ES2230942B1 - Sistema conversor continuo de revoluciones. - Google Patents

Abstract

Sistema conversor continuo de revoluciones. Equipo para la adecuación continuado revoluciones entre dos sistemas utilizando un tren de engranajes planetario rotatorio de velocidad variable. La planta motriz en su giro, arrastra el piñón de entrada (A), éste a su vez, arrastra el sistema planetario de piñones (e), el cual, en rotación libre, no trasmite movimiento al engranaje de salida (E) y consecuentemente al eje que lo soporta (D). Limitando la velocidad de giro libre del sistema planetario con el actuador de control (AC), se provoca la trasmisión de movimiento al piñón de salida (E) y eje (D). La variación de la velocidad de rotación del sistema planetario, consigue adecuar las revoluciones de salida, independientemente de las revoluciones de entrada. Se aplica en la industria motorística en sustitución de las cajas de cambio y embragues, y en sistemas industriales multiplicadores y reductores con necesidad de adecuación fina o variable de dos velocidades de rotación.

Description

Sistema conversor continuo de revoluciones.

Este equipo tiene aplicación en todos aquellos sistemas donde se precise acoplar dos sistemas, uno de ellos motriz y otro conducido, que tengan necesidades de revoluciones diferentes. El sistema puede funcionar como reductor o multiplicador de revoluciones, permitiendo el ajuste de las mismas de forma continua e incorporando, así mismo, la función de un embrague.

La finalidad, por tanto, del equipo conversor de revoluciones es la de adecuar las revoluciones disponibles en el eje de una planta motriz, eléctrica o de combustión interna, a las necesidades, en general distintas, de un sistema conducido, pudiendo actuar como reductor o como multiplicador de revoluciones, dependiendo de la aplicación que se trate.

Los equipos que existen, hasta este momento, para la reducción o multiplicación de revoluciones, están diseñados para un índice de multiplicación o reducción determinado, como es el caso de las multiplicadoras de los aerogeneradores o los reductores de las cintas transportadoras, o en el mejor de los casos, para varios índices de multiplicación o reducción, caso de las cajas de cambio de los vehículos a motor, necesitando, además, del uso de embragues intermedios. Las ventajas que este equipo aporta sobre los diseños actuales podemos resumirlos en los siguientes:

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Supresión de elementos tradicionales como embragues y cajas de cambio, con el consiguiente ahorro en peso y espacio.

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Continuidad en el funcionamiento, de acuerdo a la curva de variación del índice de transformación elegida, sin necesidad de escalones intermedios.

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Ajuste perfecto para las necesidades de revoluciones y par requeridas en cada situación.

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Alta velocidad de variación debido a las pequeñas inercias de su mecanismo.

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Debido a la alta velocidad de adaptación, se consigue limitar los esfuerzos máximos de transmisión a los niveles que por definición sean prefijados, incluyendo los altos pares de arrancada.

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Bajo peso y volumen debido a unas dimensiones contenidas.

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Posibilidad de introducir en el sistema de control, parámetros adicionales de funcionamiento externos al propio sistema de conversión.

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Con la incorporación de curvas diferentes de variación, se pueden conseguir distintos comportamientos para el mismo equipo, primando en cada momento los parámetros que más interesen.

Describiremos el principio de funcionamiento del equipo en uso de multiplicador, ya que en aplicación como reductor sería la misma y bastaría sustituir los términos eje o piñón de entrada por eje o piñón de salida y viceversa y los que impliquen multiplicación por reducción.

La planta motriz, de revoluciones fijas o variables, ataca al equipo conversor de revoluciones por el engranaje denominado como (A). El engranaje (A) en su giro, provoca la rotación de los piñones intermedios (e) sobre sus propios ejes así como alrededor del eje principal del equipo, teniendo, por tanto, un movimiento resultante composición de una rotación y de un desplazamiento circular de los mismos. La traslación circular se produce sobre el piñón de salida (E). En esta situación de rotación de los piñones intermedios y de traslación circular libre de los mismos sobre el piñón de salida, el índice de multiplicación de revoluciones entre los ejes de entrada y salida es cero, es decir, no se trasmite movimiento desde el primero hasta el segundo.

La trasmisión de movimiento del eje de entrada al eje de salida se hará a través de la regulación de la velocidad de traslación circular de los piñones intermedios (e), o sea la velocidad de rotación de todo el tren intermedio. De esta manera, según vamos reduciendo la velocidad de rotación de todo el tren intermedio se produce un incremento en el índice de multiplicación de revoluciones, incrementándose, por tanto, las revoluciones en el piñón de salida (E).

Para reducir la velocidad de rotación de todo el tren intermedio utilizaremos un dispositivo actuador (AC) sobre uno de los discos que lo forman. Esta actuación para el frenado del tren intermedio puede realizarse de diferentes maneras, por fricción, a modo de freno de disco, utilizando un motor eléctrico que obligue al tren intermedio a girar a una determinada velocidad, o un freno magnético.

El índice de multiplicación variará entre los valores de cero, no se transmite ningún movimiento, y el dado por la relación entre los diámetros medios de los piñones de entrada y de salida, (A) y (E), respectivamente y en caso de usar el equipo como multiplicador.

El control del sistema actuador se realizará desde una unidad de control (figura 5) que, partiendo de las señales de revoluciones de entrada y del tren intermedio, hará que el actuador entre en funcionamiento con mayor o menor intensidad para obtener unas revoluciones de salida adecuadas. Estando, éstas últimas, determinadas por la programación de la unidad de control y buscando, por ejemplo, el funcionamiento de la planta motriz en la gama de revoluciones de par máximo, de mínimo consumo, de potencia máxima, de tracción óptima en caso de vehículos a motor, etc.

