ES2237869T3 - Embrague sincronizado para la caja de velocidades de un vehiculo. - Google Patents

Abstract

Un acoplamiento sincronizado (1) para la caja de cambios (2) de un vehículo, que consta de un árbol (3) y un par de ruedas de engranajes (6); el acoplamiento (1) consta de un cubo (7) firmemente chaveteado al árbol (3) entre las dos ruedas de engranajes (6); un par de bridas (14) acopladas a las respectivas ruedas de engranajes (6) teniendo cada una superficie cónica de fricción (17) y un engranaje externo de dientes rectos (21); un par de anillos de sincronización (9) interpuestos entre el cubo (7) y las bridas (14) respectivas, teniendo cada uno una superficie cónica de fricción (17) de la respectiva brida (14) y un engranaje externo de dientes rectos (12); y un manguito de selección (32) el cual puede deslizar axialmente en un engranaje (30) del cubo (7) por medio de su propio engranaje de dientes rectos (34); el engranaje (34) del manguito (32) y el engranaje (21) de la brida (14) tienen respectivas pluralidades de dientes primarias y secundarias (40, 44; 41, 45), estando los dientes (40, 41) de las primeras pluralidades sobresaliendo axialmente con relación a los dientes (44, 45) de las segundas pluralidades.

Description

Embrague sincronizado para la caja de velocidades de un vehículo.

La presente invención se refiere a un acoplamiento de sincronización para la caja de velocidades de un vehículo.

En las cajas de velocidades para vehículos es conocida la utilización de un acoplamiento sincronizado para conectar de forma angular un piñón dentado loco con su eje correspondiente. Típicamente, entre dos ruedas dentadas se interpone un acoplamiento que puede conectar de forma selectiva las propias ruedas dentadas con el eje.

Se conocen acoplamientos sincronizados que comprenden un cubo unido con chavetas al eje, un par de elementos de accionamiento dispuestos en lados axialmente opuestos con respecto al cubo, los cuales están fijados de forma angular a la correspondiente rueda dentada y están provistos del respectivo dentado exterior, y un dispositivo de transmisión del movimiento interpuesto entre el cubo y los elementos de accionamiento, de manera que accione de manera selectiva los propios elementos de accionamiento.

Normalmente, el dispositivo de transmisión del movimiento comprende un par de anillos de sincronización, cada uno de ellos interpuesto axialmente entre el cubo y el respectivo elemento de accionamiento. Los anillos de sincronización tienen las respectivas superficies cónicas de fricción adaptadas para colaborar durante el funcionamiento con las correspondientes superficies apareadas de los respectivos elementos de accionamiento, y están provistas del correspondiente dentado exterior.

Finalmente, el dispositivo de transmisión comprende un manguito selector que está fijado angularmente al cubo por medio del dentado interior del mismo y que puede desplazarse axialmente a los lados opuestos de dicho cubo de manera que realice el respectivo recorrido de acoplamiento. Durante cada uno de los recorridos de acoplamiento, dicho dentado interior del manguito se acopla en primer lugar con el dentado exterior del anillo de sincronización y a continuación con el dentado exterior del elemento de accionamiento, cuando la velocidad relativa de este último con respecto al anillo de sincronización queda reducida a cero como resultado del contacto por fricción entre las respectivas superficies apareadas de fricción.

Aunque son ampliamente utilizados, los acoplamientos sincronizados conocidos del tipo antes mencionado tienen el inconveniente de requerir un tiempo de acoplamiento relativamente largo y unas fuerzas axiales que son variables y, en algunos casos, relativamente elevadas especialmente durante las fases finales del recorrido de acoplamiento.

En particular, esto puede ser atribuido al posible agarrotamiento del manguito con respecto al correspondiente elemento de accionamiento durante la fase de alineación angular de los dentados respectivos. En realidad, los dientes de estos dentados están normalmente provistos de unos extremos cónicos en sentido axial que tienen unos flancos inclinados, de manera que se facilita su unión, y por consiguiente su alineación. Las poderosas fuerzas que actúan tangencialmente sobre el elemento de accionamiento en dirección opuesta a su velocidad de rotación, dependiendo del flanco de los dientes en los que se produce el contacto durante el acoplamiento, pueden ser favorables u opuestas a éste, creando con ello de forma ocasional fuerzas operativas variables. En un caso desfavorable, estas poderosas fuerzas dan como resultado un aumento de la fuerza operativa axial. Además, en ciertos acoplamientos sincronizados conocidos, se produce el fenómeno conocido como "doble embrague", o durante cada recorrido de acoplamiento se produce una reducción del esfuerzo radial al finalizar la alineación entre el dentado del manguito y el dentado del anillo de sincronización, y a continuación un aumento del mismo esfuerzo como resultado de la sucesiva alineación entre el dentado del propio manguito y el dentado del elemento de accionamiento.

