BRPI0604093B1 - FREE WHEEL PULLEY - Google Patents
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Abstract
polia com roda livre polia com roda-livre em questão compreende um eixo (10) apresentando, externamente, uma superfície cilíndrica (12) e que é acoplado a uma carga a ser rotativamente acionada em um certo sentido de giro, tal como um alternador de veículo automotivo. um anel externo (20) é montado em torno do eixo (10) e define, em uma só peça, um perfil externo (21). a ser operativamente acoplado, geralmente por correia, a um motor, e ainda, internamente, uma pluralidade de superfícies de came (22) que formam, com a superfície cilíndrica (12) do eixo (10), espaços (e) em forma de cunha. um rolete (30) é montado em cada um dos referidos espaço (e) e mantido assentado na superfície cilíndrica (12) do eixo (10) e em cada respectiva superfície de came (22) do anel externo (20), cada rolete (30) sendo forçado por uma respectiva mola em direção a um extremo mais estreito do referido espaço (e) para que cada rolete (30) acople rotativamente o anel externo (20) ao eixo (10) quando a rotação do anel externo (20) for superior à rotação do eixo (10) no dito sentido de giro.freewheel pulley The freewheel pulley in question comprises an axle (10) externally having a cylindrical surface (12) and which is coupled to a load to be rotatably driven in a certain direction of rotation, such as an alternator. automotive vehicle. An outer ring (20) is mounted around the shaft (10) and defines in one piece an outer profile (21). to be operably coupled, generally by belt, to a motor, and further internally a plurality of cam surfaces (22) which form, with the cylindrical surface (12) of the shaft (10), gaps (e) wedge. a roller (30) is mounted on each of said space (e) and kept seated on the cylindrical surface (12) of the shaft (10) and on each respective cam surface (22) of the outer ring (20), each roller ( 30) being forced by a respective spring towards a narrower end of said space (e) so that each roller (30) rotatably engages the outer ring (20) with the shaft (10) when the rotation of the outer ring (20) is greater than the rotation of the shaft (10) in said direction of rotation.
Description
POLIA COM RODA-LIVREFREE-WHEEL PULLEY
Campo da invençãoField of invention
Refere-se a presente invenção a uma polia provida de um sistema de roda -1 ivre, ou seja, de uma embreagem 5 unidirecional, a ser utilizada, por exemplo, em alternadores operativamente acoplados ao virabrequim de motores de combustão interna, por meio de uma transmissão por correia e polias. O objetivo da polia em questão é o de diminuir as vibrações torcionais e as variações de 10 rotação que são transmitidas ao alternador.The present invention relates to a pulley provided with a -1 free wheel system, that is, a unidirectional clutch 5, to be used, for example, in alternators operatively coupled to the crankshaft of internal combustion engines, by means of a belt and pulley transmission. The purpose of the pulley in question is to reduce torsional vibrations and variations in speed that are transmitted to the alternator.
Histórico da invençãoHistory of the invention
A polia de alternador tem a função de transmitir o torque do motor de combustão interna, para o alternador, por intermédio de uma correia, a qual passa por uma polia 15 fixada ao eixo de manivela do motor. O atrito, entre a correia e as polias, transmite o torque à polia acoplada ao eixo do rotor do alternador. As polias de alternador, acopladas f ixamente (sem s i stema de roda-livre), geralmente por chaveta ou por atrito, no eixo do rotor do 20 alternador, tiveram significativo avanço tecnológico com a inserção do sistema de roda-livre (overrunninçf), no acoplamento da polia com o eixo do rotor do alternador- A polia de alternador, com sistema de roda-livre, permite a transmissão de torque apenas em uma direção.The alternator pulley has the function of transmitting the torque of the internal combustion engine, to the alternator, through a belt, which passes through a pulley 15 fixed to the crankshaft of the engine. The friction between the belt and the pulleys transmits the torque to the pulley coupled to the alternator rotor shaft. The alternator pulleys, securely coupled (without freewheeling system), generally by key or friction, on the rotor axis of the alternator, had a significant technological advance with the insertion of the freewheeling system (overrunninçf), when coupling the pulley to the alternator rotor shaft - The alternator pulley, with free-wheel system, allows the transmission of torque in only one direction.
Inicialmente, este sistema foi concebido para evitar vibrações provenientes do aciclismo existentes em motores de combustão interna de veículos automotores, minimizando, com isso, o ruído gerado pelo movimento relativo (escorregamento) entre a correia e a polia do 30 alternador. Além disso, este sistema de roda-livre visa evitar que o alternador tenha que ser re-acelerado cada vez que ocorre uma desaceleração do motor. Como o rotor do alternador tem uma inércia elevada, o rotor pode se manter em uma rotação acima da rotação do motor quando 35 este é desacelerado rapidamente e re-acelerado. Isso gera uma economia de combustível, minimiza o ruído, minimiza o desgaste abrasivo da correia acoplada na polia e minimizaInitially, this system was conceived to avoid vibrations from the cyclism existing in internal combustion engines of motor vehicles, thereby minimizing the noise generated by the relative movement (slip) between the belt and the pulley of the alternator. In addition, this freewheeling system aims to prevent the alternator from having to be re-accelerated each time the engine decelerates. As the alternator rotor has a high inertia, the rotor can remain at a speed above the engine speed when the engine is rapidly decelerated and re-accelerated. This generates fuel savings, minimizes noise, minimizes abrasive wear on the belt attached to the pulley and minimizes
os esforços nos componentes mecânicos acoplados à correia.stresses on the mechanical components attached to the belt.
