BRPI0710038A2

BRPI0710038A2 - tensionador

Info

Publication number: BRPI0710038A2
Application number: BRPI0710038-8A
Authority: BR
Inventors: Minchun Hao; Michael Petrashko; Keming Liu; Oliver Stegelmann
Original assignee: Gates Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2011-08-02
Also published as: JP2009531634A; WO2007126575A1; CN101529122A; RU2008142768A; AU2007243819A1; US20070249446A1; CA2647298A1; KR20080104078A; EP1999397A1

Abstract

TENSIONADOR Um tensionador compreende uma base, um braço de articulação conectado de forma articulada à base, uma polia fixada ao braço de articulação, um primeiro membro de propensão disposto entre a base e o braço de articulação, um primeiro membro de propensão que transmite uma força de mola ao braço de articulação sobre uma primeira faixa deoperação, um segundo membro de propensão disposto entre a base e o braço de articulação, e o segundo membro de propensão confere uma força de mola ao braço de articulação em uma posição do braço de articulação pré-determinada, a posição do braço de articulação pré-determinada disposta dentro da faixa de operação e além da qual a posição do braço de articulação pré-determinada do segundo membro de propensão suplementa a força da mola do primeiro membro de propensao.

Description

"TENSIONADOR"

Campo da Invenção

A invenção refere-se a um tensionador e mais particularmente, a um tensionadorque tem uma primeira mola e uma segunda mola, esta confere uma força de mola ao braçode articulação em uma posição do braço de articulação pré-determinada para suplementaruma força de mola da primeira mola.

Fundamentos da Invenção

Tipicamente, os tensionadores compreendem um elemento de armazenamento deenergia, tal como uma mola, que fornece a saída de torque (ou força) estático do dispositivoe um elemento de absorção de energia que modifica a resposta de força dinâmica do dispo-sitivo para entradas externas, por exemplo, algum tipo de mecanismo de amortecimento. Oelemento de armazenamento de energia e a função do elemento de absorção por toda afaixa de trabalho do braço, eles não são seletivamente aplicados dentro da faixa de opera-ção. A saída de força pelo elemento de armazenamento de energia varia dependendo dacarga do elemento (geralmente definido pela posição do braço tensionador em relação àbase do tensionador) e a taxa de mola desse elemento.

Os tensionadores são conhecidos por terem mais do que um elemento de armaze-namento de energia, por exemplo, os tensionadores que compreendem molas de torçãodupla, as quais são arranjadas com eixos colineares. As molas colineares apresentam duasdiferentes funções e cada uma é continuamente engatada operacionalmente ao braço dearticulação. A primeira refere-se a uma função de armazenamento de energia. A segundarefere-se ao fornecimento de meios de carregamento de um elemento de atrito ou de amor-tecimento que amortece o movimento do braço do tensionador.

Representativa da técnica é a Patente Norte-Americana n° 4.826.471 (1989) paraUshio que descreve um tensionador automático de correia de transmissão de energia quepossui uma estrutura de mola para fornecer uma propensão dupla de um rolete de roldanacontra a correia de transmissão de energia. A estrutura de propensão fornece uma propen-são dupla do braço que transporta o rolete da roldana que inclui uma propensão sob torçãoe uma propensão sob compressão da estrutura de mola. De uma forma, um par de molas depropensão é utilizado, uma para fornecer a propensão sob torção e uma para fornecer apropensão sob compressão. De outra forma, uma única mola afeta ambas as ações de pro-pensão dupla. A estrutura de propensão sob compressão inclui um par de carnes que temsuperfícies inclinadas em cooperação para efetuar a compressão da mola de compressãocomo uma função do movimento do braço do rolete da roldana.

O que se necessita é um tensionador que tem uma primeira mola e uma segundamola, a segunda mola confere uma força de mola ao braço de articulação em uma posiçãodo braço de articulação pré-determinada para suplementar uma força de mola da primeiramola. A presente invenção alcança essa necessidade.

