ES2249559T3 - Polea conductora para un variador continuo de velocidad. - Google Patents
Polea conductora para un variador continuo de velocidad.Info
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Abstract
Polea (10) conductora para un variador continuo de velocidad, pudiendo montarse la polea (10) conductora coaxialmente alrededor de un eje (16) principal y rotarse a una velocidad variable de rotación, comprendiendo la polea (10) conductora: una primera pestaña (28) que tiene unos primer y segundo lados opuestos, estando dotado el primer lado de una pared (30) cónica; una segunda pestaña (36) coaxial con la primera pestaña (28) y que tiene una pared (38) cónica enfrentada a la pared (30) cónica de la primera pestaña (28) para formar una hendidura (12) receptora de correa de transmisión alrededor de la cual está bobinada una correa (14) de transmisión, siendo la segunda pestaña (36) axialmente movible con respecto a la primera pestaña.
Description
Polea conductora para un variador continuo de
velocidad.
Un variador continuo de velocidad (CVT) es un
dispositivo mecánico en el que la relación de transmisión del par
motor es infinitamente variable sobre el intervalo de trabajo, a
diferencia de una transmisión convencional, en la que existe un
número limitado de relaciones de transmisión del par motor. Un CVT
cambia automáticamente la relación tal como requieran las
condiciones de carga y velocidad, proporcionando un par motor
aumentado bajo cargas elevadas a bajas velocidades y controlando sin
embargo la velocidad de rotación del motor a medida que el vehículo
acelera. Se utiliza comúnmente en una amplia gama de vehículos,
tales como coches o camiones pequeños, motos de nieve, carros de
golf, vehículos todo terreno (ATV) y scooters. Normalmente, un CVT
está acoplado a un motor, tal como un motor de combustión interna o
un motor eléctrico.
Un CVT convencional comprende una polea
conductora conectada mecánicamente al motor, una polea conducida
conectada mecánicamente a unas ruedas o una oruga y una correa de
transmisión trapezoidal que transmite un par motor entre la polea
conductora y la polea conducida. En cada polea, los lados de la
correa de transmisión están sujetados entre dos pestañas opuestas
que están montadas coaxialmente alrededor de un eje principal. Una
de las pestañas es axialmente movible con respecto a la otra. Cada
pestaña está directa o indirectamente en acoplamiento de transmisión
de par motor con el eje principal correspondiente.
Inicialmente, tal como cuando el vehículo está
parado o a bajas velocidades, el diámetro de bobinado de la polea
conductora es mínimo y el diámetro de bobinado de la polea conducida
es máximo. Esto se denomina la relación mínima, ya que existe el
mínimo número de rotaciones o fracción de rotación de la polea
conducida por cada rotación completa de la polea conductora.
Generalmente, la polea conductora comprende un
mecanismo centrífugo que se proporciona para incrementar la relación
cuando aumenta la velocidad de rotación. Para ello, el mecanismo
centrífugo es capaz de aplicar una fuerza a la pestaña móvil de la
polea conductora para acercarla a la pestaña fija, forzando de este
modo a que la correa de transmisión se bobine en un mayor diámetro
alrededor de la polea conductora. Al mismo tiempo, el cambio en la
posición de la correa de transmisión hacia la polea conductora
fuerza a la pestaña móvil de la polea conducida lejos de la pestaña
fija de la misma.
La polea conducida de un CVT es sensible al par
motor. Esto permite que la polea conducida contrapese la fuerza
generada por el mecanismo centrífugo de la polea conductora para
permitir que la velocidad del motor aumente hasta un nivel óptimo
antes de que el CVT comience a subir de marcha durante una
aceleración. La polea conducida también permite que el CVT reduzca
de marcha si la carga aumenta. En consecuencia, la polea conducida
comprende un sistema de leva que fuerza a la pestaña móvil a moverse
hacia la pestaña fija de la polea conducida cuando el par motor
aumenta, tirando así hacia atrás de la correa de transmisión y
contrarrestando la fuerza generada por el mecanismo centrífugo de la
polea conductora. Un sistema de leva convencional comprende una
placa de leva que tiene una pluralidad de superficies de leva
inclinadas dispuestas simétricamente a las que acoplan unos
respectivos taqués. Generalmente, los taqués son botones o rodillos
deslizantes. La placa de leva o el juego de taqués está montado en
el lado posterior de la pestaña fija, y normalmente el otro de ellos
está conectado rígidamente al eje principal.
En funcionamiento, las partes móviles del CVT
intentan constantemente reordenar su posición hasta que se alcanza
un equilibrio o hasta que alcanzan la relación máxima. La relación a
la que el CVT se estabiliza es un equilibrio entre las fuerzas en la
correa de transmisión aplicadas por la polea conductora y la
conducida. A la velocidad máxima de rotación, la relación es máxima
dado que existe el número máximo de rotaciones o fracción de
rotación de la polea conducida para cada rotación completa de la
polea conductora. Entonces, cuando la velocidad de rotación del
motor disminuye, la fuerza generada por el mecanismo centrífugo
también disminuye. Muelles de recuperación situados en la polea
conductora y en la polea conducida permiten que las pestañas móviles
correspondientes se muevan de vuelta hasta o cerca de su posición
original de relación pequeña.
