MX2010008412A - Aislador con amortiguamiento. - Google Patents

Aislador con amortiguamiento.

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Abstract

Un aislador que consta de un eje, una polea acoplada por fricción con el eje por medio de un buje para el movimiento rotacional instantáneo, teniendo el buje y el eje un coeficiente de fricción, una pieza elástica acoplada entre la polea y el eje para transmitir un momento de fuerza, y una pieza de fijación para retener la polea en el eje.

Description

AISLADOR CON AMORTIGUAMIENTO La invención se refiere a un aislador que cuenta con un mecanismo amortiguador por fricción para amortiguar las oscilaciones entre el eje y la polea.
Los aisladores en la impulsión por banda de accesorios del motor proporcionan una función de aislamiento de vibraciones utilizando una pieza elástica entre la polea y el eje que está adherida al rotor del alternador. Debido a que la polea y el eje están conectados, el movimiento relativo entre estas dos piezas está restringido. Se selecciona la rigidez de la pieza elástica para que el primer modo de vibración del sistema de transmisión por banda sea menor que la frecuencia de encendido del motor durante la marcha lenta.
Por lo tanto, en marcha lenta el aislador atenúa la vibración de la polea, reduciendo la influencia de la polea sobre el rotor. Debido a que se reduce la vibración del rotor, la polea requiere transmitir menos momento de fuerza y por lo tanto se reducen las tensiones pico de la banda. Como resultado, hay menos oportunidad de que los ramales del tensor se vuelvan más tirantes, de que se mueva el brazo del tensor y que se retrase el avance de la banda en anticipación al alternador en la dirección del movimiento de la banda.
Esto reduce la posibilidad de ruidos de rechinido de la banda. Los aisladores son muy efectivos durante la operación normal del motor, pero tienen una funcionalidad limitada durante el arranque y apagado. Esto se debe a que el sistema pasa a través de una resonancia durante el encendido y apagado.
Para abordar este problema, los desacopladores proporcionan una característica de embrague de una vía. Durante la aceleración de la polea del cigüeñal en las fases de arranque y funcionamiento del motor, la polea y el eje están bloqueados entre sí y el mecanismo se comporta como una polea de una pieza.
Sin embargo, durante las fases de desaceleración, el eje puede desacoplarse de la polea y girar más rápido que ella. Esto es útil debido a que evita que la inercia del rotor cree grandes tensiones en los ramales del tensor, mediante lo cual se evita el ruido de deslizamiento de la banda.
El desacoplador puede requerir que se desarrolle un pequeño momento de fuerza antes de que el mecanismo realmente gire libremente. Ya que no hay conexión entre la polea y el eje en el modo de giro libre, la polea puede girar sin restricción. Los desacopladores funcionan bien para los eventoo ele arranque y apagado pero solamente son algo adecuados durante el funcionamiento del motor.
Representativa de la técnica es la patente de EE.UU. No. 5,139,463 que revela un sistema de transmisión por banda serpentina para un vehículo automotor en el que la secuencia de montajes accionados incluye la instalación de un alternador que comprende un montaje de bastidor y armazón montado en el bastidor para que gire alrededor de un eje del armazón.
El montaje del armazón lleva a una estructura del eje hacia afuera del bastidor para que gire con él alrededor del eje del armazón. Un muelle helicoidal está colocado en relación operativa entre la polea del alternador y la estructura del eje para transmitir los movimientos rotacionales accionados de la polea del alternador por medio de la banda serpentina a la estructura del eje para que el montaje del armazón gire en la misma dirección que el polea del alternador en tanto que pueda ser capaz de movimientos giratorios instantáneos relativos flexibles en direcciones opuestas con respecto a la polea del alternador durante el movimiento giratorio accionado de la misma.
Lo que se necesita es un aislador que cuente con un mecanismo amortiguador por fricción para amortiguar las oscilaciones entre el eje y la polea. Esta invención satisface esta necesidad.
El aspecto primordial de la invención es proporcionar un aislador que cuenta con un mecanismo amortiguador por fricción para amortiguar las oscilaciones entre el eje y la polea .
