ES2276382T3 - Procedimiento de fabricacion de un dispositivo de articulacion con masa elastica constituida por bloques de naturaleza diferente. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de fabricación de un dispositivo de articulación elástico destinado a permitir la articulación de dos elementos uno con relación al otro, del tipo que comprende una armadura exterior tubular axial (1) apropiada para ser enmangada en el primer elemento, un núcleo tubular central (2) apto para ser unido al segundo elemento, montado en el interior de la citada armadura (1) y de eje paralelo a esta última, así como una masa (3) de material elástico que une entre ellos la citada armadura exterior (1) y dicho núcleo central (2), que está constituida por al menos un primer bloque (30) de un primer material que presenta un valor de amortiguación elevado y por al menos un segundo bloque (31) de un segundo material que presenta un valor de rigidificación pequeño, siendo estos primer y segundo bloques (30, 31) contiguos, es decir en contacto directo o por medio de un elemento tubular de pequeño espesor, y que presentan una superficie de contacto (5) que se extiende exclusivamente según una dirección esencialmente transversal, es decir generalmente cilíndrica, coaxial a la armadura y al núcleo o esencialmente radial, caracterizado porque se moldean simultáneamente, en particular mediante inyección, dichos primer y segundo bloques (30, 31).
Description
Procedimiento de fabricación de un dispositivo
de articulación con masa elástica constituida por bloques de
naturaleza diferente.
La invención se refiere a un procedimiento de
fabricación de un dispositivo de articulación elástico según el
preámbulo de la reivindicación 1.
(véase el documento
US-A-2 958 526)
Este tipo de dispositivo está destinado a
asegurar la unión entre dos elementos móviles uno con relación al
otro.
Se utiliza en particular en el ámbito de los
transportes y más particularmente en los ejes rodantes, las
suspensiones, los dispositivos compensadores del par motor de un
automóvil, de un camión o de cualquier otra máquina rodante, por
ejemplo una locomotora o un vagón de ferrocarril. Más exactamente,
encuentra una aplicación particular en el campo de la conexión al
suelo, en particular en el caso de la unión entre la caja y una
bancada, de un eje deformable o incluso de un triángulo de un
automóvil.
De manera usual, un dispositivo de articulación
elástica tal como el descrito por ejemplo en el documento
FR-A-2 715 702, comprende una
armadura exterior tubular que rodea un núcleo central también
tubular y coaxial, habiéndose hecho solidaria esta armadura con el
núcleo mediante una masa de material elástico, del tipo caucho
natural o elastómero.
La función de un dispositivo de este tipo es
asegurar la unión y el filtrado de las vibraciones entre dos
elementos, por ejemplo entre la caja de un vehículo y la rueda. Por
esta razón, el núcleo está atravesado por una abertura central
axial que permite hacerlo solidario a la caja de un vehículo,
mientras que el manguito exterior está unido al cubo de una de las
ruedas del vehículo. El montaje inverso también es posible.
El comportamiento en carretera de un vehículo
necesita un valor grande de rigidez dinámica y estática del
material elástico, esto para cada una de las direcciones del
vehículo.
Para mejorar el comportamiento vibratorio, es
necesario aumentar el nivel de amortiguación (a la frecuencia del
modo a amortiguar), en particular en el sentido longitudinal del
vehículo.
En plano acústico, el deseo es bajar el nivel de
rigidez, con el fin de disminuir el ruido de rodadura y de forma
privilegiada para la dirección vertical del vehículo.
La dificultad es conciliar el nivel de rigidez
dinámica y el nivel de amortiguación, teniendo en cuenta que es
diferente según las direcciones principales del dispositivo de
articulación.
La rigidez dinámica y la amortiguación dependen
del nivel de amplitud y de la frecuencia. Por otra parte, cuanto
más elevado es el valor de amortiguación de un elastómero, más
aumentan las rigideces dinámicas en función de los parámetros
citados anteriormente. En efecto, no existe material con un valor de
amortiguación elevado que rigidice poco.