Existem documentos de patente com diferentes sistemas de roda-livre, cada qual adotando um princípio distinto.There are patent documents with different freewheeling systems, each adopting a different principle.
Dentre as patentes que utilizam este sistema pode ser citada a patente US 6,394,250 que descreve um sistema de roda-livre no qual as superfícies de carne são formadas em um anel interno, fixado ao eixo da polia do alternador e que é responsável pela ação de acoplamento ou liberação 10 entre a polia e o eixo do alternador . O sistema utiliza mancal de roletes para prover a rotação do eixo em relação ao anel externo de polia e o arraste circunferencial dos roletes, durante o desacoplamento, é feito pelo anel externo da polia do alternador.Among the patents using this system can be cited US patent 6,394,250, which describes a freewheel system in which the meat surfaces are formed in an inner ring, fixed to the alternator pulley axis and which is responsible for the coupling action or release 10 between the pulley and the alternator shaft. The system uses roller bearings to provide rotation of the shaft in relation to the outer pulley ring and the circumferential drag of the rollers, during decoupling, is done by the outer ring of the alternator pulley.
A patente US 6,093,991 descreve outro sistema no qual as superfícies de carne são também localizadas no anel interno da polia, fixado no eixo do alternador e utiliza mancal de esferas. 0 arraste circunferencial dos roletes, durante o desacoplamento, é feito pelo anel 20 externo da polia do alternador.US patent 6,093,991 describes another system in which the meat surfaces are also located on the inner pulley ring, fixed on the alternator shaft and using ball bearings. The circumferential drag of the rollers, during decoupling, is done by the outer ring 20 of the alternator pulley.
sistema da patente US6,083,130 difere dos descritos anteriormente por utilizar molas pa±a o travamento entre o anel externo da polia e o eixo do alternador.US6,083,130 patent system differs from those previously described in that it uses springs for locking between the outer pulley ring and the alternator shaft.
As patentes descritas anteriormente têm, como foco 25 principal, a diminuição do torque necessário para que o sistema entre em roda-livre pois, minimizando este torque, o alternador é freado com uma força menor durante a desaceleração do motor. Este procedimento faz com que o alternador permaneça maior tempo em rotação alta, 30 desacoplado do motor. Além disso, um menor torque de roda-livre faz com que a polia seja mais eficiente na eliminação de ruídos, pois ela fica mais sensível para eliminar vibrações de alta freqüência e baixa amplitude. Nestas polias anteriormente descritas, o torque estático 3 5 de roda-livre é igual ou maior ao torque dinâmico, ou seja, em toda faixa de rotação de trabalho do alternador, a qual é de 0 rpm à 20.000 rpm, a força centrífuga nãoThe patents described above have, as main focus 25, the reduction of the torque necessary for the system to free-wheel because, minimizing this torque, the alternator is braked with a lesser force during the engine deceleration. This procedure causes the alternator to remain at high speed for a longer time, 30 decoupled from the engine. In addition, a lower free-wheel torque makes the pulley more efficient in eliminating noise, as it is more sensitive to eliminate high frequency and low amplitude vibrations. In these pulleys previously described, the free-wheel static torque 3 5 is equal to or greater than the dynamic torque, that is, in the entire working rotation range of the alternator, which is from 0 rpm to 20,000 rpm, the centrifugal force does not
altera o torque necessário para que o sistema entre em roda-livre.changes the torque required for the system to free-wheel.
Como pode ser verificado na patente N° US6,394,250 as pistas de rolagem, interna e externa, do rolete são 5 montadas por interferência no sistema polia roda-livre.As can be seen in US Patent No. 6,394,250, the roller tracks, internal and external, are assembled by interference in the freewheel pulley system.
Com isso, no momento da transmissão de torque, pode haver um movimento relativo entre a parte externa da polia (na qual se localiza o filete com o perfil da correia) e o anel externo (pista de rolagem externa). 0 10 mesmo pode acontecer entre o eixo do sistema roda-livre (o qual é fixado no eixo do alternador) e o anel interno (pista interna de rolagem). Isto acontecendo, o torque da correia não será transmitido integralmente ao alternador, pois haverá o deslizamento entre os componentes.Thus, at the moment of torque transmission, there may be a relative movement between the outer part of the pulley (on which the fillet with the belt profile is located) and the outer ring (external running track). The same can happen between the axis of the freewheel system (which is fixed on the axis of the alternator) and the inner ring (inner runway). This happening, the torque of the belt will not be fully transmitted to the alternator, as there will be slipping between the components.
Os alternadores são geralmente localizados na parte frontal do motor, deixando a polia exposta à poeira e lama, que são lançados diretamente à ela. Diante disto, a invenção descrita na publicação de patente N° US6,394,250 apresenta deficiência na vedação do sistema roda-livre.The alternators are usually located at the front of the engine, leaving the pulley exposed to dust and mud, which are thrown directly at it. In view of this, the invention described in patent publication No. US6,394,250 has a deficiency in the sealing of the freewheeling system.
No caso de o sistema de roda-livre ser contaminado por poeira ou lama, a função roda-livre fica prejudicada, deixando a polia cravada.In case the freewheel system is contaminated by dust or mud, the freewheel function is impaired, leaving the pulley stuck.