Sumário da Invenção

O aspecto primário da invenção é fornecer um tensionador que tem uma primeiramola e uma segunda mola, a segunda mola confere uma força de mola ao braço de articula-ção em uma posição do braço de articulação pré-determinada para suplementar uma forçade mola da primeira mola.

Outros aspectos da invenção serão apontados ou óbvios pela descrição seguinteda invenção e pelos desenhos em anexo.

A invenção compreende um tensionador que possui uma base, um braço de articu-lação conectado de forma articulada à base, uma polia fixada ao braço de articulação, umprimeiro membro de propensão disposto entre a base e o braço de articulação, o primeiromembro de propensão confere uma força de mola ao braço de articulação sobre uma pri-meira faixa de operação, um segundo membro de propensão disposto entre a base e o bra-ço de articulação, e o segundo membro de propensão confere uma força de mola ao braçode articulação em uma posição do braço de articulação pré-determinada, a posição do braçode articulação pré-determinada disposta dentro da faixa de operação e além da qual a posi-ção do braço de articulação pré-determinada do segundo membro de propensão suplementauma força de mola do primeiro membro de propensão.

Breve Descrição dos Desenhos

Os desenhos em anexo, que são incorporados na especificação e formam uma par-te dela, ilustram as modalidades preferenciais da presente invenção, e juntos com a descri-ção, servem para explicar os princípios da invenção.

A Figura 1 é uma vista plana do tensionador inventivo.

A Figura 2 mostra a carga no cubo da polia versus o deslocamento do tensionador.

A Figura 3 é uma vista plana esquemática do tensionador que mostra as faixas deoperação disponíveis do braço de articulação.

A Figura 4 é uma vista explodida do tensionador.

A Figura 5 é uma vista em elevação lateral da mola de torção.

A Figura 6(a) é uma vista transversal lateral da segunda mola.

A Figura 6(b) é uma vista plana de topo da segunda mola.

A Figura 7 é uma vista em perspectiva da sapata de amortecimento.

A Figura 8 é uma vista transversal da sapata de amortecimento.

Descrição Detalhada da Invenção

A Figura 1 é uma vista plana do tensionador inventivo. O tensionador 100 compre-ende uma base 10. A base 10 compreende os furos 12 que recebem fixadores (não mostra-dos) para conectar o tensionador a uma superfície de montagem (não mostrada), por exem-plo, um motor. Os fixadores podem compreender fixadores rosqueados tal como parafusosou podem também compreender rebites, pinos ou adesivos.

O braço de articulação 20 é conectado de forma articulada à base 10 na articulação21. A polia 30 é fixada ao braço de articulação 20 no eixo 31. O eixo 31 pode compreenderqualquer forma de parafuso ou haste conhecida na técnica. A polia 30 engata uma correiade transmissão de energia, por exemplo, uma correia em um sistema de acionamento deacessórios.

O tensionador 100 compreende uma primeira mola 41 (ver Figura 4) e a segundamola 40 (ver Figura 4). A segunda mola 40 engata a base 10 no engate 11. A outra extremi-dade da segunda mola 40 engata o braço de articulação 20 no engate 22. A segunda molacompreende um material elastomérico tal como EPDM1 HNBR1 poliuretano, borrachas natu-rais, borrachas sintéticas, ou uma combinação de dois ou mais dos anteriores. A mola 40pode também compreender uma mola de bobina compressível ou uma mola de torção.

A Figura 2 mostra a carga no cubo da polia versus o deslocamento do tensionador.A faixa auxiliar B está além da faixa de operação normal A. A faixa auxiliar B é caracterizadapor uma alta taxa de mola sem pré-carga.

O uso de duas molas (40, 41) fornece uma dupla faixa de saída do torque do tensi-onador. A primeira faixa de saída de torque é definida pela mola 41 e é mostrada na Figura2 como a faixa A. A segunda faixa de saída de torque é caracterizada pelo uso da segundamola 40 que é engatada intermitentemente como solicitado e é mostrada na Figura 2 comoa faixa B. Na faixa B, a segunda faixa de saída de torque é a soma do torque da primeiramola 41 adicionado ao torque da segunda mola 40. A mola 40 suplementa a força de molada mola 41 quando o braço de articulação 20 alcança uma posição de viagem angular pre-determinada.