Se señalarán otros aspectos de la invención o serán obvios mediante la siguiente descripción de la misma y los dibujos que se acompañan.
La invención consta de un aislador que comprende un eje, una polea acoplada por fricción con el eje a través de un eje para el movimiento giratorio instantáneo, el eje y el eje con un coeficiente de fricción, una pieza elástica acoplada entre la polea y el eje para transmitir un momento de fuerza y una pieza bloqueadora para retener la polea en el eje.
Los dibujos que se acompañan, los cuales se incluyen y forman parte de la especificación, ilustran las incorporaciones predominantes de esta invención y, junto con una descripción, sirven para explicar los principios de la misma.
La Fig. 1 es una gráfica que muestra el comportamiento del sistema de transmisión por banda durante la aceleración del motor.
La Fig. 2 es una gráfica que muestra el comportamiento del sistema de transmisión por banda durante la desaceleración del motor.
La Fig. 3 es una vista despiezada del aislador de la invención.
La Fig. 4 es una vista transversal del aislador en la Fig. 3.
, Las Fig. 5(a), 5(b), 5(c) son un esquema secuencial que muestran el movimiento relativo del eje y de la polea para el aislador.
La Fig. 6 es una gráfica que muestra la medición del amortiguamiento dinámico para el aislador usando varios materiales para el eje.
La Fig. 7 es una vista despiezada de una incorporación alterna.
La Fig. 8 es una vista transversal de la incorporación alterna en la Fig. 7.
La Fig. 1 es una gráfica que muestra el comportamiento del sistema de transmisión por banda durante la aceleración del motor. Durante el arranque el sistema de transmisión está sujeto a impulsos de momento de fuerza ocasionados por la activación de cada cilindro. Los impulsos periódicos provocan aceleraciones instantáneas de la banda y por consiguiente de los accesorios impulsados. Los impulsos también pueden provocar una vibración indeseable de la banda .
La Figura 1 ilustra un sistema de transmisión por banda que consta de una polea del cigüeñal (CRK) , y un accesorio como un compresor del aire acondicionado (A/C) y un alternador (ALT) . Se engancha una banda (B) entre cada uno de estos accesorios. Un tensor (TEN) mantiene la tensión operativa apropiada de la banda.
Durante porciones de la fase de arranque cuando el motor está acelerando como se indica en la Fig. 1, los ramales (TI) de la banda después del alternador (ALT) experimentan alta tensión ya que el momento de fuerza positivo es necesario para acelerar la inercia del alternador.
La alta tensión provoca que la banda se alargue y este aumento en el largo de la banda se acumula en el espacio del tensor (T2) . Esto provoca que el brazo del tensor (TEN) se mueva hacia el tope de su brazo libre (descarga) . El tensor mantiene una tensión controlada de la banda en el ramal (T2) antes del alternador. En esta condición el sistema raramente genera ruido de la banda.
La Fig. 2 es una gráfica que muestra el comportamiento del sistema de transmisión por banda durante la desaceleración del motor. Durante la fase cuando el motor está desacelerando como se muestra en la Fig. 2, la inercia del alternador tenderá a girar a su velocidad actual (primera ley del movimiento de Newton) y asi el alternador se torna en el motor primario de la banda. Esto ocasiona que el ramal normalmente flojo (T2) de la banda (B) alrededor del tensor se tense.
Si la banda está suficientemente tensada para superar la carga por resorte del tensor TEN y el amortiguamiento en el tensor, el brazo del tensor se moverá hacia su tope de carga completa (lejos de la banda) . Esto en efecto disminuye el largo y ocasiona que el ramal de la banda (TI) se afloje y pierda tensión.
Cuando la tensión baja a un valor critico, el sistema de transmisión por banda rechinará. Para abordar esta situación, se han desarrollado mecanismos tales como un desacoplador del alternador o aislador que reemplazan a la polea de una pieza del alternador de técnica anterior. Los desacopladores de técnica anterior permiten que la polea del alternador gire con relación al eje que está adherido al rotor del alternador.