Debido a este hecho, la elección de un
elastómero es a menudo el compromiso entre una amortiguación elevada
y una rigidificación poco importante, lo que es contradictorio con
la naturaleza del elastómero.
Otra solución consiste en escoger optar un
primer valor satisfactorio (por ejemplo en el plano de la
amortiguación) aceptando que el segundo valor se deteriore.
Aún otra solución consiste en utilizar dos
elastómeros que presentan propiedades diferentes, mediante el
ensamblado de varios dispositivos de articulación montados de
manera concéntrica. Pero esto se traduce en un coste
elevado.
elevado.
La presente invención tiene como objetivo
proponer un procedimiento de fabricación de un dispositivo de
articulación elástico que permite no lograr un compromiso entre una
amortiguación elevada y una rigidificación poco importante, esto
sin un sobrecoste notable.
De este modo, este procedimiento de fabricación
de un dispositivo de articulación elástico se caracteriza
esencialmente porque se moldea simultáneamente, en particular
mediante inyección, dichos primer y segundo bloques.
De este modo, el dispositivo fabricado así
presenta por lo menos un bloque de material elástico (por ejemplo
de caucho) que amortigua en la dirección que se intenta amortiguar y
por lo menos un bloque de material elástico que rigidiza poco, si
se desea atenuar este aumento de rigidez para disminuir el
ruido.
En el conjunto de la presente solicitud,
incluidas las reivindicaciones, se entiende por la expresión
"superficie de contacto que se extiende exclusivamente según una
dirección esencialmente transversal", el hecho de que esta
superficie se extiende según una dirección generalmente cilíndrica,
coaxial a la armadura y al núcleo, o que se extiende según una
dirección esencialmente radial. En cualquier caso, se excluye de
esta definición una superficie de contacto situada en un plano
perpendicular al eje longitudinal del dispositivo, es decir el caso
en que los dos bloques están superpuestos en el sentido
longitudinal.
Por otra parte, se entiende asimismo que los dos
bloques pueden estar tanto en contacto directo como por medio de un
elemento tubular de pequeño espesor.
Por otra parte, según un cierto número de
características de este procedimiento:
- el moldeo se realiza mediante inyección, y se
utilizan dos unidades de inyección verticales;
- se utiliza una unidad de inyección vertical y
una unidad de inyección horizontal;
- se utilizan dos unidades de inyección
horizontales;
- dichos bloques son coaxiales;
- entre los dos bloques se intercala un elemento
tubular, hendido o no, de pequeño espesor, coaxial a dichos
armadura y núcleo;
- dichos bloques están repartidos según unos
sectores angulares sustancialmente idénticos;
- el número de sectores es igual a dos;
- el número de sectores es igual a cuatro, los
cuales se reparten de manera alternada, estando los bloques
constituidos por un mismo material, preferentemente opuestos
diametralmente;
- dicho dispositivo presenta por lo menos un
vaciado en la zona de contacto de dichos bloques;
- la citada armadura exterior consta, en por lo
menos uno de sus extremos, un collarín periférico que está
revestido de material elástico, el cual constituye un tope
axial;
- dicho material elástico está constituido por
el mismo material que el del primer bloque o por el mismo material
que el del segundo bloque, o por una mezcla de los dos;
- dichos armadura tubular y núcleo central son
coaxiales.