A Figura 3 é uma vista plana esquemática do tensionador que mostra as faixas deoperação disponíveis do braço de articulação. Com relação a uma radial R1, a posição dobraço livre é aproximadamente 117°. "Braço livre" é a posição em repouso para a qual amola empurra o braço de articulação quando nenhuma correia é engatada. A posição dacorreia média é aproximadamente 177° e a posição da correia de carga é aproximadamente143°. Esses valores são somente oferecidos a título de exemplo e não pretendem limitar oescopo da invenção.

A "posição da correia média" é a posição de operação normal do braço de articula-ção. A mola 40 engata o braço de articulação 20 em uma posição igual ou angularmentedeslocada entre a posição da "correia média" e a posição da "correia de carga".

A posição da "correia de carga" é a posição para a qual o braço de articulação émovido de modo a instalar uma correia na polia do tensionador. Uma vez que a correia éinstalada, o braço de articulação tipicamente se move da posição da correia de carga para aposição da correia média. A posição da correia de carga está tipicamente na faixa quando amola 40 está em uma posição entre parcialmente e completamente comprimida. Os valorespara as faixas descritas aqui são meramente exemplos e não pretendem limitar qualqueruma dos faixas descritas.

A Figura 4 é uma vista explodida do tensionador. O tensionador compreende umamola 41, nesta modalidade uma mola de torção, que está contida dentro da base 10. Umaprimeira extremidade 42 da mola 41 é conectada à base 10. Uma segunda extremidade 43de mola 41 é engatada com a sapata de amortecimento 15. A sapata de amortecimento 15engata por atrito em uma superfície interna 23 do braço de articulação 20. A sapata de a-mortecimento 15 amortece os movimentos oscilatórios do braço de articulação 20 e é manti-da em posição por pressão da mola 41.

A segunda mola 40 engata o suporte 11 na base 10. O pino 14 conecta a mola 40ao suporte 11.0 engate 22 contata a outra extremidade da mola 40. Durante a operação, amola 40 é retida entre o engate 22 e o suporte 11.0 eixo da mola 40 (B-B) é disposto subs-tancialmente normal ao eixo da primeira mola 41 (A-A). Pode também ser caracterizado queo eixo (B-B) é disposto em um plano para o qual o eixo (A-A) é normalmente orientado.

Durante a operação, a mola de torção 41 é comprimida sob torção à medida que obraço de articulação 20 articula, desse modo, conferindo uma força de mola a uma correiaengatada com a polia 30. O guarda poeira 31 é usado para impedir que detritos entrem naárea do mancai 33 da polia 30.

A mola 40 introduz um segundo elemento de mola resiliente cujo efeito em opera-ção é realizado dentro da faixa de operação normal do tensionador. Quando alcança umaposição do braço de articulação pré-determinada, a mola 40 fornece uma segunda força demola para aumentar a força de mola da mola de torção 41. Ou seja, a segunda mola 40 oumembro de propensão, conferindo uma força da mola ao braço de articulação em uma posi-ção do braço de articulação pré-determinada, a posição do braço de articulação pré-determinada disposta dentro da faixa de operação e além da qual a segunda mola 40 su-plementa uma força de mola da primeira mola 41. A mola 40 pode também fornecer amorte-cimento para o movimento do braço de articulação enquanto ele está engatado com o braçode articulação.

Uma saída de torque inferior usando uma única mola 41 acomoda as respostas dobraço de articulação às entradas da correia normal (que sucede o mancai inferior e as car-gas de fadiga do cubo), onde as entradas extremas de carga da correia (e, portanto, o mo-vimento do braço de articulação extremo) são acomodadas por ambas as molas, a segundamola 40 opera dentro da faixa de operação auxiliar.

