ES2229504T3 - Conjunto de rotacion libre planar. - Google Patents

Abstract

Un acoplamiento plano de rotación libre (34) incluye un par de placas de acoplamiento giratorias coaxiales (36, 38) situadas próximas entre sí. Las manguetas (56) sostenidas nominalmente en las cavidades (54, 60) formadas en una de las placas de acoplamiento, están presionadas para engarzar normalmente con las cavidades formadas en la otra placa de acoplamiento por un muelle dispuesto debajo de cada mangueta (56). Al menos un extremo de cada una de dichas manguetas (56) está provisto con una superficie final redondeada que tiene un primer radio de curvatura nominal. La superficie de la cavidad o del reborde con el que engarza el extremo redondeado de la mangueta está provisto igualmente con un segundo radio de curvatura nominal que es igual o mayor que el primer radio de curvatura de la superficie final de la mangueta. Las superficies finales redondeadas de la mangueta en los correspondientes rebordes de las cavidades permiten la fabricación de acoplamientos simplificados y reducen la tensión en las manguetas (56) durante la transmisión de torsión a través del acoplamiento.

Description

Conjunto de embrague de rotación libre planar.

Campo técnico

El presente invento se refiere a acoplamientos transmisores por torsión y, más concretamente, a un aparato de acoplamiento unidireccional con piezas de acoplamiento planares.

Técnica anterior

En el control de la distribución del par de torsión en un mecanismo de transmisión de energía es práctica común utilizar acoplamientos de rotación libre, que actúen solos o en combinación con un acoplamiento de fricción, para establecer selectivamente la transferencia de par de una pieza de transferencia de par a otra, o para sujetar una pieza de transferencia de par a un alojamiento estacionario y por lo tanto proporcionar un punto de reacción conforme se entrega el par de una pieza de entrada de par a una pieza conducida. Por ejemplo, en el caso de un mecanismo de transmisión de energía por engranajes, se establecen unas rutas plurales de suministro de par para transferir el par desde una fuente de par, tal cómo un motor de combustión interna, a una pieza conducida tal como un eje propulsor de par conectado a un eje motriz para un vehículo sobre ruedas. Los acoplamientos de rotación libre en tales mecanismos de transmisión permiten la transferencia de par de una pieza motriz a una pieza conducida cuando la pieza motriz gira en una dirección relativa a la pieza conducida, al tiempo que permite el movimiento de rueda libre de la pieza motriz con relación a la pieza conducida cuando la pieza motriz gira en la otra dirección con relación a la pieza conducida, al igual que cuando se interrumpe el par.

Dichos acoplamientos de rotación libre pueden incluir anillos concéntricos guía interiores y exteriores del embrague o del freno con elementos sprag basculantes colocados en los anillos guías para la transferencia de par de un anillo guía a otro cuando el par es abastecido en una dirección a través del mecanismo. Con la inversión de par, los elementos sprag permitirán el movimiento de rueda libre de uno de los anillos guía con relación al otro. Otro montaje común de acoplamiento de rotación libre consiste en unos anillos guía concéntricos interior y exterior, uno de los anillos guía dispuesto en leva. Los rodillos de acoplamiento se colocan entre los anillos guía, cada rodillo encaja con una superficie de leva aparte. Con la distribución de par en una dirección a través del acoplamiento, los rodillos se encajan con las superficies de leva; pero con la inversión de par, los rodillos pueden desencajarse de las superficies de sus levas respectivas conforme se permite el movimiento relativo de rotación libre de los anillos guía.

La patente estadounidense N° 5.597.057 expedida el 28 de enero de 1997, describe un montaje de acoplamiento de rotación libre planar que incluye un par de placas de acoplamiento que giran alrededor de un eje común cuyas caras planares de acoplamiento se encuentran en relación yuxtapuesta cerrada. Cada placa de acoplamiento incluye una pluralidad de entrantes formados en su cara de acoplamiento planar. Unos puntales de transmisión de par de torsión, generalmente planos, encajan en los entrantes de una placa de acoplamiento mientras que un resorte colocado debajo de cada puntal impulsa el movimiento giratorio alrededor de un eje pivote, en donde cada puntal sobresale del entrante en una placa de acoplamiento y encaja con el entrante formado en la otra placa de acoplamiento.

