ES2290807T3 - Muelle ondulado con caracteristica elastica progresiva definida. - Google Patents

Abstract

Muelle ondulado axialmente operativo constituido por un cuerpo anular cerrado con un eje x central que está periódicamente ondulado a lo largo del perímetro, en el que la línea ondulada discurre siempre en forma monótonamente ascendente o descendente entre una pluralidad de mínimos de igual magnitud y de máximos de igual magnitud, y en el que se forman en los mínimos y los máximos de la línea ondulada unos puntos de asiento del cuerpo anular con respecto a superficies de asiento normales al eje, caracterizado porque, partiendo de cada mínimo y cada máximo, el cuerpo anular presenta en cada dirección periférica al menos dos respectivos segmentos de línea ondulada mutuamente adyacentes que, al aumentar la carga axial del cuerpo anular, se aplastan individualmente uno tras otro y se pueden poner en contacto con las superficies de asiento.

Description

Muelle ondulado con característica elástica progresiva definida.

La invención concierne a un muelle ondulado axialmente operativo con un cuerpo anular cerrado dotado de un eje x central, que está periódicamente ondulado a lo largo del perímetro en la dirección del eje x, discurriendo la línea ondulada en forma monótonamente ascendente o descendente entre una pluralidad de mínimos de igual magnitud y de máximos de igual magnitud, y formándose en los mínimos y los máximos de la línea ondulada unos puntos de asiento del cuerpo anular con respecto a superficies de asientos normales al eje. Tales muelles ondulados según el estado de la técnica presentan una característica elástica lineal o continuamente progresiva que, considerado a lo largo del perímetro, viene prefijada por un recorrido de forma aproximadamente sinusoidal de la línea ondulada. Esta característica elástica lineal o continuamente progresiva es inadecuada para determinados casos de aplicación. Asimismo, visto en términos absolutos, la evolución de la característica elástica de tales muelles ondulados es insuficiente para algunos casos de aplicación.

Se conoce por el documento DE 26 00 946 A1 un muelle ondulado, especialmente para amortiguadores de vibraciones telescópicos hidráulicos para vehículos automóviles, en el que las amplitudes en el perímetro interior son más pequeñas que en el perímetro exterior. Considerado a lo largo del perímetro, las ondulaciones en cualquier radio son constantes y uniformes.

Se conoce por la solicitud de patente anterior DE-A-103 21 800 de la solicitante un muelle ondulado con característica escalonadamente progresiva. Sin embargo, éste presenta a lo largo del perímetro una evolución de la línea ondulada con mínimos y máximos absolutos y relativos de magnitud diferente y, por tanto, concierne a otra clase de muelle.

Partiendo de esto, el cometido de la presente invención consiste en proporcionar muelles ondulados de la clase citada al principio que presenten una característica crecientemente progresiva en forma escalonada.

La solución de esto consiste en que, partiendo de cada mínimo y cada máximo, el cuerpo anular presenta hacia ambos lados, es decir, en cualquier dirección periférica, al menos dos respectivos segmentos de línea ondulada mutuamente adyacentes que, al aumentar la carga axial, se aplastan individualmente uno tras otro y se pueden poner en contacto con las superficies de asiento.

Se ha previsto especialmente a este respecto que, bajo una carga axial creciente, los puntos de asiento del cuerpo anular en los extremos de las zonas libres de la línea ondulada con respecto a las superficies de asiento se alejen discontinuamente de los mínimos y máximos originales.

La solución consiste también en que, partiendo de cada mínimo y cada máximo, el cuerpo anular presente hacia ambos lados, es decir, en cada dirección periférica, al menos dos respectivos segmentos de línea ondulada mutuamente adyacentes que correspondan a las respectivas líneas de curvatura de vigas de flexión cargadas en el extremo libre con una carga individual, basándose las líneas de curvatura de los distintos segmentos de línea ondulada, al aumentar la distancia a los mínimos y máximos originales, en cargas individuales crecientes.

Con los medios aquí indicados se puede descomponer la característica del muelle en zonas de cuotas elásticas diferentes, de tal manera que en zonas de carrera mutuamente adyacentes la cuota elástica en la respectiva zona de carrera siguiente es cada vez mayor que en la respectiva zona de carrera precedente, partiendo de la altura inicial h del muelle ondulado.

Las alturas de las distintas zonas de carrera se pueden elegir de manera sustancialmente libre por medio de la elección de la longitud y de la curvatura de los distintos segmentos de la línea ondulada y, por tanto, de los puntos de asiento variables. Se aplica la misma consideración para las respectivas cuotas elásticas de las distintas zonas de carrera, que dependen sustancialmente de la magnitud de la curvatura de la línea de curvatura de los distintos segmentos de la línea ondulada.

