WO2024084107A1 - Dispositivo amortiguador de constante elástica regulable - Google Patents

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WO2024084107A1
WO2024084107A1 PCT/ES2022/070676 ES2022070676W WO2024084107A1 WO 2024084107 A1 WO2024084107 A1 WO 2024084107A1 ES 2022070676 W ES2022070676 W ES 2022070676W WO 2024084107 A1 WO2024084107 A1 WO 2024084107A1
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WO
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flexor
annular
damping device
membrane spring
circular
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Application number
PCT/ES2022/070676
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English (en)
French (fr)
Inventor
José Ramón ALFARO LÓPEZ
Marta BENITO AMURRIO
María Amaya PÉREZ EZCURDIA
Juan Ignacio Latorre Biel
Original Assignee
Universidad Pública de Navarra
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/32—Belleville-type springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
    • F16F7/104—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect the inertia member being resiliently mounted

Definitions

  • the present invention belongs in general to the field of mechanics, and more specifically, to the field of damping devices for the absorption of vibrations generated by any type of source that generates or transmits vibrations.
  • vibrations occur generated by imbalances in rotating elements, misalignments in couplings, wear of components, etc.
  • the source that generates or transmits vibrations can also be external to the element or device that is intended to be protected or isolated from vibrations.
  • vibrations can be due to natural phenomena such as earthquakes or in the case of vehicles, vibrations can be transmitted through the road itself due to the existence of potholes or irregularities on its surface.
  • These vibrations regardless of their origin, generate problems of a very diverse nature such as noise, fatigue and breakage of certain components, operational dysfunctions, etc.
  • damping devices of different types are normally placed between the source that generates or transmits the vibrations and the surface, element, device or system that is intended to be isolated from said vibrations, to eliminate them or at least minimize them.
  • Said damping devices can be, among many others, spring dampers, hydraulic dampers, gas dampers, Theological dampers, etc. Within spring shock absorbers, these can also be of different types, such as compression springs, torsion springs, traction springs, disc springs, membrane springs, etc. Many of the damping systems and devices on the market today incorporate coil springs.
  • damping devices can be used for other functions such as preloading, energy storage, use as a mechanical low-pass filter, obtaining an elastic response to a given load, etc.
  • membrane springs When the compactness of the designed machinery is a highly determining factor, membrane springs can be used that have a very appropriate relationship between their damping performance and overall dimensions. The greater the importance of the functional role played by the spring in its mechanical unit, the more critical this performance/dimensions relationship is. Membrane springs, also known as flat springs, are very compact and have a high elasticity that will depend in any case on the material with which they are manufactured, as well as the number, size and geometry of the elastic arms available.
  • 'F' the force exerted. by the spring
  • 'x' the elongation or variation experienced by the length of the spring
  • 'K' is the elastic constant of the spring.
  • the damping devices tend to be oversized, since they are not capable of adapting to these variations, to absorb or minimize the vibration peaks, although these are produce very punctually.
  • This oversizing of the damping devices which have elastic constants that are too high for the vibrations to which they are subjected most of the time, can generate an inadequate response at certain moments of low vibratory load on the surface or device to be isolated.
  • a first object of the present invention is an adjustable elastic constant damping device according to what is described in claim 1. Particular embodiments of the invention are described in the dependent claims.
  • the adjustable spring constant damping device object of the invention comprises a membrane spring and a spring constant regulation system. of the membrane spring coupled to the membrane spring itself.
  • the membrane spring refers to a sheet made of an elastic material, preferably, elastic steel or another material with elastic properties such as composite materials, plastics, graphene, etc., comprising at least two flexor arms and that is capable of absorbing the energy produced by a source that generates or transmits vibrations, to which it is attached or with which it is in contact.
  • These membrane springs are planar elements that can have a very variable thickness depending on the application in which they are installed.
  • their thickness can vary from a few microns when designed for use in the field of microelectronics, to a few tens of centimeters or even meters when installed in the foundations of buildings for absorption. of vibrations generated by earthquakes.
  • their dimensions on the transverse axis can vary between millimeters and meters depending on the application for which they are designed.
  • the dimensions of the membrane spring will depend on the magnitude of the vibrations to be absorbed. They can also have different geometries such as, for example, circular, rectangular, square, oval, etc.
  • the membrane springs will be disc-shaped.
  • membrane springs work in such a way that, if a force is applied in the axial direction in the center of the membrane spring, said spring experiences a deformation and displacement in said axial direction as a result of the deformation along the entire length of the arms. flexors available.
  • the membrane spring of the present invention comprises at least one circular flexor crown which in turn comprises at least two annular flexor arms (elastic arms), preferably separated from each other by radial cuts, and a continuous circular crown adjacent to and concentric with the al minus one circular flexor crown.
  • Said continuous circular crown is a sheet of continuous material, that is, without holes, deformations or cuts.
  • the annular flexor arms are the elements of the membrane spring that absorb the bending forces in the axial direction transmitted by the source that generates or the element that transmits the vibrations to be damped. Therefore, the sum of the behavior of these annular bending arms will constitute the overall elastic behavior of the membrane spring and, consequently, of the damping device.
  • the behavior of these annular flexor arms will in turn depend on the elastic properties of the material with which they are manufactured and their dimensions.
  • the membrane spring further comprises a channel associated with each annular flexor arm of each circular flexor crown.
  • Each canal is adjacent to and concentric with the annular flexor arm along at least part of its length and is situated at a edge of the at least one flexor circular crown opposite the continuous circular crown.
  • the flexor ring defines one of the annular edges, either the inner or outer, of the annular flexor arms, and the channels define at least part of the opposite edge of the annular flexor arms.
  • the elastic constant regulation system comprises a fixing element that is inserted in each of the channels and that is configured to move along the respective channel so that a portion of the length of the annular flexor arm is modified. adjacent to the channel that bends, modifying the elastic constant of the damping device. That is, these fixing elements, depending on the position to which they are fixed in the channel, will determine whether all or only part of the arm can bend axially.
  • the fixing elements when fixed at the end of the channel located in correspondence with the origin of the arm (end of the arm by which it is joined to the rest of the membrane spring) do not restrict the flexion of said arm. As the fixing member moves through the channel toward its opposite end, the portion of the arm that can bend is shortened. Only the portion of the annular flexor arm between the fixing element and the free end of the arm is the portion of said arm that can flex axially.
  • one end of the channel will be located in correspondence with the portion of the annular flexor arm that joins the rest of the membrane spring.
  • the channel will also have a length less than the length of the annular flexor arm to which it is associated so that there is always a portion of the arm that can flex, even if the fixing element is brought to the end opposite the origin of the channel.
  • the length of the channel and the corresponding arm can be equal so that the fixation element at its end opposite to the origin of the arm can block the axial bending of the annular flexor arm in its entirety.
  • the relative length of the channels with respect to the annular flexor arms of each annular flexor crown is the same or may be different. Furthermore, this relative length of the channels with respect to the annular flexor arms may be the same for all the annular flexor crowns of the membrane spring or may be different between them. Preferably the relative length of the channels with respect to the annular flexor arms will be constant for the entire membrane spring.
  • the width of the annular flexor arms corresponds to the width of the circular flexor crown and is delimited between separate cuts made in the membrane spring in the annular direction.
  • the membrane spring comprises a continuous annulus between each two flexing annulus.
  • This circular crown continuous which is a sheet of continuous material (that is, without cuts, deformations or holes) will act as a bridge that makes the flexion of the annular flexor arms of each circular flexor crown independent.
  • the fixing element has a longitudinal section in the shape of an “H” and is formed by a stem that is inserted into the channel and two stops coupled to two ends of the stem with a width greater than the width of the channel.
  • the fastening element is formed by a screw, a socket and a nut. This configuration of the fixing elements allows easy adjustment and fixing of the position of the fixing elements at the required points of the corresponding channel.
  • the fixing elements of the channels associated with the annular flexor arms of the same circular flexor crown are joined together by means of a regulating ring.
  • the regulating ring is configured to rotate, both clockwise and counterclockwise, producing identical and simultaneous displacement in the annular direction of the fixing elements in their respective channels. In this way, it is possible to modify in the same way and in a single step the length of the portions of the annular flexor arms that can bend axially of the same annular flexor crown.
