BRPI0617792A2 - tensionador - Google Patents

Abstract

TENSIONADOR A invenção compreende um tensionador compreendendouma base que possui uma parte dentada, um braço pivó engatado de modo pivotante com a base, uma polia articulada aobraço pivó, uma mola disposta entre a base e o braço pivó para orientar o braço pivó em uma primeira direção, um mecanismo disposto no braço pivó e engatado com a base, o mecanismo compreendendo um elemento engrenado rotativo e uma segunda mola engatada entre o elemento engrenado e o braço pivó, a segunda mola que orienta o braço pivó na primeira direção, e o elemento engrenado tendo uma parte não dentada que quando a parte não dentada está engatada com a parte dentada impede a rotação substancial do braço pivó em uma direção inversa da primeira direção.

Description

"TENSIONADOR"

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção se refere a um tensionador, e mais par-ticularmente, a um tensionador tendo um mecanismo de batentede re-travamento que na liberação permite que o braço pivôse mova de uma posição de instalação para uma posição de o-peração ótima, cujo mecanismo de batente também impede que obraço pivô se mova em uma direção inversa além de um alcancepredeterminado durante inversões de carga em um sistema deacionamento de correia, cujo mecanismo de batente de re-travamento pode ser travado novamente na posição de instala-ção para substituição de correia.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Tensionadores excêntricos são usados para aplicaruma carga em correias de transmissão de energia, que incluicorreias sincronaS ou correias dentadas. Por exemplo, ascorreias dentadas são usadas em acionamentos de carne de mo-tor para propósitos de transmissão de energia e sincronismo.Um tensionador é usado para aplicar uma carga de correia a-propriada que por sua vez assegura a operação apropriada dosistema de acionamento de correia do qual o tensionador e acorreia são parte.

Tais tensionadores em geral compreendem uma molade torção e um braço pivô excêntrico que cria um braço dealavanca para aplicar uma carga de mola na correia.

Durante a vida de operação de um motor, uma cor-reia dentada mudará ligeiramente de comprimento devido aodesgaste e outros fatores. Esta condição deve ser acomodadapelo tensionador.

Em adição, durante inversões de carga, por exem-plo, durante a desaceleração do motor, o tensionador deveser capaz de impedir a correia de se tornar excessivamentefolgada o que pode levar a uma condição chamada "ratcheting"onde a correia pode "saltar" através dos dentes de rodasdentadas no sistema. Isto pode levar a mudanças catastrófi-cas no sincronismo do motor e falha prematura da correia.

Sistemas de catraca e lingüeta são usados para im-pedir braços pivô de tensionador de recuo excessivo duranteas inversões de carga. Uma vez liberados os sistemas de ca-traca e lingüeta não podem ser travados novamente.

A Patente U.S. N°. 4.808.148 (1989) para Holtz érepresentativa da técnica, que descreve um dispositivo detensionamento de correia que inclui um acoplamento resilien-te que interconecta um cubo de polia louca e um elemento demontagem estacionário. Um mecanismo de catraca e lingüetainterconecta o cubo e o elemento de montagem estacionáriopara impedir a correia de superar a força de orientação dodispositivo de tensionamento durante altas cargas de correi-a. Um elemento de orientação resiliente tal como um elementoelastomérico está localizado entre o mecanismo de catraca elingüeta e o elemento de montagem estacionário para permitiro movimento limitado do cubo de polia louca para longe deuma correia a fim de aliviar a tensão da correia tal comocausada durante a expansão térmica de um bloco do motor.

O que é necessário é um tensionador tendo um meca-nismo de batente de re-travamento que na liberação permiteque o braço pivô se mova de uma posição de instalação parauma posição de operação ótima, cujo mecanismo de batentetambém impede o braço pivô de se mover em uma direção inver-sa além de um alcance predeterminado durante inversões decarga em um sistema de acionamento de correia, cujo mecanis-mo de batente de re-travamento pode ser travado novamentepara a posição de instalação para substituição de correia. Apresente invenção satisfaz esta necessidade.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O aspecto primário da invenção é fornecer um ten-sionado tendo um mecanismo de batente que na liberação per-mite o braço pivô se mover de uma posição de instalação parauma posição de operação ótima, cujo mecanismo de batentetambém impede o braço pivô de se mover em uma direção inver-sa além de um alcance predeterminado durante inversões decarga em um sistema de acionamento de correia, cujo mecanis-mo de batente de re-travamento pode ser travado novamentepara a posição de instalação para substituição de correia.

