ITTO20110958A1 - Volano a doppia massa perfezionato - Google Patents

Description

“VOLANO A DOPPIA MASSA PERFEZIONATOâ€

“IMPROVED DUAL MASS FLYWHEELâ€

La presente invenzione si riferisce ad un volano a doppia massa avente un elemento elastico di disaccoppiamento per smorzare le vibrazioni torsionali dell'albero a gomiti di un motore a combustione interna di un veicolo.

Un volano a doppia massa comprende una massa primaria collegata ad un albero a gomiti di un motore a combustione interna, una massa secondaria collegata all'albero di ingresso di una scatola del cambio di un veicolo ed un elemento di disaccoppiamento torsionalmente elastico e disposto per accoppiare la massa primaria con la massa secondaria.

L'elemento di disaccoppiamento può comprendere una pluralità di molle elicoidali circonferenziali che collegano torsionalmente la massa primaria del volano con un dispositivo per caricare molle intermedio e un ulteriore elemento elastico per collegare torsionalmente il dispositivo per caricare molle alla massa secondaria, il dispositivo per caricare molle essendo girevole rispetto alla massa primaria e secondaria.

In particolare, la rigidezza torsionale delle molle elicoidali circonferenziali calcolata per una rotazione angolare unitaria del dispositivo per caricare molle rispetto alla massa primaria à ̈ maggiore di quella dell'ulteriore elemento elastico calcolata per una rotazione angolare unitaria della massa secondaria rispetto al dispositivo per caricare molle.

E' stato sperimentato che la precedente configurazione à ̈ efficace per smorzare le vibrazioni durante una condizione di avviamento del motore a combustione interna. Tuttavia, in certe condizioni operative comuni del motore a combustione interna, il dispositivo per caricare molle, che ha una massa non trascurabile rispetto alla massa primaria e secondaria, à ̈ sottoposto ad una risonanza torsionale. In un caso pratico, la risonanza del dispositivo per caricare molle à ̈ stata riscontrata ad una velocità angolare dell'albero a gomiti compresa tra 1500 e 2500 giri al minuto.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ di realizzare un volano a doppia massa sprovvisto dell'inconveniente sopra citato.

Lo scopo della presente invenzione viene ottenuto con un volano a doppia massa secondo la rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, quest'ultima verrà descritta ulteriormente con riferimento alle figure allegate in cui:

- la figura 1 Ã ̈ un diagramma funzionale schematico di un volano a doppia massa secondo la presente invenzione;

- la figura 2 Ã ̈ un grafico di una coppia di smorzamento applicata nel volano della figura 1; e

- la figura 3 Ã ̈ un grafico delle vibrazioni torsionali misurate in un volano secondo l'invenzione (linea continua) e secondo la tecnica anteriore (linea tratteggiata).

In figura 1, il numero 1 si riferisce ad un volano a doppia massa comprendente una massa primaria 2 preferibilmente fissata all'albero a gomiti di un motore a combustione interna e, una massa secondaria 3 preferibilmente fissata attraverso una frizione ad un albero di ingresso della scatola del cambio G di un veicolo, una pluralità di molle elicoidali 4 disposte circonferenzialmente per ottenere una azione torsionale sulla massa secondaria ed un ulteriore elemento torsionalmente elastico 5 disposto in serie tra la massa primaria e le molle elicoidali 4.

In particolare, l'elemento torsionalmente elastico 5 à ̈ collegato a molle elicoidali 4 attraverso un dispositivo per caricare molle 6 avente una massa non trascurabile rispetto a quella della massa primaria e secondaria. Il dispositivo per caricare molle 6 à ̈ un elemento o una struttura configurati per trasferire una coppia dall'elemento elastico 5 alle molle elicoidali 4. L’elemento torsionalmente elastico 5 à ̈ disposto in modo da trasmettere una coppia alle molle elicoidali 4 attraverso il dispositivo per caricare molle 6 quando la massa primaria 2 aziona la massa secondaria 3.

Secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, l'elemento elastico 5 comprende una molla a spirale in filo metallico non rotondo avente una prima porzione di estremità 7 collegata rigidamente alla massa primaria 2 del volano ed una seconda porzione di estremità 8 collegata rigidamente al dispositivo per caricare molle 6.

Secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, l'elemento elastico à ̈ una molla a spirale avente più spire definite da un angolo compreso tra 250° e 600° ed un rapporto di altezza/larghezza in sezione trasversale compreso tra 0,4 e 0,8. Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni, una molla a spirale comprende spire o parti di spire aventi una curvatura variabile e, pertanto, un raggio variabile. Tale variazione può essere o continua o discontinua. Ad esempio, almeno una parte della molla a spirale può essere sagomata come una spirale di Archimede. Inoltre, le spire possono condividere un piano mediano comune in modo da essere radialmente sovrapposte e definire uno spazio radiale vuoto per evitare un contatto diretto. In alternativa, le spire o le parti spire possono anche avere uno sfalsamento assiale fra loro.