La cantidad de movimiento relativo depende del mecanismo particular. Los desacopladores de técnica anterior generalmente proporcionan una característica de embrague de una vía, durante la aceleración de la polea del cigüeñal en las fases de arranque y funcionamiento, la polea y e eje están bloqueados entre sí y el desacoplador se comporta como una polea de una pieza. Sin embargo, durante las fases de desaceleración, el eje puede desacoplarse de la polea y girar más rápido que ella.
Esto es útil debido a que evita que la inercia del rotor del alternador cree grandes tensiones en el ramal del tensor (T2) , mediante lo cual se evita el ruido por deslizamiento de la banda. El mecanismo puede requerir un pequeño momento de fuerza antes de que el mecanismo realmente gire libremente. Ya que no hay conexión para transmisión de momento de fuerza entre la polea y el eje en el modo de giro libre, la polea puede momentáneamente girar sin restricción.
La Fig. 3 es una vista despiezada del aislador de la invención. Este aislador 10 consta de una polea 3, un buje interior 2, un buje exterior 6, el eje 5, el resorte de torsión 4, la cubierta del eje 8 y el anillo de fijación para mantener unido el montaje. El resorte 4 está comprimido entre la brida 31 de la polea y la brida 51 del eje .
Debido a que la polea se mueve en forma giratoria con relación al eje, se requiere una superficie de apoyo para soportar la carga del eje. En este diseño el buje interior y exterior proporcionan la función de apoyo. Además, los bujes 2 y 6 proporcionan el amortiguamiento entre la polea y el eje. La cantidad de amortiguamiento está relacionada con el coeficiente de fricción de las superficies coincidentes .
Como un ejemplo, el cojinete Oiles Techmet B sobre acero tiene un coeficiente de fricción de 0.18. El grado de oscilación para el resorte 4 es de aproximadamente 0.27Nm/deg. El diámetro de la polea es de aproximadamente 56.5 mm. Los valores numéricos solamente se ofrecen como ejemplos y no pretenden limitar el ancho o alcance de la invención.
La Fig. 4 es una vista transversal del aislador en la Fig. 3. El alma 52 recibe el eje de un alternador (no se muestra) . La superficie de apoyo de la banda 32 tiene un perfil para acoplar una banda con costillas múltiples (no se muestra) . El anillo de fijación 1 se ajusta a presión en el eje 5.
Las Figs. 5(a), 5(b) y 5(c) son un esquema secuencial que muestran el movimiento relativo del eje y de la polea para el aislador. Con respecto a la Fig. 5(a), cuando el motor está apagado, la polea y el eje no estarán desplazados entre si como se lo indican las marcas A y B. El resorte 4, que se muestra esquemáticamente, no está deformado.
Cuando el motor arranca, la polea 3 experimentará un grado de aceleración instantáneo ocasionando que se mueva momentáneamente en forma angular en anticipación al eje como se indica en la Fig. 5(b) y como se muestra en las nuevas posiciones relativas de B angularmente en anticipación de A en la dirección de las manecillas del reloj .
El momento de fuerza transferido de la polea al eje será la suma del momento de fuerza a través de resorte 4 y a través de la superficie de fricción en el buje 6. La cantidad de momento de fuerza a través de la superficie de fricción depende de la carga del eje y el coeficiente de fricción. "Carga de eje" es el vector para la tensión de la banda que actúa en el eje.
Durante la fase de aceleración del motor/banda, la carga del eje puede ser relativamente alta (aprox. 1200N) y el momento de fuerza de amortiguamiento podría ser: 1200N*0.18*0.045/2 = 4.9 Nm (asumiendo un coeficiente de fricción de 0.18 y un diámetro del buje de aproximadamente 45 mm) .
El momento de fuerza que se transmite a través de resorte junto con el desplazamiento angular de la polea con relación al eje ocasiona que el resorte aumento momentáneamente su energía potencial. La energía del momento de fuerza que pasa a través del amortiguamiento se disipa como calor. Si no hay amortiguamiento presente, todo el momento de fuerza se transferirá a través del resorte, provocando una acumulación mucho mayor de energía potencial en el resorte.