  • the fastening elements could be screwed to the regulating ring or could form, at least partially, an integral part of the ring itself.
  • the stem or screw together with one of the stops could form an integral part of the ring while the lower stop, for example a nut, could be attached to the free end of the stem or screw once it has been inserted into the channel.
  • each of the fixation elements could be moved individually to similar or different points in the respective channels associated with the same circular flexor crown.
  • the channel and the corresponding fastening element comprise a mechanism for fixing the position of the fastening element relative to the channel.
  • fixing mechanisms such as the use of a screw and a nut as part of the fixing element itself have been previously described, it has also been provided that the channels have wavy or serrated tooth-shaped inner edges so that the fixing elements engage in the valleys of said edges. In this way, the fixing element can be locked and unlocked in the different valleys of the inner edge, allowing it to be modified in an agile and simple way. the portion of the arm that flexes.
  • the inner edges of the channels could have recesses or slits in predefined positions along their entire length where the fixing elements would be inserted and remain fixed.
  • the fasteners are configured to be moved along the length of their respective channels manually or automatically.
  • An operator could loosen or release the fasteners, reposition them, and secure them in their new position in the channel.
  • a controller from measurements of the magnitude of the vibrations transmitted to the damping device taken by a vibration sensor, could calculate the elastic constant 'K' necessary to minimize or eliminate the measured vibrations and determine the position of the elements. of fixation along the corresponding channels to obtain said elastic constant 'K'.
  • the fixing elements are placed in the aforementioned positions.
  • the damping device could have a motor to act individually on each fixing element or it could have a motor to act on sets of fixing elements, for example, it could act on each regulating ring.
  • the membrane spring comprises a central hole for fixing a shaft attachable to a source of vibrations.
  • This source of vibrations could be a vibration-generating or transmitting mass.
  • the shaft once inserted into the central hole of the membrane spring, could be fixed to the spring using nuts, pins, it could be threaded, or it could be welded to it.
  • the vibration-generating or transmitting mass could be any element, component, device or system that generates or transmits vibrations, regardless of their nature.
  • the membrane spring comprises a plurality of holes through which it is fixed to a support attachable to a surface to be protected from vibrations. Screws, bolts, studs or pins, among other fixing elements, could be used to fix the membrane spring to the support.
  • the support could be fixed to the surface to be protected using bolts, screws, studs, pins or it could be directly welded.
  • the surface to be protected from vibrations could be directly the ground, a surface of a device, a vehicle, a system, a machine, etc.
  • a second object of the present invention is a vibration damping system, which comprises a damping device as described above, a main support to which the membrane spring is coupled, where the main support is attachable to a surface to protect from vibrations and a shaft that It is coupled to the membrane spring through a central hole in the membrane spring, where the shaft is attachable to a vibration-generating or transmitting mass.
  • the damping system comprises a vibration measurement sensor coupled to the shaft and a controller configured to determine a position of the fastening elements relative to the respective channels based on the vibration measured by the vibration sensor. That is, the controller, based on the measurements obtained from a vibration sensor, could calculate the elastic constant 'K' necessary to minimize or eliminate the vibrations measured at a specific time and determine the position of the fixing elements along of the corresponding channels to obtain said elastic constant 'K'. To do this, the system could have motors for the linear movement of the fixing elements along their respective channels, with said fixing elements being able to move individually or in groups (for example, if they are joined by regulating rings). Once these positions have been calculated, either manually or automatically, the fixing elements are placed in the aforementioned positions.
  • This adjustment of the elastic constant 'K' can be carried out continuously or periodically.
  • This controller may be at least one of a central processing unit (CPU), a semiconductor-based microprocessor, a graphics processing unit (GPU), a field-programmable logic gate array (FPGA), or other electronic circuit suitable for execute the calculations and control the movement and fixation of the fixing elements.
  • CPU central processing unit
  • GPU graphics processing unit
  • FPGA field-programmable logic gate array
  • the shock absorber device object of the present invention has numerous advantages compared to the state of the art.
  • the membrane spring can be manufactured with various geometries, sizes and materials and its design can incorporate an adequate number of annular flexor crowns where each of them comprises two or more annular flexor arms, easily obtaining damping devices with a wide range of motion. range of elastic behaviors.
  • varying the position of the fixing elements in the channels modifies the portion of the annular flexor arms that can bend, dynamically regulating the elastic constant 'K'. This allows a very wide range of vibrations to be attenuated.
  • the elastic constant 'K' of the damping device can be adjusted once the damping device is installed and depending on the response of the equipment in which it is installed.
  • the membrane spring works in tension and compression in the same way.
  • the manufacture of membrane springs is very simple and low cost, allowing the use of a wide range of thicknesses and sheet sizes that allows the design of a wide variety of dimensions of devices, thus applicable to a wide range of masses to control.
  • the relationship between the height of the damping device and the working length is very low, compared to other springs such as helical springs.
  • the working length of the membrane spring is very high compared to the thickness of the sheet metal from which the membrane spring is made. Therefore, the damping device takes up less space than other similar devices of the state of the art.
  • the damping device object of the present invention can be used to anchor machines or machine components, as well as to be installed in the damping system of vehicles, replacing the traditional helical or leaf spring spring with this damping device with adjustable elastic constant.
  • Figures 1A and 1B show a perspective view and an exploded view, respectively, of the damping device, according to a particular embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows a plan view of the membrane spring of Figures 1A and 1B.
  • Figure 3 shows a plan view of a membrane spring with a single annular flexor crown, according to a particular embodiment of the invention.
  • Figure 4 shows a plan view of a membrane spring with two annular flexor crowns and with four annular flexor arms in each annular flexor crown, according to a particular embodiment of the invention.
  • Figures 5A to 5C show three plan and perspective views of the damping device of Figure 1 being subjected to a force in the axial direction and with the fixing elements being fixed at three different points of their respective channels.
  • FIGS. 6A, 6B and 6C show a perspective, exploded and side section view, respectively, of a vibration damping system, according to a particular embodiment of the invention
  • Figure 7 shows a perspective view of a machine supported on four damping systems like those shown in Figures 6A-C.
  • Figures 8A and 8B show a perspective and exploded view, respectively, of a damping device that incorporates a mechanism for fixing the position of the fixing elements with respect to the channels, according to a particular embodiment of the invention.
  • FIGs 1A and 1B show a perspective and exploded view, respectively, of the damping device 1, according to a particular embodiment of the invention. It should be understood that the damping device 1 depicted in Figures 1A and 1B may include additional components and that some of the components described herein may be removed and/or modified without departing from the scope of the damping device 1.
  • the damping device 1 is formed by a membrane spring 2, which has a circular or disc geometry, and six fixing elements.
  • the three outermost fixing elements 3a-c are inserted into three channels 4a-c associated with the outermost annular flexor crown 5a and where the three innermost fixing elements 6a-c are inserted into three channels 7a-c associated with the annular flexor crown 5b innermost.
  • the membrane spring 2 has a plurality of holes 8 close to its outer perimeter through which screws, bolts, rods, studs or the like (not shown) can be passed, to fix it on the surface (not shown) that is want to isolate from vibrations, either directly or with the insertion of a support (not shown).
  • Said spring 2 comprises two circular flexor rings 5a-b (shown with mesh shading) separated from each other by a continuous circular ring 9 (shown with dotted shading).
  • the continuous circular crown 9 is a circular sheet of the same material as the rest of the membrane spring 2 that does not present cuts, holes or deformities, and that separates, acting as a bridge, the two flexor circular crowns 5a-b, making the bending of the elements independent.
  • the fixing elements 3a-c and 6a-c are formed in this particular embodiment by screws 12 (with a washer) that pass through bushings 13 and that are fixed by means of nuts 14 (with their respective washers) at their lower end. so that the bushing 13 together with the body of the screw 12 act as the stem that is introduced through the respective channels 4a-c and 7a-c while the head of the screws 12 and the nuts 14 act as the stops that act as physical bridge between the portions of continuous material (outer rings 16 and inner 17 of spring 2 that do not have holes, cuts or irregularities) of the membrane spring 2 and the annular flexor arms 10a-c and 11ac, so that it is rigid the union between both modifying the portion of arm 10a-c and 11a-c that can bend and, therefore, modifying the elastic constant 'K' of the damping device 1.