Sumário da invençãoSummary of the invention
A presente invenção tem por finalidade aperfeiçoar o 25 sistema de roda-livre presente no alternador dos motores de automóveis, solucionando os problemas acima descritos e melhorando a durabilidade da polia de roda-1ivre. A solução construtiva objeto da presente invenção difere das existentes por se tratar de uma polia com roda-livre 30 que utiliza uma pluralidade de superfícies de carne formadas internamente em um anel externo que define uma peça única com o perfil externo da polia, ou seja, esse último e as superfícies de carne são formados na mesma peça, apresentando uma disposição construtiva tal que a 35 força centrífuga atua minimizando o torque de roda-livre com o aumento da rotação. Contra as superfícies de carne operam roletes que são assentados contra um anel internoThe present invention aims to improve the freewheel system present in the alternator of car engines, solving the problems described above and improving the durability of the freewheel pulley. The constructive solution object of the present invention differs from the existing ones in that it is a free-wheel pulley 30 that uses a plurality of meat surfaces formed internally in an external ring that defines a single piece with the external profile of the pulley, that is, the latter and the meat surfaces are formed in the same piece, presenting a constructive arrangement such that the centrifugal force acts minimizing the free-wheel torque with increasing rotation. Rollers operate against the meat surfaces which are seated against an inner ring
incorporado a um eixo da polia. Os roletes são responsáveis pelo acoplamento ou desacoplamento entre o anel externo e o eixo da polia. A conf iguração apresentada resulta em melhoria funcional do sistema 5 roda-livre. As superfícies de came incorporadas ao anel externo da polia e não no eixo, fazem com que o torque dinâmico na polia seja menor que o torque estático, devido à força centrífuga que atua no conjunto, forçando os roletes contra respectivas molas de posicionamento. O 10 torque de roda-livre em alta rotação, menor que o torque estático, permite a otimização do rendimento do alternador pois, quanto menor for torque de roda-livre, menor será a força de frenagem atuando sobre o alternador quando ele está sendo desacelerado, fazendo com que o 15 alternador permaneça maior tempo a uma alta rotação e minimizando a vibração resultante do aciclismo do motor.incorporated into a pulley shaft. The rollers are responsible for coupling or uncoupling between the outer ring and the pulley shaft. The configuration shown results in a functional improvement of the freewheeling system. The cam surfaces incorporated in the outer ring of the pulley and not in the shaft, cause the dynamic torque in the pulley to be less than the static torque, due to the centrifugal force acting on the assembly, forcing the rollers against respective positioning springs. The high-speed free-wheel torque, less than the static torque, allows the optimization of the alternator's performance because the lower the free-wheel torque, the lower the braking force acting on the alternator when it is being decelerated. , causing the alternator to remain longer at high speed and minimizing the vibration resulting from the motor's cycling.
A polia em questão pode apresentar ainda uma configuração que utiliza gaiola para manter unidos os roletes às molas, facilitando a montagem das partes componentes da 20 polia.The pulley in question may also have a configuration that uses a cage to keep the rollers together with the springs, facilitating the assembly of the component parts of the pulley.
A construção proposta pela invenção, segundo a qual as superfícies de came, o anel externo e o perfil externo da polia são formadas em uma só peça, faz com que a polia com roda-livre não seja afetado pelas variações térmicas 25 do ambiente (já que a interferência de montagem pode variar com a variação da temperatura), garantindo a transmissão integral do torque do motor ao alternador, ou seja, eliminando movimento relativo entre o anel externo e o perfil externo da polia do alternador. Além disso, 30 essa construção, em peça única do anel externo, torna a polia de fabricação mais simples, eliminando etapas de montagem e tornando a polia mais robusta.The construction proposed by the invention, according to which the cam surfaces, the outer ring and the external profile of the pulley are formed in one piece, means that the free-wheel pulley is not affected by the thermal variations 25 of the environment (already that the mounting interference can vary with the temperature variation), guaranteeing the integral transmission of the engine torque to the alternator, that is, eliminating relative movement between the outer ring and the external profile of the alternator pulley. In addition, 30 this construction, in a single piece of the outer ring, makes the pulley easier to manufacture, eliminating assembly steps and making the pulley more robust.
Breve descrição dos desenhosBrief description of the drawings
A invenção será descrita a seguir, fazendo-se referência 35 aos desenhos anexos, dados a título de exemplo de concretizações da invenção e nos quais:The invention will be described below, with reference to the accompanying drawings, given as an example of embodiments of the invention and in which:
A figura 1 mostra uma vista frontal da polia em questão,Figure 1 shows a front view of the pulley in question,
ilustrando o eixo da polia, os roletes e suas respectivas molas posicionadoras, o anel externo com as superfícies de came e o perfil externo da polia;illustrating the pulley axis, the rollers and their respective positioning springs, the outer ring with the cam surfaces and the external profile of the pulley;
A figura 2 mostra um detalhe da figura 1, ilustrando o esquema das forças atuando nos roletes e molas da polia durante o uso do sistema de roda-livre;Figure 2 shows a detail of figure 1, illustrating the scheme of forces acting on the pulley rollers and springs when using the freewheel system;
A figura 3 representa uma vista frontal da peça única que compreende o anel externo da polia, com suas superfícies de came e com o perfil externo da polia, sendo ainda 10 ilustrado o curso de um dos roletes;Figure 3 represents a front view of the single piece comprising the outer ring of the pulley, with its cam surfaces and the external profile of the pulley, with the course of one of the rollers still being illustrated;
A figura 4 é uma vista semelhante à da figura 3, mas ilustrando ainda a provisão de uma gaiola para os roletes e o posicionamento das molas;Figure 4 is a view similar to that of figure 3, but still illustrating the provision of a cage for the rollers and the positioning of the springs;
A figura 5 representa uma vista em perspectiva do 15 conjunto da figura 3, quando provido dos roletes e das respectivas molas.Figure 5 represents a perspective view of the assembly of Figure 3, when provided with the rollers and the respective springs.
