206.

La funcion de desacoplador puede, igualmente, ser completada por un resorte metalico, por ejemplo un resorte

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espiral 208 (figura 7).

Las figuras 6a a 6c y 7 muestran que se pueden utilizar diferentes tipos de rodamientos (de bolas, de rodillos, etc.). O bien, el rodamiento esta montado sobre la tuerca 203, como se representa en la figura 6a, 6c y 7, o bien esta guiado directamente sobre el arbol receptor 220 por su contorno interno 202' (figura 6b).

Es igualmente posible disponer la rueda libre 204 en la periferia del cuerpo de caucho 206, es decir, entre el cuerpo 206 y la prolongacion 211.

La construccion es simple y requiere pocos elementos.

En todos los casos, el dispositivo descrito permite tener un efecto de desacoplamiento tambien cuando el organo receptor crea un par resistente, lo que no es el caso con las ruedas libres de la tecnica anterior.

La puesta en rueda libre permite desolidarizar la conexion del desacoplador con el arbol y, por tanto, suprimir la resonancia.

Si el efecto de desacoplamiento no es indispensable, es posible escoger la rigidez del elemento flexible para amortiguar los cambios de estado de la rueda libre.

No hay rozamientos internos, ya que las absorciones de carga radial se hacen por medio de un rodamiento (de bolas u otros), y no por cojinetes lisos.

El dispositivo segun la invencion permite disociar la absorcion de carga (radial/axial) de la funcion rueda libre.

La geometna y las propiedades mecanicas del elemento de desacoplamiento pueden ser adaptadas sin replantear la geometna de la rueda libre ni del rodamiento.

La invencion puede ser incorporada de manera modular, con componentes comunes reutilizables.

La amplitud de la oscilacion del elemento elastico no esta limitada al contrario que ciertas poleas de la tecnica anterior que contienen topes o cuyos resortes estan unidos.

Por otro lado, gracias a la puesta en rueda libre, la amplitud de deformacion se reduce a solo la parte util para filtrar y la fatiga sobre el elemento flexible se reduce.

La invencion es aplicable a las transmisiones de potencia por correas (motores de gasolina o diesel), pero mas generalmente en todos los casos en donde se encuentran fluctuaciones de velocidad y de par.

Cuando la rueda libre esta bloqueada, el elemento elastico entra en funcion. Este soporta entonces el par resistente generado por el organo arrastrado. Esto se traduce en una deformacion media del elemento elastico en superposicion con las fluctuaciones de par dinamico debidas a la variacion de velocidad. Estas fluctuaciones se traducen en una fluctuacion de la deformacion del elemento elastico alrededor de la posicion media.

En modo bloqueado, la rueda libre no puede transmitir par, lo que permite limitar las amplitudes a de deformacion angular del elemento elastico (a la manera de un recorte).

Esta puesta en rueda libre permite suprimir el efecto de resonancia que se observa en los desacopladores. En efecto, en el momento en el que la amplitud de oscilacion del elemento elastico pasa por cero, la rueda libre se desbloquea y el elemento elastico ya no almacena mas energfa elastica.

Por fin, cuando la velocidad de la parte conductora cae bruscamente, el elemento flexible vuelve en primer lugar a su posicion neutra y a continuacion la puesta en rueda libre sin rozamiento permite al elemento conducido a continuar por su impulso en funcion de su inercia, lo que hace que no haya energfa almacenada en el elemento flexible en el momento del paso a modo rueda libre.

La figura 8 representa una variante en la cual el dispositivo de rueda libre 204 y el elemento elastico estan dispuestos del lado de la conexion de la polea con el arbol 220 del accesorio arrastrado mientras que el elemento de polea receptora 200 nervada en 201 esta dispuesto del lado opuesto de la conexion de la polea con el arbol 220.

La presente invencion permite de manera sorprendente aumentar la rigidez del elemento elastico.

En un dispositivo de transmision de automovil por correa, la sucesion de inercias y de rigideces crea un sistema mecanico oscilante que posee un conjunto de resonancias propias. El termino resonancia designa el hecho de que las velocidades angulares de los organos en rotacion se amplifican.

El movimiento de arrastre que es por naturaleza pseudosinusoidal por razon de las inestabilidades de la velocidad del motor termico, presenta una frecuencia que vana al mismo tiempo que el regimen del motor y barre un gran rango de frecuencias y abarca, asf, todas las frecuencias de resonancia del sistema de transmision.

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El termino “respuesta” designa todas las manifestaciones dinamicas del comportamiento del sistema. Las resonancias se traducen en esfuerzos dinamicos importantes o en golpeteo del tiro de la correa de transmision o, incluso, en oscilacion de tensores, en ocasiones todo esto a la vez.

La curva de la figura 9 ilustra la apariencia general de las respuestas en funcion de la frecuencia de las excitaciones. Esta frecuencia es proporcional al numero de cilindros y a la velocidad de rotacion media del ciguenal.

La frecuencia critica f* puede ser una de las frecuencias propias del sistema. La respuesta es de gran amplitud ya que la excitacion generada por el motor aporta energfa al sistema de resonancia.