A força da mola 40 pode ser aplicada ao braço de articulação em qualquer lugar nafaixa de viagem do braço de articulação, significando que a mola 40 pode contatar o engate22 em qualquer lugar na faixa de movimento do braço de articulação 20 como solicitado pelaaplicação desejada.

A taxa de mola da mola 40 pode ser constante ou graduada, significando que a taxade mola é variável como uma função de deslocamento de compressão axial. As forças dobraço de articulação (e, portanto, forças da correia) podem ser ajustadas usando diferentesmolas que têm diferentes taxas de mola. A mola 40 pode compreender as molas convencio-nais, por exemplo, a mola enrolada em espiral para uso em uma aplicação compressiva oude torção, ou outros materiais resilientes que incluem plásticos, borrachas naturais e sintéti-cas, por exemplo, poliuretano. No caso da borracha ou do polímero, a mola 40 pode ser ra-dialmente suportada ou não suportada, significando que a mola é suportada para impedir omovimento lateral indevido.

A mola 40 também fornece uma "parada suave" na extremidade da faixa de viagemdo braço de articulação. Uma vez que o braço de articulação 20 se aproximou da extremi-dade de sua viagem pretendida, ao invés de bater em uma parada brusca, que pode resultarem ruído e dano mecânico se o impacto com o suporte 11 for severo o suficiente, o braço dearticulação 20 ao contrário impacta de forma "suave" com a mola 40.

A articulação 21 compreende o eixo 13 e buchas 130. O braço de articulação 20 éconectado ao eixo 13. As buchas 130 são mancais de baixo atrito para facilitar o movimentopivotal do braço de articulação 20.

Um exemplo de uma aplicação para esse tensionador inclui um sistema gerador dearranque acionado por correia, onde o modo de arranque é muito mais difícil (por exemplo,com o tensionador sobre a lateral apertada da correia do gerador de arranque, quando ele éusado como um alternador) do que o modo de operação normal.

Devido à alta tensão na correia solicitada durante inicialização do arranque do ge-rador ou durante a regulação, um tensionador convencional necessitaria ter uma saída detorque excessivamente alta, que resultaria em uma tensão da correia inaceitavelmente altadurante o modo de execução do motor normal, ou o ângulo do cubo da polia até o braço dearticulação próximo de zero grau ou o ângulo de envolvimento próximo de zero grau resul-tando na redução da tensão de controle/correia assumido durante o modo de execução domotor normal, também levando ao movimento mais alto do braço e durabilidade reduzida.

O tensionador inventivo fornece a saída de torque suplementar através da operaçãoda segunda mola somente quando a carga da correia aumenta a um nível pré-determinadolevando o braço de articulação 20 engatar na segunda mola 40. De outra forma, o torque édesenvolvido somente pela primeira mola 41. Ou seja, durante a operação normal e na faixade operação normal, o tensionador funciona baseado nas características da mola de torção41. Na faixa de operação normal, a mola 40 não está sob compressão entre o braço de arti-culação 20 e a base 10. Entretanto, durante carga na correia em excesso e então a viagemdo braço além da faixa de operação normal, o engate 22 entrará em contato com a mola 40e desse modo com o suporte 11, desse modo comprimindo a mola 40 entre o braço de arti-culação 20 e a base 10. Nessa configuração, a força de mola da mola 40 é adicionada àforça de mola da mola de torção 41. A mola 40 fornece uma força de mola adicional e amor-tecimento para resistir ao evento de carga em excesso. A localização da face 45 da mola 40no estado descomprimido, ver Fig. 6(a), define um limite superior de movimento do braço dearticulação para a faixa de operação normal.

Cada uma das molas 40, 41 fornece uma força de mola e taxa de mola, que influ-encia a carga no cubo da polia do tensionador. Mesmo que a mola 41 influencie diretamenteo amortecimento devido a ela fornecer uma força à sapata de amortecimento 15, ela tam-bém fornece uma força de amortecimento mínima também causada por enrolamento ou nãoenrolamento sob torção da mola.