Un mecanismo centrífugo convencional de una polea
conductora comprende generalmente un juego de contrapesos
centrífugos que fuerzan su camino a través de un par de rampas
inclinadas opuestas que convergen hacia la periferia de la polea
conductora. Cada uno de estos contrapesos está sometido a una fuerza
F centrífuga tal como en la ecuación siguiente:
F = m r
\omega^{2}
sin\theta
donde m es la masa del contrapeso,
r es el radio desde el centro del eje principal, \omega es la
velocidad de rotación y \theta es el ángulo de las rampas con
respecto al eje principal. Tal como puede observarse a partir de la
ecuación, la fuerza es una función del cuadrado de la velocidad de
rotación, lo que significa que la fuerza centrífuga aumenta más
rápidamente que el incremento proporcional en la propia velocidad de
rotación. Además, los contrapesos se mueven alejándose del centro
del eje principal cuando la fuerza centrífuga aumenta, lo que a su
vez también aumenta la fuerza, dado que ésta depende del radio r. Se
deduce que el sistema centrífugo de la polea conductora se vuelve
pronto más proporcionalmente fuerte que el sistema de leva de la
polea conducida, cambiando así la posición de la correa de
transmisión hacia la polea conductora. Por consiguiente, un CVT
convencional tiende a subir de marcha hacia la relación máxima
demasiado pronto cuando aumenta la velocidad de rotación de la polea
conductora. Esto se mantiene parcialmente bajo control cambiando el
ángulo de las rampas en función de la posición de los contrapesos,
por tanto en función de la relación. El ángulo de las rampas con
respecto al eje de rotación es menor a una relación
mayor.
Uno de los inconvenientes de una polea conductora
convencional es por tanto la falta de control directo sobre la
fuerza generada por el mecanismo centrífugo. Cambiar parámetros
tales como la masa de los contrapesos o el perfil de las rampas para
permitir una velocidad superior del motor durante una aceleración no
siempre es una solución adecuada o posible debido a los impactos que
tiene en el comportamiento global del CVT. Por ejemplo, si el CVT
está diseñado para permitir una baja velocidad de rotación del motor
a una velocidad de crucero moderada para reducir el consumo de
combustible y el ruido, entonces, durante una aceleración intensa,
la velocidad de rotación del motor será con toda probabilidad
demasiado baja. A la inversa, si el CVT está diseñado para permitir
una alta velocidad de rotación del motor durante una aceleración
intensa para obtener una potencia máxima del mismo, entonces la
velocidad de rotación será probablemente demasiado alta a velocidad
de crucero moderada.
El documento US 6 086 492 describe una polea
conductora según el preámbulo de la reivindicación 1.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar control adicional sobre el patrón de cambio de la
transmisión de un CVT para reducir la fuerza generada por el sistema
centrífugo de la polea conductora cuando se satisfacen ciertas
condiciones. En consecuencia, la posición de la polea conductora
está controlada normalmente de un modo convencional por un primer
juego de contrapesos, los cuales son parte de un conjunto denominado
el "conjunto positivo". Entonces, partiendo de una velocidad
predeterminada de rotación, un segundo juego de contrapesos, que son
parte de un conjunto denominado el "conjunto negativo",
comenzará a entrar en acción. El propósito básico del conjunto
negativo es generar una fuerza axial que sea opuesta a la generada
por el conjunto positivo sobre la segunda pestaña. No obstante, esta
fuerza opuesta no es sustancialmente activa a menos que exista un
acoplamiento entre el conjunto negativo y el conjunto positivo. La
masa de los contrapesos, los ángulos de las rampas, la presencia y
longitud de los topes, las razones y precarga de los muelles, así
como todos los demás parámetros, se tienen en cuenta en el diseño de
manera que el acoplamiento entre los conjuntos negativo y positivo
sólo ocurre si se satisfacen las condiciones adecuadas.
