TENSOR COM MECANISMO AMORTIGUADOR Y STSTEMA IMPULSOR DE BANDA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un tensor con un mecanismo de amortiguador un un sistema de impulsión de banda que incluye tal tensor o tensionador. Más particularmente la invención se refiere a un tensor con un resorte de torsión que controla la posición de un brazo pivotal al cual una polea de acoplamiento de banda está montada rotatoriamente. El tensor de la invención con su mecanismo amortiguador es particularmente útil para controlar la tensión de un sistema de impulsión de banda nervada en forma de V tal como una impulsión accesoria extrema frontal para aplicaciones en motores de automóvil. Un mecanismo tensor se usa para controlar automáticamente la tensión de una banda nervada en V de una impulsión accesoria de extremo frontal para aplicaciones en motores de automóvil que rota alrededor de un pivote fijado a la base y usa un buje de manguito sobre el pivote para proveer una superficie portadora para el brazo pivotal rotante, muchos de tales bujes están hechos de plástico y están sometidos al desgaste durante la vida que se espera del tensor. Frecuentemente se usa un resorte de torsión con un extremo conectado al brazo de pivote y el otro extremo interconectado a través de la base para controlar la interconectado a través de la base para controlar la posición del brazo pivotal y la posición de una polea agregada con respecto a una banda, el resorte también se usa para generar una fuerza de resorte operativa con medios de amortiguamiento que generan una componente de fuerza normal hacia una superficie deslizante de fricción para impedir o amortiguar los movimiento oscilatorios del brazo de pivote. En algunos diseños de tensores, el apoyo para la polea está en el mismo plano radial que el buje, de modo que se lleva a un mínimo las cargas sobre el buje y el desgaste de este no conduce apreciablemente a un juego libre del brazo pivotal con un subsiguiente mal alineamiento de la polea durante la vida operativa que se espera del tensor. Ejemplos de tensores de banda con el soporte de polea alineado en un plano lineal común con el buje del pivote del brazo pivotal se presentan en las patentes estadounidenses 4,696,663 y 5,045,031. Ütro diseño de tensor de banda, centraliza el lugar del brazo pivotal entre resortes de torsión arrollados opuestamente y localiza el soporte de la polea a la mitad del camino entre bujes de inserción de nylón. El resorte simétrico de los resorte y el lugar de los bujes da como resultado un desgaste uniforme de cada buje. Un ejemplo de tal tensor se presenta en la Page 8 of SAE Technical Paper Series Number 790699. Los problemas de tales tensores incluyen: su volumen porque el diseño de los dos resortes los hace inadecuados para ajustarlos dentro de los límites de espacios disponibles: su costo, debido a las numerosas partes asociadas con el diseño de los dos resortes, y su falta de un mecanismo ingenioso de amortiguamiento . Un diseño de tensor que resuelve los problemas de volumen, costo y amortiguamiento del tensor anteriormente mencionado SAE se muestra en la patente estadounidense 4,473,362. Esta tiene un brazo de pivote unido a un miembro cilindrico desplazado que soporta al brazo pivotal y rota sobre un pivote fijado a una base. Se usa únicamente un resorte de torsión con un extremo conectado al brazo pivotal y el otro extremo a la base. Un solo buje del tipo de manguito sobre el pivote tiene una superficie que soporta al miembro cilindrico. El plano radial de un soporte de polea está desplazado en relación al buje tipo manguito que introduce un momento o par de fuerza con una carga que debe realizarse por el buje. Tales tensores se mencionan algunas veces como tensores tipo "Zed" en razón del desplazamiento de la polea con respecto a su soporte o estructura base. Las cargas de presión desiguales introducidas en las superficies portadoras del buje pueden dar como resultado un desgaste excesivo del buje y un mal alineamiento de la polea. La banda de un sistema de impulsión que utiliza tales tensores del tipo "Zed" acopla con la polea y genera una fuerza de banda en la polea que es transmitida al miembro cilindrico (de aqui en adelante llamada "carga de cubo"). Como se explica en la patente '362 mencionada las cargas desiguales al buje se reduce por un medio de amortiguamiento que genera un componente de fuerza normal actuando generalmente en la misma dirección que el componente de fuerza de banda transmitido al miembro cilindro, aunque la orientación de la fuerza de banda con el componente de fuerza ciertamente disminuye algo de la carga del buje y los