ES2306995T3 - Un conjunto de polea. - Google Patents
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Abstract
Un conjunto de polea para una transmisión por correa, en especial, para un motor de combustión interna que comprende: - un cuerpo de buje (2) que se une firmemente a un elemento giratorio y que rota con este alrededor de un eje (A) de si mismo; - una polea (3) coaxial con el cuerpo de buje (2) y que debe actuar conjuntamente con una correa; - y un acoplamiento flexible (4) dispuesto entre dicho cuerpo de buje (2) y dicha polea (3) que comprende medios elásticos (24) para un acoplamiento giratorio de dicha polea (3) a dicho cuerpo de buje (2) y medios de fricción (25, 28) con la transmisión del momento de torsión limitada para desacoplar dicha polea (3) de dicho cuerpo de buje (2) cuando se supere un valor máximo del momento de torsión predefinido, en donde dichos medios elásticos comprenden un muelle (24) bobinado alrededor de dicho eje y que genera una primera carga elástica para la transmisión del momento de torsión entre dicho cuerpo de buje (2) y dicha polea (3), mientras que dichos medios de fricción comprenden un elemento intermedio (25) que está libre de forma rotacional con respecto a dicho cuerpo de buje (2) y a dicha polea (3), en donde dicho muelle (24) está enclavado en arrastre de forma entre dicho elemento intermedio (25) y un primer elemento (2) elegido entre dicho cuerpo de buje (2) y dicha polea (3), en donde dicho elemento intermedio (25) actúa conjuntamente por medio de un acoplamiento por fricción con un segundo elemento (3) elegido entre dicho cuerpo de buje (2) y dicha polea (3), en donde dicho muelle (24) genera un empuje axial distinto a la de la primera carga elástica y actúa sobre dicho acoplamiento por fricción para definir dicho valor máximo del momento de torsión, mientras que dicho elemento intermedio (25) sea un contratope que actúa conjuntamente de forma axial con dicho segundo elemento (3), caracterizado porque dicho primer muelle (24) es un muelle helicoidal cónico con una sección transversal rectangular.
Description
Un conjunto de polea.
La presente invención se refiere un conjunto de
polea, en especial, para una correa de transmisión para conectar
una multitud de elementos accesorios a un árbol de motor en un motor
de combustión interna.
Se conocen conjuntos de poleas que comprenden un
cuerpo de buje que se conecta de forma rígida con un elemento de
conducción, por ejemplo, un árbol de motor de un motor de combustión
interna, una polea coaxial con el cuerpo de buje y para actuar en
colaboración con una correa de transmisión y un primer elemento de
conexión deformable de forma elástica, dispuesto entre el cuerpo de
buje y la polea que tiene la función de acoplar de forma flexible
con el fin de filtrar la transmisión de oscilaciones de torsión
entre el cuerpo de buje y la polea.
Los conjuntos de poleas del tipo que se ha
descrito anteriormente de manera breve, se utilizan en el área de
automoción para correas de transmisión para elementos auxiliares de
motores, tales como, por ejemplo, el alternador, la bomba de agua
de refrigeración o un sistema hidráulico de guiado y el compresor
del sistema de aire acondicionado.
Dichos conjuntos conocidos generalmente
comprenden además un amortiguador de torsión integrado que está
formado por un elemento inercial anular dispuesto de forma coaxial
con el cuerpo de buje o un anillo inercial y por un segundo
elemento de conexión elástica dispuesto entre el cuerpo de buje y el
anillo inerte. El momento de inercia del anillo inercial y la
característica elástica del segundo elemento de conexión elástica
son calibrados de tal manera que generan un sistema de "muelle de
masa" para corregir el comportamiento natural dinámico del árbol
del motor y, en especial, para atenuar la punta de oscilación
correspondiente a la primera frecuencia natural de vibración de
torsión posibilitando un funcionamiento sin alcanzar condiciones
críticas de resonancia.