  • FIG 2 shows a plan view of the membrane spring 2 of Figure 1.
  • Said spring 2 comprises two circular flexor crowns 5a-b that are formed by three annular flexor arms 10a-c and 11 a-c, respectively, separated from each other by radial cuts.
  • the outermost flexor circular crown 5a is delimited by the three annular channels 4a-c on its outermost annular edge and by the continuous circular crown 9 on its innermost annular edge.
  • the innermost circular flexor crown 5b is delimited by the three annular channels 7a-c on its innermost annular edge and by the continuous circular crown 9 on its outermost annular edge.
  • the flexor annular crowns 5a-b, the continuous circular crown 9 and the channels 4a-c and 7a-c are concentric with each other.
  • the spring membrane 2 also has a central hole 15 through which a shaft (not shown) passes that would be attached to the source of vibrations.
  • the channels 4a-c and 7a-c have a length slightly less than the length of the arms 10a-c and 11 a-c to which they are associated.
  • FIG 3 shows a plan view of a membrane spring 20 with a single annular flexor crown 21, according to a particular embodiment of the invention.
  • This membrane spring 20 is similar to that shown in Figure 2 but presenting a single annular flexor crown 21 similar to the circular flexor crown 5a of Figure 2 and where the continuous circular crown delimits the innermost annular edge of the annular flexor crown 21 It is integrated with the inner portion 26 of the membrane spring 20 which in turn delimits the central hole 25.
  • the annular flexor crown 21 is further delimited by the channels 24a-c on its outermost annular edge.
  • the spring 20 also has a circular or disc geometry and has a plurality of holes 22 close to its outer perimeter to be fixed on the surface that is to be isolated from vibrations.
  • the circular flexor crown 21 is formed by three flexor arms 23a-c separated from each other by radial cuts.
  • FIG 4 shows a plan view of a membrane spring 30 with two annular flexor crowns 31 ab and with four annular flexor arms 32a-d and 33a-d in each annular flexor crown 31 ab, according to a particular embodiment of the invention.
  • This embodiment of the membrane spring 30 is very similar to the membrane spring 2 of Figures 1 and 2 except that each annular flexor crown 31a-b is formed by four annular flexor arms 32a-d and 33a-dy, therefore, there are four channels 34a-d and 35a-d associated with each annular flexor crown 31 ab.
  • the membrane spring could have a different number of circular flexor crowns and annular flexor arms.
  • the embodiments shown in Figures 1 to 4 also show a relationship of lengths of the channels with their respective annular flexor arms that is constant in each circular flexor crown and also between the circular flexor crowns (when there is more than one) of the same membrane spring, in other embodiments this relationship could be variable within the same annular flexor crown or between the circular flexor crowns (when there is more than one) of the same membrane spring.
  • the width of the annular flexor crowns is always the same, in other embodiments these annular flexor crowns could have different widths.
  • FIGS 5A to 5C show three perspective views of the damping device 1 of Figures 1 and 1B being subjected to a force in the axial direction and with the fixing elements 3a-c, 6a-c being fixed at three different points of its respective channels 4a-c, 7a-c.
  • the Diaphragm spring 2 experiences an axial deformation as shown in Figures 5A-C.
  • the displacement in the axial direction is a consequence of the deformation along at least part of the length of the annular flexor arms 10a-c and 11 a-c.
  • Figure 5A shows an embodiment in which the fixing elements 3a-c and 6a-c are located at the opposite end to the origin of the respective channels 4a-c and 7a-c, that is, in correspondence with the ends of the annular flexor arms. 10a-c and
  • Figure 5B shows an embodiment in which the fixing elements 3a-c and 6a-c are located at the midpoint of the respective channels 4a-c and 7a-c. This restricts flexion of the portion of the annular flexor arms 10a-c and 11 ac. located between the fixing elements themselves 3a-c and 6a-c and the origin of the arms 10a-c and 11 ac while the bending of the portion of the annular flexor arms 10a-c and 11 ac located between the fixing elements 3a- c and 6a-c and the end of the arms 10a-c and 11a-c where the radial cuts are located.
  • Figure 5C shows an embodiment in which the fixing elements 3a-c and 6a-c are located at the origin of the respective channels 4a-c and 7a-c, that is, in correspondence with the ends of the annular flexor arms 10a-c and 11 a-c where they join the outer rings 16 and inner 17 of the spring 2. Placing the fixing elements 3a-c and 6a-c at these points allows maximum flexion of the arms 10a-c and 11 a-c, thus maximizing the elastic constant 'K' of the damping device 1.
  • the flexor capacity of the damping device that is, its elastic constant 'K' is a result of the elastic properties of the material with which the membrane spring is made, of the number of annular flexor arms. and the length (annular distance), width (radial distance) and thickness (axial distance) thereof, as well as the position of the fixing elements with respect to their corresponding channels.
  • FIGS 6A, 6B and 6C show a perspective, exploded and side section view, respectively, of a vibration damping system 40, according to a particular embodiment of the invention. It should be understood that the vibration damping system 40 depicted in Figures 6A-C may include additional components and that some of the components described herein may be removed and/or modified without departing from the scope of the vibration damping system 40.
  • This damping system 40 comprises a damping device 1 as shown in Figure 1, a support 41 to which the damping device 1 is attached by means of eight screws 42 and an axle 43 that is inserted into the central hole 15 of the membrane spring 2.
  • This shaft 43 is a threaded screw that is inserted into the central hole from below and fixed thereto by a nut 44.
  • the opposite end of the shaft 43 is attached to a vibration generating or transmitting mass (not shown).
  • the support 41 which has a circular outer perimeter, has four fins 45 on its side wall and in correspondence with its lower edge by means of which, and using screws, bolts, rods, studs or similar, it is fixed to the surface (not shown ) that you want to isolate from vibrations.
  • the body of the support 41 is a cylindrical portion that has eight holes 46, where the screws 42 are inserted, and an external beading 47 on its upper edge so that the membrane spring 2 is at least partially contained in the support 41.
  • the fixing elements 3a-c are joined together by an outer regulating ring 48 and the fixing elements 6a-c are joined together by an internal regulating ring 49.
  • These regulating rings 48, 49 allow the three fixation elements associated with each annular flexor crown.
  • these rings 48, 49 could be joined to each other so that all the fixing elements of the shock-absorbing device move in solidarity.
  • Figure 7 shows a perspective view of a machine 50, specifically a compression equipment, which is fixed on the surface to be isolated from vibrations with the interposition of four damping systems 40 such as those shown in Figures 6A-C.
  • the aim is to prevent the vibrations generated by the compression equipment during its operation from being transmitted to the floor of an industrial facility.
  • the axles 43 of the four damping systems 40 are fixed to the respective legs of the compression equipment 50 by inserting the axles 43 into respective holes in said legs.
  • these axles 43 could be threaded or welded to said legs or they could be fixed by bolts or the like.
  • FIGS 8A and 8B show a perspective and exploded view of a vibration damping system 60 that incorporates a mechanism for fixing the position of the fixing elements 65a-d with respect to the respective channels 62a-d, according to a particular embodiment of the invention. It should be understood that the vibration damping system 60 depicted in Figures 8A-B may include additional components and that some of the components described herein may be removed and/or modified without departing from the scope of the vibration damping system 60.
  • the vibration damping system 60 comprises a membrane spring 61 as shown in Figure 3 but having four channels 62a-d and annular flexor arms 68a-d instead of three and in which the channels 62a-d They have an outer edge 63a-d in the shape of a sawtooth and a gap 64a-d in correspondence with their origin.
  • This slot 64a-d allows the fixing elements 65a-d to be removed and inserted into the respective channels 62a-d since said fixing elements 65a-d are single pieces, instead of a set of screw, bushing and nut, which also they are jointly joined to the regulating ring 66.