El documento U.S.A. 2.916.939 describe un acoplamiento sincronizado que tiene un manguito y un engranaje, teniendo el primero dientes interiores de cuatro longitudes distintas y el segundo, dientes exteriores que tienen dos longitudes diferentes.

El objetivo de la presente invención es el crear un acoplamiento sincronizado para la caja de velocidades de un vehículo que hace posible resolver los problemas antes mencionados de una manera simple y económica.

De acuerdo con la presente invención, se da a conocer un acoplamiento sincronizado para la caja de velocidades de un vehículo que comprende un eje y por lo menos una rueda dentada que es coaxial con respecto al propio eje, pero loca con respecto al mismo, comprendiendo el acoplamiento un cubo fijado con chavetas a dicho eje, medios de accionamiento interpuestos entre dicha rueda dentada y dicho cubo, estando fijados dichos medios de accionamiento a dicha rueda dentada y comprendiendo una superficie cónica de fricción y un engranaje recto, por lo menos un anillo de sincronización interpuesto entre dicho cubo y dichos medios de accionamiento y comprendiendo una superficie cónica de fricción apareada con la superficie cónica de fricción de dichos medios de accionamiento y un engranaje recto exterior y un manguito selector fijado de forma angular pero libre en sentido axial con respecto a dicho cubo y que tiene un engranaje recto interior adaptado para acoplarse a los dentados de dicho anillo de sincronización y de dichos medios de accionamiento, teniendo los dentados de dicho manguito selector y de dichos medios de accionamiento cada uno de ellos una primera y una segunda pluralidad de dientes, siendo los dientes de dicha primera pluralidad de dientes sobresalientes axialmente con respecto a los dientes de dicha segunda pluralidad de dientes, caracterizado porque cada dicho primer diente tiene por lo menos una parte extrema limitada por un par de flancos y por una superficie frontal separada, siendo dichos flancos mutuamente convergentes desde dicha superficie frontal separada.

A continuación se describirá la invención haciendo referencia a los dibujos que se acompañan que ilustran un ejemplo no limitativo de una forma de realización de la misma, en la cual:

La Figura 1 ilustra una sección de una forma preferente de realización de un acoplamiento sincronizado para la caja de velocidades de un vehículo de acuerdo con la presente invención, conectada con un eje y un par de ruedas dentadas de una caja de velocidades.

La Figura 2 es una vista en dirección radial, en una escala ampliada y con ciertas partes suprimidas para mayor claridad, de un sector del acoplamiento sincronizado durante una fase intermedia de la operación de acoplamiento, y la Figura 3 es análoga a la Figura 2, la cual ilustra el acoplamiento sincronizado al final de la operación de acoplamiento.

En la Figura 1, el número de referencia 1 indica un acoplamiento sincronizado que forma parte de una caja de velocidades 2 (parcialmente ilustrada) de un vehículo (no representado).

La caja de velocidades 2 comprende un eje de la misma que está indicado con el número de referencia 4 y que tiene una parte intermedia 5 estriada, y un par de ruedas dentadas 6 montadas locas en sentido angular y fijadas axialmente sobre el eje 3, en lados opuestos de la parte intermedia 5.

El acoplamiento sincronizado 1 comprende un cubo 7 de un tipo conocido, que está acoplado con chavetas a la parte estriada intermedia 5 del eje 3 mediante la correspondiente parte interna anular y ranurada 8. El acoplamiento 1 comprende además dos anillos de sincronización 9, también de un tipo conocido, dispuestos en lados axialmente opuestos del cubo 7 y situado cada uno de ellos frente a una parte anular cónica intermedia 10 del propio cubo 7.