As taxas de mola exemplificadas são mostradas na Tabela 1. A taxa de carga nocubo da polia e o amortecimento para outra aplicação exemplificada são mostrados na Ta-bela 2. A tabela 2 é baseada na informação mostrada na Figura 2.

Tabela 1: Taxas de mola

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Tabela 2: Taxas de Cargas no Cubo da Polia e Fatores de Amortecimento

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A Figura 5 é uma vista em elevação lateral da mola de torção. A extremidade 42 éconectada à base 10. A extremidade 43 é engatada com a sapata de amortecimento 15.

A Figura 6(a) é uma vista transversal lateral da segunda mola. O recesso 44 recebeo pino 14. O pino 14 retém a mola 40 na base 10, ver Figura 4. A face 45 e a face 46 estãoem extremidades opostas da mola 40. As faces 45, 46 são tipicamente planas, porém po-dem compreender qualquer forma como pode ser exigido para engatar o engate 22 e o su-porte 11.

A Figura 6(b) é uma vista plana de topo da segunda mola. O recesso 44 é mostradocomo tendo uma forma graduada, ou seja, um primeiro e segundo diâmetro para engatarpositivamente no pino 14 e não deixar que o engate interfira na saída da mola. Isso impedeque a mola 40 desengate da base 10 quando o braço de articulação 20 é retirado da base 10.

A Figura 7 é uma vista em perspectiva da sapata de amortecimento. A sapata deamortecimento 15 compreende o material de atrito 150 que possui um coeficiente pre-determinado de atrito. O material de atrito 150 engata na superfície 23, ver Figura 4. O ma-terial de atrito 150 é conectado ao corpo 151.

A parte de recebimento 152 engata na extremidade 43 da mola 41. A extremidade43 da mola 41 engata na parte de recebimento 152 em dois pontos, ou seja, F1 e F2. Atra-vés do direcionamento da sapata de amortecimento a F1 e F2, a mola leva a superfície dasapata de amortecimento 150 a conferir uma força substancialmente normal na superfície23. A mola 41 pressiona a sapata de amortecimento 15 normalmente na superfície 23 du-rante carregamento sob torção da mola 41. Isso tipicamente ocorre durante o movimentopivotal do braço de articulação 20. A força de atrito desenvolvida entre a superfície 23 e asuperfície 150 durante o carregamento sob torção da mola 41 está na faixa de aproximada-mente 1 vez a aproximadamente 5 vezes maior do que a força de atrito desenvolvida pelassuperfícies 23 e 250 durante não carregamento de mola de torção 41. Portanto, isso com-preende uma característica de amortecimento assimétrico.

A Figura 8 é uma vista transversal da sapata de amortecimento. A parte de recebi-mento 152 tem uma forma tipicamente em "U" para engatar na extremidade da mola 43. Asapata de amortecimento compreende uma característica de amortecimento assimétricopara a operação do tensionador. Isso significa que como o braço de articulação se move emresposta a uma situação de carregamento da correia, a força de amortecimento aplicada aobraço de articulação é maior que a força de amortecimento ao braço de articulação quando o este está se movendo em resposta a uma situação de não carregamento da correia. Issosignifica que o braço de articulação resistirá ao movimento causado por aumentos da cargada correia enquanto permitindo menos movimento restrito do braço de articulação de modoa manter a carga na correia durante reversões de carga da correia, por exemplo, quando acorreia está frouxa.

A diferença entre a característica de amortecimento para movimento do braço dotensionador em uma direção de carregamento da correia se comparada a uma direção denão carga da correia está em uma faixa de aproximadamente 1:1 até aproximadamente 5:1.No caso onde a característica de amortecimento é maior que 1:1, essa é a característica deamortecimento assimétrico. Como notado acima, uma característica de amortecimento as-simétrico é a aplicação em sistemas de acionamento onde as reversões de carga na correialevam a situações de folga temporária a ocorrerem na parte sem folga da correia. A assime-tria de amortecimento é a característica do mecanismo de amortecimento, ou seja, da sapa-ta de amortecimento 15, da superfície 23 e da mola de torção 41.