Más particularmente, la presente invención
proporciona una polea conductora para un variador continuo de
velocidad, pudiendo montarse la polea conductora coaxialmente
alrededor de un eje principal y rotar con una velocidad de rotación
variable, comprendiendo la polea conductora:
una primera pestaña que tiene unos primer y
segundo lados opuestos, estando dotado el primer lado de una pared
cónica;
una segunda pestaña coaxial con la primera
pestaña y que tiene una pared cónica enfrentada la pared cónica de
la primera pestaña para formar una hendidura receptora de correa de
transmisión alrededor de la cual está bobinada una correa de
transmisión, siendo la segunda pestaña movible con respecto a la
primera pestaña;
un primer medio para conectar la primera pestaña
al eje principal en un acoplamiento de transmisión de par motor;
un segundo medio para conectar la segunda pestaña
al eje principal en un acoplamiento transmisor de par motor;
un conjunto positivo que comprende:
- -
- un carro positivo coaxial con la primera pestaña y conectado rígidamente a la segunda pestaña;
- -
- unos terceros medios para conectar el carro positivo al eje principal en un acoplamiento transmisor de par motor;
- -
- al menos dos pares dispuestos simétricamente de primeras rampas radialmente convergentes y opuestas entre sí, teniendo cada par una rampa conectada al carro opuesto y otra rampa conectada al segundo lado de la primera pestaña; y
- -
- contrapesos radialmente movibles, cada uno colocado entre un par correspondiente de primeras rampas;
un cuarto medio para generar una fuerza de
retroceso que hace que la segunda pestaña se aleje de la primera
pestaña;
caracterizándose la polea conductora porque
comprende además un conjunto negativo que comprende:
- -
- un carro negativo coaxial y axialmente movible con respecto a la primera pestaña, estando el carro negativo configurado y dispuesto para estar acoplado con el carro positivo;
- -
- unos quintos medios para conectar el carro negativo al eje principal en un acoplamiento transmisor de par motor;
- -
- al menos dos pares dispuestos simétricamente de segundas rampas radialmente convergentes y opuestas entre sí, teniendo cada par una rampa conectada al carro negativo y otra rampa conectada a una placa extrema fija con respecto a la primera pestaña;
- -
- un sexto medio para conectar la placa extrema al eje principal en un acoplamiento transmisor de par motor; y
- -
- unos contrapesos radialmente movibles, cada uno colocado entre un par correspondiente de segundas rampas; y
un séptimo medio para generar una fuerza de
retroceso que fuerce al carro negativo a alejarse de la primera
pestaña.
Ahora se dará una descripción no limitativa de
una realización preferida con referencia a las figuras adjuntas, en
las que:
La figura 1 es una vista longitudinal en corte
transversal de una polea conductora según una realización preferida
de la presente invención, que muestra dos posiciones posibles del
conjunto negativo cuando la polea conductora está en una posición de
relación baja;
la figura 2 es una vista longitudinal en corte
transversal similar a la figura 1, que muestra dos posiciones
posibles del conjunto negativo cuando la polea conductora está en
una posición de relación alta;
la figura 3 es una vista radial en corte
transversal tomada a lo largo de la línea III-III en
la figura 1;
la figura 4 es una vista longitudinal en corte
transversal tomada a lo largo de la línea IV-IV en
la figura 2;
la figura 5 es una vista radial longitudinal en
corte transversal tomada a lo largo de la línea V-V
en la figura 4;
la figura 6 es un gráfico que muestra tres curvas
(1, 2, 3) experimentales típicas de la velocidad de rotación de la
polea conductora en función de la velocidad del vehículo durante una
aceleración sostenida e intensa desde una velocidad baja y una curva
(5) típica para una aceleración sostenida e intensa desde una
velocidad (4) moderada.
Lo siguiente es una lista de los números de
referencia, junto con los nombres de los componentes
correspondientes, que se utilizan en las figuras anexas y en la
descripción.
- 10
- polea conductora
- 12
- hendidura receptora de correa de transmisión
- 14
- correa de transmisión trapezoidal
- 16
- eje principal
- 18
- tambor hueco
- 20
- elemento extremo (del tambor)
- 22
- cuerpo cilíndrico (del tambor)
- 24
- conector
- 28
- primera pestaña
- 30
- pared cónica (de la primera pestaña)
- 36
- segunda pestaña
- 38
- pared cónica (de la segunda pestaña)
- 40
- camisa (para la segunda pestaña)
- 42
- cojinetes (para la segunda pestaña)
- 44
- abertura (en la primera pestaña)
- 46
- cojinete (en la abertura de la primera pestaña)
- 50
- conjunto positivo
- 52
- carro positivo
- 54
- cojinetes (del carro positivo)
- 56
- taqués (del conjunto positivo)
- 58
- vástagos (del conjunto positivo)
- 60
- ranuras (en el tambor)
- 62
- contrapesos (del conjunto positivo)
- 64
- primeras rampas (del conjunto positivo)
- 66
- segundas rampas (del conjunto positivo)
- 70
- muelle (del conjunto positivo)
- 72
- muelle (del conjunto negativo)
- 74
- parte intermedia (del cuerpo cilíndrico)
- 78
- topes
- 80
- conjunto negativo
- 82
- carro negativo
- 84
- cojinetes (del carro negativo)
- 86
- taqués (del conjunto negativo)
- 88
- vástagos (del conjunto negativo)
- 90
- ranuras (en el tambor)
- 92
- contrapesos (del conjunto negativo)
- 94
- primeras rampas (del conjunto negativo)
La polea (10) conductora está diseña
principalmente para utilizarse en un variador continuo de velocidad
(CVT) de un vehículo, tal como un coche o camión pequeño, una moto
de nieve, un carro de golf, un vehículo todo terreno (ATV) o un
scooter. No obstante, es posible encontrar otras aplicaciones u
otros entornos en los que la polea (10) conductora puede utilizarse
ventajosamente, tales como en máquinas fijas comerciales o
industriales.
Las figuras 1 a 5 muestran una polea (10)
conductora según una realización posible y preferida de la presente
invención. Debería observarse que las partes mostradas en las
figuras 2 a 5 y a las que no se hace referencia corresponden a los
mismos componentes que los mostradas en la figura 1. También podrían
concebirse otras realizaciones dentro del alcance de la presente
invención.
