ES2210605T3 - Amortiguador mecanico de vibraciones de torsion. - Google Patents
Amortiguador mecanico de vibraciones de torsion.Info
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Abstract
EN EL AMORTIGUADOR MECANICO DE LAS OSCILACIONES DE TORSION ESTA PREVISTA UNA PARTE PRIMARIA (1) Y UNA PARTE SECUNDARIA (2) ENCIMA DE UN SISTEMA DE SUSPENSION Y AMORTIGUACION COMPUESTO DE RESORTES DE EMPUJE (7) Y EMBOLOS DE EMPUJE (6, 6 ) TANGENCIALES QUE ATACAN EN SUPERFICIES DE CONTACTO DE LA PARTE PRIMARIA Y LA PARTE SECUNDARIA, Y ENTRE LA PARTE PRIMARIA Y LA SECUNDARIA ESTA PREVISTO UN ANILLO DE FRICCION DE ARRASTRE (14) PARA AUMENTAR LA AMORTIGUACION.
Description
Amortiguador mecánico de vibraciones de
torsión.
La invención se refiere a un amortiguador
mecánico de vibraciones de torsión.
En la construcción de motores de automóviles se
presenta el problema de que las vibraciones de torsión provocadas
por el motor mediante la secuencia de encendido, se transmiten a la
cadena de transmisión, en especial cuando las frecuencias se
aproximan a las frecuencias de resonancia del sistema. Esto es
desagradable especialmente en marcha en vacío, pero también en
situaciones de cambio de carga.
Para evitar esto se conocen distintos diseños de
los llamados amortiguadores mecánicos de vibraciones de torsión, en
los cuales entre una pieza primaria unida con el cigüeñal del motor,
y una pieza secundaria unida con el embrague, están dispuestos
medios amortiguadores elásticos en forma de muelles, o de
componentes constructivos hidráulicos.
No obstante los sistemas conocidos tienen el
inconveniente de que sólo comprenden una parte del espectro de
trabajo del motor, pero son ineficaces en la restante gama de
cargas. El problema consiste en que para la gama de cargas son
necesarios una fuerza elástica alta y un amortiguamiento,
correspondientes al par a transmitir y al número de revoluciones,
mientras que en marcha en vacío sólo pueden presentarse pequeñas
fuerzas elásticas y casi ningún amortiguamiento, para conseguir un
embrague en marcha en vacío. Pero en la gama crítica de número de
revoluciones, es decir, para números de revoluciones en la gama de
la frecuencia de resonancia, se necesita un amortiguamiento muy
alto, puesto que en otro caso, aparecen excesos claros de las
aceleraciones angulares respecto al lado primario. Se pasa por esta
gama de números de revoluciones, sobre todo al arrancar el motor,
pero también en situaciones de cambio de carga. En el caso de
resonancia pueden aparecer pares dinámicos que ascienden a un
múltiplo del par nominal.
Entre el estado actual no publicado de la
técnica, se cuenta el documento DE 195 44 832 (correspondiente al
documento EP 0 777 059 A, que pertenece al estado actual de la
técnica según el artículo 54, apartado 3 de la EPÜ), por el cual se
conoce un amortiguador mecánico de vibraciones de torsión, con una
pieza primaria y una secundaria, que están unidas mediante un
sistema con arrastre de forma, de suspensión elástica y
amortiguamiento, compuesto de muelles tangenciales a compresión y
émbolos empujadores, que se aplican en superficies de contacto en la
pieza primaria y secundaria. Este acoplamiento se compone de un
disco conductor giratorio, y de un disco conducido coaxial a él,
giratorio en el mismo sentido, con medios para la transmisión
elástica de la fuerza, solapando parcialmente el disco conductor, el
disco conducido, y presentando en la cara interior de la parte
solapada, escotaduras radiales distribuidas por la periferia, cuya
superficie lateral en sus extremos periféricos, se aproxima al disco
conductor en forma ligeramente de cuña; la superficie lateral del
disco conducido es poligonal en sección transversal; en las
escotaduras están dispuestos pares de pistones empujadores de forma
de cuña que se mantienen separados uno de otro mediante al menos un
muelle a compresión; los pistones empujadores están configurados en
sus caras vueltas hacia la superficie lateral del disco conducido,
planos o ligeramente abovedados, y en el disco conductor o en los
pistones empujadores, están dispuestos muelles a compresión que
actúan sobre el disco conducido, y en la marcha en vacío ejercen
únicamente un par antagonista del disco conductor sobre el
conducido, pero casi ninguna fuerza de fricción.