En otros casos, f* puede ser tambien la frecuencia a la cual la amplitud de la excitacion del motor es la mas elevada.

Para los motores diesel y, en particular de inyeccion directa, es en el rango de 20-60 Hz en el que se tienen generalmente los niveles de inestabilidad de velocidad mas grandes.

Es igualmente en este rango de frecuencias que es corriente encontrar frecuencias de resonancia del sistema de transmision por correa.

Existe, por tanto, un riesgo elevado de que las dos coincidan. Cuando la excitacion elevada y la resonancia coinciden, el sistema no es viable.

En la figura 9, la respuesta a la frecuencia cntica f* sobrepasa por hipotesis el nivel admisible por el sistema (riesgo de degradacion de la funcion o de perdida total de la funcion). Una de las soluciones conocidas por el tecnico consiste pues en desacoplar elasticamente la parte del sistema responsable de esta amplificacion.

La eleccion de la rigidez del elemento elastico obedece a las exigencias a la vez de desacoplamiento y de durabilidad.

En la tecnica anterior, la rigidez del sistema de desacoplamiento se escoge de manera que la frecuencia de corte fc de la polea elastica, sea siempre inferior a la frecuencia critica f*. Se denomina a esto “”calaje en frecuencias”. Asf, cuando el motor gira en la proximidad de f*, la respuesta del sistema es muy inferior a la que habna tenido sin el sistema de desacoplamiento.

Esta situacion vuelve pues a plantear:

fc < f* (1)

Por otro lado, una regla bien conocida por el tecnico (teona de sistemas oscilantes) relaciona fr con fc de la manera siguiente:

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Existe, igualmente, una relacion bien conocida que relaciona “fr” con la rigidez “k” del desacoplamiento y con la inercia “I” del accesorio a desacoplar:

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De estas dos relaciones, el tecnico obtiene generalmente un criterio funcional sobre la rigidez k maxima a no sobrepasar para permanecer eficaz en el desacoplamiento:

k < 2 k (f*)21 (4)

En un segundo momento, las exigencias de durabilidad permiten fijar un valor inferior para k, que depende del par a transmitir, de la resistencia de los materiales constitutivos de esta rigidez (disco elastomero, resorte metalico).

En la tecnica anterior, y mas particularmente en el dominio de transmisiones de automoviles por correas que implican un alternador desacoplado, se observa que la rigidez k puede descender hasta 0,15 Nm/°, pero las deformaciones asociadas son importantes y ponen en peligro la resistencia del elemento elastico.

En ciertos casos, el par resistente creado por el organo (un alternador de gran potencia) es tal que la rigidez k definida por la relacion (4) no permite definir un sistema viable.

Tomese el ejemplo de un motor diesel de 4 cilindros que gira a 600 rpm y la frecuencia de 20 Hz es justamente la frecuencia f* que plantea problemas.

El alternador tiene una inercia de 3 g m2 y entrega un par electrico nominal de 14 Nm.

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La rigidez funcional k segun la relacion (4) debe ser inferior a 23,7 Nm/rad, o sea, en unidades usuales 0,41 Nm/°.

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Bajo el efecto del par de 14 Nm, y con una rigidez tal, la deformacion angular nominal sera, pues, de 34 grados (sin contar la deformacion dinamica suplementaria alrededor de este valor nominal ligada a la inercia y a la aceleracion angular de la senal sinusoidal). La geometna del elemento desacoplador es tal que para un angulo tal, las tasas de alargamiento en la materia sobrepasan las capacidades del material. Hay, pues, un interes total en aumentar la rigidez para reducir el angulo de deformacion nominal y el dado por el efecto dinamico suplementario. Sin embargo, teniendo en cuenta la necesidad de desacoplar definida por la relacion (1), un aumento de rigidez (y por tanto de fr o de fc) es imposible.

Uno de los intereses de la invencion reside en el recorte del fenomeno de resonancia.

Puesto que el movimiento no puede aumentar hasta el infinito, la puesta en rueda libre sobre una parte de la oscilacion corta en seco cualquier amplificacion exagerada de las vibraciones.

Cuando la polea desacopladora de la tecnica anterior mantema su propia resonancia (y su destruccion), la polea segun la invencion recorta la resonancia del elemento elastico y se protege gracias a la puesta en rueda libre.

Asf, la frecuencia de corte fc del desacoplador elastico puede no respetar la relacion (1) dada mas arriba.

La invencion permite estar mas bien “calle” en frecuencia y ampliar el criterio de posicion de la frecuencia de resonancia del desacoplador.

El hecho de intercalar una rueda libre en serie con la etapa de desacoplador elastico permite escoger una rigidez k de esta etapa de desacoplador elastico mas elevada que segun la tecnica anterior.

Esto da como resultado que bajo el efecto del par resistente, las tasas de deformacion que sufre el elemento desacoplador elastico son mas pequenas y su durabilidad se aumenta.