A figura 6 representa uma vista em perspectiva semelhante àquela da figura 5, mas ilustrando ainda a provisão de uma gaiola para a contenção dos roletes e molas;Figure 6 represents a perspective view similar to that of Figure 5, but still illustrating the provision of a cage to contain the rollers and springs;
A figura 7 mostra uma vista em perspectiva do dispositivo de polia em questão, com suas partes componentes montadas ;Figure 7 shows a perspective view of the pulley device in question, with its component parts assembled;
A figura 8 representa uma vista em corte diametral do dispositivo de polia com roda-livre ilustrado na figura 25 1;Figure 8 represents a diametrical sectional view of the freewheeling pulley device shown in Figure 25 1;
A figura 9 representa uma vista em corte diametral do dispositivo de polia de roda-livre ilustrado na figura 8, mas provido de uma gaiola para os roletes e para as molas;Figure 9 represents a diametrical sectional view of the freewheeling pulley device shown in Figure 8, but provided with a cage for the rollers and springs;
A figura 10 representa uma vista em perspectiva explodida do dispositivo de polia com roda-livre ilustrado na figura 8;Figure 10 represents an exploded perspective view of the freewheeling pulley device shown in Figure 8;
A figura 11 representa uma vista em perspectiva explodida do dispositivo de polia com roda-livre ilustrado na 35 figura 9; eFigure 11 represents an exploded perspective view of the freewheeling pulley device shown in Figure 9; and
A figura 12 é um gráfico da variação de rotação obtida em bancada de testes com uma polia com torque de roda-livreFigure 12 is a graph of the speed variation obtained on the test bench with a free-wheel torque pulley
de 0,1 N.m e outra com torque de roda-1ivre de 0,2 N.m, em relação à rotação do alternador.0.1 N.m and another with a free wheel torque of 0.2 N.m, in relation to the rotation of the alternator.
Descrição detalhada da invençãoDetailed description of the invention
Conforme ilustrado nos desenhos e anteriormente mencionado, a polia com roda-1ivre em questão é particularmente adequada para montagem ao eixo do rotor de um alternador (não ilustrado) de veículo automóvel, de modo a permitir um acoplamento unidirecional, por correia, entre o eixo do rotor do alternador e o eixo 10 motriz de um motor, geralmente o virabrequim de um motor de combustão interna veicular.As illustrated in the drawings and previously mentioned, the free-wheel pulley in question is particularly suitable for mounting to the rotor axis of a motor vehicle alternator (not shown), in order to allow unidirectional, belt coupling between the axis of the alternator rotor and the driving shaft 10 of an engine, usually the crankshaft of a vehicle internal combustion engine.
A polia P em questão compreende um eixo 10, geralmente tubular, construído em qualquer material adequado, tal como aço, tendo um dos extremos geralmente provido de um 15 estriado interno 11 e apresentando, externa e medianamente, uma superfície cilíndrica 12, lisa e contínua nas direções axial e circunferencial. O acoplamento mecânico da polia P com o eixo do rotor do alternador pode ser realizada por meio da provisão de uma 20 rosca interna 13 no eixo 10, para que nela seja engatada uma rosca externa provida no eixo do rotor do alternador. Como a polia P transmite torque somente na direção de aperto da rosca, essa conexão se torna simples e segura. Para montar e desmontar esta polia do eixo do alternador, 25 é utilizada uma ferramenta que se conecta ao estriado interno 11 do eixo 10.The pulley P in question comprises an axis 10, generally tubular, constructed of any suitable material, such as steel, one of the ends generally having an inner groove 11 and having, smoothly and continuously, a cylindrical surface 12, smooth and continuous axial and circumferential directions. The mechanical coupling of the pulley P with the rotor shaft of the alternator can be carried out by providing an internal thread 13 on the shaft 10, so that an external thread provided on the shaft of the alternator rotates. As the pulley P transmits torque only in the direction of thread tightening, this connection is simple and safe. To assemble and disassemble this pulley from the alternator shaft, 25 a tool is used that connects to the internal spline 11 of the shaft 10.
Deve ser entendido que poderão ser utilizados outros arranjos de montagem para se obter um acoplamento, com travamento rotacional, entre o eixo 10 da polia P e o 30 eixo do alternador.It should be understood that other mounting arrangements may be used to obtain a coupling, with rotational locking, between axis 10 of pulley P and axis 30 of the alternator.
O eixo 10 tem sua superfície cilíndrica 12 definida em uma porção mediana 10a de maior diâmetro e disposta entre porções extremas opostas 10b de menor diâmetro.The axis 10 has its cylindrical surface 12 defined in a median portion 10a of greater diameter and disposed between opposite extreme portions 10b of smaller diameter.