Los anillos 9 están cada uno de ellos provisto de una superficie interior cónica de fricción 18. El acoplamiento 1 comprende además dos valonas de accionamiento 14 dispuestas coaxialmente al eje 3 en lados opuestos del cubo 7 e interpuestas cada una de ellas entre el respectivo anillo de sincronización 9 y la respectiva rueda dentada 6. Cada valona 14 está provista de chavetas de una forma conocida, mediante un acoplamiento estriado 15 sobre la correspondiente rueda dentada 6 y tiene también una parte anular 16 que se extiende axialmente hacia el cubo 7 en el interior del correspondiente anillo de sincronización 9, el cual tiene a su vez una superficie externa de fricción 17 que colabora durante el funcionamiento con la correspondiente superficie cónica interna 18 del respectivo anillo de sincronización 9.

Finalmente, los anillos 9 y las valonas 14 tienen los respectivos engranajes rectos exteriores 12, 21.

El cubo 7 tiene un anillo dentado exterior 23 de forma anular que comprende una pluralidad de dispositivos de accionamiento 24 que son angularmente equidistantes (en la Figura 1 aparece sólo uno de ellos). Cada dispositivo 24 comprende el correspondiente fresado radial 25 que está dispuesto a lo largo del anillo dentado anular 23 del cubo 7 y en toda la parte cónica 10. Cada dispositivo 24 comprende además una bola 27 adaptada para deslizarse en el fresado 25, y que queda frente a un par de rebordes 26 dispuestos de forma axial a los lados opuestos de la propia bola 27 y formando parte cada uno de ellos del respectivo anillo 9, y un resorte helicoidal 28 dispuesto en el fresado 25 que actúa sobre la bola 27 en dirección radial hacia el exterior.

Finalmente, al anillo dentado exterior 23 del cubo 7 comprende un dentado exterior recto 30 sobre el que está montado, para que pueda deslizar un manguito selector 32 provisto del correspondiente dentado interior recto 34.

El manguito selector 32 está fijado angularmente al cubo 7 y puede deslizar axialmente entre una posición intermedia de reposo o "neutra" en la cual el engranaje 34 se acopla, tanto con el engranaje 30 del cubo 7 como con el engranaje 12 de ambos anillos de sincronización 9, y dos posibles posiciones operativas axiales en los lados opuestos de la posición de reposo en la cual el engranaje 34 se acopla tanto con el engranaje 30 del cubo 7 como con los engranajes 12 y 21 de uno de los anillos de sincronización 9 y de la respectiva valona de accionamiento 14. En el engranaje interno 34 del manguito 32 está dispuesta una ranura anular de detención 36, estando adaptada dicha ranura 36 para ser acoplada parcialmente por medio de las bolas 27 cuando el manguito 32 está en la posición neutra. Finalmente, el manguito 32 comprende una pista anular exterior 37 adaptada para acoplarse con un medio mecánico de control (no representado), por ejemplo del tipo de horquilla, para el desplazamiento del manguito 32 en las respectivas posiciones operativas.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 2 y 3, el engranaje 34 del manguito 32 comprende una primera pluralidad de dientes 40 y una segunda pluralidad de dientes 44. Los dientes 40 sobresalen axialmente con respecto a los dientes 44, siendo angularmente equidistantes unos de los otros y estando separados por un par de dientes 44. Cada diente 40 tiene también un par de partes extremas 42 limitadas lateralmente por dos respectivos flancos 49 y por una respectiva superficie 50 separada en el extremo perpendicular al eje 4 y de una anchura igual al espesor del diente 40; los flancos 49 están inclinados y convergen mutuamente desde la superficie 50 hacia el interior del diente 40.

Los dientes 40 están provistos cada uno de ellos de un par de partes extremas respectivas 57 limitadas por los respectivos flancos 58 y por dos respectivas superficies puntiagudas 59 que convergen en un borde agudo alineado con el eje central longitudinal del diente 44. Los flancos 58 están inclinados y convergen mutuamente desde los respectivos bordes opuestos de las superficies 59, que tienen una respectiva distancia de separación igual al espesor del diente 44.

De forma análoga, el engranaje 21 de cada una de las valonas 14 comprende una primera pluralidad de dientes 41 y una segunda pluralidad de dientes 45. Los dientes 41 son de una mayor longitud axial que los dientes 45 y sobresalen con respecto a ellos hacia el respectivo anillo de sincronización 9. Los dientes 41 son angularmente equidistantes uno de otro y están separados por un par de dientes 45.