problemas de desgaste relacionados, falta en algunas situaciones de impulsión de banda porque la componente de fuerza normal de los medios amortiguadores es insuficiente para balancear un momento generado por la fuerza de banda que está desplaza desde el miembro cilindrico que porta la carga de cubo y el buje aislado o solo tiene la tendencia a biselarse, a medida que el cambio en las cargas de presión se presentan cuando oscila el brazo pivotal entre direcciones de acuerdo con el sentido del reloj y en sentido contrario. En una dirección del brazo pivotal la fuerza de fricción generada por el mec nismo amortiguador se agrega a las cargas sobre el buje, mientras que en la dirección contraria del movimiento del brazo pivotal las cargas de fricción se sustrae. Eventualmente el biselado del buje debido al desgaste desigual permite que el miembro cilindrico y el brazo pivotal unido se bamboleen ocasionando una mala alineación de la polea con respecto a la banda. Cuando se fabrican tales tensores pueden tener poleas alineadas en más o menos 0.5°, pero después de un uso amplio el biselado del buje ocasiona un mal alineamiento de la polea tan elevado como más o menos 1.5°. SUMARIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la invención un tensor se provee que es particularmente útil en sistemas de impulsores, accesorios de extremo frontal de banda nervada en V usados en aplicaciones automotrices, donde el alineamiento de la polea durante la vida del tensor es importante. El tensor de la banda de la invención es del tipo "Zed" con un brazo pivotal unido a un miembro cilindrico desplazado que soporta el brazo pivotal y rota sobre un pivote fijado a la base. Un buje del tipo de manguito sobre el pivote tiene una superficie portadora que soporta al miembro cilindrico. Una polea está unida al brazo pivotal para acoplar una banda de. n sistema impulsor y recibir una carga de banda que genera un componente de fuerza de banda que es transimido al miembro cilindrico (carga de cubo). La carga de cubo y ia componente de fuerza normal generadas por el mecanismo amortiguador son portadas por cuando menos uno o dos bujes que tienen dos superficies de soporte o portadoras axialmente distanciadas. Los bujes tienen una longitud axial del tamaño de las superficies portadoras para un contacto de presión promedio de modo que tal superficie portadora se desgaste radialmente con la misma tasa. Las superficies portadoras que se desgastan básicamente con la misma tasa aseguran una alineación de la polea durante la vida espera del tensor. En algunos sistemas de impulsión de banda el componente de fuerza normal generada por el mecanismo amortiguador es suficiente para balancear la carga de cubo y proveer el contacto de presión promedio necesario en las superficies portadoras para que se desgasten básicamente con ia misma tasa radial. En tales circunstancias y de acuerdo con otro aspecto de la invención, se provee un mecanismo amortiguador, donde la fuerza normal generada por el medio amortiguador es mayor que la fuerza del resorte que activa el mecanismo amortiguador. El medio amortiguador tiene una zapata de freno con una superficie arqueada exterior que acopla el interior de un segundo miembro cilindrico para proveer fricción a la superficie que allí se desliza. La zapata de freno tiene dos superficies internas de rampa opuestas donde una de las superficies de rampa acopla deslizablemente una superficie de rampa complementaria de la base y la otra superficie de rampa acopla deslizablemente una extensión del extremo del resorte que aplica a la fuerza de resorte a la zapata de freno. El ángulo entre las dos superficies de rampa y la dirección de las fuerzas son tales que una componente de fuerza normal transferida a la zapata de freno es mayor que la fuerza de resorte aplicada. Una ventaja de la invención es el mantenimiento de la alineación de la polea dentro de una pequeña tolerancia durante la vida esperada del tensor. Otra ventaja de la invención es un mecanismo amortiguador que genera una fuerza normal mayor que puede usarse para ventajas secundarias tales como aumento de amortiguamiento . Estas y otras ventajas de la invención se harán aparente por los dibujos y la descripción que sigue: La Figura 1 es una vista frontal esquemática de un sistema de impulsión accesorio de extremo frontal que incluye un tensor de banda según la invención. La Figura 2 es una vista esquemática parcial aumentada tomada esencialmente de la línea 2-2 de la Figura 1 ilustrando varias fuerzas componentes asociadas con el tensor. La Figura 3 es una vista en corte transversal tomada a lo largo de la línea 3-3 de la