Em torno do eixo 10 é montado um anel externo 20, também 35 construído em qualquer material adequado, tal como aço, e que é externa e circunferencialmente configurado para definir um perfil externo 21 para adaptação de pelo menosAn external ring 20 is mounted around the axis 10, also 35, constructed of any suitable material, such as steel, which is externally and circumferentially configured to define an external profile 21 for adaptation of at least
uma correia (não ilustrada) . Deve ser entendido que o desenho do perfil externo 21 será determinado pelo perfil e pelo número de correias a serem utilizadas para prover a transmissão de torque do motor de combustão interna 5 para o alternador.a belt (not shown). It should be understood that the design of the external profile 21 will be determined by the profile and the number of belts to be used to provide the torque transmission from the internal combustion engine 5 to the alternator.
anel externo 2 0 é definido em uma peça única apresentando, não só o perfil externo 21, como também, internamente, uma pluralidade de superfícies de carne 22 angularmente espaçadas entre si e que formam, com a 10 superfície cilíndrica 12 do eixo 10, espaços E (figura 1) em forma de cunha.outer ring 20 is defined in a single piece presenting not only the outer profile 21, but also, internally, a plurality of meat surfaces 22 angularly spaced from each other and forming, with the cylindrical surface 12 of the axis 10, spaces E (figure 1) in the shape of a wedge.
Em cada um dos espaços E em forma de cunha é montado um rolete 30 dimensionado para ser deslocado, em função do regime de operação imposto à polia P pelo motor, entre 15 uma posição inoperante, na qual é assentado, com reduzido atrito, na superfície cilíndrica 12 do eixo 10 e na respectiva superfície de came 22, e uma posição operante (ilustrada na figura 1) , na qual é assentado, com elevado atrito, nas referidas superfícies cilíndrica 12 e 20 de came 22.In each of the wedge-shaped spaces E, a roller 30 is mounted, dimensioned to be moved, depending on the operating regime imposed on the pulley P by the motor, between an inoperative position, in which it is seated, with reduced friction, on the surface. cylindrical 12 of the axis 10 and the respective cam surface 22, and an operating position (illustrated in figure 1), in which it is seated, with high friction, on the said cylindrical surfaces 12 and 20 of the cam 22.
A polia P compreende ainda uma pluralidade de molas 40, geralmente helicoidais e montadas, cada uma, em um respectivo espaço E em forma de cunha, de modo a forçar o respectivo rolete 30 em direção a um extremo mais 25 estreito do referido espaço E, ou sej a, em direção à posição operante, para acoplar rotativamente o anel externo 20 ao eixo 10 quando a rotação do anel externo 20 for superior ã rotação do eixo 10.The pulley P further comprises a plurality of springs 40, generally helical and mounted, each, in a respective wedge-shaped space E, in order to force the respective roller 30 towards a more narrow end 25 of said space E, or, towards the operating position, to rotatively couple the outer ring 20 to the axis 10 when the rotation of the outer ring 20 is greater than the rotation of the axis 10.
Como pode ser observado, a solução construtiva em questão 30 é do tipo no qual a transmissão de torque do anel externo da polia P para o eixo 10 dessa última é feita pelo atrito dos roletes 30 com ditas partes da polia P. Quando a rotação do anel externo 2 0 é maior que a rotação do eixo 10, os roletes 30 são deslocados, pela superfície de 35 came 22, em direção ao extremo mais estreito do respectivo espaço E, onde é menor a distância radial entre a superfície cilíndrica 12 e a superfície de came travando rotação reduzida, a da polia P éAs can be seen, the constructive solution in question 30 is the type in which the transmission of torque from the outer ring of the pulley P to the axis 10 of the latter is done by the friction of the rollers 30 with said parts of the pulley P. When the rotation of the pulley outer ring 20 is greater than the rotation of the shaft 10, the rollers 30 are moved, by the surface of 35 and cam 22, towards the narrower end of the respective space E, where the radial distance between the cylindrical surface 12 and the cam surface locking at reduced speed, that of pulley P is
22, fazendo com que os contra ditas superfícies, externo 20 no eixo 10.22, causing the said surfaces, external 20 on the axis 10.
Quando o motor do veículo tem sua rotação do anel externo 2 0 correspondentemente reduzido, enquanto a rotação do eixo 10, acoplado ao eixo do alternador, tende a manter, por inércia, a rotação inicial mais elevada. Nessa condição, a rotação do anel externoWhen the vehicle's engine has its rotation of the outer ring 20 correspondingly reduced, while the rotation of the axis 10, coupled to the alternator axis, tends to maintain, by inertia, the higher initial rotation. In this condition, the rotation of the outer ring
eixo 10 passa a ser maior que a rotação doaxis 10 becomes greater than the rotation of the
20, fazendo com que a arraste os roletes posição inoperante, mais largo dos espaços superfície cilíndrica20, causing the rollers to drag inoperative position, wider than the cylindrical surface spaces
0, por atrito, em j unto ao extremo0, by friction, close to the extreme
E, desacoplandoAnd, uncoupling
do eixo direção à radialmente rotativamente o eixo 10 do anel externo 2 0 e permitindo a operação da polia P em roda-livre ou overrunning.from the axis to the radially rotating axis 10 of the outer ring 20 and allowing the operation of pulley P in freewheel or overrunning.