Para evitar un choque de los pistones empujadores
opuestos en caso de gran fuerza tangencial, y para conseguir una
adaptación apropiada del amortiguamiento a la fuerza tangencial
entre pieza primaria y secundaria, la misión de la presente
invención se basa en desarrollar un amortiguador mecánico de
vibraciones de torsión que efectúe un amortiguamiento apropiado en
todo la gama de cargas.
Esta misión se resuelve según la invención, según
la reivindicación 1, mediante un amortiguador mecánico de
vibraciones de torsión, que presenta una parte primaria y una
secundaria, que están unidas mediante un sistema de suspensión y
amortiguamiento, compuesto de muelles tangenciales a compresión y
pistones empujadores, que se aplican en superficies de contacto en
la pieza primaria y en la pieza secundaria, y un dispositivo
amortiguador adicional previsto entre la pieza primaria y la pieza
secundaria.
En los estados corrientes de carga actúa
únicamente el sistema de suspensión y amortiguamiento dispuesto
entre pieza primaria y secundaria, compuesto de muelles tangenciales
a compresión y pistones empujadores, que es conocido por el
documento DE 195 44 832. Por el contrario, si aparecen en el sistema
pares mayores a compensar y, por tanto, mayores ángulos de giro
entre pieza primaria y secundaria, se rebasará pues un ángulo
relativo (juego libre) predeterminado entre la pieza primaria y la
secundaria, la energía introducida por el dispositivo amortiguador
adicional que empieza a actuar, se convierte en calor por fricción y
se extrae del sistema, de manera que no se llegue a un exceso
respecto al lado primario.
Acondicionamientos ventajosos de la invención son
objeto de las reivindicaciones secundarias
Es especialmente preferente cuando el medio
amortiguador presenta un anillo de arrastre, insertado
preferentemente sin juego, en una ranura de la pieza primaria o de
la secundaria, el cual presenta en su lado opuesto a la ranura,
talones de arrastre que se encajan con juego libre en cavidades
colocadas en la pieza primaria o en la secundaria.
El trabajo de fricción, visto en dirección
radial, se efectúa en la superficie exterior e interior del anillo
de arrastre de fricción, y en los lados de la ranura, que se apoyan
en él. Esta forma de realización es especialmente compacta y barata,
y se puede integrar fácilmente en amortiguadores mecánicos
existentes de vibraciones de torsión.
Es ventajoso cuando el anillo de arrastre de
fricción presenta un perfil hueco abierto del tipo de un retén, en
el que está alojado un resorte metálico arrollado, un anillo de goma
o similar. Como anillo de goma se propone en especial una junta
tórica. El resorte metálico arrollado, la junta tórica de goma, o
similar actúan aquí como medio para tensar previamente el anillo de
arrastre de fricción en dirección radial. Gracias a esta
configuración es posible adaptar la presión superficial del anillo
de arrastre de fricción, a las paredes de la ranura y, por tanto, la
característica de amortiguamiento del anillo de arrastre de
fricción, al caso especial de aplicación, al variar los elementos
incorporados (tipo, potencia y par nominal del motor).
No obstante, también es posible transmitir con la
junta tórica de goma, una fuerza axial a la pieza primaria o a la
secundaria.
Las formas hasta ahora descritas de realización
de anillos de arrastre de fricción, presentan un rozamiento
independiente del ángulo. Pero en determinados casos de aplicación
puede ser lógico, cuando el anillo de arrastre de fricción y la
ranura que aloja a este, presenten una anchura de forma desigual en
dirección tangencial.
Una forma preferente de realización prevé que el
anillo de arrastre de fricción presente al menos dos piezas
encajadas mutuamente con relleno de grasa que se encuentre entre
ellas. Gracias a esta configuración se produce en el relleno de
grasa contenido, en lugar de una fricción de Coulomb, una fricción
de corte, proporcional a la velocidad, lógica para determinados
casos de aplicación.