La polea (10) conductora está montada
coaxialmente alrededor de un eje (16) principal que va a acoplarse
mecánicamente al eje de salida de un motor (no mostrado), por
ejemplo, un motor de combustión interna de un vehículo motorizado.
El eje (16) principal puede proporcionarse como parte de la polea
(10) conductora o ser una prolongación de un eje existente alrededor
del cual está montada la polea (10) conductora. La ventaja de tener
un eje (16) principal como parte de la polea (10) conductora en que
ésta puede montarse previamente e instalarse directamente en el
vehículo.
Debería observarse que el término "coaxial"
utilizado en la descripción y las reivindicaciones sólo significa
que los elementos correspondientes tienen un eje medio común y no
significa que los elementos tengan necesariamente una sección
transversal circular. Además, debido a que la polea (10) conductora
debe hacerse funcionar a altas velocidades de rotación, todas las
partes están equilibradas con respecto al eje (16) principal, tal
como es evidente para un experto en la técnica.
La polea (10) conductora comprende una primera
pestaña (28) y una segunda pestaña (36), enfrentadas ambas la una a
la otra y teniendo unas paredes (30, 38) cónicas opuestas que
definen entre ellas una hendidura (12) receptora de correa de
transmisión. Una correa (14) de transmisión trapezoidal está
bobinada en un arco alrededor de una gran parte de las paredes (30,
38) cónicas. Aproximadamente la mitad del par motor transmitido por
la correa (14) de transmisión pasa a través de la primera pestaña
(28), mientras que la otra mitad pasa a través de la segunda pestaña
(36).
La primera pestaña (28) está sostenida
preferiblemente por un tambor (18) hueco. El tambor (18) comprende
un elemento (20) extremo que se extiende radialmente y un cuerpo
(22) cilíndrico. El cuerpo (22) cilíndrico está sujeto a la
periferia del elemento (20) extremo. El elemento (20) extremo está
en acoplamiento transmisor de par motor con el eje (16) principal.
Para ello, el elemento (20) extremo puede conectarse rígidamente al
eje (16) principal por un medio adecuado, tal como un chavetero o
cono que está ajustado a presión en una contra-parte
correspondiente. También puede conectarse mediante fiadores,
soldadura, ajuste a presión, etc.
El tambor (18) forma un alojamiento que encierra
y protege la mayoría de las demás partes de la polea (10)
conductora. Debería observarse en este punto que es posible
configurar el tambor (18) de manera diferente a lo que se muestra en
las figuras 1 y 2. Por ejemplo, el elemento (20) extremo y el cuerpo
(22) cilíndrico pueden estar divididos en tiras espaciadas (no
mostradas) o estar en forma de malla rígida (no mostrada).
La segunda pestaña (36) está sostenida
preferiblemente alrededor del eje (16) principal por medio de una
camisa (40) alargada. La camisa (40) está montada coaxialmente
alrededor del eje (16) principal y puede deslizarse libremente con
respecto al eje (16) principal. Se utilizan unos cojinetes (42) para
separar la camisa (40) del eje (16) principal y facilitar el
movimiento deslizante. La camisa (40) se extiende a través de una
abertura (44) central proporcionada en el centro de la primera
pestaña (28). La abertura (44) encierra un cojinete (46), y la
superficie exterior de la camisa (40) está acoplada deslizantemente
con la superficie interior del cojinete (46). Los cojinetes (42)
pueden también sustituirse por un rodamiento lineal (no mostrado) o
similar.
Las figuras 1 y 2 muestran además un conjunto
(50) positivo que rige la distancia relativa entre la primera
pestaña (28) y la segunda pestaña (36) en función de la velocidad de
rotación de la polea (10) conductora. La distancia entre las
pestañas (28, 36) es también función de la fuerza axial resultante
creada por la correa (14) de transmisión sobre sus paredes (30, 38)
cónicas. El conjunto (50) positivo comprende un carro (52) de
conjunto positivo montado coaxial y deslizantemente alrededor del
eje (16) principal, preferiblemente mediante cojinetes (54). El
carro (52) de conjunto positivo está conectado preferiblemente de
manera rígida a la camisa (40) y sostenido por ésta.
Tal como se muestra de la mejor manera en la
figura 3, el carro (52) de conjunto positivo está conectado
operativamente al tambor (18) por medio de una pluralidad de taqués
(56), que están dispuestos simétricamente con respecto al eje (16)
principal. Los taqués (56) son preferiblemente rodillos y tres en
número. Alternativamente, los taqués (56) pueden ser botones
deslizantes (no mostrados). Cada rodillo (56) está montado
preferiblemente alrededor de un cojinete o un rodamiento. Cada
rodillo (56) está situado coaxialmente alrededor de un vástago (58)
que se extiende radialmente y está guiado por una ranura (60) que se
extiende longitudinalmente situada en el tambor (18). Las ranuras
(60) tienen una anchura ligeramente mayor que el diámetro exterior
de los rodillos (56). Los rodillos (56) pueden entonces moverse
longitudinalmente dentro de la correspondiente ranura (60), y la
longitud de las ranuras (60) corresponde sustancialmente al
desplazamiento de la segunda pestaña (36).