Na condição inoperante, os roletes 30 permanecem em contato com a superfície cilíndrica 12 do eixo 10 e com as respectivas superfícies de came 22 do anel externo 20, sendo o referido contato feito com força reduzida insuficiente para travar rotativamente as duas partes polia P, permitindo o escorregamento entre os roletes e as superfícies cilíndrica 12 e de came 22. A força contato é resultante da força de atrito entre o eixo da e os roletes 30, juntamente com a força centrífuga Fc.In the inoperative condition, the rollers 30 remain in contact with the cylindrical surface 12 of the shaft 10 and with the respective cam surfaces 22 of the outer ring 20, said contact being made with reduced force insufficient to rotatively lock the two parts P pulley, allowing the slip between the rollers and the cylindrical 12 and cam 22 surfaces. The contact force results from the frictional force between the axis of the and the rollers 30, together with the centrifugal force Fc.
Essa força centrífuga Fc, que atua nos roletes 30, está agindo na direção de desacoplamento e contra a força das molas 40. As forças das molas 40 atuam sobre os roletes 30 na direção de acoplamento, mantendo os roletes 30, as superfícies de came 22 e a superfície cilíndrica 12 sempre em contato, para que a haja o re-acoplamento assim que a rotação do anel externo 2 0 ser igualada á rotação do eixo 10, ou seja, a constante elástica da mola é calculada a partir da rotação máxima em que o alternador trabalha, da seguinte forma:This centrifugal force Fc, which acts on the rollers 30, is acting in the direction of decoupling and against the force of the springs 40. The forces of the springs 40 act on the rollers 30 in the coupling direction, maintaining the rollers 30, the cam surfaces 22 and the cylindrical surface 12 always in contact, so that there is the re-coupling as soon as the rotation of the outer ring 20 is equal to the rotation of the axis 10, that is, the spring elastic constant is calculated from the maximum rotation in that the alternator works, as follows:
V = (n.r.n) (1)V = (n.r.n) (1)
Fc = m _V2 (2) rFc = m _V 2 (2) r
nas quais:in which:
V = velocidade tangencial máxima dos roletes;V = maximum tangential speed of the rollers;
n - velocidade angular dos roletes,Fc = força centrífuga aplicada ao rolete;n - angular speed of the rollers, Fc = centrifugal force applied to the roller;
m = massa do rolete;m = mass of the roller;
r = raio de deslocamento dos roletes em relação ao centror = radius of displacement of the rollers in relation to the center
da polia.the pulley.
Decompondo a força centrífuga Fc, temos a força atuante na mola em uma dada rotação.Decomposing the centrifugal force Fc, we have the force acting on the spring at a given rotation.
Conforme ilustrado nas figuras 8, 9, 10 e 11, o anel externo 20 tem suas superfícies de carne 22 definidas em uma região circunferencial mediana 20a, dito anel externo 15 20 apresentando, também internamente, regiões circunferenciais extremas 20b, opostas entre si, configuradas para serem assentadas em torno da pista externa de respectivos mancais de rolamento 50, cujas pistas internas são assentadas e retidas em torno de 20 respectivas porções extremas opostas 10b do eixo 10.As shown in figures 8, 9, 10 and 11, the outer ring 20 has its flesh surfaces 22 defined in a median circumferential region 20a, said outer ring 15 20 presenting, also internally, extreme circumferential regions 20b, opposite each other, configured to be seated around the outer race of the respective rolling bearings 50, whose inner race is settled and retained around 20 respective opposite extreme portions 10b of the axis 10.
A polia P compreende ainda um par de arruelas de encosto 60, dispostas entre cada mancal de rolamento 50 e o adjacente lado das superfícies de came 22, para manter os roletes 30 e as molas 40 corretamente posicionadas na 25 polia P e impedir o contato dos extremos dos roletes 30 com a vedação dos mancais de rolamento 5 0 e a fuga do agente lubrificante.The pulley P further comprises a pair of thrust washers 60, arranged between each bearing housing 50 and the adjacent side of the cam surfaces 22, to keep the rollers 30 and springs 40 correctly positioned on the pulley P and prevent contact from the ends of the rollers 30 with the seal of the bearing bearings 50 and the leakage of the lubricating agent.
São ainda providas arruelas defletoras 70 montadas, cada uma, a um extremo do anel externo 20, para reter 30 axialmente o adjacente mancal de rolamento 50 na polia P e impedir que sujeira (detritos) atinjam diretamente a vedação dos mancais de rolamento 50, aumentando a resistência e a eficiência do sistema de vedação das partes móveis. Para minimizar o desgaste abrasivo dos 35 componentes móveis, é adicionada graxa na região de contato dos roletes 30 com as superfícies de came 22 do anel externo 20.Deflector washers 70 are also provided, each mounted at one end of the outer ring 20, to retain 30 the axial bearing 50 on the pulley P axially and prevent dirt (debris) from directly reaching the seal of the bearing bearings 50, increasing the strength and efficiency of the sealing system of moving parts. To minimize the abrasive wear of the 35 moving components, grease is added in the contact region of the rollers 30 with the cam surfaces 22 of the outer ring 20.