Se obtiene una estructura ventajosa haciendo que
el dispositivo amortiguador presente un anillo tensor interrumpido
en dirección tangencial.
Para conseguir un aumento predeterminado de la
fricción, al girar la pieza primaria respecto al anillo de arrastre,
se propone configurar los talones de arrastre del anillo de arrastre
de fricción, y las cavidades de la pieza primaria y/o las
superficies de contacto del anillo de arrastre de fricción y de la
pieza secundaria, con superficies de acceso, superficies en rampa o
de levas. De este modo puede producirse una fricción exactamente
definida en función de la fuerza tangencial, puesto que los dos
pares de superficies que se combinan, se comprimen unos contra otros
en dirección axial, al crecer el ángulo relativo de giro, y así
produce una fricción en función del ángulo.
Además, es ventajoso cuando la ranura que aloja
el anillo de arrastre de fricción, está configurada cónica en
dirección axial. En especial una configuración cónica de este tipo,
en unión con las rampas reivindicadas, ha conducido en la práctica a
resultados especialmente buenos de amortiguación.
Con vistas a las exigencias en el anillo de
arrastre se ha encontrado el plástico como material preferido.
Varios ejemplos de realización están
representados en los dibujos, y se describen a continuación en
detalle. Se muestran:
Figura 1 Una vista axial en corte parcial, de una
primera forma de realización de un anillo de arrastre de fricción
según la invención, con resorte metálico arrollado.
Figura 2 Un corte transversal del acoplamiento
según la invención, mostrado en la figura 1.
Figura 3 Un desarrollo del anillo de arrastre de
fricción y de la pieza primaria, de la figura 1.
Figura 4 Un desarrollo de un anillo alternativo
de arrastre de fricción y de la pieza primaria.
Figura 5 Una vista axial en corte parcial, de una
segunda forma de realización de un anillo de arrastre de fricción
según la invención, con junta tórica de goma.
Figura 6 Una vista axial en corte parcial, de una
tercera forma de realización de un anillo de arrastre de fricción
según la invención, con relleno de grasa.
Figura 7 Una vista inferior de una cuarta forma
de realización de un anillo de arrastre de fricción según la
invención, con aumento del rozamiento en función del ángulo,
actuando en dirección radial.
Figura 8 Un desarrollo del anillo de arrastre de
fricción, de una pieza primaria y de una pieza secundaria, con
aumento del rozamiento en función del ángulo, actuando en dirección
axial.
Figura 9 Un anillo de arrastre de fricción como
anillo tensor interrumpido, y
Figura 10 La forma de actuar del amortiguador de
vibraciones de torsión según la invención, con anillo de arrastre de
fricción, en representación gráfica esquemática como superposición
de líneas características.
En la figura 1 se designa con la cifra 1 de
referencia, la pieza primaria, que aquí está configurada como disco
conductor. Coaxial con él está dispuesto el disco conducido o la
pieza 2 secundaria. En el reverso del disco 2 conducido se aplica
una cadena de transmisión, no representada, con otros elementos de
acoplamiento de un embrague o similar.
El disco 2 conducido se asienta en un cubo 3
centrador que tiene un perfil axial de forma de Z, y está unido con
el disco 1 conductor.
Como muestra la figura 2, el disco 1 conductor
presenta una pieza 4 de forma anular, que solapa una parte anterior
del disco 2 conducido, y presenta en su cara interior, escotaduras 5
radiales distribuidas por toda la periferia, que se reducen en forma
de cuña hacia los dos extremos.
En cada escotadura 5 está dispuesto un par de
pistones 6 empujadores que se separan uno de otro mediante al menos
un muelle 7 a compresión. En la marcha en vacío los pistones 6
empujadores se apoyan contra los extremos de la escotadura 5.
La superficie 8 lateral del disco 2 conducido, en
sección transversal, está configurada poligonal. Por consiguiente,
el costado 9 del pistón 6 empujador, vuelto hacia el disco 2
conducido, está configurado plano o ligeramente abovedado.