Otras características y ventajas de la invención
se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la lectura de
la descripción siguiente haciendo referencia a los dibujos adjuntos,
en los que:
- la figura 1 es una vista en sección según un
plano medio transversal de un primer modo de realización del
dispositivo de articulación fabricado según el procedimiento de la
invención;
- la figura 2 es una vista en perspectiva del
dispositivo de la figura 1;
- la figura 3 es una vista en sección, según un
plano medio longitudinal, del mismo dispositivo;
- la figura 4 es un esquema destinado a ilustrar
el comportamiento del dispositivo de las figuras 1 a la 3;
- las figuras 5 y 6 son unas vistas en sección,
respectivamente según unos planos medios longitudinal y transversal,
de un segundo modo de realización del dispositivo;
- la figura 7 es una vista en sección, según un
plano de corte medio transversal, de un tercer modo de realización
del dispositivo;
- las figuras 8 y 9 son unos esquemas destinados
a ilustrar dos variantes del procedimiento de fabricación por
moldeo de los bloques de material elástico que constituyen el
dispositivo;
- la figura 10 es una vista en perspectiva de un
dispositivo y de los canales de distribución del material
elástico.
Antes de describir el procedimiento de
fabricación del dispositivo de articulación, se describirá a
continuación la estructura misma de este dispositivo.
El dispositivo representado en la figura 1
comprende una armadura exterior 1, un núcleo central 2 y una masa
de elastómero 3.
\newpage
La armadura exterior 1 presenta una forma
tubular alargada, de eje Y-Y', cuya sección en
sección es circular. Está destinada a ser enmangada en el orificio
calibrado de un primero de los dos elementos a articular uno con
relación al otro.
Sus paredes exterior e interior se han designado
con las referencias numéricas 10 y 11 respectivamente.
En su extremo superior, presenta un collarín
periférico 12, constituido por una solapa en ángulo recto dirigida
hacia el exterior.
El núcleo central 2 está constituido por un tubo
de sección aproximadamente cuadrada, montado coaxialmente en el
interior de la armadura 1. Está destinado a ser unido a un segundo
elemento a aislar de las vibraciones, por ejemplo por medio de una
horquilla.
Su longitud es ligeramente superior a la de la
armadura y está colocado de manera que sus extremos que salen de la
armadura presenten sustancialmente la misma dimensión.
Este tubo presenta un agujero calibrado central
y axial 20. Sus paredes exterior e interior se han designado con
las referencias numéricas como 21 y 22 respectivamente.
La armadura exterior 1 está realizada en
material termoplástico o en metal, en particular en acero o en
aluminio. El núcleo central 2 está realizado en un material
apropiado para soportar los esfuerzos mecánicos que sufre la
articulación durante la utilización. Se trata ventajosamente de un
metal, tal como acero o aluminio.
La masa de material elástico 3, de tipo caucho
material elastómero, une entre ellas las dos piezas citadas
anteriormente y asegura la articulación y el filtrado de las
vibraciones.
En la forma de realización descrita aquí, la
masa de material elástico se extiende esencialmente en la parte
media de la superficie de las paredes en frente de la armadura 1 y
del núcleo 2, de manera que se disponen dos espacios E, de volumen
idéntico, a ambos lados de la masa de elastómero. En otras palabras,
estos espacios anulares E comunican por un lado con la masa de
elastómero y con el exterior por los extremos opuestos de la
armadura.
La masa de elastómero está constituida en este
caso por dos bloques 30 de un primer material que presenta un valor
de amortiguación elevado y por dos bloques 31 de un segundo material
que presenta un valor de rigidificación pequeño.
Estos bloques están repartidos según unos
sectores angulares sustancialmente idénticos (90º) y están
organizados de manera que los bloques 30, respectivamente 31, de un
mismo material son diametralmente opuestos.
Según una variante no representada, estos
bloques pueden estar repartidos según unos sectores angulares
diferentes, por ejemplo de 110 y 70º respectivamente.
Su superficie de contacto mutuo S se extiende
por lo tanto según unos planos radiales dispuestos angularmente de
manera media con relación a los ejes Y-Y' y
Z-Z' del dispositivo.
Se trata de planos en los que la articulación no
está inducida a ser solicitada. Esto es ventajoso en el plano de la
duración de vida del contacto mutuo entre los bloques.