El acoplamiento flexible entre el cuerpo de buje
y la polea es necesario para filtrar la transmisión de oscilaciones
de torsión del árbol de motor hacia los accesorios y para absorber
diferencias instantáneas en la frecuencia de rotación en
condiciones de funcionamiento particulares, tales como por ejemplo
el arranque del motor y bruscas desaceleración del mismo en las que
debido al alto grado de inercia de los elementos accionados, en
especial, del alternador, la polea tiende de sobrepasar al cuerpo de
buje.
Según una primera realización conocida el
acoplamiento flexible está formado por un anillo de material
elastomérico dispuesto de forma radial o anular entre el cuerpo de
buje y la polea y se fija en ambos, por ejemplo, mediante
vulcanización. Para realizar de forma efectiva la función de
"filtro", referida anteriormente, el material elastomérico
tiene que tener una baja rigidez. El componente por lo tanto es
crítico tanto desde el punto de vista mecánico como en cuanto a la
alta deformabilidad del material que contrasta con el requerimiento
de alta resistencia mecánica que se tiene que respetar para
transmitir los valores del momento de torsión requeridos, como
también, sobre todo, desde el punto de visto térmico. Con respecto a
esto, de hecho, es imposible conferir al material las
características de resistencia contra las altas
temperaturas.
temperaturas.
En un intento de resolver el problema descrito
anteriormente se han propuestas soluciones en las que el
acoplamiento flexible se forma por uno o varios muelles que
sustituyen el anillo fabricado de material elastomérico.
En especial, según la primera solución que se
conoce del documento DE-A-4 407 157
que según el conocimiento del presente solicitante no parece haber
tenido ninguna aplicación práctica, el acoplamiento flexible se
forma mediante un muelle helicoidal que está enrollado alrededor
del cuerpo de buje que en un extremo está conectado de forma rígida
a la polea y el extremo opuesto está montado de forma deslizable en
el cuerpo de buje con la interposición de un bloque de fricción.
Consecuentemente existe una diferencia en el comportamiento según
la dirección del momento de torsión; cuando el cuerpo de buje tiende
a tirar de la polea, es decir, durante el funcionamiento normal de
la transmisión el muelle tiende a ajustarse alrededor del cuerpo de
buje y a transmitir el movimiento con una rigidez incrementada;
cuando por lo contrario, la polea tiende a sobrepasar el cuerpo de
buje el muelle tiende a desacoplarse del propio cuerpo de buje.
La solución descrita anteriormente tiene la
desventaja de las dimensiones axiales largas. Otra desventaja
representa el alto nivel de ruido debido al contacto entre las
espirales del muelle y el cuerpo de buje.
El documento
EP-A-1 279 807 ilustra un conjunto
de polea en el que el cuerpo de buje está acoplado con la polea con
la ayuda de un par de muelles helicoidales restringidos de tal
manera que trabajan en compresión cuando el cuerpo de buje tira de
la polea. De este modo, la rigidez del acoplamiento flexible
incrementa de forma progresiva con el momento de torsión
transmitido hasta que se alcance un comportamiento esencialmente
rígido para valores altos del momento de torsión transmitido.
Cuando, por lo contrario, la polea tiende a girar más rápidamente
que el cuerpo de buje entonces el acoplamiento desacopla la polea
del propio cuerpo de buje.
Aunque proporciona una solución parcial de las
desventajas referidas con anterioridad esta solución no está
ausente de problemas.
En primer lugar, dado que en determinadas
condiciones de funcionamiento, especialmente al arrancar el motor,
existen oscilaciones violentas del momento de torsión con una
rotación relativa entre el cuerpo de buje y la polea en ambas
direcciones, un comportamiento esencialmente rígido en una de las
dos direcciones de transmisión del momento de torsión somete a la
correa y a la transmisión completa a un esfuerzo anormal con el
riesgo consecuente de deslizamiento de la correa y del ruido.
Adicionalmente, la falta de un desacoplamiento
en la dirección normal de transmisión del momento de torsión somete
al muelle a un esfuerzo alto de compresión que puede conllevar una
deformación plástica debido a la fatiga durante la vida del
componente.