Cuando se transfiere el par de una placa de acoplamiento a la otra placa de acoplamiento en una dirección, al menos uno de los puntales queda enclavado en los entrantes respectivos de las placas de acoplamiento. Si la placa de acoplamiento conducida sobrepasa la placa de acoplamiento motriz cuando se interrumpe la transferencia de par, los puntales se sujetarán en trinquete por encima de los entrantes de la placa conducida, cada puntal girando alrededor de su eje pivotal respectivo mientras que sigue siendo impulsado por su resorte respectivo a encajar en trinquete con la placa de acoplamiento conducida. Esta sujeción en trinquete de los puntales y el acoplamiento conducido en el estado de rotación libre genera un ruido no deseado mientras también se provoca un desgaste no deseado tanto de los puntales como de la placa de acoplamiento conducida.

Los puntales y las placas de acoplamiento pueden desgastarse aún más si se deja que los puntales floten en sus respectivos entrantes de la placa de acoplamiento, especialmente cuando no se desea o resulta poco práctico lubricar las caras de la placa de acoplamiento yuxtapuestas con una gran cantidad de aceite lubricante durante su funcionamiento. En el acoplamiento de rotación libre planar descrito en la patente estadounidense N° 5.597.057, los puntales incluyen unas partes salientes laterales que encajan en los entrantes complementarios formados en cada una de las cavidades de los puntales. Las partes salientes laterales sirven para colocar y estabilizar el puntal dentro de las cavidades para, de esta manera, evitar que los puntales floten cuando una placa de acoplamiento gira con relación a la otra en una dirección de rotación libre a velocidades relativas bastante altas.

Además, las tensiones inducidas en los puntales generalmente planos que transmiten par desde la placa de acoplamiento motriz hasta la placa de acoplamiento conducida de dichos acoplamientos de rotación libre planar conocidos pueden ser extremas, especialmente allí donde las variaciones de tolerancia entre los puntales y las cavidades respectivas de las placas de acoplamiento son tales que un puntal transporta mayor carga con relación a otro puntal.

Descripción del invento

Un objetivo del invento es proporcionar un acoplamiento de rotación libre que no requiera las operaciones de maquinado de precisión que serían inherentes a la fabricación de acoplamientos tipo sprag convencionales o montajes de acoplamiento de rodillos de rotación libre.

También es objeto del invento el proporcionar un acoplamiento de rotación libre planar que evite los problemas de desgaste que puedan asociarse con los acoplamientos de rotación libre planar de la técnica anterior.

También es objeto del invento el proporcionar un acoplamiento de rotación libre planar capaz de transmitir un mayor par entre sus placas de acoplamiento motriz y conducida.

Otro objeto del invento es proporcionar un acoplamiento de rotación libre planar en el que la condición de rotación libre se caracteriza porque ningún puntal se encaja mediante trinquete con una placa de acoplamiento.

Otro objeto del invento es proporcionar un acoplamiento de rotación libre planar en el que la condición de rotación libre se caracteriza por la formación de una capa limitante hidrodinámica entre los puntales y una placa de acoplamiento.

De acuerdo con el presente invento, se proporciona un acoplamiento de rotación libre planar que incluye un par de placas de acoplamiento con caras de acoplamiento generalmente planares situadas en estrecha relación yuxtapuesta, cada placa de acoplamiento pudiendo girar alrededor de un eje común, y cada cara de acoplamiento incluyendo al menos una cavidad; y un puntal que tiene una primera superficie extrema que puede encajar con un primer soporte de carga de par definido por una primera cavidad en la cara de acoplamiento de una placa de acoplamiento y una segunda superficie extrema que puede encajar con un segundo soporte de carga de par definido por una segunda cavidad en la cara de acoplamiento de la otra placa de acoplamiento, caracterizándose por el hecho de que en la vista en planta, la primera superficie extrema del puntal incluye un primer radio de curvatura, y el primer soporte incluye un segundo radio de curvatura igual o superior al primer radio de curvatura.