La superficie 10 lateral de cada escotadura 5
forma un cilindro de referencia cuyo eje de curvatura coincide
aproximadamente con el eje de giro del acoplamiento, o está situado
en el plano central radial de la escotadura 5, entre esta y el eje
de giro del acoplamiento. El plano central radial contiene el eje D
de rotación y un rayo radial que está perpendicular a aquel, y corta
la escotadura.
En el pistón 5 empujador están previstos taladros
11 radiales en los que están dispuestos pequeños muelles 12 a
compresión, que mediante bolas 13 de transmisión, comprimen la
superficie 8 lateral del disco 2 conducido. Así durante la marcha en
vacío, se ejerce un par antagonista del disco conductor sobre el
conducido, pero casi ninguna fuerza de fricción.
Cuando se gira el disco 1 conductor y se
transmite un par a la cadena de transmisión, se mueve con relación
al disco 2 conducido y mueve entonces uno de los dos pistones 6
empujadores que se encuentran en cada escotadura 5, hacia el otro
pistón 6' empujador, y aquí se ejerce sobre el disco 1 conductor una
fuerza de fricción, que conduce a un amortiguamiento de las
vibraciones de torsión.
No obstante, cuando el par que se genera entre
disco 1 conductor y disco 2 conducido, se hace demasiado grande,
como es posible, por ejemplo, al pasar el número crítico de
revoluciones, en el momento del arranque, este sistema de
amortiguación no bastaría por sí solo, y los pistones 6 empujadores,
se aproximarían demasiado uno al otro, o incluso chocarían uno
contra el otro. Esto tendría como consecuencia, por una parte ruidos
desagradables, y por otra parte con el tiempo, una destrucción de
los pistones 6 empujadores.
Para este caso está pues previsto el anillo 14 de
arrastre de fricción según la invención, descrito a continuación. El
anillo 14 de arrastre de fricción está configurado como pieza de
plástico de forma anular, y presenta un perfil hueco abierto que en
la figura 1 está representado como perfil en U o ranura 15 circular.
En esta ranura 15, en el ejemplo de realización según la figura 1,
se encuentra un resorte 16 metálico arrollado, y en el ejemplo de
realización según la figura 5, una junta 7 tórica de goma. Este
elemento 16 ó 17 elástico sirve para ejercer una fuerza definida de
separación sobre los flancos 18 del anillo 14 de arrastre de
fricción.
En la cara 19 opuesta a la cara abierta de la
ranura 15 circular, el anillo 14 de arrastre de fricción presenta
talones 20 de arrastre distribuidos en la periferia. El anillo 14 de
arrastre de fricción se inserta sin juego en dirección axial, con la
cara abierta de la ranura 15 circular, en una ranura 21 de forma
anular, configurada en lo esencial cónica. Esta ranura 21 cónica
está configurada en el disco 2 conducido, y se reduce en la
dirección hacia la abertura de la ranura 15 circular configurada en
el anillo 14 de arrastre de fricción.
Como se representa en el desarrollo en la figura
3, los talones 20 de arrastre del anillo 14 de arrastre de fricción,
se encajan con juego tangencial, en cavidades 22 del disco 1
conductor. Este juego permite que el sistema de suspensión y
amortiguamiento arriba descrito, compuesto de muelles 7 tangenciales
a compresión y de pistones 6 empujadores, pueda trabajar libremente
para amplitudes pequeñas. Solamente queda un pequeño par de fricción
que se produce por la fuerza de contacto entre pieza 1 primaria y
anillo 14 de arrastre de fricción.
Cuando las amplitudes se hacen ya demasiado
grandes, los talones 20 de arrastre chocan en uno u otro lado de las
cavidades 22 en el disco 1 conductor, con lo que el anillo 14 de
arrastre de fricción se gira ejecutando el trabajo de fricción en la
ranura 21. En esta nueva posición, cuando en adelante solamente
aparezcan todavía pequeñas amplitudes, puede trabajar una vez más el
sistema descrito de suspensión y amortiguamiento.