  • fixing elements 65a-d have an 'H'-shaped axial section and in their central slot and in correspondence with the sawtooth-shaped outer edge 63a-d of the channels 62a- d has a protuberance (not shown) that fits into the valleys of said outer edge 63a-d, leaving the fixing elements 65a-d fixed therein. In this way the operation of adjusting and fixing the position of the elements of fixing 65a-d in the channels 62a-d is much faster than using other solutions.
  • the vibration damping system 60 of Figures 8A and 8B also shows a support 67, like the one shown in Figures 6A-C, to which the membrane spring 61 is screwed, and which can be screwed to the desired surface. isolate from vibrations.

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Abstract

Dispositivo amortiguador de constante elástica regulable que comprende un muelle de membrana y un sistema de regulación de la constante elástica del muelle de membrana. El muelle de membrana comprende al menos una corona circular flexora con al menos dos brazos anulares flexores, una corona circular continua adyacente a y concéntrica con la corona circular flexora y un canal asociado a cada brazo anular flexor. Cada canal es adyacente a y concéntrico con el brazo anular flexor a lo largo de al menos parte de su longitud. El sistema de regulación también comprende un elemento de fijación que se inserta en cada uno de los canales y que está configurado para desplazarse a lo largo del respectivo canal de manera que se modifica una porción de la longitud del brazo anular flexor adyacente al canal que flecta modificando la constante elástica del dispositivo amortiguador.

Description

DISPOSITIVO AMORTIGUADOR DE CONSTANTE ELÁSTICA REGULABLE
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención pertenece en general al campo de la mecánica, y más concretamente, al campo de los dispositivos amortiguadores para la absorción de vibraciones generadas por cualquier tipo de fuente generadora o transmisora de vibraciones.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la mayoría de los equipos industriales, maquinaria o vehículos se producen vibraciones generadas por desequilibrios de elementos rotativos, desalineaciones en acoplamientos, desgaste de componentes, etc. Por otro lado, la fuente generadora o transmisora de vibraciones también puede ser externa al elemento o dispositivo que se pretende proteger o aislar de las vibraciones. Por ejemplo, las vibraciones pueden ser debidas a fenómenos naturales como los terremotos o en el caso de los vehículos, las vibraciones pueden ser transmitidas por la propia calzada por la existencia de baches o irregularidades en la superficie de la misma. Estas vibraciones, independientemente de su origen, generan problemas de muy diversa índole como son el ruido, la fatiga y rotura de determinados componentes, disfunciones operativas, etc. Para evitar estos problemas normalmente se colocan dispositivos amortiguadores, de diferentes tipos, entre la fuente generadora o transmisora de las vibraciones y la superficie, elemento, dispositivo o sistema que se pretende aislar de dichas vibraciones, para eliminarlas o al menos minimizarlas.
Dichos dispositivos amortiguadores pueden ser, entre muchos otros, amortiguadores de muelles, amortiguadores hidráulicos, amortiguadores de gas, amortiguadores Teológicos, etc. Dentro de los amortiguadores de muelles estos también pueden ser de distinto tipo, como son los muelles de compresión, muelles de torsión, muelles de tracción, muelles de disco, muelles de membrana, etc. Muchos de los sistemas y dispositivos de amortiguación que se comercializan en la actualidad incorporan muelles helicoidales.
Adicionalmente, estos dispositivos amortiguadores pueden emplearse para otras funciones como es la precarga, el almacenamiento de energía, su uso como filtro mecánico de paso bajo, la obtención de una respuesta elástica a una carga determinada, etc.
Cuando la compacidad de la maquinaria diseñada es un factor altamente condicionante se pueden emplear muelles de membrana que presentan una relación entre sus prestaciones de amortiguamiento y las dimensiones totales muy adecuada. Cuanto mayor es la importancia del papel funcional desempeñado por el muelle en su unidad mecánica, más crítica es esta relación prestaciones/dimensiones. Los muelles de membrana, también conocidos como muelles planos, son muy compactos y presentan una elevada elasticidad que dependerá en cualquier caso del material con el que se fabriquen, así como del número, tamaño y geometría de los brazos elásticos de que disponga.
El problema de los dispositivos de amortiguación convencionales, independientemente de su naturaleza o tipo, reside en que cada muelle responde a un comportamiento mecánico definido por sus características según una función ‘F=-K*x’, donde ‘F’ es la fuerza ejercida por el muelle, ‘x’ es la elongación o variación que experimenta la longitud del muelle y ‘K’ es la constante elástica del muelle. Para medir la constante elástica ‘K’ de un muelle, se mide la deformación ‘x’ producida cuando se aplican distintos valores de fuerza ‘F’ al mismo. Esto supone que cada dispositivo amortiguador tendrá un tipo fijo de modo natural de vibración y por lo tanto hay que fabricar un dispositivo de amortiguación diferente con su constante ‘K’ para cada aplicación específica. Por otro lado, en aquellas aplicaciones en las que la magnitud de las vibraciones generadas varíe, los dispositivos de amortiguación se tienden a sobredimensionar, dado que no son capaces de adaptarse a dichas variaciones, para absorber o minimizar los picos de vibraciones, aunque estos se produzcan de forma muy puntual. Este sobredimensionado de los dispositivos de amortiguación, que presentan constantes elásticas demasiado elevadas para las vibraciones a las que se ven sometidas durante la mayor parte del tiempo, puede generar una respuesta inadecuada en determinados momentos de baja carga vibratoria sobre la superficie o dispositivo a aislar.
Así pues, se hace necesario en el estado de la técnica el desarrollo de dispositivos de amortiguación que presenten una elevada relación prestaciones/dimensiones a la par que permita regular muy significativamente y de forma dinámica su constante elástica ‘K’ de manera simple, tanto antes de su instalación como incluso una vez ha sido instalado “in situ”.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Un primer objeto de la presente invención es un dispositivo amortiguador de constante elástica regulable de acuerdo a lo descrito en la reivindicación 1. Realizaciones particulares de la invención se describen en las reivindicaciones dependientes.
El dispositivo amortiguador de constante elástica regulable objeto de la invención comprende un muelle de membrana y un sistema de regulación de la constante elástica del muelle de membrana acoplado al propio muelle de membrana. Tal y como se describe en el presente documento, el muelle de membrana se refiere a una lámina hecha de un material elástico, preferiblemente, acero elástico u otro material con propiedades elásticas como pueden ser los materiales compuestos, plásticos, grafeno, etcétera, que comprende al menos dos brazos flexores y que es capaz de absorber la energía producida por una fuente generadora o transmisora de vibraciones, a la que se une o con la que está en contacto. Dichos muelles de membrana son elementos planares que pueden tener un grosor muy variable dependiendo de la aplicación en la que se instale. Por ejemplo, su grosor (distancia en el eje axial) puede variar desde unas pocas mieras cuando se diseña para ser usado en el campo de la microelectrónica, a unas decenas de centímetros o incluso metros cuando se instalen en la cimentación de edificios para la absorción de las vibraciones generadas por terremotos. Igualmente, sus dimensiones en el eje transversal pueden variar entre los milímetros y los metros dependiendo de la aplicación para la que se diseñen. En cualquier caso, las dimensiones del muelle de membrana dependerán de la magnitud de las vibraciones a absorber. Pueden tener además diferentes geometrías como, por ejemplo, circulares, rectangulares, cuadradas, ovaladas etc. Preferiblemente, los muelles de membrana tendrán forma de disco. Estos muelles de membrana funcionan de manera que, si se aplica una fuerza en dirección axial en el centro del muelle de membrana, dicho muelle experimenta una deformación y desplazamiento en dicha dirección axial consecuencia de la deformación a lo largo de toda la longitud de los brazos flexores de los que dispone.