Esta relación geométrica estratégica del puntal con relación a las cavidades posibilita la distribución de fuerzas en el puntal por una zona más grande, reduciendo de esta forma las tensiones en los elementos transmisores de par.

De acuerdo con otra característica del invento, cada puntal está formado por superficies extremas no paralelas, y las cavidades de las placas de acoplamiento se forman con soportes complementarios de engranaje de puntal no paralelos. Esta geometría mejorada tiene otra ventaja: la de simplificar la fabricación de las placas de acoplamiento y de los puntales, independientemente de si las placas de acoplamiento o los puntales se forman usando técnicas pulvimetalúrgicas o técnicas de maquinado convencional.

De acuerdo con otra característica del invento, el acoplamiento de rotación libre planar puede incluir múltiples puntales activos que provoquen una mayor capacidad transmisora de par del acoplamiento. Específicamente, en una representación preferida, las cavidades de las caras de la placa de acoplamiento están desplegadas en forma angular con relación al eje de acoplamiento de manera que al menos dos puntales serán activos y capaces de transmitir simultáneamente el par desde la placa de acoplamiento motriz a la placa de acoplamiento conducida. Dicha transmisión simultánea de par distribuye la carga aplicada entre los puntales activos, aumentando así sustancialmente la capacidad transmisora de par del acoplamiento. El número de cavidades o entradas de la placa puede variar, según se desee, según el número de engranajes de puntales que se requiera para una aplicación concreta.

De acuerdo con otra característica más del invento, el acoplamiento de rotación libre planar establece una capa limitante hidrodinámica de fluido lubricante entre cada puntal y una de las caras de la placa de acoplamiento cuando se opera en condición de rotación libre a una velocidad relativamente alta. Esta capa limitante genera un efecto de cojinete hidrodinámico que evita el engranaje por trinquete de los puntales y la cara de la placa de acoplamiento durante dicha operación de rotación libre a alta velocidad.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 muestra un entorno estructural en forma de un mecanismo de transmisión de energía que tiene elementos de aportación de par en los que el movimiento relativo entre los elementos se controla mediante un acoplamiento mejorado;

la Figura 2 es una vista transversal tomada en un plano radial que contiene el eje de los elementos de transmisión de la Figura 1, en la cual la misma estructura de embrague aparece ilustrada en forma ampliada;

la Figura 3 es una vista en planta del montaje de embrague de la Figura 2;

la Figura 4 es una vista transversal del montaje de embrague de la Figura 3 visto desde el plano de la línea de sección 4-4 de la Figura 3;

la Figura 5 es una ampliación de la parte de la estructura de embrague que se muestra en la Figura 3 vista desde el plano de la línea de sección 5-5 de la Figura 3;

la Figura 6 es una vista en planta de la placa de acoplamiento conducida que se muestra en las imágenes de montaje de las Figuras 1-5;

la Figura 7a muestra una vista en planta de un puntal que forma un elemento de mi estructura de acoplamiento mejorada;

la Figura 7b es una vista en alzado lateral del puntal que se muestra en la Figura 7a;

la Figura 7c es una vista transversal vista desde el plano de la línea de sección 7c-7c de la Figura 7a;

las Figuras 8a, 8b y 8c son vistas de una construcción alterna puntal que puede usarse en lugar de la construcción del puntal que se muestra respectivamente en las Figuras 7a, 7b y 7c.

Mejores modos para realizar el invento

La Figura 1 muestra un alojamiento de la transmisión de potencia 10 para un mecanismo de transmisión de potencia de relación múltiple para un vehículo impulsado por motor. Con el número 12 se muestra un eje de entrada de par el cual puede conectarse al eje conducido de un convertidor de par hidrocinético. El propulsor del convertidor de par hidrocinético se conecta al cigüeñal de un motor de combustión interna a través de un mecanismo amortiguador adecuado.

Una pared de apoyo 14 hacia delante estacionaria soporta un eje de estator del convertidor de par 16 y un eje de manguito 18 para apoyar en cojinete giratoriamente una unidad de embrague y freno para la transmisión. La pared de soporte tiene una cavidad de bomba 20 que alberga los elementos de la bomba de desplazamiento positivo de una bomba de transmisión, cuyo eje de entrada es un eje de manguito 22 que se extiende por el eje de estator 16.