Finalmente, dado que la transmisión del momento
de torsión ocurre mediante fricción en las espirales externas del
muelle, este último tiene que someterse a un mecanizado de manera
que estas actúen conjuntamente de forma óptima con el perfil de
fricción asociado. En consecuencia, son muelles fabricados de forma
especial que tienen un coste considerable y convierten al conjunto
completo de la polea mucho más caro que las soluciones conocidas
anteriormente y por lo tanto con poca probabilidad de ser aceptadas
por el mercado.
El documento
DE-A-101 03 082 describe un conjunto
de polea para una transmisión de correa según el preámbulo de la
reivindicación 1.
Un objetivo de la presente invención es
proporcionar un conjunto de polea que resuelva los problemas de la
técnica anterior y que, en especial, permita al conjunto adaptarse
de forma sencilla a diferentes tipos de transmisiones de correa y
que tenga un coste y dimensiones reducidos.
Este objetivo se consigue mediante un conjunto
de polea, tal como se reivindica en la reivindicación 1.
Para un mejor entendimiento de la presente
invención se describe a continuación tres formas de realización
preferidas, proporcionadas con la ayuda de ejemplos
no-limitativos y con referencia a los dibujos
adjuntos, en los que muestran:
Figura 1 una vista en sección axial de un
conjunto de polea según una primera forma de realización de la
presente invención;
Figura 2 una vista en sección transversal
esquemática de un detalle del conjunto de polea de la Figura 1;
y
Figura 3 un gráfico que ilustra el momento de
torsión/rotación relativa característica del conjunto de polea de
la Figura 1.
Con respecto a la Figura 1, es designado como un
todo 1 un conjunto de polea según la presente invención.
El conjunto de polea 1 básicamente comprende: un
cuerpo de buje 2 con eje A que está adaptado para ser fijado de
forma rígida en el árbol del motor (no representado) de un motor de
combustión interna; una polea 3 orientada coaxialmente con el
cuerpo de buje; y un acoplamiento flexible 4 dispuesto entre el
cuerpo de buje 2 y la polea 3.
El cuerpo de buje 2 está fabricado
convenientemente de chapa metálica y comprende de forma integra: una
pared cilíndrica 5, un collarín interior 6 radial que se extiende
hacia adentro desde un extremo axial de la pared cilíndrica 5
dirigida hacia el motor durante el funcionamiento, y un collarín
externo 7 radial que se extiende hacia afuera desde un extremo
axial opuesto de la pared cilíndrica 5. El cuerpo de buje 2
comprende además un collarín 8 anular fijado de forma rígida al
collarín 6 interno, por ejemplo, mediante remachado 9 o soldadura
que lleva un amortiguador de torsión 33 como se describirá con mayor
detalle a continuación.
El collarín 8 tiene básicamente una forma de
campana y está formado por una parte 19 en forma parecida a la de
un disco que está fijada de forma rígida en el collarín interno 6
del cuerpo de buje 2 y por una pared anular 20 que se extiende de
forma axial desde una periferia exterior de la parte en forma
parecida a la de un disco que externamente es coaxial con respecto
a la pared 5 cilíndrica hacia el collarín exterior 7.
La polea 3 que convenientemente es de tipo
Poly-V está fabricada convenientemente de chapa
metálica a través de pasos sucesivos de prensar y enrollar y
comprende de forma integra un borde 10 esencialmente cilíndrico que
define una multitud de canales 11 en una superficie exterior del
mismo y un disco 12 que se extiende de forma integra hacia adentro
desde un extremo axial del borde 10 orientado hacia el collarín 7
del cuerpo de buje.
Con mayor detalle, el disco 12 comprende una
pared 13 lisa exterior anular integral con el borde 10, una pared
14 cilíndrica intermedia configurada de forma coaxial con la pared 5
cilíndrica del cuerpo de buje 2 e internamente coaxial con la pared
20 anular del collarín 8 y una pared 15 anular lisa que se extiende
radialmente hacia adentro orientada hacia la parte 19 del collarín
8 en forma parecida a la de un de disco.