El muelle de membrana de la presente invención comprende al menos una corona circular flexora que a su vez comprende al menos dos brazos anulares flexores (brazos elásticos), preferiblemente separados entre sí por cortes radiales, y una corona circular continua adyacente a y concéntrica con la al menos una corona circular flexora. Dicha corona circular continua es una lámina de material continuo, es decir, sin orificios, deformaciones ni cortes. Los brazos anulares flexores son los elementos del muelle de membrana que absorben los esfuerzos a flexión en dirección axial transmitidos por la fuente que genera o el elemento que transmite las vibraciones a amortiguar. Por lo tanto, la suma del comportamiento de estos brazos anulares flexores constituirá el comportamiento global elástico del muelle de membrana y, por consiguiente, del dispositivo amortiguador. El comportamiento de estos brazos anulares flexores dependerá a su vez de las propiedades elásticas del material con el que están fabricados y de sus dimensiones.
El muelle de membrana comprende además un canal asociado a cada brazo anular flexor de cada corona circular flexora. Cada canal es adyacente a y concéntrico con el brazo anular flexor a lo largo de al menos parte de su longitud y se sitúa en un borde de la al menos una corona circular flexora opuesto a la corona circular continua. Preferiblemente, la corona circular flexora define uno de los bordes anulares, ya sea el interior o exterior, de los brazos anulares flexores, y los canales definen al menos parte del borde opuesto de los brazos anulares flexores.
Adicionalmente, el sistema de regulación de la constante elástica comprende un elemento de fijación que se inserta en cada uno de los canales y que está configurado para desplazarse a lo largo del respectivo canal de manera que se modifica una porción de la longitud del brazo anular flexor adyacente al canal que flecta modificando la constante elástica del dispositivo amortiguador. Es decir, estos elementos de fijación, dependiendo de la posición a la que se fijan en el canal, determinaran si la totalidad o sólo una parte del brazo puede flectar axialmente. Los elementos de fijación cuando se fijan en el extremo del canal situado en correspondencia con el origen del brazo (extremo del brazo por el que se une al resto del muelle de membrana) no restringen la flexión de dicho brazo. A medida que el elemento de fijación se desplaza por el canal hacia su extremo opuesto se acorta la porción del brazo que puede flectar. Sólo la porción del brazo anular flexor que hay entre el elemento de fijación y el extremo libre del brazo es la porción de dicho brazo que puede flectar axialmente.
Preferiblemente, un extremo del canal (origen) se situará en correspondencia con la porción del brazo anular flexor que se une al resto del muelle de membrana. Preferiblemente, el canal tendrá además una longitud inferior a la longitud del brazo anular flexor al que se asocia para que siempre haya una porción del brazo que pueda flectar, aunque el elemento de fijación se lleve al extremo opuesto al origen del canal. Alternativamente, la longitud del canal y del brazo correspondiente puede ser igual de manera que el elemento de fijación en su extremo opuesto al origen del brazo pueda bloquear la flexión axial del brazo anular flexor en su totalidad.
En algunas realizaciones, la longitud relativa de los canales con respecto a los brazos anulares flexores de cada corona anular flexora es la misma o puede ser distinta. Además, esta longitud relativa de los canales con respecto a los brazos anulares flexores podrá ser la misma para todas las coronas anulares flexoras del muelle membrana o podrá ser diferente entre ellas. Preferiblemente la longitud relativa de los canales con respecto a los brazos anulares flexores será constante para todo el muelle de membrana.
En algunas realizaciones, la anchura de los brazos anulares flexores se corresponde con la anchura de la corona circular flexora y está delimitada entre sendos cortes realizados en el muelle de membrana en dirección anular.
En algunas realizaciones, el muelle de membrana comprende una corona circular continua entre cada dos coronas circulares flexoras. Esta corona circular continua, que es una lámina de material continuo (es decir, sin cortes, deformaciones u orificios) actuará como un puente que independiza la flexión de los brazos anulares flexores de cada corona circular flexora.
En algunas realizaciones, el elemento de fijación tiene una sección longitudinal en forma de “H” y está formado por un vástago que se inserta en el canal y dos topes acoplados a sendos extremos del vástago de anchura mayor que la anchura del canal. Estos elementos de fijación crearan puentes físicos entre porciones de material continuo del muelle de membrana y los brazos anulares flexores, de manera que se rigidiza la unión entre ambos modificando la porción de brazo que puede flectar y, por tanto, modificando la contante elástica ‘K’ del dispositivo amortiguador.
En algunas realizaciones, el elemento de fijación está formado por un tornillo, un casquillo y una tuerca. Esta configuración de los elementos de fijación permite un fácil ajuste y fijado de la posición de los elementos de fijación en los puntos requeridos del canal correspondiente.
En algunas realizaciones, los elementos de fijación de los canales asociados a los brazos anulares flexores de una misma corona circular flexora están unidos entre sí mediante un anillo regulador. El anillo regulador está configurado para girar, tanto en sentido horario como antihorario, produciendo un desplazamiento en dirección anular idéntico y simultáneo de los elementos de fijación en sus respectivos canales. De este modo se consigue modificar de igual modo y en un solo paso la longitud de las porciones de los brazos anulares flexores que pueden flectar axialmente de una misma corona anular flexora. En dichas realizaciones, los elementos de fijación podrían estar atornillados al anillo regulador o podrían formar, al menos parcialmente, parte integral del propio anillo. Por ejemplo, el vástago o tornillo junto con uno de los topes podría formar parte integral del anillo mientras que el tope inferior, por ejemplo, una tuerca, podría acoplarse al extremo libre del vástago o tornillo una vez se ha insertado en el canal. Alternativamente, cada uno de los elementos de fijación se podría desplazar individualmente a puntos similares o diferentes en los respectivos canales asociados a una misma corona circular flexora.
En algunas realizaciones, el canal y el elemento de fijación correspondiente comprenden un mecanismo de fijación de la posición del elemento de fijación respecto del canal. Si bien se han descrito anteriormente mecanismos de fijación como son el uso de un tornillo y una tuerca como parte del propio elemento de fijación, también se ha previsto que los canales dispongan de bordes interiores ondulados o con forma de diente se sierra de manera que los elementos de fijación se enclaven en los valles de dichos bordes. De este modo el elemento de fijación puede enclavarse y desenclavarse en los diferentes valles del borde interior pudiendo modificar de una forma ágil y sencilla la porción del brazo que flecta. Alternativamente, los bordes interiores de los canales podrían disponer de cajeados o hendiduras en posiciones predefinidas a lo largo de toda su longitud donde se insertasen los elementos de fijación quedando fijados.
En algunas realizaciones, los elementos de fijación están configurados para ser movidos a lo largo de la longitud de sus respectivos canales de forma manual o automática. Un operario podría aflojar o soltar los elementos de fijación, recolocarlos y fijarlos en su nueva posición en el canal. Alternativamente, un controlador, a partir de las medidas de la magnitud de las vibraciones transmitidas al dispositivo amortiguador tomadas por un sensor de vibraciones, podría calcular la constante elástica ‘K’ necesaria para minimizar o eliminar las vibraciones medidas y determinar la posición de los elementos de fijación a lo largo de los correspondientes canales para obtener dicha constante elástica ‘K’. Una vez calculadas dichas posiciones, o bien manualmente o bien de manera automática se sitúan los elementos de fijaciones en las citadas posiciones. Por ejemplo, el dispositivo amortiguador podría disponer de un motor para actuar de forma individual sobre cada elemento de fijación o bien podría disponer de un motor para actuar sobre conjuntos de elementos de fijación, por ejemplo, podría actuar sobre cada anillo regulador.
En algunas realizaciones, el muelle de membrana comprende un orificio central para la fijación de un eje acoplable a una fuente de vibraciones. Esta fuente de vibraciones podría ser una masa generadora o transmisora de vibraciones. El eje, una vez insertado en el orifico central del muelle de membrana, se podría fijar al muelle mediante tuercas, pasadores, podría ir roscado, o podría soldarse al mismo. La masa generadora o transmisora de vibraciones podría ser cualquier elemento, componente, dispositivo o sistema que genere o transmita vibraciones, independientemente de la naturaleza de las mismas.
En algunas realizaciones, el muelle de membrana comprende una pluralidad de orificios a través de los cuales se fija a un soporte acoplable a una superficie a proteger de vibraciones. Se podrían emplear tornillos, pernos, espárragos o pasadores, entre otros elementos de fijación para fijar el muelle de membrana al soporte. A su vez, el soporte se podría fijar a la superficie a proteger mediante pernos, tornillos, espárragos, pasadores o podría estar directamente soldado. La superficie a proteger de las vibraciones podría ser directamente el suelo, una superficie de un dispositivo, un vehículo, un sistema, una máquina, etc.