Figura 2 excepto para la polea que se muestra en un corte transversal en cuarto. La Figura 4 es una vista esquemática tomada a lo largo de la linea 4-4 de la Figura 4 con la polea retirada para ilustra los componentes de fuerzas asociadas con la invención. La Figura 5a es una vista esquemática en sección transversal de los bujes de la Figura 4 y muestra esquemáticamente las fuerzas componentes transferidas a los bujes cuando el brazo pivotal se mueve en la dirección de las manecillas del reloj. La Figura 5b es una vista similar a la Figura 5a pero mostrando las fuerzas componentes cuando el brazo pivotal se mueve en la dirección contraria a las manecillas del relo . La Figura 5c es una vista compuesta que muestra como las fuerzas componentes de la Figura 5a y 5b pueden promediarse para efectuar un contacto de presión promedio en la superficie portadora del buje. La Figura 6 es una modalidad alterna de un buje que tiene dos superficies portadoras distanciadas para recibir -un contacto de presión promedio como se ilustra en la Figura 5a. La Figura 7 es una vista aumentada interrumpida generalmente de la línea 7-7 de la Figura 3 y que muestra el mecanismo amortiguador de la invención. La Figura 8 es una vista similar a la Figura 7 pero mostrando una modalidad alternada de un mecanismo amortiguador; y La Figura 9 es una vista isométrica que muestra un forro para la zapata de freno de la Figura 7. DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Refiriéndonos a las Figuras 1 y 2 se ilustra un tensor 10 con una polea 12 como una parte componente de un sistema impulsor de banda que incluye una banda 16 y varias poleas. A via de ejemplo, la banda 16 es arrastrada alrededor de una polea de marcha 18, una polea de bomba de agua/ventilador 20, una polea de control de potencia 22, una polea de alternador 24, una polea al vacio 26, y una polea del tensor 12. La polea de tensor 12 acopla a la banda 16 y se ilustra en varias posiciones para mostrar esquemáticamente como la polea de mueve para tensar la tensión de la banda. La polea del tensor 12 acopla con la banda 16 y recibe una carga de banda en forma de la tensión de banda TI y T2 de las luces de banda adyacentes 28, 30. La tensión TI y T2 (o carga) se combina para generar una componen-te de fuerza de banda BF a lo largo de una bisectriz o ángulo formado entre las luces de banda 28 30. La componente de fuerza de banda queda desplazada axialmente de un pivote 32 del tensor, y genera una carga de cubo complicada incluyendo fuerzas y momentos que se representan simbólicamente (esto es, no de manera especifica) por la flecha HL. Refiriéndonos a las Figuras 2-4 el tensor 10 es del tipo mecánico e incluye una base 34, un resorte de tensión 36 con un extremo 38 conectado a un brazo pivotal 40 y otro extremo 42 interconectado a través de la base generando una fuerza de resorte que opera con un medio amortiguador 34. El brazo pivotal 40 está unido a un miembro cilindrico 46 desplazado que soporta el brazo pivotal 40 y rota sobre el pivote 32. Los bujes de manguito 48 y 50 son preferentemente del tipo polimerico y están colocados en el pivote para soportar el miembro cilindrico iue está unido al brazo pívotal. Los bujes pueden incluir las bridas 52 y 54 como un soporte de empuje para el miembro cilindrico y un fijador con brida tal como un perno 56 Que retiene al brazo pivotal. La polea 12 está montada rotatoriamente al brazo pivotal 40 tal que por medio de un cojinete de bolas 58 sobre un gorrón 60 formado sobre del brazo pivotal. El soporte es retenido sobre el gorrón como por un perno 62. - -Las orejas 64 y 66 con agujeros para recibir pernos 68 y 70 pueden usarse como medios para montar el tensor a una máquina o motor no mostrado, como parte del sistema impulsión de banda.
Un segundo miembro cilindrico 72 que está deplazado del brazo pivotal y esté coaxial con el primer miembro cilindrico 46 provee una caja para el resorte de torsión y el medio de amortiguación 44. El miembro cilindrico segundo penetra en una depresión cilindrica 64 formada en la caja de una manera algo parecida a la llamada telescópica. Un sello contra el polvo mantiene un ambiente limpio para el resorte y el medio de amortiguamiento 64. El segundo miembro cilindrico también forma parte del medio de amortiguamiento. Refiriéndonos más particularmente a las Figuras 2, 3, 4 y 7 el medio amortiguador 44 es un mecanismo que incluye una extensión 78 del extremo de resorte 42, una zapata de freno 80 con una superficie de fricción arqueada exterior 82 que acopla con una superficie interna suplementaria 84 del miembro cilindrico segundo 72. La zapata de freno tiene superficies