Se conecta un tambor del freno 24 a un buje del tambor del freno 26 apoyado en cojinete en el eje del manguito estacionario 18.

En la bomba 24 se encuentra un cilindro de embrague 28 que alberga un pistón anular de embrague 30. El cilindro 28 y el pistón 30 definen una cavidad de presión la cual, cuando se halla bajo presión, impulsa el pistón 30 hacia una posición de engranaje de embrague, lo que permite la transferencia de par del eje 12 a la pieza 26. El tambor 24 está rodeado por una cinta de freno de fricción 32 que, cuando es activada, encaja el tambor 24, manteniendo de esta forma la pieza 26 estacionaria.

Se alude normalmente a una representación ejemplar de un acoplamiento de rotación libre planar de acuerdo con el invento con el número de referencia 34. El acoplamiento 34 incluye una primera placa de acoplamiento planar 36, ranurada conforme a la pieza 26, y una segunda placa de acoplamiento planar 38, que incluye ranuras externas 40.

Los discos de freno 42 ranurados internamente encajan por impulsión con las ranuras 40. Se colocan en una relación interdigital con relación a las placas separadoras 44 ranuradas externamente, que encajan y son soportados por ranuras internas formadas en la parte que rodea el alojamiento 10.

El alojamiento 10 y la placa estacionaria 14 definen un cilindro anular 46 en cuyo interior se encuentra situado el pistón anular 48. Los resortes de compresión 50 se asientan en la base del resorte 52 y normalmente impulsan al pistón 48 para que se aleje de los discos de fricción 42.

Como se observa en las Figuras 2, 3 y 4, la segunda placa de acoplamiento planar 38 consta de una serie de cavidades 54 angularmente espaciadas, cada una de las cuales recibe un puntal 56 basculante generalmente planar. Cada puntal se fija a un borde del mismo en un soporte 58 formado en la segunda placa de acoplamiento planar 38.

Como se observa en la Figura 5, la primera placa de acoplamiento planar 36 incluye unas cavidades 60, las cuales están adaptadas para recibir los puntales 56 mediante un movimiento pivotal de los puntales 56 en el borde que encaja con el soporte 58. Las cavidades 60 de la primera placa de acoplamiento 36 se disponen en la misma posición radial con relación al eje rotativo del acoplamiento que las cavidades 54 de la segunda placa de acoplamiento 38. Las caras yuxtapuestas de las placas de acoplamiento 36 y 38 se encuentran muy cerca cuando se encaja el acoplamiento 34, como se muestra en la Figura 5.

Tal como puede observarse en la Figura 3, hay cuatro cavidades 54 en la cara de la segunda placa de acoplamiento 38, colocadas a intervalos de 90 grados del eje rotativo del acoplamiento.

En la cara de la primera placa de acoplamiento 36 se han formado diez cavidades, como puede observarse en la Figura 6. Es de apreciar que el invento considera que el número de cavidades 60 y 54 de las placas de acoplamiento 36 y 38 podría ser diferente de la cantidad mostrada. Por ejemplo, la representación que se muestra en la Figura 6 tiene diez cavidades 60 en la primera placa de acoplamiento 36 y se hallan espaciadas circunferencialmente de forma uniforme. De este modo, habrá una cavidad 60 a 180° de la otra. La segunda placa de acoplamiento 38 de la Figura 3 tiene al menos dos cavidades (p.ej. cuatro) que se hallan espaciadas de forma equidistante. De este modo habrá una cavidad 54 a 180° de la otra. Esta configuración de las cavidades 54 y 60 asegurará que al menos dos puntales 56 puedan ser activos, es decir, capaces de transmitir simultáneamente el par de la segunda placa de acoplamiento 38 a, la primera placa de acoplamiento 36, en cualquier momento dado.