Un segundo objeto de la presente invención es un sistema de amortiguación de vibraciones, que comprende un dispositivo amortiguador tal y como se ha descrito anteriormente, un soporte principal al que se acopla el muelle de membrana, donde el soporte principal es acoplable a una superficie a proteger de vibraciones y un eje que se acopla al muelle de membrana a través de un orificio central del muelle de membrana, donde el eje es acoplable a una masa generadora o transmisora de vibraciones.
En algunas realizaciones, el sistema de amortiguación comprende un sensor de medida de vibraciones acoplado al eje y un controlador configurado para determinar una posición de los elementos de fijación relativa a los respectivos canales en función de la vibración medida por el sensor de vibración. Es decir, el controlador, a partir de las medidas obtenidas de un sensor de vibraciones, podría calcular la constante elástica ‘K’ necesaria para minimizar o eliminar las vibraciones medidas en un momento concreto y determinar la posición de los elementos de fijación a lo largo de los correspondientes canales para obtener dicha constante elástica ‘K’. Para ello, el sistema podría disponer de motores para el desplazamiento lineal de los elementos de fijación a lo largo de sus respectivos canales, pudiéndose desplazar dichos elementos de fijación individualmente o bien en grupos (por ejemplo, si están unidos mediante anillos reguladores). Una vez calculadas dichas posiciones, o bien manualmente o bien de manera automática se sitúan los elementos de fijaciones en las citadas posiciones. Este ajuste de la constante elástica ‘K’ puede llevarse a cabo de manera continua o periódica. Este controlador puede ser al menos uno de una unidad central de procesamiento (CPU), un microprocesador basado en semiconductores, una unidad de procesamiento de gráficos (GPU), una matriz de puertas lógicas programables en campo (FPGA) u otro circuito electrónico adecuado para las ejecutar los cálculos y el control de desplazamiento y fijación de los elementos de fijación.
El dispositivo amortiguador objeto de la presente invención presenta numerosas ventajas frente al estado de la técnica. Por ejemplo, el muelle de membrana puede fabricarse con diversas geometrías, tamaños y materiales y su diseño puede incorporar un número adecuado de coronas anulares flexoras donde cada una de ellas comprenda dos o más brazos anulares flexores, obteniéndose de forma sencilla dispositivos amortiguadores con una amplia gama de comportamientos elásticos. Además, variando la posición de los elementos de fijación en los canales se modifica la porción de los brazos anulares flexores que puede flectar regulando de forma dinámica la constante elástica ‘K’. Esto permite que se pueda atenuar una gama muy amplia de vibraciones. La constante elástica ‘K’ del dispositivo amortiguador se puede ajustar una vez instalado el dispositivo amortiguador y dependiendo de la respuesta del equipo en el que se instala. También se puede automatizar su ajuste dependiendo de los cambios que se vayan produciendo en el sistema en cuanto a sus modos de vibración. El muelle de membrana funciona a tracción y compresión de la misma manera. La fabricación de los muelles de membrana es muy sencilla y de bajo coste permitiendo el uso de una amplia gama de espesores y tamaños de lámina que permite diseñar una gran variedad de dimensiones de dispositivos, aplicables así a una amplia gama de masas a controlar. Además, la relación entre altura de dispositivo amortiguador con la longitud de trabajo es muy baja, en comparación con otros muelles como los helicoidales. La longitud de trabajo del muelle de membrana es muy elevada respecto del espesor de la chapa con la que está fabricado el muelle de membrana. Por tanto, el dispositivo amortiguador ocupa menos espacio que otros similares del estado de la técnica.
El dispositivo amortiguador objeto de la presente invención se puede utilizar en el anclaje de máquinas o componentes de máquinas, así como para instalar en el sistema de amortiguación de vehículos sustituyendo el muelle helicoidal o de ballesta tradicional por este dispositivo amortiguador de constante elástica regulable.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para completar la descripción y con el fin de mejorar la comprensión de la invención, se aporta un conjunto de figuras. Dichas figuras forman parte integrante de la descripción e ¡lustran diferentes realizaciones de la invención, lo que no debe interpretarse como una limitación del alcance de la invención, sino como ejemplos de cómo puede llevarse a cabo la invención.
Las figuras 1A y 1 B muestran una vista en perspectiva y una vista en explosión, respectivamente, del dispositivo amortiguador, de acuerdo con una realización particular de la invención.
La figura 2 muestra una vista en planta del muelle de membrana de las figuras 1A y 1 B.
La figura 3 muestra una vista en planta de un muelle de membrana con una única corona anular flexora, de acuerdo con una realización particular de la invención.
La figura 4 muestra una vista en planta de un muelle de membrana con dos coronas anulares flexoras y con cuatro brazos anulares flexores en cada corona anular flexora, de acuerdo con una realización particular de la invención.
Las figuras 5A a 5C muestran tres vistas en planta y en perspectiva del dispositivo amortiguador de la figura 1 siendo sometido a una fuerza en dirección axial y con los elementos de fijación estando fijados en tres puntos diferentes de sus respectivos canales.
Las figuras 6A, 6B y 6C muestran una vista en perspectiva, en explosión y en corte lateral, respectivamente, de un sistema de amortiguación de vibraciones, de acuerdo con una realización particular de la invención
La figura 7 muestra una vista en perspectiva de una máquina apoyada sobre cuatro sistemas de amortiguación como los mostrados en las figuras 6A-C.
Las figuras 8A y 8B muestran una vista en perspectiva y en explosión, respectivamente, de un dispositivo amortiguador que incorpora un mecanismo de fijación de la posición de los elementos de fijación respecto de los canales, de acuerdo con una realización particular de la invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Las figuras 1A y 1 B muestran una vista en perspectiva y en explosión, respectivamente, del dispositivo amortiguador 1 , de acuerdo con una realización particular de la invención. Debe entenderse que el dispositivo amortiguador 1 representado en las figuras 1A y 1 B puede incluir componentes adicionales y que algunos de los componentes aquí descritos pueden ser eliminados y/o modificados sin apartarse del alcance del dispositivo amortiguador 1.
El dispositivo amortiguador 1 está formado por un muelle de membrana 2, que tiene una geometría circular o de disco, y por seis elementos de fijación. Los tres elementos de fijación 3a-c más exteriores se insertan en tres canales 4a-c asociados a la corona anular flexora 5a más exterior y donde los tres elementos de fijación 6a-c más interiores se insertan en tres canales 7a-c asociados a la corona anular flexora 5b más interior. El muelle de membrana 2 presenta una pluralidad de orificios 8 en proximidad a su perímetro exterior a través de los cuales se pueden pasar tornillos, pernos, vástagos, espárragos o similar (no mostrados), para fijarlo sobre la superficie (no mostrada) que se quiere aislar de las vibraciones, ya sea directamente o con interposición de un soporte (no mostrado). Dicho muelle 2 comprende dos coronas circulares flexoras 5a-b (se muestran con un sombreado en forma de malla) separadas entre sí por una corona circular continua 9 (se muestra con un sombreado punteado). La corona circular continua 9 es una lámina circular del mismo material que el resto del muelle de membrana 2 que no presenta cortes, orificios o deformidades, y que separa, haciendo de puente, las dos coronas circulares flexoras 5a-b independizando la flexión de los brazos anulares flexores 10a-c y 11 a-c de las dos coronas circulares flexoras Safo, respectivamente.
Los elementos de fijación 3a-c y 6a-c están formados en esta realización particular por tornillos 12 (con una arandela) que pasan a través de unos casquillos 13 y que se fijan mediante tuercas 14 (con sus respectivas arandelas) por su extremo inferior de manera que el casquillo 13 junto con el cuerpo del tornillo 12 actúan como el vástago que se introduce a través de los respectivos canales 4a-c y 7a-c mientras que la cabeza de los tornillos 12 y las tuercas 14 actúan como los topes que hacen de puente físico entre las porciones de material continuo (anillos exterior 16 e interior 17 del muelle 2 que no presentan orificios, cortes o irregularidades) del muelle de membrana 2 y los brazos anulares flexores 10a-c y 11 a-c, de manera que se rig id iza la unión entre ambos modificando la porción de brazo 10a-c y 11a-c que puede flectar y, por tanto, modificando la contante elástica ‘K’ del dispositivo amortiguador 1.