El acumulamiento de energía potencial en el resorte provoca que el eje ahora acelere en la dirección de las manecillas del reloj. Durante la fase de desaceleración del arranque, el eje gira pasando por alto la polea en una dirección de las manecillas del reloj como lo indica la nueva posición relativa de A angularmente en anticipación de B en la Fig. 5(c) .
El momento de fuerza transmitido a la polea desde el eje será el momento de fuerza del resorte menos el momento de fuerza del amortiguamiento. Durante esta fase de desaceleración, la carga del eje es baja (-400N) y el momento de fuerza de amortiguamiento podría ser: 400N*0.18*0.045/2=1.6 Nm (asumiendo un coeficiente de fricción de 0.18 y un diámetro del buje de 45 mm) .
Debido a que el momento de fuerza del resorte está disminuido por el momento de fuerza de amortiguamiento, el ramal del tensor T2 está menos tirante y con menos potencia para que el brazo del tensor se mueva hacia el tope de la carga ocasionando que la banda se afloje en otros ramales, provocando ruidos por deslizamiento de la banda.
La Fig. 6 es una gráfica que muestra la medición dinámica del amortiguamiento para el aislador usando varios materiales de bujes. Cada buje 2 y 6 podrían incluir el mismo material o tener materiales diferentes para ajusfar el coeficiente de fricción deseado para una aplicación particular .
La naturaleza histerética del amortiguamiento se demuestra en la medición dinámica del amortiguamiento para varios materiales de bujes. Los materiales incluyen Arlen 4200 (A) , Lubriloy RL (B) y Oiles (C) . La gráfica compara la fuerza en Newtons con desplazamiento relativo.
La Fig. , 7 es una vista despiezada de una incorporación alterna. En esta incorporación alterna 1000, el elemento elástico 400 puede incluir un polímero como hule sintético o natural.
También puede ser un sistema de mecanismo amortiguador que comprende levas cooperantes usadas para convertir el movimiento rotacional de la polea con relación al eje en un movimiento lineal de las levas que es paralelo al eje de rotación A-A. El movimiento lineal actúa en las arandelas Belleville (o resortes de disco) para crear el mecanismo amortiguador elástico.
Más particularmente, una pieza de leva 301 está ajustada a presión en la polea 300. La pieza de leva 301 comprende una superficie 302. La superficie 302 tiene un perfil que se aproxima a una forma sinusoidal. La junta 101, la junta 802 y la tapa guardapolvo 800 evitan que entren basuras al aislador .
La pieza de leva 501 comprende una superficie 502. La superficie 502 tiene un perfil que se aproxima a una forma sinusoidal. Un cojinete de rodillo 601 está colocado entre la pieza de leva 301 y la pieza de leva 501. El cojinete de rodillo 601 facilita el movimiento relativo entre las piezas de leva 301 y 501.
Los resortes 400 incluyen arandelas Belleville. Las arandelas 400 están comprimidas entre la brida 503 del eje 500 y la pieza de leva 501. Las arandelas 400 se pueden instalar en paralelo o en serie. Las arandelas 400 se muestran en serie en la Fig. 8. Los resortes de disco pueden sustituirse por arandelas Belleville. La arandela plana de acero 504 está colocada entre los resortes 400 y la brida 503 para evitar la abrasión de la brida 503 por el resorte 400.
El componente 900 es un buje o cojinete y está colocado entre la pieza de leva 301 y el eje 500. El componente 900 permite libertad en el movimiento rotacional de la pieza de leva 301 con respecto al eje 500 en tanto que proporciona amortiguamiento entre las dos piezas. El buje 900 puede incluir cualquier material adecuado, incluyendo los descritos en la Fig. 6, o puede incluir un cojinete de bola .
El alma 505 acopla un eje de los accesorios (no se muestra). El cojinete de rodillo 200 está acoplado con la superficie interior de la polea 300. El cojinete de rodillo 200 está colocado entre la pieza de leva 301 y el anillo de fijación 100. El cojinete de rodillo 200 facilita el movimiento relativo entre la pieza de leva 301 y el anillo de fijación 100. El buje 900 amortigua el movimiento oscilatorio de la pieza de leva 301 (y por lo tanto de la polea 300) mediante el acoplamiento por fricción con el anillo de fijación 100.