En funcionamiento, la parte del par motor del
motor transmitida por la segunda pestaña (36) pasa a través del eje
(16) principal, el tambor (18), el carro (52) de conjunto positivo
por medio de los rodillos (56) y sus ranuras (60), la camisa (40) y
entonces llega finalmente a la segunda pestaña (36). El par motor
puede también transmitirse en el otro sentido, por ejemplo, durante
una deceleración. Alternativamente, es posible concebir otros modos
de lograr la transmisión del par motor, siendo uno la utilización de
un rodamiento lineal (no mostrado) entre la camisa (40) y el eje
(16) principal.
Tal como se muestra en las figuras 1 y 2, el
conjunto (50) positivo comprende una pluralidad de contrapesos (62)
dispuestos simétricamente con respecto al eje (16) principal.
Existen preferiblemente tres contrapesos (62). Cada contrapeso (62)
está situado entre un par correspondiente de rampas (64, 66) de
contrapeso. El número de contrapesos (62) es igual al número de
pares de rampas (64, 66) de contrapeso. Las dos rampas (64, 66) de
cada par son radialmente convergentes con respecto al eje (16)
principal. En la realización ilustrada, las primeras rampas (64) se
proporcionan en el carro (52) de conjunto positivo y las segundas
rampas (66) son integrales con el lado trasero de la primera pestaña
(28).
Tal como se muestra en la figura 4, cada
contrapeso (62) está construido preferiblemente en tres partes, a
saber, una parte cilíndrica central y dos partes cilíndricas
laterales idénticas. La parte central tiene el mismo diámetro que
las dos partes laterales. Un cojinete o rodamiento (no mostrado)
permite una rotación bien diferenciada de la parte central con
respecto a las dos partes laterales. Una de las rampas (64, 66) se
proporciona en dos secciones, estando cada una acoplada con las
respectivas partes laterales, y la otra de las rampas (64, 66) está
acoplada con la parte central. El ángulo de las rampas (64, 66) con
respecto a un eje longitudinal de la polea conductora disminuye
preferiblemente hacia el exterior. Un material amortiguador, por
ejemplo, un material compuesto plástico que evite la deformación de
las rampas, puede cubrir además las partes de los contrapesos.
Debería observarse que los contrapesos (62) positivos pueden
construirse de manera diferente. Por ejemplo, pueden estar diseñados
para deslizarse sobre las rampas (64, 66) en lugar de rodar sobre
las mismas.
Los contrapesos (62) son radialmente movibles
entre su respectivo par de rampas (64, 66). Cuando actúan sobre las
rampas (64, 66), son forzados radialmente hacia fuera por el efecto
centrífugo de los contrapesos (62), creando una primera fuerza que
empuja la segunda pestaña (36) hacia la primera pestaña (28) en
función de la velocidad de rotación de la polea (10) conductora. La
primera fuerza tiende a incrementar el diámetro de bobinado de la
hendidura (12) receptora de correa de transmisión, por tanto la
relación del CVT. La reacción axial de los contrapesos (62) es
contrapesada por la fuerza ejercida por un primer muelle, que es
preferiblemente un muelle (70) helicoidal montado coaxialmente
alrededor del eje (16) principal y precargado en compresión. En las
figuras 1, 2 y 5, el muelle (70) está colocado entre el carro (52)
de conjunto positivo y un conjunto (80) negativo, tal como se
explica más adelante. El primer muelle (70) puede ser también un
muelle cónico (no mostrado) situado entre el carro (52) positivo y
una posición fija, tal como la parte (74) intermedia. También son
posibles otras disposiciones, tal como será evidente para un experto
en la técnica.
En funcionamiento, a una velocidad estable, se
alcanza un equilibrio entre las fuerzas que tienden a cerrar la
polea (10) conductora, procedentes de los contrapesos (62) del
conjunto (50) positivo, y las fuerzas que tienden a abrir la polea
(10) conductora, procedentes del primer muelle (70), y la reacción
axial de la correa (14) de transmisión de las pestañas (28, 36) de
la polea (10) conductora.
La presente invención se caracteriza porque la
polea (10) conductora comprende además un conjunto (80) negativo. El
propósito del conjunto (80) negativo es generar una segunda fuerza
que es opuesta a la primera fuerza generada por el conjunto (50)
positivo. De hecho, la segunda fuerza aumentará la velocidad de
rotación a la que cambia la relación, en comparación con una polea
(10) conductora similar sin un conjunto (80) negativo. La segunda
fuerza es efectiva principalmente contra la primera fuerza durante
una aceleración. No obstante, dependiendo del diseño, su efecto
puede ser útil en otras situaciones.
La construcción del conjunto (80) negativo es
similar al del conjunto (50) positivo. El conjunto (80) negativo
comprende un carro (82) negativo que está montado deslizantemente
alrededor del eje (16) principal, preferiblemente por medio de unos
cojinetes (84) o un rodamiento lineal (no mostrado). El conjunto
(80) negativo comprende también una pluralidad de pares de rampas
(94, 96) de contrapeso dispuestos simétricamente con respecto al eje
(16) central. Las dos rampas (94, 96) de un par son radialmente
convergentes con respecto al eje (16) principal. Las primeras rampas
(94) se proporcionan en la placa (20) extrema y las segundas rampas
(96) se proporcionan en el carro (82) negativo. Un contrapeso (92),
construido preferiblemente como los contrapesos (62) del conjunto
(50) positivo, está dispuesto entre cada par de rampas (94, 96) de
contrapeso. Cada contrapeso (92) del conjunto (80) negativo es
movible de manera sustancialmente radial entre un par respectivo de
rampas (94, 96).