Secondo una ulteriore forma di realizzazione preferita, la sezione trasversale dell'elemento elastico 5 ha una larghezza compresa tra 10 mm e 30 mm ed una altezza compresa tra 4 mm e 12 mm. Preferibilmente, l'elemento elastico 5 Ã ̈ realizzato da una molla in nastro metallico piatto.

E' stato dimostrato che à ̈ di una certa rilevanza per migliorare la prestazione di resistenza a fatica che il raggio di raccordo per il collegamento di facce planari dell'elemento elastico 5 sia compreso tra 1 mm e 3 mm. Preferibilmente, la sezione trasversale dell'elemento elastico 5 à ̈ sostanzialmente rettangolare. Le precedenti caratteristiche servono da sole e, ancor meglio, in combinazione ad ottenere l'intervallo desiderato di rigidezza o costante elastica per disaccoppiare le vibrazioni provenienti dalla massa primaria del volano 2, e contemporaneamente, la resistenza desiderata a fatica.

L'elemento elastico 5 e la pluralità di molle elicoidali 4 sono disposti in serie tra la massa primaria 2 e la massa secondaria 3, il dispositivo per caricare molle 6 essendo interposto tra l'elemento elastico 5 e le molle elicoidali 4. Secondo la presente invenzione, la rigidezza torsionale globale delle molle elicoidali 4 misurata tra il dispositivo per caricare molle 6 e la massa secondaria 3 à ̈ maggiore della rigidezza torsionale dell'elemento elastico 5.

Preferibilmente, le molle elicoidali 4 sono collegate tra il dispositivo per caricare molle 6 e la massa secondaria 3 in modo che sia previsto uno spazio vuoto circonferenziale G1. Pertanto, quando il dispositivo per caricare molle 6 e la massa secondaria 3 si spostano relativamente in direzione angolare, lo spazio vuoto circonferenziale G1 sarà chiuso prima che le molle 4 elicoidali siano caricate circonferenzialmente.

Inoltre, il volano a doppia massa 1 comprende un dispositivo di smorzamento avente una prima unità T1 ed una seconda unità T2.

Il dispositivo di smorzamento à ̈ previsto tra il dispositivo per caricare molle 6 e la massa secondaria 3 e le unità di smorzamento T1, T2 sono collegate in parallelo rispetto al dispositivo per caricare molle 6.

Preferibilmente, l'unità di smorzamento T1 à ̈ configurata in modo che sia previsto uno spazio vuoto circonferenziale G2. Pertanto, quando il dispositivo per caricare molle 6 e la massa secondaria 3 si spostano relativamente in direzione angolare, lo spazio vuoto circonferenziale G2 sarà chiuso prima che l'unità di smorzamento T1 fornisca la sua azione di smorzamento angolare.

Al contrario, l'unità di smorzamento T2 à ̈ configurata in modo che l'azione di smorzamento angolare di T2 sia prevista per qualsiasi spostamento angolare del dispositivo per caricare molle 6 e della massa secondaria 3. Preferibilmente, l'unità di smorzamento T2 comprende una boccola ad accoppiamento fisso tra il dispositivo per caricare molle 6 e la massa secondaria 3 di volano per fornire un accoppiamento ad attrito.

Pertanto, l'effetto di smorzamento torsionale si verifica quando il dispositivo per caricare molle 6 e la massa secondaria 3 si spostano relativamente in direzione angolare. Preferibilmente, G1 à ̈ maggiore di o uguale a G2 in modo che l'unità di smorzamento T2 sia attivata prima o nel momento in cui le molle 4 elicoidali sono caricate. Pertanto, à ̈ possibile prevedere una condizione di funzionamento, cioà ̈ quando lo spostamento angolare relativo tra il dispositivo per caricare molle 6 e la massa secondaria 3 à ̈ minore di G1, in cui lo smorzamento à ̈ efficace e le molle elicoidali 4 non sono caricate. In particolare, le unità di smorzamento T1 e T2 forniscono un livello rispettivo costante di smorzamento in modo che, quando lo spazio vuoto G2 à ̈ chiuso, la coppia di smorzamento globale tra il caricatore 6 di molla e la massa secondaria 3 del volano aumenta da un primo livello ad un secondo livello maggiore del primo livello (vedere figura 2).

Pertanto, secondo la presente forma di realizzazione, à ̈ previsto un effetto di smorzamento globale che cambia in modo discontinuo lo smorzamento tra il dispositivo per caricare molle 6 e la massa secondaria 3 tra almeno due valori. Il tasso di smorzamento discontinuo à ̈ in particolare ottenuto prevedendo lo spazio vuoto G2.

I vantaggi di un volano a doppia massa secondo la presente invenzione sono i seguenti.

Dopo avere effettuato un test, à ̈ stato scoperto che il picco di vibrazione torsionale dovuto ad una risonanza del dispositivo per caricare molle 6 à ̈ minimo nell'intervallo compreso tra 1500 e 2500 giri al minuto (vedere figura 3 dove la linea continua fa riferimento ai dati di un volano secondo l'invenzione e la linea tratteggiata fa riferimento ai dati di un volano secondo la tecnica anteriore). Questo à ̈ dovuto all'effetto benefico dell'elemento elastico 5 che agisce come un disaccoppiatore tra la massa primaria 2 che ruota con la velocità irregolare dell'albero a gomiti e il dispositivo per caricare molle 6.