Embora as formas da invenção tenham sido descritas aqui, estará óbvio àquelesversados na técnica que variações podem ser feitas na construção e na relação das partessem abandonar o espírito e escopo das invenções descritas aqui.

Claims

1. Tensionador, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:uma base (10);um braço de articulação (20) conectado de forma articulada à base; uma polia (30) fixada ao braço de articulação;um primeiro membro de propensão (41) disposto entre a base e o braço de articula-ção, o primeiro membro de propensão compreende uma mola de torção que tem um eixo doprimeiro membro de propensão;um segundo membro de propensão (40) disposto entre a base e o braço de articu- lação e que tem um eixo do segundo membro de propensão que é substancialmente normalao eixo do primeiro membro de propensão; eo segundo membro de propensão que confere uma força de mola ao braço de arti-culação em uma posição do braço de articulação pré-determinada para suplementar umaforça de mola do primeiro membro de propensão.

2. Tensionador, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque o segundo membro de propensão compreende um material elastomérico compressível.

3. Tensionador, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicional-mente pelo fato de que compreende:um membro de amortecimento engatado entre o primeiro membro de propensão e o braço de articulação; eo membro de amortecimento que confere uma característica de amortecimento as-simétrico.

4. Tensionador, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO adicional-mente pelo fato de que compreende o membro de amortecimento engatado por atrito ao-25 braço de articulação.

5. Tensionador, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende:uma base (10);um braço de articulação (20) conectado de forma articulada à base;uma polia (30) fixada ao braço de articulação; um primeiro membro de propensão (41) disposto entre a base e o braço de articula-ção;um membro de amortecimento (15) engatado entre o primeiro membro de propen-são e o braço de articulação;um membro de amortecimento que confere uma característica de amortecimento assimétrico ao tensionador;um segundo membro de propensão (40) disposto entre a base e o braço de articu-lação; eo segundo membro de propensão que confere uma força de mola ao braço de arti-culação em uma posição do braço de articulação pré-determinada para suplementar umaforça de mola do primeiro membro de propensão.

6. Tensionador, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato deque o segundo membro de propensão compreende uma material elastomérico compressí-vel.

7. Tensionador, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato deque a característica de amortecimento assimétrico está na faixa de aproximadamente 1:1 aaproximadamente 5:1.

8. Tensionador, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato deque o segundo membro de propensão compreende um eixo substancialmente dispostosubstancialmente normal ao eixo do primeiro membro propensão.

9. Tensionador, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:uma base (10);um braço de articulação (20) conectado de forma articulada à base;uma polia (30) fixada ao braço de articulação;um primeiro membro de propensão (41) disposto entre a base e o braço de articula-ção; o primeiro membro de propensão confere uma força de mola ao braço de articulaçãosobre um primeira faixa de operação;um segundo membro de propensão (40) disposto entre a base e o braço de articu-lação; eo segundo membro de propensão confere uma força de mola ao braço de articula-ção em uma posição do braço de articulação pré-determinada, a posição do braço de articu-lação pré-determinada disposta dentro da faixa de operação e além da qual a posição dobraço de articulação pré-determinada do segundo membro de propensão suplementa umaforça de mola do primeiro membro de propensão.

10. Tensionador, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO adicional-mente pelo fato de que compreende:um membro de amortecimento engatado entre o primeiro membro de propensão e obraço de articulação;um membro de amortecimento que confere uma característica de amortecimentoassimétrico.

11. Tensionador, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO adicional-mente pelo fato de que compreende o membro de amortecimento engatado por atrito aobraço de articulação.

12. Tensionador, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fatode que a característica de amortecimento assimétrico está na faixa de aproximadamente 1:1a aproximadamente 5:1.

13. Tensionador, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato deque o segundo membro de propensão compreende um eixo disposto substancialmente nor-mal ao eixo do primeiro membro de propensão.

14. Tensionador, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fatode que o segundo membro de propensão compreende uma mola de bobina.

15. Tensionador, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fatode que o primeiro membro de propensão compreende uma mola de torção.