En funcionamiento, los contrapesos (92) son
forzados radialmente hacia fuera por el efecto centrífugo y actúan
sobre las rampas (94, 96) produciendo una reacción axial que tiende
a mover el carro (82) negativo hacia el carro (52) positivo. Se
proporciona un segundo muelle (72), preferiblemente un muelle cónico
muy precargado en compresión, para empujar el carro (82) negativo
lejos del lado posterior de la primera pestaña (28). Un lado del
segundo muelle (72) colinda con una parte (74) anular conectada
rígidamente dentro del cuerpo (22) cilíndrico del tambor (18). El
carro (80) negativo sólo comenzará entonces a moverse desde su
posición original si la fuerza de reacción axial, procedente de los
contrapesos (92) bajo el efecto de la fuerza centrífuga, es mayor
que la fuerza inicial de precarga del segundo muelle (72). Esto
sucede a una velocidad de rotación dada de la polea (10) conductora.
En la realización ilustrada, el primer muelle (70) aplica también
una fuerza que es contraria a la reacción axial generada por los
contrapesos (92).
Al igual que el carro (52) positivo y tal como se
muestra de la mejor manera en las figuras 4 y 5, el carro (82)
negativo está conectado operativamente al tambor (18) por medio de
una pluralidad de taqués (86) dispuestos simétricamente con respecto
al eje (16) principal. Los taqués (86) son preferiblemente tres
rodillos o, alternativamente, botones deslizantes (no mostrados).
Cada rodillo (86) es preferiblemente un cojinete o rodamiento
montado alrededor de un vástago (88) respectivo y está guiado por
una ranura (90) que se extiende longitudinalmente situada en el
tambor (18). Los rodillos (88) son movibles de manera libremente
longitudinal dentro de su ranura (90) respectiva, y la longitud de
las ranuras (90) corresponde sustancialmente al desplazamiento del
carro (82) negativo. Los rodillos (86) y las ranuras (90) permiten
que el carro (82) negativo siga el movimiento del tambor (18).
Debería observarse que el número de rodillos (86) puede ser menor,
especialmente dado que no hay ningún par motor conductor que pase a
su través. También debería observarse que los rodillos (86) o
cualquier otro tipo de taqués pueden sustituirse por un rodamiento
lineal (no mostrado) colocado entre el carro (82) negativo y el eje
(16) principal.
El comportamiento de la polea (10) conductora no
depende totalmente de la velocidad de rotación. De hecho, la
realización preferida utiliza indirectamente la polea conducida del
CVT para controlar las características especiales de la polea (10)
conductora. Tal como se ha mencionado anteriormente, una polea
conducida convencional es un dispositivo mecánico sensible al par
motor. Si la carga aumenta, tal como cuando el par motor del motor
aumenta, la distancia entre las pestañas de la polea conducida
tenderá a disminuir para reducir de marcha el CVT. La reducción de
marcha ocurre si la reacción axial de la correa (14) de transmisión
sobre las pestañas de la polea conducida es más intensa que la de
los contrapesos (62) del conjunto (50) positivo. Si éste es el caso,
la polea conductora descentrará la correa (14) de transmisión cuando
la relación sea mayor que la relación mínima, forzando de este modo
a que aumente la distancia entre las pestañas (28, 36) de la polea
(10) conductora. Si el CVT ya está en la relación mínima, entonces
la correa (14) de transmisión no se descentrará, pero la tensión en
la misma será muy elevada.
El conjunto (80) negativo está diseñado para
obtener una respuesta más eficaz del CVT. Esto se debe al hecho de
que el carro (82) negativo del conjunto (80) negativo es movible
dentro de un intervalo de posiciones que solapa al intervalo de
posiciones del carro (52) positivo. Cuando la velocidad de rotación
de la polea (10) conductora es superior al valor umbral dictado por
la precarga del segundo muelle (72) y, optativamente, por la
precarga del primer muelle (70), que depende de la posición relativa
entre el carro (52) positivo y el carro (82) negativo, el carro (82)
negativo se acerca más al carro (52) positivo. Dependiendo de la
relación, existe un acoplamiento entre el carro (52) positivo y el
carro (82) negativo si la velocidad de rotación de la polea (10)
conductora es lo suficientemente elevada. Si la relación es baja, la
velocidad de rotación tiene que ser bastante alta para un
acoplamiento. Sin embargo, si la relación es alta, el carro (52)
positivo ya está cerca del conjunto (82) negativo. Durante un
acoplamiento, la reacción axial de los contrapesos (62) del carro
(52) positivo es reducida por la reacción axial de los contrapesos
(92) del conjunto (80) negativo, menos la fuerza del segundo muelle
(72), que aumenta a medida que se comprime adicionalmente.