Gli intervalli delle caratteristiche geometriche quando l'elemento elastico 5 Ã ̈ una molla a spirale sono rivolti ad ottenere la rigidezza bassa desiderata o la costante elastica per smorzare le vibrazioni e, contemporaneamente, una vita a fatica migliorata.

Inoltre, lo smorzamento globale à ̈ variabile tra due livelli discreti e regolabile per ottenere un effetto di smorzamento specifico tra il dispositivo per caricare molle 6 e la massa secondaria 3 di volano quando la prima presenta una risonanza torsionale.

Infine, à ̈ chiaro che modifiche e varianti possono essere apportate al volano qui descritto e illustrato senza allontanarsi dall’ambito di tutela definito dalle rivendicazioni allegate.

La rigidezza globale delle molle elicoidali 4 può mostrare o una rampa lineare o avere una curva caratteristica più complessa rispetto ad un piano spostamento angolare – coppia, cioà ̈ una linea tratteggiata con più di un segmento di rampa lineare.

Inoltre, un elemento elastico 5 può comprendere più di una molla a spirale collegata in parallelo tra la massa primaria 2 e il dispositivo per caricare molle 6. Preferibilmente, le molle elicoidali hanno la stessa costante elastica e/o forma e sono equidistanziate angolarmente per ottenere un bilanciamento rotazionale migliorato.

Claims (1)

1. Prot. Nr. TO2011A000958 RIVENDICAZIONI 1. – Volano (1) comprendente una massa primaria (2) atta per essere collegata ad un albero a gomiti di un motore a combustione interna, una massa secondaria (3), una unità elastica di disaccoppiamento (5) accoppiata a detta massa primaria (2), un dispositivo per caricare molle (6) accoppiato a detta unità elastica di disaccoppiamento (5) ed una pluralità di molle elicoidali (4) disposte circonferenzialmente per essere caricate quando detto dispositivo per caricare molle (6) e detta massa secondaria (3) si spostano angolarmente uno rispetto all'altra, la rigidezza torsionale globale di dette molle elicoidali (4) essendo maggiore di quella di detta unità elastica di disaccoppiamento (5). 2. – Volano secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta unità elastica di disaccoppiamento (5) à ̈ in serie con dette molle elicoidali (4) ed à ̈ configurata per caricare dette molle (4) elicoidali quando detta massa primaria (2) aziona detta seconda massa (3) . 3. – Volano secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta unità elastica di disaccoppiamento (5) comprende più di una molla elicoidale disposta in parallelo tra detta massa primaria (2) e il dispositivo per caricare molle (6). 4. – Volano secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta unità elastica di disaccoppiamento (5) comprende una molla elicoidale avente eliche che definiscono un angolo compreso tra 270° e 600°. 5. - Volano secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta unità elastica di disaccoppiamento (5) comprende una molla a spirale avente un rapporto di altezza/larghezza in sezione trasversale compreso tra 0,4 e 0,8. 6. - Volano secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta unità elastica di disaccoppiamento (5) comprende una molla a spirale avente facce piatte e un raggio di raccordo tra le facce piatte compreso tra 1 mm e 3 mm. 7. - Volano secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che dette molle elicoidali (4), detto dispositivo per caricare molle (6) e detta massa secondaria (3) sono disposti in modo che dette molle elicoidali (4) siano caricate quando la rotazione relativa tra detto il dispositivo per caricare molle (6) e la massa secondaria (3) raggiunge un livello predefinito (G1). 8. - Volano secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo di smorzamento (T1, T2) montato tra detta massa secondaria (3) e detto il dispositivo per caricare molle (6) e configurato per applicare selettivamente o un primo livello di smorzamento o un secondo livello di smorzamento diverso da detta coppia di smorzamento del primo livello a seconda della posizione angolare relativa tra detta massa secondaria (3) e detto il dispositivo per caricare molle (6). 9. – Volano secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di smorzamento (T1, T2) comprende una prima unità ed una seconda unità collegata in parallelo a detta seconda unità tra detto dispositivo per caricare molle (6) e la massa secondaria (3), detta seconda unità essendo configurata per applicare una coppia di smorzamento dopo che la rotazione relativa tra detta massa secondaria (3) e detto il dispositivo per caricare molle (6) raggiunge un ulteriore livello predefinito (G2). 10. - Volano secondo le rivendicazioni 6 e 9, caratterizzato dal fatto che detto livello predefinito (G1) della rotazione relativa tra detta massa secondaria (3) e detto il dispositivo per caricare molle (6) à ̈ inferiore o uguale a detto ulteriore livello predefinito (G2) di rotazione relativa tra detta massa secondaria (3) e detto il dispositivo per caricare molle (6). 11. – Unità di motore comprendente un motore a combustione interna (E), un volano secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni e una scatola del cambio (G), in cui detta massa primaria (2) à ̈ collegata a ed azionata in rotazione da detto motore (E) e detta massa secondaria (3) à ̈ selettivamente collegabile a e aziona detta scatola del cambio (G).