Por supuesto, la capacidad de recorte de la rueda libre es limitada. En particular, si el par resistente del organo arrastrado se superpone al par dinamico, la puesta en rueda libre es entonces menos frecuente y solo una parte de las oscilaciones es recortada.

No es deseable tener una rigidez k demasiado elevada, de lo contrario se caena en los inconvenientes de las poleas de rueda libre de la tecnica anterior (que corresponden a un valor infinito de k).

Un buen compromiso entre estas dos situaciones es fijar el nuevo lfmite maximo para fc:

fc < 2f*, o sea (5)

k < 8 k2 (f*)2 I

y preferentemente:

fc < 1,5-1*, o sea k < 4,5 k2 (f*)21 (6)

en uno u otro caso, k puede, de manera preferida, ser superior a 2 k2 (f*)21.

Retomese el ejemplo del motor diesel de 4 cilindros que gira a 600 rpm, siendo la frecuencia de 20 Hz justamente la frecuencia f* que plantea problemas.

El alternador tiene una inercia de 3 g m2 y entrega un par electrico nominal de 14 Nm.

La rigidez funcional k segun la relacion (6) debe ser inferior a 53,3 Nm/rad, o sea, en unidades usuales 0,93 Nm/°.

Bajo el efecto del par de 14 Nm, y con una rigidez tal, la deformacion angular nominal sera, pues, de 15 grados (en lugar de los 34 precedentes). La misma geometna del elemento desacoplador genera, pues, tasas de alargamiento mas de dos veces inferiores a las de la tecnica anterior.

Se observara que para evitar un fenomeno eventual de ruido a alta velocidad, puede ser deseable frenar ligeramente el arbol en rueda libre, de manera conocida de por si, por ejemplo de la solicitud PCT de patente internacional WO/03036114.

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   REIVINDICACIONES

   1. Polea de transmision de potencia que permite asegurar una desacoplamiento de una accesorio arrastrado por correa y que comprende un elemento de polea (200) conductora que tiene un contorno exterior que esta adaptado para recibir una correa, y un elemento elastico (206, 208), que presenta una funcion de desacoplamiento, interpuesto entre el elemento de polea (200) y un dispositivo receptor (203, 220) destinando a ser acoplado a dicho accesorio, de forma que aquella incluye una sola rueda libre (204) del tipo de bolas, de rodillos o de levas dispuesta en serie con el elemento elastico (206, 208) entre el elemento de polea (200) y dicho dispositivo receptor (203, 220), estando dispuesta la rueda libre (204) o bien entre el elemento elastico (206, 208) y dicho dispositivo receptor (203, 220), estando solidarizado el elemento elastico con el elemento de polea (200), o bien dispuesta entre el elemento de polea (200) y el elemento elastico (206, 208), el cual esta solidarizado con dicho dispositivo receptor (203, 220), caracterizado por que la rueda libre (204) asegura, en un estado bloqueado, una transmision de potencia cuando el elemento conductor esta arrastrado por la correa y asegura si no, en un estado desbloqueado, un desacoplamiento en rueda libre, entrando el elemento elastico (206, 208) en funcion cuando la rueda libre (204) esta en su estado bloqueado.
2. 2. Polea segun la reivindicacion 1, caracterizada por que la rueda libre (204) esta montada sobre una tuerca (203) destinada a recibir un arbol acoplado a dicho accesorio.
3. 3. Polea segun la reivindicacion 1, caracterizada por que el elemento elastico (206, 208) esta solidarizado con una tuerca (203) destinada a recibir un arbol (220) acoplado a dicho accesorio.
4. 4. Polea segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que presenta al menos un rodamiento (202) interpuesto entre dicho contorno exterior nervado (201) y una tuerca (203) destinada a recibir un arbol (220) acoplado a dicho accesorio.
5. 5. Polea segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que presenta al menos un rodamiento (202) situado en el interior de dicho contorno exterior nervado (201) y que presenta un contorno interno (202') apto para ser guiado sobre un arbol (220) acoplado a dicho accesorio.
6. 6. Polea segun una de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizada por que dicho al menos un rodamiento (202) es un rodamiento de bollas o de rodillos.
7. 7. Polea segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el elemento elastico (206) incluye al menos una pieza de elastomero.
8. 8. Polea segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que el elemento elastico es un resorte (208), especialmente un resorte espiral.
9. 9. Polea segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que dicho accesorio es un alternador de un vehfculo automovil.
10. 10. Sistema de transmision caracterizado por que incluye al menos una polea de desacoplamiento de accesorio segun una de las reivindicaciones precedentes.
11. 11. Sistema segun la reivindicacion 10, caracterizado por que la rigidez k del elemento elastico (206, 208) obedece a la relacion:

    k < 8 %2 (f*)21

    designando f* una frecuencia cntica del sistema e I la inercia del accesorio a desacoplar.
12. 12. Sistema segun la reivindicacion 11, caracterizado por que:

    k < 4,5 %2 (f*)21.
13. 13. Sistema segun una de las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado por que:

    2 %2 (f*)21 < k.