El buje 250 está acoplado con la superficie interior de la polea 300. El buje 250 se acopla en forma deslizante con la pieza de leva 501.
En operación, las arandelas 400 están comprimidas entre la brida 502 y la pieza de leva 501. Los perfiles cooperantes de la superficie 301 y 501 hacen que el aislador tenga una posición donde la fuera del resorte se encuentra en un mínimo. En lo que se aplica un momento de fuerza a la polea, las superficies 302 y 503 giran en relación una con otra ocasionando el movimiento lineal a lo largo del eje A-A debido a los perfiles sinusoidales. Esto hace que los resortes 400 se compriman entre la brida 503 y la pieza de leva 501. La compresión de las arandelas 400 aumenta la fuerza del resorte entre la polea y el eje.
La Fig. 8 es una vista transversal de la incorporación alterna en la Fig. 7. La cantidad de amortiguamiento creada a través del coeficiente de fricción y la carga del eje debe ser tal que el deslizamiento de la banda esté restringido al 10% o menos durante el arranque o apagado. El amortiguamiento es útil durante el arranque y apagado del motor y el resorte es útil durante la marcha lenta del motor cuando atenúa la vibración de la polea y reduce el movimiento del rotor.
Aunque en el presente se ha descrito una forma de la invención, para aquellos expertos en el oficio será obvio que se pueden hacer variaciones en la construcción y relación de partes sin apartarse del principio y alcance de la invención que aqui se describe.

Claims (12)

Reivindicaciones : Reivindicamos :
1. Un aislador que consta de: un eje, una polea acoplada por fricción con el eje por medio de un buje para el movimiento rotacional instantáneo, el buje y e eje con un coeficiente de fricción; una pieza elástica acoplada entre la polea y el eje para transmitir un momento de fuerza; y una pieza de fijación para retener la polea en el eje.
2. El aislador como en la reivindicación 1, en donde la pieza elástica incluye una arandela Belleville.
3. El aislador como en la reivindicación 1, en donde la pieza elástica incluye un resorte de torsión.
4. El aislador como en la reivindicación 1, que además incluye: una primera pieza de leva fijada a la polea; una segunda pieza de leva acoplada en forma deslizante con la primera pieza de leva; la primera pieza de leva y la segunda pieza de leva acopladas a presión entre la pieza elástica y el eje.
5. El aislador como en la reivindicación 4, que además incluye un cojinete de rodillo colocado entre la superficie de la primera leva y la superficie de la segunda leva.
6. El aislador como en la reivindicación 4, que además incluye una pieza amortiguadora colocada entre la polea y el eje para amortiguar una oscilación de la polea.
7. Un sistema de transmisión por banda que incluye: una polea del cigüeñal del motor; un accesorio impulsado por una banda, la banda enganchada entre la polea del cigüeñal y una polea del accesorio; un aislador acoplado con la polea del accesorio, incluyendo el aislador: un eje acoplado al accesorio; una polea acoplada por fricción con el eje por medio de un buje para el movimiento rotacional instantáneo, teniendo el buje y el eje un coeficiente de fricción; una pieza elástica acoplada entre la polea y el eje para transmitir un momento de fuerza; y una pieza de fijación para retener la polea en el eje.
8. El aislador como en la reivindicación 7, en donde la pieza elástica incluye una arandela Belleville.
9. El aislador como en la reivindicación 7, en donde la pieza elástica incluye un resorte de torsión.
10. El aislador como en la reivindicación 7 que además incluye : una primera leva fijada a la polea; una segunda leva acoplada en forma deslizante con la primera leva; la primera leva y la segunda leva acopladas a presión entre la pieza elástica y el eje.
11. El aislador como en la reivindicación 10 que además comprende un cojinete de rodillo colocado entre la superficie de la primera leva y la superficie de la segunda leva .
12. El aislador como en la reivindicación 10 que además comprende una pieza amortiguadora colocada entre la polea y el eje para amortiguar una oscilación de la polea.
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