Esta superficie está limitada en este caso por
el hecho de que los bloques presentan en estas zonas unos vacíos
F.
El material que constituye los bloques se
extiende contra la cara interior 11 de la armadura 1 para recubrir
el collarín 12, constituyendo así un tope axial. El collarín puede
estar constituido o bien exclusivamente por el material que
constituye los bloques 30, o por el que constituye los bloques 31, o
bien por una mezcla de estos.
Se ha representado muy esquemáticamente en la
parte izquierda de la figura 4 un dispositivo obtenido según el
procedimiento de la invención. Los bloques citados anteriormente se
han representado aquí en forma de pastillas de caucho P_{1} y
P_{2} de eje Z-Z' y de pastillas de caucho P_{3}
y P_{4} de eje X-X'. Este dispositivo se puede
representar simbólicamente como se muestra en la parte derecha de la
propia figura 4, a saber en forma de dos armaduras planas paralelas
A_{1} y A_{2}, unidas por dos pastillas de caucho P_{5} y
P_{6} montadas en paralelo.
Para una solicitación según
X-X', las pastillas de caucho P_{3} y P_{4}
trabajarán mayoritariamente en compresión y las pastillas de caucho
P_{1} y P_{2} situadas en la dirección Z-Z'
trabajarán mayoritariamente en cizallamiento.
A la inversa, para una solicitación según
Z-Z', las pastillas de caucho en la dirección
X-X' trabajarán mayoritariamente en cizallamiento y
las pastillas de caucho en la dirección Z-Z'
trabajarán mayoritariamente en compre-
sión.
sión.
\newpage
La rigidez dinámica de un elemento de caucho se
compone de una parte real y de una parte imaginaria:
- K^{*}
- = K' + iK''
- \quad
- = K' (1 + i K''/K')
- \quad
- = K' (1 + itg\varphi)
con tg\varphi = K''/K'
y
- K^{*}
- = módulo de la rigidez dinámica
- K'
- = parte real de la rigidez dinámica
- K''
- = parte imaginaria de la rigidez dinámica
Observación: siendo la amortiguación de una
articulación pequeña, se tiene: K*\approxK'
Para las pastillas de caucho en la dirección
X-X': K_{X}* = K_{X}' + iK_{X}''
Para las pastillas de caucho en la dirección
Z-Z': K_{Z}* = K_{Z}' + iK_{Z}''
Para el conjunto de la articulación
bi-material constituida de este modo, la rigidez
dinámica será:
- K^{*}
- = K_{x}^{*} + K_{z}^{*}
- \quad
- = K_{x}' + iK_{x}'' + K_{z}' + iK_{z}''
- \quad
- = K_{x}' + K_{z}' + i (K_{x}'' + K_{z}'')
- \quad
- = (K_{x}' + K_{z}') [1 + i (K_{x}'' + K_{z}'')/(K_{x}' + K_{z}')]
- \quad
- = (K_{x}' + K_{z}') [1 + i (K_{x}'.K_{x}''/K_{x}' + K_{z}'.K_{z}''/K_{z}')/(K_{x}' + K_{z}')]
- \quad
- = (K_{x}' + K_{z}') [1 + i (K_{x}'.K_{x}''/K_{x}' + K_{z}'.K_{z}''/K_{z}')/(K_{x}' + K_{z}')]
- \quad
- = (K_{x}' + K_{z}') [1 + i (K_{x}'. tg\Phi_{x} + K_{z}'. tg\Phi_{z})/(K_{x}' + K_{z}')]
Si tg\Phi_{x} = K_{x}''/K_{x}' y
tg\Phi_{z} = K_{z}''/K_{z}'
Se tiene por lo tanto:
K^{*} = K' (1 + itg\Phi), con
- K' = K_{x}' + K_{z}'
- (parte real de la articulación bi-material)
- K'' = K_{x}'.tg\varphi_{x} + K_{z}'.tg\varphi_{z}
- (parte imaginaria de la articulación bi-material)
- Tg\varphi= (K_{x}'.tg\varphi_{x} + K_{z}'.tg\varphi_{z})/(K_{x}' + K_{z}')
- (amortiguación de la articulación bi-material)
La amortiguación de una articulación
bi-material es por tanto el baricentro de la
amortiguación de las pastillas de caucho en la dirección
X-X' y de la amortiguación de las pastillas de
caucho en la dirección Z-Z'. Sus coeficientes
respectivos son sus rigideces reales.