Naturalmente, la velocidad de rotación umbral a la que el carro (82)
negativo comienza a moverse es menor que la velocidad de rotación a
la que el conjunto (50) positivo comenzaría normalmente a subir de
marcha del CVT.
Lo siguiente es un ejemplo de un vehículo que
tiene las características mecánicas de una aplicación automotriz
normal y que se utilizó para llevar a cabo experimentos sobre una
polea conductora que incorpora la presente invención. Algunos de los
resultados de estos experimentos se muestran en la figura 6 para
ilustrar mejor las ventajas de la presente invención.
Ejemplo
Motor: 55 CV a 5000 rpm
Velocidad máxima de diseño del vehículo: 160
km/h
Diámetro exterior de la polea conductora: 161
mm
Distancia central entre las poleas conductora y
conducida: 170 mm
Longitud de paso de la correa: 710 mm
Relación mínima (transmisión baja): 0,4
Relación máxima (sobremarcha): 2,0
Contrapesos (conjunto positivo): 3 x 320 g
Contrapesos (conjunto negativo): 3 x 175 g
Ángulos de las rampas (con respecto al eje
longitudinal del eje principal):
\vskip1.000000\baselineskip
| Relación: | 0,4 | 1,0 | 2,0 |
| Rampas (conjunto positivo) | 80º | 60º | 55º |
| Rampas (conjunto negativo) | - | 55º | 70º |
\vskip1.000000\baselineskip
Muelle:
| Precarga | Razón | |
| Primer muelle (70) | 35 kg | 10 kg/cm |
| Segundo muelle (72) | 135 kg | 30 kg/cm |
En una polea conductora convencional, un
incremento sustancial del par motor del motor aumenta finalmente su
velocidad de rotación, aumenta por tanto la velocidad de rotación de
la polea (10) conductora, así como la reacción axial de los
contrapesos (62) del conjunto (50) positivo. Tal como se ha
mencionado anteriormente, un sistema centrífugo convencional pronto
se vuelve proporcionalmente más fuerte que el sistema de leva de la
polea conducida y normalmente eleva la relación demasiado pronto
hacia la relación máxima. Esto se ve claramente a partir de la curva
1 experimental en la figura 6, donde la polea conductora no tenía un
conjunto (80) negativo. En este ejemplo, la transición se produjo
cerca de 2500 RPM y a una velocidad del vehículo de aproximadamente
20 km/h. En unos pocos segundos, la elevación de la relación aumentó
la carga en el motor y mantuvo la velocidad de rotación de la polea
(10) conductora a aproximadamente 3000 RPM. El vehículo continuó
acelerando, pero la relación del CVT cambió proporcionalmente hasta
que alcanzó la relación máxima a 110 km/h. El CVT se volvió entonces
una transmisión de una velocidad hasta la velocidad máxima de
ligeramente por debajo de 140 km/h.
La curva experimental 2 en la figura 6 muestra un
ejemplo de la relación entre la velocidad del vehículo y la
velocidad de rotación de la polea (10) conductora que está dotada de
un conjunto (80) negativo según la presente invención. En este caso,
la velocidad de rotación aumentó hasta aproximadamente 3250 RPM
antes de que la relación del CVT cambiase. El efecto en el carro
(82) negativo en el ejemplo comienza a la relación mínima. Dado que
el efecto del carro (82) negativo disminuye, éste tiende a crear una
RPM de sobreimpulso. Entonces, a una relación de aproximadamente
0,8, la relación entre la velocidad del vehículo y la velocidad de
rotación de la polea (10) conductora se volvió sustancialmente
lineal. El cambio en la curva tuvo lugar principalmente porque los
ángulos en los juegos de rampas disminuyen hacia la periferia de la
polea (10) conductora. El acoplamiento entre el carro (52) positivo
y el carro (82) negativo continuó en todo momento hasta la velocidad
máxima de 160 km/h del vehículo. Esta velocidad máxima fue 20 km/h
mayor que en el ejemplo anterior, dado que a un motor de combustión
interna se le permite suministrar más potencia a una velocidad mayor
de rotación. Al motor en el experimento se le permitió alcanzar unas
velocidades de rotación tan elevadas puesto que la relación era
menor que en el ejemplo ilustrado por la curva 1. Por ejemplo, a 110
km/h, la relación llegó a 2,0 en la curva 1, mientras que era de 1,2
en la curva 2. A la máxima velocidad en la curva 1, que es
aproximadamente de 137 km/h, la velocidad de rotación fue de
aproximadamente 3500 RPM, una velocidad de rotación a la que el
motor no podía generar potencia suficiente, bajo las condiciones
dadas, para alcanzar una mayor velocidad. En la curva 2, a 137 km/h,
la velocidad de rotación del motor fue aproximadamente de 4750 RPM.
La potencia aumentada procedente del motor permitió que el vehículo
alcanzase la velocidad de 160 km/h y que el motor alcanzase una
velocidad de rotación de 5000 RPM.