Los dientes 41 y los dientes 45 están limitados por los respectivos pares de flancos 53, 54 y por las respectivas superficies de separación 55, 56. Las superficies 55, 56 son de igual anchura, una con respecto a la otra e iguales a la anchura de los dientes 40, 44 del manguito 32.

Los flancos 53, 54 de cada uno de los dientes 41 ó 45 convergen mutuamente desde la respectiva superficie de separación 55 ó 56.

El engranaje 12 de cada anillo 9 tiene un número de dientes 51 menor que el número de dientes de los engranajes 21, 30, 34. Los dientes 51 tienen las respectivas partes axiales 42 que quedan frente al cubo 7 y son cónicas hasta terminar en punta.

En funcionamiento, durante el desplazamiento axial del manguito 32 desde la posición neutra que aparece en la Figura 1, cada bola 27 recibe un empuje axial de la ranura angular 36 que se transmite a uno de los dos rebordes 26, accionando de este modo el respectivo anillo de sincronización 9 y lo hace deslizar hacia el interior del respectivo fresado 25, oponiéndose a la acción del respectivo resorte 28. El engranaje 34 del manguito 32 está totalmente desacoplado del engranaje 12 del anillo 9 no operativo, y la superficie de fricción 18 del anillo operativo 9 empieza a colaborar de forma friccional con la superficie de fricción 17 de la respectiva valona 14, reduciendo con ello a cero la velocidad relativa entre la valona 14 y el anillo 9.

Como resultado de la correspondiente acción de accionamiento entre el propio anillo 9 y la valona 14, el engranaje 12 del anillo operativo 9 está desalineado con respecto al engranaje 34 del manguito 32, evitando de esta manera su movimiento hacia adelante, dirigido hacia la valona 14 hasta que se alcance la condición de sincronismo.

Después de esta actuación y de la fase de sincronización, sigue una fase de realineado entre el engranaje 34 del manguito 32 y el engranaje 12 del anillo de sincronización operativo 9, es decir, de la variación de la respectiva posición angular de manera que lleve los dientes 51 del anillo 9 a quedar alineados con los espacios entre los dientes 40, 44 del manguito 32 y con ello se permite el posterior deslizamiento axial del manguito 32.

La realineación provoca la pérdida parcial de sincronización con la respectiva valona 14; haciendo una referencia particular a la Figura 2, los dientes 40 que sobresalen axialmente del manguito 32 tienen una elevada probabilidad de introducirse en los espacios entre los correspondientes dientes 41 de la valona 14 que sobresalen axialmente y, dado que existe una velocidad residual entre los engranajes 21 y 34, los flancos 49 del diente 40 entran en contacto tangencial con los flancos correspondientes 53 de los dientes 41. Haciendo todavía referencia a las Figuras 2 y 3, el perfil inclinado de los flancos 49, 53 y de los flancos 58, 54 determina un componente axial de la carga que luego ayuda al acoplamiento de los engranajes 34 y 21 hasta su pleno acoplamiento (Figura 3).

En el caso en que los dientes 40 que sobresalen axialmente del manguito 32, estén alineados axialmente con los correspondientes dientes 41 que sobresalen axialmente de la valona 14, la respectiva velocidad angular residual hace posible un inmediato retorno en el caso antes descrito.

Además, las superficies de fricción 17 y 18 son cónicas en su mayor parte con respecto al ángulo de fricción, siendo la diferencia entre las dos cantidades mayor o igual a un determinado valor de umbral que depende de las diferentes y específicas condiciones operativas, de manera que hace posible la pérdida parcial de sincronización durante la realineación entre el engranaje 34 y el engranaje 12.

Es evidente por lo anterior, que el acoplamiento sincronizado 1 descrito puede acoplarse muy fácilmente, de forma gradual y rápida debido a que la fase de alineación del engranaje 34 del manguito 32 con el engranaje 21 de la valona 14 respectiva tiene lugar automáticamente como resultado del acoplamiento tangencial entre los dientes 40, 41 que sobresalen axialmente del manguito 32 y de la valona 14, reduciendo de esta forma las fuerzas que actúan y eliminando las variaciones en el esfuerzo axial. Además, el perfil especial de los flancos 49, 53 y el de los flancos 58, 54 es tal que posteriormente facilita el acoplamiento de la transmisión porque hace posible utilizar de forma positiva las considerables fuerzas que actúan sobre la valona 14, de manera que los engranajes 34 y 21 se acoplan sin que se ejerzan las tensiones consiguientes.