Outros aspectos da invenção serão mostrados outornados óbvios pela descrição seguinte da invenção e dosdesenhos anexos.

A invenção compreende um tensionador compreendendouma base que possui uma parte dentada, um braço pivô engata-do de modo pivotante com a base, uma polia articulada aobraço pivô, uma mola disposta entre a base e o braço pivôpara orientar o braço pivô em uma primeira direção, um meca-nismo disposto no braço pivô e engatado com a base, o meca-nismo compreendendo um elemento engrenado rotativo e uma se-gunda mola engatada entre o elemento engrenado e o braço pi-vô, a segunda mola que orienta o braço pivô na primeira di-reção, e o elemento engrenado tendo uma parte não dentadaque quando a parte não dentada está engatada com a partedentada impede a rotação substancial do braço pivô em umadireção inversa da primeira direção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os desenhos anexos, que são incorporados e formamuma parte do relatório, ilustram as modalidades preferidasda presente invenção, e junto com a descrição, servem paraexplicar os princípios da invenção.

A Figura 1 é uma vista em seção transversal dotensionador.

A Figura 2 é uma vista explodida do tensionador.

A Figura 3 é um detalhe de vista plana do mecanis-mo de batente.

A Figura 4 é uma vista em perspectiva de topo domecanismo de batente.

A Figura 5 é uma vista em perspectiva de topo dotensionador.

A Figura 6 é um gráfico mostrando a relação histe-rética entre o torque e o ângulo de braço pivô sem incluiros efeitos da mola de torção 31.

A Figura 7 é um gráfico mostrando a relação histe-rética entre o torque o ângulo de braço pivô para a mola detração 31 somente sem o efeito da mola 30.

A Figura 8 é um gráfico mostrando a relação histe-rética entre o torque e o ângulo de braço pivô para a combi-nação da mola 30 e mola 31.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA

A Figura 1 é uma vista em seção transversal dotensionador. O tensionador compreende uma base 10 conectada a uma luva 60. Um prendedor pode estar disposto dentro eprojetar-se através do furo 65 na luva 60. Um prendedor éusado para conectar o tensionador 100 em uma superfície demontagem, por exemplo, uma superfície de bloco de motor.Nesta modalidade, o prendedor 70 compreende um parafuso.

O braço pivô 20 é pivotantemente engatado em tornode uma superfície externa 61 do mancai 63. 0 mancai 63 estádisposto entre a luva 60 e o braço pivô 20. 0 mancai 63 com-preende um material de baixa fricção tal como nylon ou PTFE.O disco de vedação 62 situado em uma extremidade de topo 64de luva impede detritos de entrar entre a luva 60, o mancai63 e o braço pivô 20. O flange 21 se estende em torno da ba-se do braço pivô 20 para sobrepor a base 10, desse modo im-pedindo detritos de entrar no tensionador.

Uma mola de torção 30 é engatada entre a base 10 eo braço pivô 20. A mola de torção 30 orienta o braço pivô 20em uma direção predeterminada a fim de aplicar apropriada-mente uma carga de mola a uma correia (não mostrada) , de mo-do a ser usada em um sistema de acionamento de correia.

A polia 50 é rotacionalmente engatada com o braçopivô 20 através do mancai 40. O mancai 40 compreende um man-cai esférico nesta modalidade. O mancai 40 compreende um a-nel interno 41 e um anel externo 42. O anel interno 41 é en-gatado com a superfície 21 do braço pivô 20. 0 anel externo42 é engatado com a polia 50.

A superfície de mancai de correia 51 é plana paraengatar uma correia (não mostrada). üm eixo de rotação (C2)da polia 50 é excentricamente deslocada uma distância (D) doeixo de rotação (Cl) do braço pivô 20.

A coluna 80 é inserida através do braço pivô 20. Acoluna 80 é alinhada paralela ao eixo de rotação C2 do braçopivô. A coluna 8 0 pode ser permitida rodar. Adicionalmente,se move em um arco quando o braço pivô 20 pivota em torno daluva 60. O elemento engrenado 90 é conectado a uma extremi-dade da coluna 80 de modo que quando a coluna 80 é girada, oelemento engrenado 90 gira também. A coluna 80 pode ser gi-rada pelo uso de um soquete hexagonal inserido na parte derecepção 22.

O elemento engrenado 90 compreende uma parte den-tada 91. A parte dentada 91 compreende dentes tendo um pa-drão de engrenagem ao longo de uma borda externa de elementoengrenado 90.