Mediante el cálculo de elementos finitos, se
descompone la parte de rigidez según las direcciones
X-X' y Z-Z' de las pastillas de
caucho situadas según las direcciones X-X' y
Z-Z'.
La pastilla de caucho según la dirección
X-X' presentará una fuerte amortiguación para
amortiguar los modos de ejes mientras que la pastilla de caucho
según la dirección Z-Z' presentará una amortiguación
pequeña para rigidificar y por lo tanto generar poco ruido de
rodadura.
Incluso si la amortiguación de las pastillas en
X es de 0,25, la amortiguación según la dirección
X-X' sólo es de 0,2. El objetivo es minimizar la
contribución de la rigidez según X-X' de la pastilla
en Z-Z' y de la rigidez según Z-Z'
de la pastilla en X-X' con el fin de alcanzar
naturalmente los objetivos de amortiguación para cada
dirección.
El dispositivo representado en las figuras 5 y
nº 6 presenta sustancialmente la misma estructura que la descrita
con referencia a las figuras anteriores.
Sin embargo en este caso se trata de unos
bloques 30 y 31 dispuestos de manera coaxial y separados por un
elemento tubular de pequeño espesor 4.
Gracias a esta estructura, el bloque 31 será
flexible durante un pequeño recorrido (por ejemplo \pm 0,1 mm)
con el fin de filtrar en particular los ruidos y el bloque 30
presentará una rigidez elevada con el fin de satisfacer los
objetivos de comportamiento en carretera.
A título indicativo, la articulación puede
presentar las características siguientes:
Según la dirección "amortiguadora":
- -
- bajo una frecuencia de 1 Herz y una solicitación de \pm1 mm: K = 100 daN/mm
- -
- bajo una frecuencia de 15 Herz y una solicitación de 1 mm: Tg\varphi = 0,3
- -
- bajo una frecuencia de 100 Herz y una solicitación de 1 mm: K = 300 daN/mm
Según la dirección "filtrante":
- -
- bajo una frecuencia de 1 Herz y una solicitación de \pm1 mm: K = 100 daN/mm
- -
- bajo una frecuencia de 15 Herz y una solicitación de 1 mm: Tg\varphi = 0,1
- -
- bajo una frecuencia de 100 Herz y una solicitación de 1 mm: K = 150 daN/mm
El dispositivo representado en la figura 7 se
diferencia del dispositivo de las figuras 5 y 6 porque los bloques
30 y 31 están separados por una estructura laminar 5, porque el
núcleo 2 presenta una sección que se inscribe sustancialmente en un
cuadrado y porque los bloques comprenden unos vaciados.
El procedimiento de fabricación de este
dispositivo se ilustra más particularmente en las figuras 8 y 9.
Así, se ha representado en la figura 8 un
ejemplo de una instalación que permite su realización.
Se trata de una prensa 6 constituida, de arriba
hacia abajo, de una bandeja superior 63, por una placa superior de
molde 60, por un alojamiento de matriz 61, por un alojamiento de
matriz 62 y por un plato inferior de prensa.
La pieza a moldear está designada por la
referencia general 64.
Para realizar el moldeo, se coloca en el molde
la armadura exterior y el núcleo central. Entonces se inyectan los
dos materiales (por ejemplo de caucho) de un modo simultáneo. Para
esto, se utilizan dos unidades de inyección independientes. En el
caso presente, se trata de dos unidades de inyección verticales tal
como lo muestran las flechas en trazo discontinuo 7 y 8, que
identifican los recorridos seguidos por el material.