Una cantidad predeterminada de desplazamiento relativo de las placas 36 y 38 puede tener lugar antes de que las cavidades 60 y 54 establezcan un registro completo que permita el movimiento basculante de los puntales 56 para encajar con las cavidades de una placa de acoplamiento adyacente. Un mayor número de cavidades 60 y 54 en las placas de acoplamiento 36 y 38 reducirá la amplitud de dicho desplazamiento relativo. Esto aumenta lo que se conoce como resolución del acoplamiento 34. La resolución a usar para una aplicación concreta dependerá de la especificación del diseño. Por ejemplo, un acoplamiento 34 usado en un montaje de estator para un convertidor de par hidrocinético tendría especificaciones que se diferenciarían de las especificaciones de una rueda dentada de transmisión por cadena.

Si la segunda placa de acoplamiento 38 tiene cuatro cavidades 54 y la primera placa de acoplamiento 36 tiene diez cavidades 60, dos puntales 56 pueden encajar simultáneamente. Si la segunda placa de acoplamiento 38 tiene cuatro cavidades 54 y la primera placa de acoplamiento 36 tiene doce cavidades 60, pueden realizarse cuatro encajamientos de puntales simultáneamente. Si la segunda placa de acoplamiento 38 tiene cinco cavidades 54 y la primera placa de acoplamiento 36 tiene quince cavidades 60, pueden realizarse cinco encajamientos de puntales simultáneamente. La capacidad de transmisión de par aumenta conforme el número de encajamientos de puntales.

Cuando la segunda placa de acoplamiento 38 gira en la dirección de las agujas del reloj, conforme se observa en la Figura 3, el acoplamiento 34 es capaz de establecer una conexión de ajuste entre las placas de acoplamiento 38 y 36 conforme los puntales 56 encajan con sus cavidades respectivas 54 y 60. Si se hacen girar las placas de acoplamiento 38 y 36 en su dirección relativa opuesta como la que se observa en la Figura 3, se retiran los puntales 56 de las cavidades 60 de la primera placa de acoplamiento 36, permitiendo por lo tanto un movimiento relativo de rotación libre.

En la Figura 7a se muestra un puntal 56 en vista en planta. El primer extremo 62 del puntal 56, tal como se observa en la Figura 7a, se forma con un contorno arqueado. El segundo extremo 68 del puntal 56, tal como se observa en la Figura 7a, tiene un par de salientes 64 y 66 que se forman como parte integral del puntal 56. Los salientes 64 y 66 se extienden al interior de los entrantes complementarios formados en las cavidades 54 de la segunda placa de acoplamiento 38. Los salientes 64 y 66 se forman, tal como se muestra en la Figura 7a, de manera que se alineen mayoritariamente con el segundo extremo 68 del puntal 56. El segundo extremo 68 del puntal encaja con el soporte 58 formado en la cavidad 54 de la segunda placa de acoplamiento 38, como se explicó anteriormente.

Como se observa en la Figura 7b, el puntal 56 incluye superficies extremas escoradas 70 y 72. La primera superficie extrema 70, cuando se inclina hacia el interior de la cavidad 60, se adaptará a la forma del soporte 74 en la cavidad 60 de manera que las fuerzas de empuje existentes en el puntal 56 se distribuyan básicamente por toda la superficie de la punta del puntal.

La segunda superficie extrema 72 del puntal 56 se forma en un plano que generalmente es paralelo al plano de la primera superficie extrema 70, permitiendo de este modo el encajamiento bastante completo de toda la zona de la segunda superficie extrema 72 en la superficie del soporte 76 definido en la cavidad 54 de la segunda placa de acoplamiento 38.

De acuerdo con una característica del invento, la geometría de los extremos 62 y 68 y las superficies extremas 70 y 72 del puntal 56 evita la línea de contacto y, de ahí, las altas tensiones creadas cuando el puntal 56 transfiere cargas de par de la segunda placa de acoplamiento 38 (nominalmente motriz) a la primera placa de acoplamiento 36 (nominalmente conducida).

Los salientes 64 y 66 de cada puntal 56 incluyen una conicidad 78 para evitar la interferencia entre los salientes 64 y 66 y la cara de la primera placa de acoplamiento 36 conforme cada puntal 56 se inclina hacia el interior de la cavidad 60.