A base 10 compreende uma parte dentada 11 dispostaao longo de uma superfície interna da parte 13. A parte den-tada 11 se estende uma distância predeterminada na parte 13.

A mola de torção 31 é engatada entre o braço pivô20 e elemento engrenado 90. A mola de torção 31 orienta ele-mento de engrenagem 90 em uma direção predeterminada parafacilitar o engate da parte dentada 91 com a parte dentada11. A mola 31 também contribui para a carga de mola de ten-sionador conferido a uma correia pelo tensionador.

A Figura 2 é uma vista explodida do tensionador. Acoluna 80 é engatada com o braço pivô 20. O elemento engre-nado 90 é engatado de modo rotacional em uma extremidade dacoluna 80. A parte 13 é conectada à base 10.

O pino 14 é engatado com o braço pivô 20. 0 pino14 se projeta através do braço pivô 20 para engatar o ele-mento engrenado 90. O pino 14 compreende um elemento removí-vel que é usado para fixar temporariamente uma posição deinstalação do braço pivô com respeito à base. Depois que otensionador é instalado, o pino 14 é removido do braço pivôpuxando a extremidade 15. A remoção de pino 14 permite obraço pivô se mover para uma posição de operação. 0 movimen-to do braço pivô 20 também faz o elemento engrenado 90 semover em um arco com o braço pivô 20.

A Figura 3 é um detalhe da vista plana do meca-nismo de batente. A parte 13 compreende a parte dentada 11.A parte dentada 11 tem um formato arqueado e está dispostaao longo de uma superfície interna da parte 13.

O elemento engrenado 90 compreende uma parte den-tada 91 e uma parte não dentada 92. A parte dentada 91 temum formato arqueado e se estende ao longo de uma parte cir-cunferencial externa de elemento engrenado 90. A parte res-tante do elemento engrenado 90 não tem quaisquer dentes. Aparte dentada 91 se estende através de um arco de aproxima-damente 90° .

A posição "a" mostra o elemento engrenado 90 naposição de instalação. Na posição "a", o pino 14 é engatadocom o braço pivô 20 e o elemento engrenado 90 como descritopara a Figura 2. A parte não dentada 92 é orientada na dire-ção da parte dentada 11. A saber, o pino 14 fixa temporaria-mente uma posição de elemento engrenado 90 com respeito àparte dentada 11.

Quando o pino 14 é removido ocorrem dois eventos.

Primeiro, isto permite que o elemento engrenado 90 rode nadireção "R" pela operação da mola de torção 31. No entanto,o elemento engrenado 90 somente roda na medida em que permi-te a parte dentada 91 entrar em contato com a parte dentada11. Segundo, o braço pivô 20 está livre para pivotar na di- reção R2, desse modo fazendo a coluna 80 se mover em um ar-co. O movimento do braço pivô faz o tensionador carregar umacorreia (não mostrada). Portanto, o pino 14 fixa temporaria-mente a posição do braço pivô com respeito à base, e fixatemporariamente a posição do elemento engrenado 90 com res- peito à parte dentada 11, cada um estando em posições prede-terminadas .

O movimento ldo braço pivô 20 continua de modo queo elemento engrenado 90 se move para a posição de operaçãoquente.A posição de operação quente está disposta entre "d"e "b" em aproximadamente "c". Para mover desta maneira, aparte dentada 91 do elemento engrenado 90 ratches sobre aparte dentada 11, onde a reconciliação automática das tole-râncias geométricas no acionamento se torna possível.

Com a partida do motor, o tensionador assume sua função de aplicar uma tensão constante (carga) a uma correiaem um acionamento de correia.

Enquanto nesta posição, o elemento engrenado 90está em contato ativo com a parte dentada 11. Isto significaque a taxa de mola para a mola 31 está contribuindo para ataxa de mola total e característica operacional do tensiona-dor sendo fornecido pela mola 30.

Em uma inversão de carga no sistema de acionamentode correia, por exemplo, na desaceleração de um veiculo, acorreia se tornará temporariamente folgada, fazendo um breveintervalo onde o braço pivô 20 será impelido pela mola detorção 30 para se mover para trás na direção da posição deinstalação "a". No entanto, o movimento substancial do braçopivô na direção inversa é impedido pelo engate da parte 92onde não existem dentes, e em projeção particular 93 com aposição dentada 11 na posição "b", criando assim uma inter-ferência entre o elemento engrenado 90 e a base 10, que porsua vez pára a rotação do braço pivô 20. Isto pára o movi-mento pivotante do braço pivô 20 de prosseguir mais longepara a posição "a". Parando o movimento pivotante do braçopivô 20 na posição "b", a correia é impedida de se tornardesnecessariamente folgada, o que poderia de outro modo fa-zer a correia "rachet" em uma roda dentada de eixo de mani-vela (não mostrada).