Durante a ação de acoplamento dos componentes da polia P, quando a rotação do anel externo 20 da polia P é maior que a do eixo 10, os roletes 30 são arrastados para a condição operante de acoplamento, a fim de que o atrito 5 entre as superfícies de came 22 e os roletes 30, bem como o atrito entre os roletes 30 e a superfícieDuring the coupling action of the components of the pulley P, when the rotation of the outer ring 20 of the pulley P is greater than that of the shaft 10, the rollers 30 are dragged to the operating condition of coupling, so that the friction 5 between the cam surfaces 22 and rollers 30, as well as friction between rollers 30 and the surface
cilíndrica 12 do eixo 10 sejam suficientes para que não haja mais movimento relativo entre os componentes, resultando num sistema perfeitamente acoplado. Durante a 10 ação de desacoplamento, ou entrada do mecanismo no sistema de roda-livre, a rotação do eixo 10 é maior que a do anel externo 20, fazendo com que os roletes 3 0 se desloquem pelas superfícies de came 22, no sentido de minimizar a força de atrito existente entre os roletes 30 15 em relação ao eixo 10 e ao anel externo 20. 0 arraste circunferencial dos roletes, durante o desacoplamento, é feito pelo eixo 10. Para minimizar a força de atrito entre os componentes que realizam o acoplamento, os roletes 30 devem vencer a força das molas 40, o que é 20 feito pela força centrífuga Fc juntamente ao arraste dos roletes 30 realizado pelo eixo 10. Com o deslocamento doscylindrical 12 of axis 10 are sufficient so that there is no more relative movement between the components, resulting in a perfectly coupled system. During the decoupling action, or entry of the mechanism into the freewheeling system, the rotation of the shaft 10 is greater than that of the outer ring 20, causing the rollers 30 to move across the cam surfaces 22, in the direction of minimize the frictional force between the rollers 30 15 in relation to the axis 10 and the outer ring 20. The circumferential drag of the rollers, during decoupling, is done by the axis 10. To minimize the frictional force between the components that perform the coupling, the rollers 30 must overcome the force of the springs 40, which is done by the centrifugal force Fc together with the dragging of the rollers 30 performed by the axis 10. With the displacement of the
oletes 30 roda livremente e o através o eixo 10 não mais das superfícies de came, o eixo 10 acoplamento entre o anel externo 20 e existe, caracterizando assim o estado de roda-livre ou overrunníng da polia.oletes 30 rotates freely and the through the axis 10 no more of the cam surfaces, the axis 10 coupling between the outer ring 20 and exists, thus characterizing the state of free-wheel or overrunning of the pulley.
Como pode ser observado na figura 2, durante o desacoplamento da polia, a força centrífuga Fc, provida pela rotação do mecanismo, faz com que os roletes 30 atuem contra as forças de mola Fm. Quanto maior é a rotação do sistema, maior é a ação da força centrífuga Fc nos roletes 30 e consequentemente, menor é o torque para desacoplar o eixo 10 do anel externo 20, resultando em um torque de roda-livre, obtido em alta rotação, inferior ao torque de roda-livre estático. O torque dinâmico tem 35 valores na faixa de 0,lN.m, enquanto o torque estático apresenta valores próximos a 0,2N.m.As can be seen in figure 2, during the uncoupling of the pulley, the centrifugal force Fc, provided by the rotation of the mechanism, causes the rollers 30 to act against the spring forces Fm. The higher the rotation of the system, the greater the action of the centrifugal force Fc on the rollers 30 and, consequently, the lower the torque to decouple the shaft 10 from the outer ring 20, resulting in a free-wheel torque, obtained in high rotation, less than the static freewheel torque. The dynamic torque has 35 values in the range of 0, 1N.m, while the static torque has values close to 0.2N.m.
Na figura 12, observa-se a curva de rotação do anelFigure 12 shows the rotation curve of the ring
externo 20 em linha cheia e a curva de rotação do eixo 10 em linha tracejada, sendo visível a diferença de rotação obtida em um teste de desaceleração e aceleração para um alternador com uma polia que tem torque constante de 5 roda-livre 0,2N.m e para outro alternador que tem numa polia de acordo com a presente invenção, sendo o torque dinâmico 0,lN.m. Isso permite a otimização do rendimento do alternador, já que quanto menor o torque de rodalivre, menor é a força de frenagem sobre o rotor quando 10 ele está sendo desacelerado, fazendo com isso que o rotor permaneça em uma rotação mais alta. Porém, deve ser ressaltado que esse torque de roda-livre não pode ser zerado, pois o contato entre os roletes 30, o eixo 10 e as superfícies de came 22 deve sempre existir para 15 permitir que o reacoplamento possa ocorrer no instante em que a rotação do anel externo for superior à rotação do eixo 10. Conforme demonstrado acima, a constante da mola é calculada para que se tenha certeza de que a força da mola 40 é suficientemente alta para manter o contato 20 entre os roletes 30, o eixo 10 e as superfícies de cameexternal 20 in full line and the rotation curve of axis 10 in dashed line, the difference in speed obtained in a deceleration and acceleration test being visible for an alternator with a pulley that has a constant torque of 5 0.2N freewheel. me to another alternator that has a pulley in accordance with the present invention, the dynamic torque being 0.1 N.m. This allows for the optimization of the alternator's performance, since the lower the wheel torque, the lower the braking force on the rotor when it is being decelerated, causing the rotor to remain at a higher speed. However, it must be emphasized that this free-wheel torque cannot be zeroed, as the contact between the rollers 30, the shaft 10 and the cam surfaces 22 must always exist to 15 allow the re-coupling to occur at the instant the outer ring rotation is greater than shaft 10 rotation. As shown above, the spring constant is calculated to make sure that the spring force 40 is high enough to maintain contact 20 between the rollers 30, the shaft 10 and the cam surfaces
22, mesmo em altas rotações.22, even at high speeds.