La polea 3 está soportada de forma axial y
radial con respecto al cuerpo de buje 2.
En particular, el soporte radial se define por
un manguito 17 que de forma conveniente está fabricado por material
anti-fricción y está dispuesto de forma radial entre
la pared 14 de la polea 3 y la pared 20 anular del collarín 8.
El soporte axial se define por un anillo plano
21 dispuesto entre la pared 15 de la polea 3 y la parte 19 en forma
de disco del cuerpo de buje 2, así como por un elemento anular 22
dispuesto entre el collarín 7 del cuerpo de buje 2 y la pared 13 de
la polea 3.
El anillo 21 está convenientemente fabricado de
un material plástico anti-fricción; el elemento 22
puede ser fabricado de un material plástico o elastomérico y puede
tener una función de amortiguación con respecto a la oscilación
relativa entre el cuerpo de buje 2 y la polea 3, adicionalmente a la
función de sellado contra los agentes exteriores.
El acoplamiento flexible 4 dispuesto entre el
cuerpo de buje 2 y la polea 3 comprende un muelle 24 helicoidal
cónico con una sección transversal rectangular que tiene una espira
interna 24a unido firmemente en su rotación al cuerpo de buje 2 y
de una espira externa 24b unida firmemente en su rotación a un
contratope 25 fijado de tal manera que gira dentro de la pared
cilíndrica 14 de la polea 3 con la interposición de un manguito 26
fabricado de forma conveniente de un material
anti-fricción. El muelle 24 está precomprimido
axialmente entre el collarín 7 rectangular externo del cuerpo de
buje 2 y una cara de una pared 27 radial del contratope 25 en cuya
cara opuesta está fijado, por ejemplo, con la ayuda de un adhesivo,
un disco 28 fabricado de material de fricción que colabora de forma
axial con la pared 15 de la polea 3.
El contratope constituye un elemento intermedio
entre le cuerpo de buje 2 y la polea 3 y está libre en cuanto a
rotación también con respecto a la última.
Las propiedades de fricción del disco 28 y de la
carga axial ejercida por el muelle 24 que esencialmente es
constante, se eligen de tal manera que se define un valor máximo
Cmax del momento de torsión transmisible a través del acoplamiento
flexible 4 por encima del cual existe una pérdida de adherencia y,
por lo tanto, un desacoplamiento angular entre el cuerpo de buje 2
y la polea 3.
Tal como se representa esquemáticamente en la
Figura 2, el muelle 24 está enclavado con arrastre de forma tanto
hacia el cuerpo de buje 2 como hacia el contratope 25, es decir, sin
cualquier deslizamiento relativo en la dirección circunferencial,
de tal manera que se somete a una fuerza de tensión en la condición
normal de funcionamiento, es decir, cuando el cuerpo de buje 2
tiende a tirar de la polea 3 en la dirección de rotación indicada
por una flecha.
La restricción entre el extremo del muelle 24 y
el cuerpo de buje 2 y el contratope 25 respectivamente se puede
conseguir de cualquier modo conocido, por ejemplo, como se
representa esquemáticamente en la Figura 2 los extremos del muelle
24 pueden ser doblados o deformados de otro modo o mecanizados de
tal manera que definen proyecciones radiales 28, 29 que engranan
con asientos respectivos en la pared 5 del cuerpo de buje 2 y del
contratope 25.
El amortiguador de torsión integrado 33, en sí
mismo conocido, está formado por un anillo inerte 34 alojado en el
espacio entre la pared anular 20 del collarín 8 y el borde 10 de la
polea 3, y por un anillo 35 de acoplamiento fabricado de un
material elastomérico, dispuesto de forma radial entre la pared
anular 20 y el anillo 34 inercial, por ejemplo, mediante un ajuste
por presión para acoplarlos por torsión de manera elástica.