de rampa internas opuestas una enfrente de la otra con un intercepción de espacio en un vértice A, opcionalmente la zapata de freno tiene un forro 90 que define la superficie de fricción 82 y está unido a la zapata por ejemplo por los dientes 92 que encajan "en las ranuras 94 formadas en la zapata. El extremo del resorte 42 que interconecta a través de la base 34 se dobla alrededor de una protuberancia 96 t mostrada como un poste) formada de la base o unida a la base. La extensión 78 del extremo de resorte acopla deslizantemente dentro de la superficie de rampa 88 formada en la zapata de freno. La base incluye una protuberancia 100 (mostrada como poste) formada de la base o unida de labase y tiene una superficie de rampa complementaria que acopla deslizantemente con la superficie de rampa 88 formada en la zapata de freno. El resorte 36 bajo torsión aplica una fuerza de resorte SF básicamente normal a la superficie de rampa interna 86 presionando por el lado interno de la superficie de rampa 88 de la zapata contra la superficie de rampa complementaria 102 de la base y presionando el forro contra la superficie del lado interno complementario 84 del miembro cilindrico segundo 72 ocasionando una fuerza de reacción SF que se aplica a ia zapata. La fuerza de resorte SF aplicada al lado interno de la superficie de rampa 86 en combinación con la fuerza reactiva RF en el lado interno de la superficie de rampa 88 genera una fuerza normal NF que es igual y opuesta a la fuerza 104 llevada en la superficie complementaria 84 del miembro cilindrico segundo 72. La fuerza normal NF asi generada está generamente en la misma dirección' i generamente paralela) a la fuerza de banda BF. La magnitud de la fuerza de resorte puede variarse al cambiar el ángulo A entre las superficies de rampa internas y la dirección de la fuerza de resorte SF. Entre mayor sea el ángulo mayor será la fuerza normal. El ángulo A entre las superficies de rampa internas pueden ser aproximadamente 60 a 140°, pero más preferentemente el ángulo será de aproximadamente de 90 a 120° . Otra modalidad de un mecanismo similar a aquel de la Figura 7 se muestra en la Figura 8. El mecanismo amortiguador 106 incluye la extensión 78 del extremo de resorte 42 y la zapata de freno 108 con una superficie de fricción arqueada superior 110 que acopla la superficie interna complementaria 84 del segundo miembro cilindrico 72. La zapata de freno tiene una superficie de rampa interna 112 que acopla deslizantemente la extensión 78 del resorte. Opuesto a la superficie de rampa hay un muñón 114 que encaja sobre un poste pivotal unido a o formado de la base. Üpcionalmente la zapata de freno tiene un forro 118 que define la superficie 110 y está unida a la zapata de freno, por ejemplo un diente 120 que encaja en una ranura 122 formada en la zapata de freno. El extremo del resorte 42 que interconecta a través de la base 34 se dobla alrededor de una protuberancia 96 (mostrada como un poste) o unida a la base . La extensión 78 del extremo de resorte acopla deslizantemente con la superficie de rampa interna 102 formada de la zapata de freno.
El resorte 36 bajo torsión aplica una fuerza de resorte SF' básicamente normal a la superficie de rampa interna 112 pivoteando la zapata con su forro contra la superficie interna complementaria 84 del miembro cilindrico secundario 72. La fuerza de resorte SF' aplicada a la superficie de rampa 112 en combinación con la fuerza reactiva RF ' en el poste pivotal 116 genera una fuerza normal que es igual y opuesta a una fuerza 124 portada en la superficie interna suplementaria 84 del miembro cilindrico segundo. La fuerza normal asi generada está generalmente en la misma dirección (generamente paralela a la fuerza BF que se ilustra en la Figura 2). La magnitud, dirección y localización de la fuerza de banda y de la fuerza normal de un tensor puede usarse opcionalmente para dar la magnitud deseada de la superficie portadora de un buje dispuesto sobre el pivote para un contacto de presión promedio, de modo que cada superficie de soporte se desgaste radialmente a la misma tasa básicamente. Refiriéndonos a la Figura 3 la fuerza de banda BF estando desplazada del miembro cilindrico 46 funciona para aplicar un momento de fuerza en el sentido de las manecillas del reloj, al miembro cilindrico 46 en la sección transversal mostrada en la Figura 4. La fuerza normal NF que opera contra el miembro cilindrico segundo ocasiona en un brazo de momento 126 mover el miembro cilindrico en una dirección contraria a las manecillas del reloj en el plano de la sección transversal en la Figura 4. Las fuerzas introducidas al miembro