A polia com roda-livre da presente invenção pode ser construída com as molas 40 sendo assentadas diretamente no anel externo 20 ou utilizando uma gaiola 80 para 25 facilitar a montagem da polia. A gaiola 80, preferivelmente moldada em material plástico resistente a altas temperaturas, apresentando formato anelar e disposta internamente ao anel externo 20, permite realizar a montagem das molas 40 e dos roletes 30 ao anel 30 externo 20 de modo mais fácil. A vedação da polia, com o intuito de impedir a saída de graxa, é feita pelos mancais de rolamentos 50 selados. A parte externa da polia é revestida eletroquimicamente para proteção contra a corrosão. Além da vedação para evitar saída de graxa e 3 5 entrada de detritos provenientes do meio externo, há uma vedação interna entre as esferas dos mancais de rolamento 50, que é realizada pelo próprio mancal de rolamento 50 e pela arruela de encosto 60, para que o material proveniente do desgaste de cada componente não se misture com a graxa e gere desgaste abrasivo prematuro.The freewheel pulley of the present invention can be constructed with the springs 40 being seated directly on the outer ring 20 or using a cage 80 for 25 to facilitate the assembly of the pulley. The cage 80, preferably molded in plastic material resistant to high temperatures, presenting an annular shape and disposed internally to the outer ring 20, allows the mounting of the springs 40 and the rollers 30 to the outer ring 30 more easily. The sealing of the pulley, in order to prevent the release of grease, is done by the sealed bearings 50. The outside of the pulley is electrochemically coated to protect against corrosion. In addition to the seal to prevent grease leakage and the entry of debris from the external environment, there is an internal seal between the balls of the bearing bearings 50, which is made by the bearing bearing 50 itself and the thrust washer 60, so that the material from the wear of each component does not mix with the grease and generates premature abrasive wear.
A vida útil do arranjo de roda-livre da polia fica 5 limitada ao curso C de deslocamento do rolete 30 na superfície de carne 22, como pode ser verificado na figuraThe service life of the pulley freewheel arrangement is limited to the travel distance C of the roller 30 on the cam surface 22, as can be seen in the figure
3. Com o intuito de aumentar a referida vida útil e, consequentemente, deixar a polia mais durável, a presente invenção apresenta uma polia que possui o curso(C) de tal 10 maneira que:3. In order to increase said service life and, consequently, make the pulley more durable, the present invention features a pulley that has the stroke (C) in such a way that:
C = X. D (3) sendo:C = X. D (3) where:
C = curso do rolete no carne;C = roller stroke in the meat;
X = fator de proporcionalidade, que varia de 0,12 a 0,15; 15 D = diâmetro da superfície cilíndrica 12 do eixo 10X = proportionality factor, which varies from 0.12 to 0.15; 15 D = diameter of the cylindrical surface 12 of the shaft 10
Sendo definido o diâmetro D da superfície cilíndrica 12 do eixo 10, a equação apresenta um intervalo de valor do curso C do rolete que deve ser usado, indicando o comprimento da superfície de came 22 que deve ser 20 utilizado para uma dada aplicação. Os testes realizados indicaram que os valores do curso C provenientes da equação aumentam significantemente a vida útil d.A rodalivre. 0 curso C, mantido nestes valores, auxilia também a montagem do eixo 10 no anel externo 20.Once the diameter D of the cylindrical surface 12 of the axis 10 is defined, the equation presents a value range of the roller stroke C that must be used, indicating the length of the cam surface 22 that must be used for a given application. The tests carried out indicated that the values of stroke C from the equation significantly increase the service life of the wheel. The stroke C, maintained at these values, also assists the assembly of the axis 10 on the outer ring 20.
5 Para manter o e ixo 10 montado no s i s t ema roda -1 i vre, a superfície cilíndrica 12 possui um diâmetro maior do que aquele das porções extremas 10b do eixo 10, onde estão montados os mancais de rolamento 50. Para compensar erros de alinhamento, no momento da montagem da polia no 3 0 alternador, o eixo 10 é provido de uma folga axial gerada pela diferença de dimensões entre a extensão axial da superfície cilíndrica 12 e a distância que separam os dois mancais de rolamento 50.5 In order to keep box 10 mounted on the -1 irvre wheel system, the cylindrical surface 12 has a larger diameter than that of the extreme portions 10b of the shaft 10, where the bearing bearings 50 are mounted. To compensate for alignment errors, at the time of mounting the pulley on the alternator 30, the shaft 10 is provided with an axial clearance generated by the difference in dimensions between the axial extension of the cylindrical surface 12 and the distance separating the two bearing bearings 50.
Deve ser entendido que a polia com roda-livre em questão 35 pode ser aplicada não apenas em alternadores de veículos automotores, mas também em qualquer sistema que utiliza roda-livre e apresente os problemas operacionais aqui ♦ · descritos .It should be understood that the freewheel pulley in question 35 can be applied not only in motor vehicle alternators, but also in any system that uses freewheel and presents the operational problems described here.
Claims (12)
Priority Applications (1)
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| B09A | Decision: intention to grant | ||
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