El funcionamiento del conjunto de polea 1 se
describe a continuación:
El amortiguador de torsión 33 funciona de forma
convencional y no se describe en detalle a continuación.
El momento de torsión entre el cuerpo de buje 2
y la polea 3 se transmite mediante un acoplamiento flexible 4 y por
tanto básicamente mediante el muelle 24. Mediante dimensionamiento
de forma aproximada de la rigidez (en la dirección de torsión) del
muelle 24 el acoplamiento flexible 4 posibilita el "filtrado"
de las oscilaciones de torsión entre el cuerpo de buje 2 y la polea
3. El comportamiento del acoplamiento flexible 4 es simétrico en
las dos direcciones de rotación relativa y es lineal dentro de los
límites del momento de torsión máximo transmisible, es decir, se
obtiene un momento de torsión transmitido proporcional a la rotación
relativa entre el cuerpo de buje 2 y la polea 3.
En la presencia de oscilaciones de torsión
violentas del cuerpo de buje 2 con respecto a la polea 3, como las
que se producen, por ejemplo, al arrancar el motor o por lo demás al
acelerar o desacelerar de forma repentina el motor seguido por
altos niveles de inercia de los elementos accesorios, el momento de
torsión instantáneo que actúa sobre el acoplamiento 4 puede
alcanzar el valor máximo transmisible Cmax, y por tanto lleva a un
desacoplamiento entre el cuerpo de buje y la polea. Esto ocurre de
forma simétrica en ambas direcciones de la rotación relativa entre
el cuerpo de buje 2 y la polea 3, y por tanto previene en cualquier
condición de funcionamiento esfuerzos anómalos sobre el muelle 24 y
más en general sobre los elementos del mecanismo de
transmisión.
Por lo tanto, el acoplamiento flexible 4 tiene
la característica representada en el gráfico en la Figura 3 en la
que la abscisa representa los ángulos de rotación relativa entre el
cuerpo de buje y la polea y la ordenada el momento de torsión
trasmitido: para valores del momento de torsión que en valores
absolutos son menores que el valor máximo transmisible la
característica es una línea recta que pasa por el origen, siendo
definida la pendiente de la misma por la rigidez (en dirección de
torsión) del muelle 24; para valores de rotación relativa que en
valores absolutos son mayores que la rotación relativa
correspondiente al valor máximo del momento de torsión transmisible
la característica está definida por dos semi-líneas
paralelas respecto al eje de la abscisa, es decir, con un momento
de torsión constante igual al valor máximo transmisible en cada una
de las dos direcciones (+Cmax y -Cmax, respectivamente).
Del análisis de las características del conjunto
de la polea 1 realizada según la presente invención las ventajas que
esta posibilita son evidentes.
En primer lugar, dado que el comportamiento del
acoplamiento flexible 4 es simétrico en las dos direcciones de la
rotación relativa entre el cuerpo de buje 2 y la polea 3, es decir,
dicho acoplamiento flexible desacopla la polea 3 del cuerpo de buje
en ambas direcciones de rotación relativa cuando se alcance un valor
máximo Cmax predefinido del momento de torsión y no existe ningún
riesgo de someter el muelle 24 a esfuerzos anómalos, especialmente
al arrancar el motor ni de transmitir cualquier
sobre-tensión hacia la correa, de tal manera que se
produzca cualquier deslizamiento de la misma con el ruido
resultante. Por debajo de dicho valor el acoplamiento se comporta
de modo perfectamente elástico con una característica lineal en las
dos direcciones de rotación relativa.
Dado que el muelle 24 no tiene que colaborar
directamente por fricción con la polea 3 sino que simplemente tiene
que arrastrar el contratope 25 trabajando por tensión (o en forma de
compresión en los casos de inversión de únicamente el momento de
torsión) gracias a las restricciones extremas, el muelle 24 puede
ser de un tipo convencional y puede no tener que someterse a
cualquier operación de mecanizado en especial y su consecuentemente
el coste se reduce. También los costes de construcción y de
ensamblaje de la unidad 1 completa se reducen.