Quando a correia desgasta durante a operação, otensionador pode automaticamente seguir a correia pela "fun-ção de saltar", entre a parte dentada do elemento engrenado91 e a parte dentada 11, desse modo definindo continuamenteuma posição de operação nominal e alcance entre as posições"d" e "b".

0 braço pivô 20 pode ser liberado da posição deoperação "c", por exemplo, de modo que a correia possa sermudada, usando um soquete hexagonal engatado com a parte 22da coluna 80. O elemento engrenado 90 é desaparafusado desua interferência com a parte dentada 11 para uma orientaçãomostrada na posição "d" pela rotação da coluna 80 usando umsoquete hexagonal. O braço pivô 20 pode então ser permitidorodar de volta para a posição de instalação "a", onde a co-luna e o elemento engrenado 90 são permitidos novamente ro-dar para a posição "a". O tensionador é então travado naconfiguração de instalação quando o pino 14 é inserido entreo braço pivô 20, o elemento engrenado 90 e a base 10.

A Figura 4 é uma vista em perspectiva de topo domecanismo de batente. 0 mecanismo de batente 200 compreendeelemento engrenado 90, a coluna 80, a parte 13 e a partedentada 11. O mecanismo de batente 200 também compreende amola de torção 31. O mecanismo de batente está contido den-tro da circunferência (diâmetro) da mola de torção 30, dessemodo tornando o tensionador compacto em tamanho.

O pino 14 é usado para fixar temporariamente umaposição de elemento engrenado 90 com respeito á parte dentada.

A Figura 5 é uma vista em perspectiva do tensiona-dor. O pino 14 é mostrado se projetando do braço pivô 20 naposição de instalação. O disco de vedação 62 impede que de-tritos entrem entre o mancai 63 e o braço pivô 20, e entre omancai 63 e a luva 60.

A Figura 6 é um gráfico mostrando a relação histe-rética entre o torque e o ângulo de braço pivô sem incluiros efeitos d mola de torção 31. 0 gráfico mostra o torquecomparado com o ângulo de braço pivô somente para a mola 30por si mesma. A curva demonstra o alcance relativamente am-plo de movimento do braço pivô (ângulo) quando a única molaem serviço é a mola 30. As equações e variáveis são descri-tas para a Figura 8.

A Figura 7 é um gráfico mostrando a relação histe-rética entre o torque e o ângulo de braço pivô para a molade torção 31 somente sem o efeito da mola 30.

A Figura 8 é um gráfico mostrando a relação histe-rética entre o torque e o ângulo de braço pivô para a combi-nação de mola 30 e mola 31. O gráfico mostra a Curva C que éo torque comparado com o ângulo de braço pivô para um tensi-onador usando a mola de tensionador 30 (Curva A) combinadacom a mola de torção 31 (Curva B). Desde que o elemento en-grenado 90 está em contato operacional com a parte dentada11 durante a operação normal do tensionador, a mola 31 con-tribui uma força de mola para a carga de correia aplicadapela mola 30.

A Curva A ilustra o alcance relativamente amplo demovimento do braço pivô (ângulo) quando a única mola em ser-viço é a mola 30 A Curva B ilustra o alcance de movimentorelativamente mais estreito do braço pivô no caso de opera-ção com a combinação da mola 30 e a mola 31. O alcance deoperação do braço pivô do tensionador é aproximadamente 30°a aproximadamente 150°, que é o alcance total de movimentodo braço pivô quando comparado com a posição em que o braçopivô está a uma carga de mola mínima, a saber, engatada con-tra um batente. Uma vez que o tensionador está em operação ea polia 50 é engatada com a correia em um sistema de aciona-mento de correia, o alcance de movimento de operação do bra-ço pivô dentro do envoltório maior indicado acima (30° a150°) é aproximadamente 20° a aproximadamente 40°. O torquegerado pela força de mola 30 e mola 31 combinadas fornecesubstancialmente o mesmo torque que o tensionador usando aúnica mola 30, somente sobre um alcance anular mais estreitode até aproximadamente 20°.

A seguir está um caso exemplar para o propósito deilustração mas não para o propósito de limitar o escopo dainvenção.