Debido a la forma de la línea ondulada se modifican de manera definida los puntos de introducción de fuerza durante el acortamiento o contracción creciente del muelle ondulado (carrera creciente). A partir de una respectiva contracción definida correspondiente al aplastamiento y asentamiento de un segmento de la línea ondulada, se acorta de manera definida la longitud libre de la línea ondulada del muelle ondulado entre los puntos de asiento (puntos de introducción de carga) y, tal como se pretende, aumenta bruscamente la cuota elástica.

En una realización preferida, los distintos segmentos de la línea ondulada se conectan uno a otro con radios estrechos.

Para la evolución total de la línea ondulada se ha previsto que estén presentes a lo largo del perímetro al menos dos mínimos y dos máximos. Sin embargo, se puede elegir libremente un número mayor.

La evolución de los distintos segmentos de la línea ondulada se ha elegido de modo que se produzca o se presente cada vez, aproximadamente al mismo tiempo, un aplastamiento de un segmento de la línea ondulada y un asentamiento de un segmento aplastado de la línea ondulada en una superficie de asiento. En este momento, se modifica sustancialmente de golpe el punto de asiento del muelle ondulado desde el punto de asiento original o anterior hasta el punto final del segmento de la línea ondulada que se acaba de aplastar. Se repite entonces el mismo proceso con el siguiente segmento de la línea ondulada, el cual se curva aún alejándose de la superficie de asiento a partir del nuevo punto de asiento. El aplastamiento de este segmento de la línea ondulada requiere mayores fuerzas debido a la longitud acortada de las zonas libres de la línea ondulada entre los puntos de asiento. Esta acción se basa esencialmente en que los segmentos de la línea ondulada están conformados a la manera de vigas de flexión cargadas sujetas por un lado que, al aumentar la carga, se curvan con respecto a la recta, análogamente a una descarga creciente de una viga de flexión previamente cargada por una carga individual en el extremo libre.

Los muelles ondulados según la invención son adecuados especialmente como muelles de asiento o de amortiguación para embragues de láminas en transmisiones automáticas de vehículos automóviles. Debido a la característica progresiva del muelle no se presentan ya los molestos ruidos de tope que se producían anteriormente con estos muelles ondulados. En conjunto, estos muelles mejorados mejoran el confort durante el cambio de marcha.

Un ejemplo de realización preferido de un muelle ondulado según la invención está representado en los dibujos en comparación con la línea ondulada de un muelle ondulado según el estado de la técnica y se describe a continuación.

La figura 1 muestra la línea ondulada de un muelle ondulado según la invención en comparación con la línea ondulada de un muelle ondulado según el estado de la técnica según sus coordenadas de altura y de perímetro;

La Figura 2 muestra la característica elástica de un muelle ondulado según la invención: a) calculada teóricamente y b) medida en la pieza real;

La figura 3 muestra un muelle ondulado según la invención en estado no deformado: a) en alzado lateral y b) en vista en planta;

La figura 4 muestra un muelle helicoidal según la invención en diferentes escalones de acortamiento (bajo diferentes carreras): a) sin deformar, b) con un primer recorrido de muelle h_{1} y c) con un segundo recorrido de muelle h_{2}; y

La figura 5 muestra un muelle ondulado según la invención en representación tridimensional.

En la figura 1 se representa la línea ondulada de un muelle según la invención en comparación con la línea ondulada de un muelle según el estado de la técnica con sus coordenadas de altura a lo largo de una zona periférica de 360º/6 ondas = 60º. Se desprende de esto que los dos muelles ondulados presentan cada uno de ellos, sobre un total de 360º, seis zonas periféricas representadas del mismo tipo que se unen una a otra. El muelle ondulada según el estado de la técnica tiene sobre la zona periférica representada una evolución sustancialmente en forma cosenoidal, habiéndose dibujado los mínimos min1 y min2 y un máximo max1. Éstos representan puntos de asiento con respecto a superficies de asiento normales al eje x, las cuales se encuentran en el plano de altura x = 0 y x = -1. En el caso de un acortamiento axial en la dirección de la coordenada de altura x, se conservan sustancialmente estos puntos de asiento en un muelle según el estado de la técnica y la cuota elástica es aquí sustancialmente constante a lo largo del recorrido de carrera en la dirección del eje x.