Además, dado que el momento de torsión máxima
transmisible se define exclusivamente por las características de
fricción del disco 28 y por la pre-carga axial del
muelle 24 helicoidal cónico es mas sencilla la calibración de dicho
valor del momento de torsión. Por lo tanto, es mas conveniente
modificar dicho valor para adaptar el valor a especificaciones
diferentes de diseño de la transmisión por correa.
Finalmente, es claro que se pueden realizar
modificaciones y variaciones sobre el conjunto de polea 1 descrita
aquí, sin desviarse de este modo del alcance de la protección
definido por las reivindicaciones resultantes.
En particular, el muelle 24 puede estar
enclavado de tal manera que trabaje en compresión cuando el cuerpo
de buje 2 tienda a tirar de la polea 3. Además, el muelle 24 puede
estar enclavado entre el elemento de presión 25 y la polea 3, y el
disco de fricción 28 puede estar dispuesto entre el elemento de
presión 25 y el cuerpo de buje 2.
Se puede usar el conjunto 1 para aplicaciones
diferentes a la descrita, en el área de automoción o en otros,
siempre que sea necesario conectar una polea a un elemento
giratorio, sea este un elemento de transmisión o un elemento
accionado de forma elástica.
Claims (6)
1. Un conjunto de polea para una transmisión por
correa, en especial, para un motor de combustión interna que
comprende:
- -
- un cuerpo de buje (2) que se une firmemente a un elemento giratorio y que rota con este alrededor de un eje (A) de si mismo;
- -
- una polea (3) coaxial con el cuerpo de buje (2) y que debe actuar conjuntamente con una correa;
- -
- y un acoplamiento flexible (4) dispuesto entre dicho cuerpo de buje (2) y dicha polea (3) que comprende medios elásticos (24) para un acoplamiento giratorio de dicha polea (3) a dicho cuerpo de buje (2) y medios de fricción (25, 28) con la transmisión del momento de torsión limitada para desacoplar dicha polea (3) de dicho cuerpo de buje (2) cuando se supere un valor máximo del momento de torsión predefinido, en donde dichos medios elásticos comprenden un muelle (24) bobinado alrededor de dicho eje y que genera una primera carga elástica para la transmisión del momento de torsión entre dicho cuerpo de buje (2) y dicha polea (3), mientras que dichos medios de fricción comprenden un elemento intermedio (25) que está libre de forma rotacional con respecto a dicho cuerpo de buje (2) y a dicha polea (3), en donde dicho muelle (24) está enclavado en arrastre de forma entre dicho elemento intermedio (25) y un primer elemento (2) elegido entre dicho cuerpo de buje (2) y dicha polea (3), en donde dicho elemento intermedio (25) actúa conjuntamente por medio de un acoplamiento por fricción con un segundo elemento (3) elegido entre dicho cuerpo de buje (2) y dicha polea (3), en donde dicho muelle (24) genera un empuje axial distinto a la de la primera carga elástica y actúa sobre dicho acoplamiento por fricción para definir dicho valor máximo del momento de torsión, mientras que dicho elemento intermedio (25) sea un contratope que actúa conjuntamente de forma axial con dicho segundo elemento (3),
caracterizado porque dicho
primer muelle (24) es un muelle helicoidal cónico con una sección
transversal
rectangular.
2. El conjunto de polea según la reivindicación
1, caracterizado porque dicho empuje axial es constante.
3. El conjunto de polea según una de las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque comprende un
elemento de fricción (28) dispuesto entre dicho contratope (25) y
dicho segundo elemento (3).
4. El conjunto de polea según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
un elemento de amortiguación (17) dispuesto entre dicho contratope
(25) y dicho primer elemento (2).
5. El conjunto de polea según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer
elemento es dicho cuerpo de buje (2) y porque el segundo elemento
es dicha polea (3).
6. El conjunto de polea según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
un amortiguador de torsión integrado (33).
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|---|---|---|---|
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-
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