En la alternativa de un desarrollo mostrado en la
figura 4, los talones 20' de arrastre y las cavidades 22' en el
anillo 14' de arrastre de arrastre, están redondeados en sus
aristas. Este redondeo que puede estar configurado también como
rampa o línea de leva, sirve para separar axialmente una de otro, la
pieza 1 primaria y el anillo 14' de arrastre de fricción, en la zona
del tope, para así aumentar la fricción generada.
Las figuras 5 y 6 muestran otras posibilidades de
realización del anillo de arrastre de fricción, estando representado
en la figura 5 una junta 17 tórica de goma, para ajustar el par
necesario para la rotación del anillo 14 de arrastre de fricción en
la ranura 21, y en la figura 6, un anillo 23, 24 de arrastre de
fricción configurado de dos piezas, en el que entre la primera pieza
23 y la segunda pieza 24, está colocado un relleno 25 de grasa.
Mediante movimientos relativos de las piezas 23 y 24 del anillo 23,
24 de arrastre de fricción, no se genera ninguna fricción de
Coulomb, sino una fricción de corte, proporcional a la velocidad, en
el relleno 25 de grasa.
La figura 7 muestra otra forma de realización de
un anillo 26 de arrastre de fricción, aquí con resorte 16' metálico
arrollado. El anillo 26 de arrastre de fricción no presenta ningún
diámetro interior ni exterior circular uniforme, sino varias zonas
27 relativamente anchas, y varias zonas 28 relativamente estrechas.
Estas trabajan en combinación con zonas 29, 30 acabadas
correspondientemente en la ranura 31 del disco 2 conducido. De este
modo se consigue que el par de fricción ejercido sea función del
ángulo. Si se mueve digamos que la zona 27 ancha del anillo 26 de
arrastre de fricción, dentro de la zona 30 estrechada de la ranura
31, se hará mayor el par de fricción. Esto puede ser ventajoso para
determinados casos de aplicación.
En la figura 8 se representa un desarrollo de un
anillo 14'' de arrastre de fricción en acción combinada con el disco
1 conductor y el disco 2 conducido, en el que los talones 32 de
arrastre del anillo 14'' de arrastre de fricción, y las cavidades 33
en el disco 1 conductor, están configurados en dirección axial como
rampas 34, 35. De este modo, en caso de un par correspondientemente
grande, y del ángulo resultante de giro, el anillo 14'' de arrastre
de fricción se comprime en dirección axial sobre el disco 2
conducido, en cuya superficie de contacto están asimismo
configuradas rampas 36, 37, que producen una fricción de Coulomb en
función del ángulo.
La figura 9 muestra otra forma de realización de
un anillo 14''' de arrastre de fricción. El elemento elástico en
este anillo de arrastre de fricción se forma mediante un anillo 38
de chapa que está abierto por un muelle 39 a compresión. El anillo
38 de chapa y el muelle 39 a compresión, están situados en una
ranura interior de un anillo 40 de plástico, que actúa como anillo
de arrastre de fricción.
En la figura 10 se explica la forma de actuar del
amortiguador de vibraciones de torsión según la invención, con
anillo de arrastre de fricción, de la mano de una superposición de
líneas características. El diagrama A muestra la línea
característica natural del par en función del ángulo, de un sistema
convencional de suspensión y amortiguamiento. El diagrama B muestra
una línea característica correspondiente, del anillo de arrastre de
fricción, en la que aparecen pares pequeños de fricción dentro del
ángulo 41 libre, y relativamente altos en la zona de arrastre 42,
43.
Las superficies incluidas por los respectivos
lazos 44, 45, 46, corresponden a las energías de amortiguamiento,
que se extraen del sistema al pasar por grandes amplitudes
angulares. El diagrama C es una superposición de las acciones según
el diagrama A y el diagrama B, y muestra la componente claramente
aumentada de amortiguamiento, respecto al diagrama A.