Por el contrario, en el caso de una línea ondulada de un muelle ondulado según la invención, dicha línea ondulada está subdividida en zonas diferentes. La forma de la línea ondulada en una zona corresponde a la respectiva línea de flexión de una viga curvada. Partiendo de los mínimos min1 y min2, así como del máximo max1, la deformación se produce con una primera cuota elástica r_{1} en las primeras zonas de la línea ondulada hasta los puntos min1', min2'', max1', max1''. En las segundas zonas adyacentes de la línea ondulada, la deformación se produce con una segunda cuota elástica más alta r_{2}. La transición de una zona de la línea ondulada a la siguiente zona de dicha línea ondulada se caracteriza por los nuevos puntos de asiento min1', min2'', max1', max1'' que se forman después de un aplanamiento de las primeras zonas de la línea ondulada. Se acorta así la distancia periférica de la línea ondulada libre entre los puntos de asiento operativos.

En la figura 2 se representa la característica elástica para un muelle ondulado según la invención con la evolución de curvas según la figura 1, habiéndose registrado las fuerzas de deformación F sobre la coordenada de altura x. Partiendo de la altura de onda h, tiene lugar una primera zona de acortamiento (carrera) h_{1} con una cuota elástica más baja y una segunda zona de acortamiento adyacente (carrera) h_{2} con una cuota elástica más alta. La representación a muestra la característica teórica calculada y la representación b muestra la característica medida de una pieza
real.

En la figura 3 se muestra un muelle ondulado según la invención, pudiendo apreciarse en la representación b (vista en planta) las magnitudes dimensionales siguientes:

D_{e}: diámetro exterior;

D_{m}: diámetro medio;

D_{i}: diámetro interior;

b: anchura del anillo;

así como en la representación a (alzado lateral) pueden apreciarse las magnitudes dimensionales siguientes:

b: anchura del anillo;

t: espesor del anillo;

l_{0}: altura del muelle;

h: altura de onda.

En la figura 4 se representa una vez más en alzado lateral el muelle ondulado según la figura 3, concretamente en la representación a en estado no deformado, así como en la representación b con una deformación igual a la carrera axial h_{1} en la primera zona de la característica y en la representación c bajo una deformación igual a la carrera axial h_{1} + h_{2}, encontrándose h_{2} en la segunda zona de la característica.

Se pueden apreciar aquí las siguientes magnitudes dimensionales:

t: espesor de la chapa;

l_{0}: altura del muelle;

h_{1}: carrera en la primera zona de la característica;

h_{2}: carrera en la segunda zona de la característica.

En la figura 5 se puede apreciar un muelle ondulado según la invención con un número de n = 5 zonas onduladas en representación tridimensional.

Claims (7)

1. Muelle ondulado axialmente operativo constituido por un cuerpo anular cerrado con un eje x central que está periódicamente ondulado a lo largo del perímetro, en el que la línea ondulada discurre siempre en forma monótonamente ascendente o descendente entre una pluralidad de mínimos de igual magnitud y de máximos de igual magnitud, y en el que se forman en los mínimos y los máximos de la línea ondulada unos puntos de asiento del cuerpo anular con respecto a superficies de asiento normales al eje, caracterizado porque, partiendo de cada mínimo y cada máximo, el cuerpo anular presenta en cada dirección periférica al menos dos respectivos segmentos de línea ondulada mutuamente adyacentes que, al aumentar la carga axial del cuerpo anular, se aplastan individualmente uno tras otro y se pueden poner en contacto con las superficies de asiento.

2. Muelle ondulado según la reivindicación 1, caracterizado porque, al aumentar la carga axial, los puntos de asiento del cuerpo anular en los extremos de las zonas libres de la línea ondulada con respecto a las superficies de asiento se alejan discontinuamente de los mínimos y máximos originales.

3. Muelle ondulado según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque los al menos dos segmentos de línea ondulada mutuamente adyacentes corresponden a las respectivas líneas de curvatura de vigas de flexión cargadas con una carga individual en el extremo libre, basándose las líneas de curvatura de los distintos segmentos de línea ondulada, al aumentar la distancia a los mínimos y máximos originales, en cargas individuales creciente.

4. Muelle ondulado según la reivindicación 3, caracterizado porque los distintos segmentos de línea ondulada se unen uno a otro con estrechos radios.

5. Muelle ondulado según una de las reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado porque están previstos al menos dos mínimos y dos máximos en toda la línea ondulada.

6. Muelle ondulado según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el cuerpo anular tiene siempre una anchura b y un espesor t constantes en todo su perímetro.

7. Muelle ondulado según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el cuerpo anular presenta por fuera y/o por dentro un dentado en calidad de medio de seguro contra giro.