Finalmente, es evidente por lo anterior que el acoplamiento sincronizado 1 descrito puede estar sometido a modificaciones y variaciones que no se apartan del alcance de la protección de la presente invención. En particular, los dientes 40 y 41 podrían ser menores en número que los dientes 44, y a la inversa los 45, y generalmente los engranajes 34 y 21 podrían ser de un perfil diferente al descrito a modo de ejemplo, pero adaptados a facilitar el acoplamiento de dichos engranajes 34 y 21. Finalmente, el engranaje 21 y la superficie de fricción 17 podrían estar formados directamente en las ruedas dentadas 6 sin la interposición de las valonas 14.

Claims (5)

1. Acoplamiento sincronizado (1) para la caja de velocidades (2) de un vehículo, que comprende un eje (3) y por lo menos una rueda dentada (6) que es coaxial con respecto al propio eje (3) y loca con respecto al mismo, comprendiendo el acoplamiento (1), un cubo (7) fijado con chavetas a dicho eje (3), medios de accionamiento (14) interpuestos entre dicha rueda dentada (6) y dicho cubo (7) estando fijados dichos medios de accionamiento (14) a dicha rueda dentada (6) y comprendiendo una superficie cónica de fricción (17) y un engranaje recto exterior, por lo menos un anillo de sincronización (9) interpuesto entre dicho cubo (7) y dichos medios de accionamiento (14) y comprendiendo una superficie cónica de fricción (18) apareada con la superficie cónica de fricción (17) de dichos medios de accionamiento (14) y un engranaje recto exterior (12) y un manguito selector (32) que está fijado angularmente y es axialmente libre con respecto a dicho cubo (7) y tiene un engranaje recto interior (34) adaptado para acoplarse a los engranajes (12, 21) de dicho anillo de sincronización (9) y de dichos medios de accionamiento (14), los engranajes (34, 21) de dicho manguito selector (32) y de dichos medios de accionamiento (14) que tienen cada uno de ellos por lo menos un primer diente (40, 41) y una pluralidad de segundos dientes (44, 45), sobresaliendo axialmente dicho primer diente (40, 41) con respecto a dicha pluralidad de segundos dientes (44, 45), caracterizado porque cada uno de dicho primer diente (40, 41) tiene por lo menos una parte extrema (48, 41) limitada por un par de flancos (49, 53) y por una superficie frontal separada (50, 55), convergiendo dichos flancos (49, 53) mutuamente desde dicha superficie frontal
separada (50, 55).

2. Acoplamiento sincronizado, según la reivindicación 1, caracterizado porque los engranajes (34, 21) de dicho manguito selector (32) y de dichos medios de accionamiento (14) tienen cada uno de ellos una pluralidad de dichos primeros dientes (40, 41).

3. Acoplamiento sincronizado, según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos segundos dientes (45) del engranaje (21) de dichos medios de accionamiento (14) tienen cada uno de ellos por lo menos una parte extrema (45) limitada por un par de flancos (54) y por una superficie frontal de separación (56), convergiendo dichos flancos (54) mutuamente desde dicha superficie frontal separada (56).

4. Acoplamiento sincronizado, según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos segundos dientes (44) del engranaje (34) de dicho manguito selector (32) tienen cada uno de ellos por lo menos una parte extrema (57) limitada por un par de flancos (58) y por un par de superficies frontales (59) puntiagudas que convergen en un borde agudo alineado con el eje central longitudinal del diente (44), convergiendo dichos flancos (58) mutuamente desde dichas superficies frontales puntiagudas (59).

5. Acoplamiento sincronizado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha superficie cónica de fricción (17) de dichos medios de accionamiento (14) y dicha superficie cónica de fricción (18) de dicho anillo de sincronización (9) son cónicos en una mayor proporción que un determinado valor de umbral con respecto al ángulo de fricción, de manera que es posible una pérdida parcial de sincronización durante la realineación entre el engranaje interno (34) del manguito (32) y el engranaje (12) del anillo de sincronización (9).