A notação de índice "1" refere-se à mola 30.

A notação de índice "2" refere-se à mola 31.

A notação de índice "t" refere-se á combinação damola 30 e mola 31.

"C" é a taxa de mola

"M" é o torque nominal.

"i" é a relação de transmissão que é o número teó-rico de rotações da parte dentada 91 para cada rotação com-pleta de 360° do braço pivô 20.

Alcance de taxa de Mola (mola 30) = aproximadamen-te 0,02 Nm/grau a aproximadamente 0,1 Nm/grau

Alcance de Taxa de Mola (mola 31) = aproximadamen-te 0,001 Nm/grau a aproximadamente 0,06 Nm/grau

Taxa de transmissão "i" = aproximadamente 3:1 aaproximadamente 5:1

Cálculo Exemplar:

Torque Nominal "M" para o braço pivô para cada mola 30, 31.

M1 = 1,7 Mn (Figura 6)O alcance para Mi na Figura 6 é aproximadamente ± 0,5 x M1M2 = 0,15 Nm (Figura 7)

O alcance para M2 na Figura 7 é aproximadamente ± 0,5 x M2i = 4:1

Mt = Mi + i x M2 (Figura 8)

Mt = 2,3 Nm (Figura 8)

O alcance para Mt na Figura 8 é aproximadamente ± 0,5 x MtCurva Superior, Figura 8

C1u = Taxa de Mola (mola 30) = c1 = 0, 054 Nm/grauC2u = Taxa de Mola (mola 31) = c1 = 0, 0058 Nm/grauc1u = 1,5 x c1c1u = 0,081 Nm/grauC2u = 1,5 x C2C2u = 0, 0087 Nm/grau

Ctu = 1,5 x c1u + i ? 1,5 x C2u (Curva Superior) Ctu = 0,081 Nm/grau + 4 ? 0,0087 Nm/grau Ctu = 0,1158 Nm/grau Curva Inferior, Figura 8 c1d = Taxa de Mola (mola 30) = C1 = 0,054 Nm/grau C2d = Taxa de Mola (mola 31) = c1 = 0,0058 Nm/grau c1d = 0,5 x c1 c1u = 0,0271 Nm/grau C2d = 0,5 x C2 C2d = 0,0029 Nm/grau Ctd = 0,5 x c1u + i ? 0,5 x C2u (Curva Inferior) Ctd = 0,027 Nm/grau + 4 x 0,0029 Nm/grau Ctd = 0,0386 Nm/grau

O uso de duas molas como descrito permite que acaracterística do tensionador seja com sintonia fina paraaplicações particulares. Por exemplo, a taxa de mola de cadamola pode ser selecionada para melhorar a habilidade de a-mortecimento do tensionador, desse modo reduzindo a magnitu-de de "spikes" de movimento no alcance total de movimento dotensionador.

Embora uma forma da invenção foi descrita aqui,será óbvio para aqueles versados na técnica que variaçõespodem ser feitas na construção e relação de partes sem seafastar do espírito e escopo da invenção descrita aqui.

Claims (7)

1. Tensionador, CARACTERIZADO pelo fato de quecompreende:uma base que possui uma parte dentada;um braço pivô engatado de modo pivotante com a base;uma polia articulada ao braço pivô;uma mola disposta entre a base e o braço pivô paraorientar o braço pivô em uma primeira direção;um mecanismo disposto no braço pivô e engatado coma base, o mecanismo compreendendo um elemento engrenado ro-tativo e uma segunda mola engatada entre o elemento engrena-do e o braço pivô, a segunda mola orientando o braço pivô naprimeira direção; eo elemento engrenado rotativo tendo uma parte nãodentada que, quando a parte não dentada está engatada com aparte dentada, impede a rotação substancial do braço pivô emuma direção inversa da primeira direção.

2. Tensionador, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a parte dentada compreendeainda um formato arqueado.

3. Tensionador, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um elementoremovível para fixar temporariamente uma posição de elementoengrenado rotativo com respeito à parte dentada.

4. Tensionador, de acordo com a reivindicação 3,CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento removível fixatemporariamente uma posição de braço pivô com respeito à base.

5. Tensionador, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento engrenado rotativocompreende dentes em uma parte circunferencial tendo um vãoangular de aproximadamente 90°.

6. Tensionador, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um meio deimpedir que detritos entrem no tensionador.

7. Tensionador, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento engrenado rotativoé rotativo por uma ferramenta engatável com o mesmo.