cilindrico son portadas por los bujes 48,50 teniendo cada uno una superficie portadora que soporta la superficie cilindrica y puede representarse por un componente de fuerza de soporte BC1, BC . Las superficie de soporte están distanciadas una aistancia D. La componente de fuerza BC1 opera en un brazo ae momento 128 con respecto a la fuerza de banda BF y la componente de superficie de soporte BC2 opera en un brazo de momento 130 con respecto a la fuerza de soporte BF. Refiriéndonos a la Figura 5a cada soporte 48, 50 tiene una superficie de soporte BS1, BS2 que soporta una carga CL1. CL2 cuando el brazo de pivote es rotado en la dirección de las manecillas del reloj. Como se sabe en la técnica, un mecanismo amortiguador genera una fuerza que se agrega a las cargas portadas por los soportes o cojinetes cuando el brazo pivotal se mueve en una dirección y substrae las cargas portadas por los soportes o cojinetes cuando el brazo pivotal se mueve en una dirección igual a las manecillas del reloj. Como se ilustra en la Figura 5a ia carga CL1 introducida a la superficie de soporte BC1 en la dirección de las manecillas del reloj es mayor que la carga CL2 introducida a la superficie de soporte BC2 en el cuando el brazo pivotal se mueve en la dirección de las manecillas del relo . Refiriéndonos a la Figura 5b las cargas de la superficie de soporte básicamente cambian cuando el brazo pivotal se mueve en la dirección opuesta o dirección contraria a las manecillas del reloj. Como se ilustra la carga CC1 que se introduce a la superficie de carga BC1 es menor que la carga CC2 introducida a su superficie de soporte BC2, cuando el brazo de pivote de mueve en la dirección contraria a las manecillas del reloj. Las cargas CL1 y CC1 pueden promediarse para determinar una carga promedio que debe, ser portada por la superficie de soporte BC1. Similarmente la carga CL2 y CC2 puede promediarse para determinar las cargas que deben ser portadas por la superficie de soporte BC2. Es probable que las cargas asi promediadas no sean iguales como se ilustra en la Figura 5c. La carga promedio CAÍ (igual y opuesta a la BC2 ) es mayor que la carga promedio CA2 (igual o puesta ala BC2 ) . De acuerdo con la invención la superficie de soporte BC1 y la BC2 tienen una longitud axial BL1 y BL2 que determina el tamaño de la superficie de soporte para un contacto de presión promedio PBl y PB2 tal que cada superficie de soporte se desgaste radialmente básicamente con la misma tasa. Como se ilustra en la Figura 5c el buje 48 tiene , una longitud axial mayor BL1 que el buje 50 que tiene la longitud BL2 , de modo que el contacto de presión PCI casi iguala al PC2. Por supuesto si los bujes fueran hechos de diferentes materiales para tener diferentes tasas de desgaste, la longitud de los bujes podría determinarse para un contacto de presión que produjera básicamente la misma tasa de desgaste radial. Refiriéndonos a la Figura 6 un solo buje 132 puede usarse que tiene una superficie de soporte BC1 distanciada separada de una distancia D' de la superficie de soporte BC2. La longitud BL1 ' de la superficie de soporte BC1 es mayor que la longitud BL2 déla superficie de soporte BC2 , de modo que un contacto de presión promedio como se ilustra en la Figura 5c es básicamente el mismo para cada superficie de presión. Un tensor de acuerdo con. la invención se construyó con una polea de un diámetro de 76.2 mm y un resorte de torsión de 100.8 libras con las siguientes características: Promedio BF 108 Ib 49.03 Kg Promedio NF 156 Ib 70.82 Kg Promedio SF 123 Ib 55.84 Kg Promedio RF 69 Ib 31.32 Kg 126" " 54.5 mm 128 23.3 mm 130 42.5 mm D 9.7 mm CL1 216 Ib 98.06 Kg CL2 102 Ib 46.30 Kg CC1 77 Ib 34.95 Kg CC2 164 Ib 74.45 Kg CAÍ 146.5 Ib 66.51 Kg CA2 133 Ib 60.38 Kg BL1 10 mm BL2 9 mm PCI 636 lb/pul2 44.52 Kg/cm2 PPCC22 640 lb/puis 44.80 Kg/cm2 Refiriéndonos a lo anterior la longitud de soporte se determino de tal manera que hubiera un contacto de presión básicamente igual (638 y 640 lb/pul2) (44.52 y
44.30 Kg/cm2) para los bujes 48 y 50. Después de que el tensor fué construido la falta de alineación con respecto al pasador del pivote fué de más menos 0.15°. El tensor fué tensado ciclando su brazo pivotal durante 30 X 10s ciclos bajo carga para determinar la alineación de la polea durante una vida cíclica esperada por el tensor. La superficie de soporte BC1 y BC2 se desgastaron básicamente a la misma tasa para ofrecer una alineación de polea más menos 0.30°. Antes de la prueba los bujes tenían un buje radial de 0.8 mm. Después de la prueba el grueso radial de cada buje en la superficie de soporte cargando la carga era de 0.65 mm y 0.65 mm.