La regulación de los parámetros de moldeo
(tiempo de inyección, velocidad de inyección, temperatura) se
escogerá de manera que no se dependa de la diferencia de viscosidad
entre los dos materiales.
La instalación representada en la figura 9 se
diferencia de la anterior únicamente por el hecho de que se utiliza
una unidad de inyección vertical y una unidad de inyección
horizontal, tal como lo muestran las flechas 7 y 8.
En la figura 10 está representado un dispositivo
1 con, simbolizado por las líneas que llevan la referencia 9, los
dos "caminos" de inyección seguidos por el material. Se
resaltará a este respecto, que existen tantos puntos de inyección
como bloques 30 y 31.
Se observará por último que los dos bloques de
material están en contacto entre sí en un lugar donde la pieza no
está solicitada o está poco solicitada. Si este contacto tuviera
lugar en un lugar de solicitación importante, la vida útil del
dispositivo no sería muy larga. La implantación de esta zona se
determina en particular por la geometría de la pieza y de los
parámetros de fabricación.
Claims (13)
1. Procedimiento de fabricación de un
dispositivo de articulación elástico destinado a permitir la
articulación de dos elementos uno con relación al otro, del tipo
que comprende una armadura exterior tubular axial (1) apropiada
para ser enmangada en el primer elemento, un núcleo tubular central
(2) apto para ser unido al segundo elemento, montado en el interior
de la citada armadura (1) y de eje paralelo a esta última, así como
una masa (3) de material elástico que une entre ellos la citada
armadura exterior (1) y dicho núcleo central (2), que está
constituida por al menos un primer bloque (30) de un primer material
que presenta un valor de amortiguación elevado y por al menos un
segundo bloque (31) de un segundo material que presenta un valor de
rigidificación pequeño, siendo estos primer y segundo bloques (30,
31) contiguos, es decir en contacto directo o por medio de un
elemento tubular de pequeño espesor, y que presentan una superficie
de contacto (5) que se extiende exclusivamente según una dirección
esencialmente transversal, es decir generalmente cilíndrica, coaxial
a la armadura y al núcleo o esencialmente radial,
caracterizado porque se moldean
simultáneamente, en particular mediante inyección, dichos primer y
segundo bloques (30, 31).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el moldeo se realiza mediante inyección, caracterizado
porque se utilizan dos unidades de inyección verticales.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el moldeo se realiza mediante inyección, caracterizado
porque se utiliza una unidad de inyección vertical y una unidad de
inyección horizontal.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el moldeo se realiza mediante inyección, caracterizado
porque se utilizan dos unidades de inyección horizontales.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dichos bloques
(30, 31) son coaxiales.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque entre los dos bloques (30, 31) se
intercala un elemento tubular (4) hendido o no, de pequeño espesor,
coaxial a dicha armadura (1) y a dicho núcleo (2).
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dichos bloques
(30, 31) están repartidos según unos sectores angulares
sustancialmente idénticos.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el número de sectores es igual a
dos.
9. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el número de sectores es igual a cuatro,
los cuales están repartidos de manera alternada, estando los
bloques (30, 31) constituidos por un mismo material preferentemente
diametralmente opuestos.
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque dicho
dispositivo presenta por lo menos un vaciado (F) en la zona de
contacto de dichos bloques.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la citada
armadura exterior (1) consta, en por lo menos en uno de sus
extremos, un collarín periférico (12) que está revestido de
material elástico, el cual constituye un tope axial.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
caracterizado porque dicho material elástico está constituido
por un mismo material que el del primer bloque (30) o por el mismo
material que el del segundo bloque (31), o por una mezcla de los
dos.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha
armadura tubular (1) y dicho núcleo central (2) son coaxiales.
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