Constructivamente encontramos el piñón de entrada (A) movido por la planta motriz donde, el acoplamiento entre ambos se puede realizar de diferentes maneras (en las figuras 1 y 2 se representan dos de ellas). Este engranaje, a través de su dentado interno, ataca a los piñones intermedios (e). Éstos últimos (e) están dispuestos a lo largo de una circunferencia, engranando por un lado, con el piñón de entrada (A) y, por el otro, con el piñón de salida (E). La sujeción de los piñones intermedios (e) se realiza con dos discos, (B) y (C), realizando la unión de todos estos elementos mediante los tornillos (T). Para garantizar una perfecta sujeción entre todos los elementos, se introducen unos casquillos separadores (Q) en los espacios dejados entre los piñones intermedios. Se consolida de esta manera un conjunto sólido apoyado en el eje de salida del equipo mediante dos rodamientos (R). Los piñones intermedios (e), sujetos por los tornillos (T), pivotan sobre unos pequeños rodamientos (r). Existe un tercer rodamiento (R) insertado en el engranaje (A) que asegura una buena alineación del conjunto.

Aunque en todas las figuras se han representado seis piñones intermedios (e), su número puede ser diferente, pero, a mayor número de ellos, mejor equilibrado estará el sistema y menores serán los esfuerzos unitarios, para la transmisión de unos mismos valores de potencia y par motrices. Para facilitar el giro de los piñones se ha considerado la instalación de engranajes, aun que podrían ser sustituidos por un eje sobre el que rueden libremente.

Los discos (B) y (C) a los que se fija el tren intermedio de engranajes (e), se han representado en las figuras 1 y 2 como circulares y macizos. También podrían adoptar otras formas, como por ejemplo lobulados, y estar aligerados para reducir peso e inercia del conjunto o para buscar mejorar las propiedades de frenado del tren intermedio de engranajes.

El acoplamiento del equipo conversor con el sistema conducido, se puede realizar de diferentes maneras, habiéndose representado dos de ellas en la figura 4.

Para transmisión de potencias moderadas, cada uno de los elementos denominados anteriormente como engranajes, y como alternativa a éstos, podrían ser sustituidos por ruedas de fricción, con la misma forma geométrica y ayudándose del coeficiente de fricción entre las distintas superficies en contacto para la transmisión de par.

La figura 1 muestra una sección longitudinal del equipo donde se puede observar la disposición de todo el sistema de transmisión por engranajes y una representación del actuador (AC), que podría ser del tipo fricción o magnético. Se ha considerado una brida en el engramaje de entrada (A) como conexión entre el sistema conductor y el sistema conversor de revoluciones. En esta representación se ha considerado que los engranajes giran ayudados por rodamientos.

La figura 2 muestra la misma sección longitudinal que la figura 1, utilizando como actuador (AC) de frenado un motor eléctrico y utilizando un eje como conexión entre el sistema conductor y conversor de revoluciones. Aquí también se ha considerado que los engranajes giran ayudados por rodamientos.

La figura 3 muestra la sección transversal SS' indicada en la figura 2, donde queda representado la disposición relativa del engranaje exterior (A), los engranajes intermedios (e) y el engranaje interior (E). En este caso, los engranajes giran ayudados por rodamientos.

La figura 4 muestra, a modo de ejemplo, dos de las posibles maneras de conexión mecánica del sistema conversor de revoluciones al sistema conducido.

La figura 5 muestra de forma no exhaustiva, las posibilidades de monitorización y control que se pueden aplicar sobre el sistema conversor de revoluciones y el entorno sobre el que va instalado.

Las aplicaciones posibles dentro de la industria son muy amplias y se ajustan a las posibilidades reales de funcionamiento del equipo conversor, tendremos de esta manera, las siguientes opciones para el funcionamiento del mismo:

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Entrada de revoluciones constantes y salida de revoluciones variables.

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Entrada de revoluciones variables y salida de revoluciones constantes.

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Entrada de revoluciones constantes y salida de revoluciones constantes.

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Entrada de revoluciones variables y salida de revoluciones variables.

Puede, por tanto, aplicarse a los vehículos a motor en sustitución del embrague y caja de cambios, en procesos o sistemas industriales que utilicen multiplicadores o reductores de velocidad de rotación, como cintas transportadoras, aerogeneradores, sistemas propulsores de embarcaciones, etc.

Claims (6)

1. Sistema conversor continuo de revoluciones caracterizado porque su interposición entre una planta motriz y un sistema conducido, consigue la adaptación de las revoluciones entregadas por la primera y las necesitadas por el segundo, por medio de la variación de velocidad de rotación de un sistema planetario de engranajes

2. Un sistema, de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado porque puede funcionar como reductor o multiplicador de revoluciones.

3. Un sistema, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la variación de la velocidad de rotación del sistema planetario de engranajes se puede realizar por medio de actuadores de fricción, magnéticos o por medio de un motor de control, bien directa o indirectamente.

4. Un sistema, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el número de engranajes intermedios del sistema puede ser a partir de uno e ir soportados por rodamientos, cojinetes o directamente sobre el eje que los sujeta.

5. Un sistema, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los engranajes pueden ser sustituidos por ruedas de fricción y la transmisión del movimiento realizarse por contacto entre las superficies de las mismas, con la posible interposición de cualquier material que aumente el coeficiente de fricción.

6. Un sistema, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los discos que sujetan los piñones intermedios pueden adoptar otras formas geométricas y tamaños e ir aligerados o no.