Claims (11)
1. Amortiguador mecánico de vibraciones de
torsión, con una pieza (1) primaria y una pieza (2) secundaria, que
están unidas mediante un sistema de suspensión y amortiguamiento
compuesto de muelles (7) tangenciales a compresión y émbolos (6, 6')
empujadores, que se aplican en superficies de contacto en la pieza
(1) primaria y secundaria (2), presentando la pieza (1) primaria una
pieza (4) de forma anular, que solapa una parte anterior de la pieza
(2) secundaria, y presentando en su cara interior, escotaduras (5)
distribuidas por la periferia, que discurren en dirección
tangencial, y estando dispuesto en cada escotadura (5) que discurre
en dirección tangencial, un par de pistones (6, 6') empujadores, que
se comprimen separándose uno de otro mediante al menos un muelle (7)
a compresión, y condicionando un movimiento relativo de la pieza
primaria respecto a la pieza (2) secundaria, un movimiento de uno de
los dos pistones (6) empujadores que se encuentran en una escotadura
(5), hacia el otro pistón (6') empujador, ejerciendo una fuerza de
fricción sobre la pieza (1) primaria, lo cual conduce a un
amortiguamiento de las vibraciones de torsión, presentando el
amortiguador de vibraciones de torsión, un dispositivo (14; 14'; 23,
24; 26; 14''; 14''') amortiguador adicional previsto entre la pieza
(1) primaria y la pieza (2) secundaria.
2. Amortiguador mecánico de vibraciones de
torsión según la reivindicación 1, caracterizado porque el
dispositivo (14; 14'; 23, 24; 26; 14''; 14''') amortiguador
adicional actúa radialmente.
3. Amortiguador mecánico de vibraciones de
torsión según alguna de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el dispositivo (14; 14'; 23, 24; 26;
14''; 14''') amortiguador adicional es de forma anular.
4. Amortiguador mecánico de vibraciones de
torsión según alguna de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el dispositivo (14; 14'; 23, 24; 26;
14''; 14''') amortiguador presenta un anillo (14; 14'; 23, 24; 26;
14''; 14''') de arrastre de fricción, insertado preferentemente sin
juego en una ranura (21) de la pieza (1) primaria o de la pieza (2)
secundaria, cuyo anillo presenta en su cara opuesta a la ranura
(21), talones (20) de arrastre que se encajan con juego libre en
cavidades (22, 22') en la pieza (2) secundaria o en la pieza (1)
primaria.
5. Amortiguador mecánico de vibraciones de
torsión según la reivindicación 4, caracterizado porque el
anillo (14; 14'; 23, 24; 26; 14''; 14''') de arrastre de fricción
presenta un perfil hueco abierto del tipo de un retén, en el que
está alojado un resorte (16) metálico arrollado, una junta (17)
tórica de goma, o similar.
6. Amortiguador mecánico de vibraciones de
torsión según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque
el anillo (26) de arrastre de fricción y la ranura (31) que aloja
este, presentan una anchura desigual en dirección tangencial.
7. Amortiguador mecánico de vibraciones de
torsión según alguna de las reivindicaciones 4 a 6,
caracterizado porque el anillo (23, 24) de arrastre de
fricción presenta al menos dos piezas (23, 24) encajadas mutuamente,
con relleno (25) de grasa que se encuentra entre ellas.
8. Amortiguador mecánico de vibraciones de
torsión según alguna de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el dispositivo (14; 14'; 23, 24; 26;
14''; 14''') amortiguador presenta un anillo (14, 14'; 23, 24; 26,
14'', 14''') tensor interrumpido en dirección tangencial.
9. Amortiguador mecánico de vibraciones de
torsión según alguna de las reivindicaciones 2 a 8,
caracterizado porque los talones (32) de arrastre del anillo
(14'') de arrastre de fricción, y las cavidades (33) de la pieza (1)
primaria, y/o las superficies de contacto del anillo (14'') de
arrastre de fricción y de la pieza (2) secundaria, presentan
superficies de acceso, rampas (34, 35, 36, 37) o superficies de
levas.
10. Amortiguador mecánico de vibraciones de
torsión según alguna de las reivindicaciones 2 a 9,
caracterizado porque la ranura (21) que aloja el anillo (14,
14'; 23, 24; 26, 14'', 14''') de arrastre de fricción, está
configurada cónica en dirección axial.
11. Amortiguador mecánico de vibraciones de
torsión según alguna de las reivindicaciones 2 a 10,
caracterizado porque el anillo de arrastre de fricción está
fabricado de plástico.
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