Como se observa en la Figura 7c, el soporte 80 definido en la cavidad 60 de la primera placa de acoplamiento se redondea de manera que se adapte generalmente a la forma del primer extremo 62 del puntal 56. El radio de curvatura del soporte 80 es igual o ligeramente superior al radio de curvatura del extremo 62 del puntal 56. Esta geometría de puntal y cavidad, junto con la compresibilidad y elasticidad inherentes de los materiales, aumenta la zona de rozamiento y reduce las fuerzas compresivas de la unidad.

Las Figuras 8a-8c respectivamente muestran un diseño de puntal que corresponde sustancialmente al de las Figuras 7a-7c, pero con un segundo extremo de puntal 82 generalmente recto.

Claims (7)

1. Un acoplamiento de rotación libre planar (34) que incluye un par de placas de acoplamiento (36 y 38) con caras de acoplamiento generalmente planares situadas en estrecha relación yuxtapuesta, cada placa de acoplamiento (36 y 38) pudiendo girar alrededor de un eje común, y cada cara de acoplamiento incluyendo al menos una cavidad (54 y 60); y un puntal (56) que tiene una primera superficie extrema (62) que puede encajar con un primer soporte de carga de par (80) definido por una primera cavidad (60) en la cara del acoplamiento de una placa de acoplamiento (36) y una segunda superficie extrema (68) que puede encajar con un segundo soporte de carga de par (76) definido por una segunda cavidad (54) en la cara de acoplamiento de la otra de placa de acoplamiento (38), caracterizándose por el hecho de que, en vista en planta, la primera superficie extrema (62) del puntal incluye un primer radio de curvatura, y el primer soporte (80) incluye un segundo radio de curvatura igual o superior al primer radio de curvatura.

2. El acoplamiento (34) de la reivindicación 1, en el cual el puntal (56) es generalmente planar, y en el cual el primer radio de curvatura de la superficie extrema del primer puntal (62) reposa en el plano del puntal (56).

3. El acoplamiento (34) de la Reivindicación 1 ó la Reivindicación 2, en el cual al menos una superficie extrema del puntal, la primera o la segunda (62 y 68), incluye un canto redondeado con un tercer radio de curvatura, y en el cual al menos una de la primera o segunda cavidad (54 y 60) incluye un soporte redondeado con un cuarto radio de curvatura sustancialmente igual al tercer radio de curvatura.

4. El acoplamiento (34) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual el puntal (56'') incluye un par de salientes que sobresalen en dirección opuesta (64'' y 66'') inmediatos a la segunda superficie extrema (68) del mismo y en el cual, la segunda cavidad (54'') incluye un par de entrantes diametrales (86) adaptados respectivamente para recibir los salientes del puntal (64'' y 66''), colaborando los entrantes (86) con los salientes del puntal (64'' y 66'') para asegurar el puntal (56'') en la segunda cavidad (54'').

5. El acoplamiento (34) de la reivindicación 4, en el cual cada saliente de puntal respectivo (64'' y 66'') incluye una primera superficie angular (84), en la cual cada entrante respectiva (86) de la segunda cavidad (54'') de la otra placa de acoplamiento (38'') incluye una segunda superficie angular (87) en oposición a la primera superficie angular (84) del respectivo saliente del puntal (64'' y 66''), y en el cual la primera y segunda superficie angular (84 y 87) colaboran para evitar el encajamiento de la primera superficie extrema del puntal (62) con la primera cavidad (60) de la placa de acoplamiento (36'') cuando una placa de acoplamiento (36'') sobrepasa la otra placa de acoplamiento (38'').

6. El acoplamiento (34) de cualquier reclamación 1 a 5, en el cual un clip de retenida (90) en la otra placa de acoplamiento (38''') recubre el puntal (56''') próximo a la segunda superficie extrema (68) del mismo, el clip de retención (90) manteniendo el puntal (56''') en la segunda cavidad (54''') de la otra placa de acoplamiento (38''').

7. El acoplamiento (34) de la reivindicación 6, en el cual el puntal (56''') incluye una abertura (96) formada en el mismo, próxima a la segunda superficie extrema (68) del mismo, y en el cual una parte del clip de retención (96) se extiende al interior de la abertura del puntal (96).