La figura 2 muestra una vista en planta del muelle de membrana 2 de la figura 1 . Dicho muelle 2 comprende dos coronas circulares flexoras 5a-b que están formadas por tres brazos anulares flexores 10a-c y 11 a-c, respectivamente, separados entre sí por cortes radiales. La corona circular flexora 5a más exterior está delimitada por los tres canales anulares 4a-c en su borde anular más exterior y por la corona circular continua 9 en su borde anular más interior. A su vez, la corona circular flexora 5b más interior está delimitada por los tres canales anulares 7a-c en su borde anular más interior y por la corona circular continua 9 en su borde anular más exterior. En esta realización las coronas anulares flexoras 5a-b, la corona circular continua 9 y los canales 4a-c y 7a-c son concéntricos los unos con los otros. La membrana de muelle 2 también dispone de un orificio central 15 a través de cual pasa un eje (no mostrado) que se uniría a la fuente de vibraciones. Además, en esta realización los canales 4a-c y 7a-c presentan una longitud ligeramente inferior a la longitud de los brazos 10a-c y 11 a-c a los que se asocian.
La figura 3 muestra una vista en planta de un muelle de membrana 20 con una única corona anularflexora 21 , de acuerdo con una realización particular de la invención. Este muelle de membrana 20 es similar al mostrado en la figura 2 pero presentando una sola corona anular flexora 21 similar a la corona circular flexora 5a de la figura 2 y donde la corona circular continua que delimita el borde anular más interior de corona anular flexora 21 se integra con la porción interior 26 del muelle de membrana 20 que a su vez delimita el orificio central 25. La corona anular flexora 21 está además delimitada por los canales 24a-c en su borde anular más exterior.
El muelle 20 también tiene una geometría circular o de disco y presenta una pluralidad de orificios 22 en proximidad a su perímetro exterior para ser fijado sobre la superficie que se quiere aislar de las vibraciones. La corona circular flexora 21 está formada por tres brazos flexores 23a-c separados entre sí por cortes radiales.
La figura 4 muestra una vista en planta de un muelle de membrana 30 con dos coronas anulares flexoras 31 a-b y con cuatro brazos anulares flexores 32a-d y 33a-d en cada corona anular flexora 31 a-b, de acuerdo con una realización particular de la invención. Esta realización del muelle de membrana 30 es muy similar al muelle de membrana 2 de las figuras 1 y 2 salvo porque cada corona anular flexora 31a-b está formada por cuatro brazos anulares flexores 32a-d y 33a-d y, por tanto, existen cuatro canales 34a-d y 35a-d asociados a cada corona anular flexora 31 a-b. De igual modo que en la realización de las figuras 1 y 2, existe una corona circular continua 36 entre ambas coronas anulares flexoras 31a-b. Mientras que las realizaciones mostradas en las figuras 1 a 4 muestran muelles de membrana con una o dos coronas circulares flexoras y con tres o cuatro brazos anulares flexores en cada corona circular flexora, en otras realizaciones, el muelle de membrana podría tener un numero diferente de coronas circulares flexoras y brazos anulares flexores. Además, aunque las realizaciones mostradas en las figuras 1 a 4 muestras también una relación de longitudes de los canales con sus respectivos brazos anulares flexores que es constante en cada corona circular flexora y además entre las coronas circulares flexoras (cuando hay más de una) de un mismo muelle de membrana, en otras realizaciones esta relación podría ser variable dentro de una misma corona anular flexora o entre las entre las coronas circulares flexoras (cuando hay más de una) de un mismo muelle de membrana. Si bien en las realizaciones mostradas en las figuras
I a 4 la anchura de las coronas anulares flexoras es siempre la misma, en otras realizaciones estas coronas anulares flexoras podrían tener anchuras diferentes.
Las figuras 5A a 5C muestran tres vistas en perspectiva del dispositivo amortiguador 1 de las figuras 1 y 1 B siendo sometido a una fuerza en dirección axial y con los elementos de fijación 3a-c, 6a-c estando fijados en tres puntos diferentes de sus respectivos canales 4a-c, 7a-c.
Si se aplica una fuerza F en el centro del muelle de membrana 2, en correspondencia su orificio central 15, y se fija su perímetro exterior mediante, por ejemplo, unos tornillos que pasan por los orificios 8 y se atornillan a una superficie fija, el muelle de membrana 2 experimenta una deformación axial tal y como se muestra en las figuras 5A-C. Como se puede observar, el desplazamiento en la dirección axial es consecuencia de la deformación a lo largo de al menos parte de la longitud de los brazos anulares flexores 10a-c y 11 a-c.
La figura 5A muestra una realización en la que los elementos de fijación 3a-c y 6a-c se sitúan en el extremo opuesto al origen de los canales 4a-c y 7a-c respectivos, es decir en correspondencia con los extremos de los brazos anulares flexores 10a-c y
I I a-c donde se sitúan los cortes radiales que los separan de los brazos anulares flexores 10a-c y 11 a-c contiguos. Situando los elementos de fijación 3a-c y 6a-c en estos puntos se restringe al máximo la capacidad flexora de los brazos 10a-c y 11 a-c por lo que se minimiza la constante elástica ‘K’ del dispositivo amortiguador. Dado que los brazos 10a-c y 11 a-c tienen una longitud mayor que la de los canales 4a-c y 7a-c, incluso restringiendo al máximo la capacidad flexora de los brazos 10a-c y 11 a-c, el dispositivo amortiguador 1 flecta ligeramente en dirección axial.
La figura 5B muestra una realización en la que los elementos de fijación 3a-c y 6a-c se sitúan en el punto medio de los canales 4a-c y 7a-c respectivos. De este modo se restringe la flexión de la porción de los brazos anulares flexores 10a-c y 11 a-c situados entre los propios elementos de fijación 3a-c y 6a-c y el origen de los brazos 10a-c y 11 a-c mientras que se permite la flexión de la porción de los brazos anulares flexores 10a-c y 11 a-c situados entre los elementos de fijación 3a-c y 6a-c y el extremo de los brazos 10a-c y 11a-c donde se sitúan los cortes radiales.
La figura 5C muestra una realización en la que los elementos de fijación 3a-c y 6a-c se sitúan en el origen de los canales 4a-c y 7a-c respectivos, es decir en correspondencia con los extremos de los brazos anulares flexores 10a-c y 11 a-c por donde se unen a los anillos exterior 16 e interior 17 del muelle 2. Situando los elementos de fijación 3a-c y 6a-c en estos puntos se permite la flexión máxima de los brazos 10a- c y 11 a-c por lo que se maximiza la constante elástica ‘K’ del dispositivo amortiguador 1.
En las tres realizaciones de las figuras 5A-C la capacidad de flexora del dispositivo amortiguador, es decir su constante elástica ‘K’ es resultado de las propiedades elásticas del material con el que está fabricado el muelle de membrana, del número de brazos anulares flexores y la longitud (distancia anular), anchura (distancia radial) y espesor (distancia axial) de los mismos, así como de la posición de los elementos de fijación respecto de sus canales correspondientes.
Las figuras 6A, 6B y 6C muestran una vista en perspectiva, en explosión y en corte lateral, respectivamente, de un sistema de amortiguación de vibraciones 40, de acuerdo con una realización particular de la invención. Debe entenderse que el sistema de amortiguación de vibraciones 40 representado en las figuras 6A-C puede incluir componentes adicionales y que algunos de los componentes aquí descritos pueden ser eliminados y/o modificados sin apartarse del alcance del sistema de amortiguación de vibraciones 40.
Este sistema de amortiguación 40 comprende un dispositivo amortiguador 1 como el mostrado en la figura 1 , un soporte 41 al que se acopla el dispositivo amortiguador 1 mediante ocho tornillos 42 y un eje 43 que se inserta en el orifico central 15 del muelle de membrana 2. Este eje 43 es un tornillo roscado que se inserta en el orificio central desde abajo y se fija al mismo mediante una tuerca 44. El extremo opuesto del eje 43 se une a una masa generadora o transmisora de vibraciones (no mostrada). El soporte 41 , que presenta un perímetro exterior circular, tiene cuatro aletas 45 en su pared lateral y en correspondencia con su borde inferior mediante las cuales, y usando tornillos, pernos, vástagos, espárragos o similar, se fija a la superficie (no mostrada) que se quiere aislar de vibraciones. Como se puede ver en las figuras 6A y 6B, el cuerpo del soporte 41 es una porción cilindrica que presenta ocho orificios 46, donde se insertan los tornillos 42, y un rebordeado exterior 47 en su borde superior de manera que el muelle de membrana 2 queda al menos parcialmente contenido en el soporte 41 . En esta realización, los elementos de fijación 3a-c están unidos entre sí por un anillo regulador exterior 48 y los elementos de fijación 6a-c están unidos entre sí por un anillo regulador interior 49. Estos anillos reguladores 48, 49 permiten mover solidariamente los tres elementos de fijación asociados a cada corona anular flexora. En otras realizaciones, estos anillos 48, 49 podrían estar unidos entre sí de manera que se movieran todos los elementos de fijación del dispositivo amortiguador de forma solidaria.
La figura 7 muestra una vista en perspectiva de una máquina 50, en concreto un equipo de compresión, que se fija en la superficie a aislar de vibraciones con interposición de cuatro sistemas de amortiguación 40 como los mostrados en las figuras 6A-C. En esta realización se pretende evitar que las vibraciones generadas por el equipo de compresión durante su funcionamiento sean transmitidas al suelo de una instalación industrial. Los ejes 43 de los cuatro sistemas de amortiguación 40 se fijan a las respectivas patas del equipo de compresión 50 mediante la introducción de los ejes 43 en sendos orificios de dichas patas. Por ejemplo, estos ejes 43 podrían roscarse o soldarse a dichas patas o podrían fijarse mediante pernos o similar.
Las figuras 8A y 8B muestran una vista en perspectiva y en explosión de un sistema de amortiguación de vibraciones 60 que incorpora un mecanismo de fijación de la posición de los elementos de fijación 65a-d respecto de los canales 62a-d respectivos, de acuerdo con una realización particular de la invención. Debe entenderse que el sistema de amortiguación de vibraciones 60 representado en las figuras 8A-B puede incluir componentes adicionales y que algunos de los componentes aquí descritos pueden ser eliminados y/o modificados sin apartarse del alcance del sistema de amortiguación de vibraciones 60.
En esta realización, el sistema de amortiguación de vibraciones 60 comprende un muelle de membrana 61 como el mostrado en la figura 3 pero presentando cuatro canales 62a-d y brazos anulares flexores 68a-d en vez de tres y en el que los canales 62a-d presentan un borde exterior 63a-d con forma de diente de sierra y un coliso 64a- d en correspondencia con su origen. Este coliso 64a-d permite sacar y meter los elementos de fijación 65a-d en los respectivos canales 62a-d dado que dichos elementos de fijación 65a-d son piezas únicas, en vez de un conjunto de tornillo, casquillo y tuerca, que además se unen solidariamente al anillo regulador 66. Estos elementos de fijación 65a-d tienen sección axial en forma de 'H’ y en su hendidura central y en correspondencia con el borde exterior 63a-d con forma de diente de sierra de los canales 62a-d presenta una protuberancia (no mostrada) que encaja en los valles del citado borde exterior 63a-d quedando los elementos de fijación 65a-d fijado en los mismos. De este modo la operación de ajustar y fijar la posición de los elementos de fijación 65a-d en los canales 62a-d es mucho más rápida que usando otras soluciones.
El sistema de amortiguación de vibraciones 60 de las figuras 8A y 8B también muestra un soporte 67, como el mostrado en las figuras 6A-C, al que se atornilla el muelle de membrana 61 , y que se podrá atornillar a la superficie que se quiera aislar de las vibraciones.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo amortiguador de constante elástica regulable, caracterizado porque comprende: un muelle de membrana, y un sistema de regulación de la constante elástica del muelle de membrana acoplado al muelle de membrana; donde el muelle de membrana comprende: al menos una corona circular flexora que comprende al menos dos brazos anulares flexores; una corona circular continua adyacente a y concéntrica con la al menos una corona circular flexora, estando la corona circular continua hecha de una lámina de material continuo; un canal asociado a cada brazo anular flexor de cada corona circular flexora, donde cada canal es adyacente a y concéntrico con el brazo anular flexor a lo largo de al menos parte de su longitud y se sitúa en un borde de la al menos una corona circular flexora opuesto a la corona circular continua; y donde el sistema de regulación de la constante elástica comprende un elemento de fijación que se inserta en cada uno de los canales y que está configurado para desplazarse a lo largo del respectivo canal de manera que se modifica una porción de la longitud del brazo anular flexor adyacente al canal que flecta modificando la constante elástica del dispositivo amortiguador.
2. El dispositivo amortiguador de la reivindicación 1 , donde cada corona circular flexora está delimitada por una corona circular continua en uno de sus bordes y por los canales asociados a cada uno de los brazos anulares flexores de la corona circular flexora en su otro borde.
3. El dispositivo amortiguador de la reivindicación 1 o 2, donde la anchura de los brazos anulares flexores se corresponde con la anchura de corona circular flexora y está delimitada entre sendos cortes realizados en el muelle de membrana en dirección anular.
4. El dispositivo amortiguador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el muelle de membrana comprende una corona circular continua entre cada dos coronas circulares flexoras.
5. El dispositivo amortiguador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el elemento de fijación tiene una sección longitudinal en forma de “H” y está formado un vástago que se inserta en el canal y dos topes acoplados a sendos extremos del vástago de anchura mayor que la anchura del canal.
6. El dispositivo amortiguador de la reivindicación 5, donde el elemento de fijación está formado por un tornillo, un casquillo y una tuerca.
7. El dispositivo amortiguador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los elementos de fijación de los canales asociados a los brazos anulares flexores de una misma corona circular flexora están unidos entre sí mediante un anillo regulador, de manera que el anillo regulador está configurado para girar produciendo un desplazamiento en dirección anular idéntico y simultaneo de los elementos de fijación a lo largo de los respectivos canales.
8. El dispositivo amortiguador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el canal y el elemento de fijación correspondiente comprenden un mecanismo de fijación de la posición del elemento de fijación respecto del canal.
9. El dispositivo amortiguador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los elementos de fijación están configurados para ser desplazados a lo largo de la longitud de sus respectivos canales y fijados en los mismos de forma manual o automática.
10. El dispositivo amortiguador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el muelle de membrana comprende un orificio central para la fijación de un eje acoplable a una masa generadora y/o transmisora de vibraciones.
11. El dispositivo amortiguador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el muelle de membrana tiene forma de disco.
12. El dispositivo amortiguador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el muelle de membrana comprende una pluralidad de orificios a través de los cuales se fija a un soporte acoplable a una superficie a proteger de vibraciones.
13. El dispositivo amortiguador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el muelle de membrana está hecho de un material elástico, preferiblemente acero elástico.
14. Sistema de amortiguación de vibraciones, que comprende: un dispositivo amortiguador de acuerdo a lo descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, un soporte principal al que se acopla el muelle de membrana, donde el soporte principal es acoplable a una superficie a proteger de vibraciones; y un eje que se acopla al muelle de membrana a través de un orificio central del muelle de membrana, donde el eje es acoplable a una masa generadora y/o transmisora de vibraciones.
15. Sistema de amortiguación de vibraciones de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende al menos un sensor de vibraciones acoplado al eje y que está configurado para medir una magnitud de unas vibraciones transmitidas por la masa generadora y/o transmisora de vibraciones al eje y un controlador configurado para determinar una posición de los elementos de fijación relativa a los respectivos canales en que se insertan en función de la magnitud de la vibración medida por el al menos un sensor de vibración.
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