En la curva 3 experimental en la figura 6, la
polea (10) conductora incluía un conjunto (80) negativo en el que el
intervalo de posiciones del carro (82) negativo estaba limitado a un
juego de topes (78), que se muestran en la figura 1. Los topes (78)
estaban montados en el carro (82) negativo y colindaban con la parte
(74) intermedia. Normalmente, y dependiendo del diseño, la parte
exterior del carro (82) negativo puede utilizarse para limitar el
intervalo de posiciones cuando colinda con la parte (74) intermedia
o cualquier otra parte fijada al tambor (18). Los topes (78)
redujeron el movimiento del carro (82) negativo en una distancia d1.
Esto permitió moderar el efecto inicial del conjunto (80) negativo
(reduciendo el efecto de sobreimpulso) y permitir que el CVT subiera
de marcha desde una menor velocidad de rotación, manteniendo así una
velocidad de rotación baja del motor a velocidades relativamente
bajas del vehículo. El incremento de la relación movió el carro (52)
positivo hacia el carro (82) negativo. El conjunto (80) negativo se
volvió efectivo durante el resto de la aceleración tan pronto como
hubo un acoplamiento entre el carro (52) positivo y el carro (82)
negativo. Una vez que una aceleración se termina y la velocidad del
vehículo es estable, el CVT encuentra un nuevo equilibrio y la
velocidad de rotación del motor tiende a disminuir debido al cambio
en el par motor aplicado a la polea conducida.
El número de referencia 4 en la figura 6 se
refiere al punto del gráfico en el que la velocidad del vehículo era
estable a 70 km/h. En este punto, la relación es de 1,5 y la
velocidad de rotación de la polea (10) conductora es aproximadamente
de 2200 RPM. Entonces, durante una aceleración sostenida e intensa
desde esa velocidad del vehículo, la relación entre la velocidad del
vehículo y la velocidad de rotación de la polea (10) conductora
siguió la curva 5 experimental. Inicialmente, la velocidad de
rotación aumentó proporcionalmente más rápido que el incremento de
la velocidad del vehículo. Esto se debe al hecho de que el CVT
redujo de marcha hasta aproximadamente 1,2 en pocos segundos. Las
reducciones de marcha tuvieron lugar porque el par motor mayor sobre
la polea conducida hizo que la relación bajase. Mientras lo hacía,
se permitió que la velocidad de rotación del motor aumentase. El
incremento de la velocidad del motor permitió que el carro (82)
negativo se moviese hacia el carro (52) positivo y que finalmente
llegase hasta él para ayudar en la reducción de marcha. La segunda
parte de esta aceleración fue idéntica a la de la curva 3
experimental.
Debería mencionarse que en el ejemplo, la polea
(10) conductora está conectada directamente al eje de salida del
motor, tal como es el caso en muchas aplicaciones. Alternativamente,
es posible proporcionar una caja de cambios u otra disposición
similar entre el eje de salida del motor y la polea (10) conductora.
Sin embargo, la presencia del primer muelle (70) entre el carro (52)
positivo y el carro (82) negativo permite que el conjunto (80)
negativo tenga un efecto indirecto en el conjunto (50) positivo,
incluso cuando ambos no están acoplados.
Dependiendo del diseño y de las condiciones, un
acoplamiento entre el carro (52) positivo y el carro (82) negativo
puede no tener lugar si el vehículo acelera a un ritmo lento. Por
ejemplo, si sólo se aplica un pequeño par motor a la polea
conducida, el conjunto (50) positivo tiene prácticamente libertad
para moverse tan pronto como la velocidad de rotación cambie. La
velocidad de rotación podría mantenerse menor que el valor umbral en
el que el conjunto (80) negativo entra en acción.
La presente invención no se limita a las
realizaciones descritas y engloba cualquier realización alternativa
dentro de los límites definidos por las reivindicaciones.
Claims (12)
1. Polea (10) conductora para un variador
continuo de velocidad, pudiendo montarse la polea (10) conductora
coaxialmente alrededor de un eje (16) principal y rotarse a una
velocidad variable de rotación, comprendiendo la polea (10)
conductora:
una primera pestaña (28) que tiene unos primer y
segundo lados opuestos, estando dotado el primer lado de una pared
(30) cónica;
una segunda pestaña (36) coaxial con la primera
pestaña (28) y que tiene una pared (38) cónica enfrentada a la pared
(30) cónica de la primera pestaña (28) para formar una hendidura
(12) receptora de correa de transmisión alrededor de la cual está
bobinada una correa (14) de transmisión, siendo la segunda pestaña
(36) axialmente movible con respecto a la primera pestaña (28);
un primer medio para conectar la primera pestaña
(28) al eje (16) principal en un acoplamiento transmisor de par
motor;
un segundo medio para conectar la segunda pestaña
(36) al eje (16) principal en un acoplamiento transmisor de par
motor;
un conjunto (50) positivo que comprende:
- -
- un carro (52) positivo coaxial con la primera pestaña (28) y conectado rígidamente a la segunda pestaña (36);
- -
- unos terceros medios para conectar el carro (52) positivo al eje (16) principal en un acoplamiento transmisor de par motor;
- -
- al menos dos pares dispuestos simétricamente de rampas (64, 66) radialmente convergentes y opuestas entre sí, teniendo cada par una rampa (64) conectada al carro (52) positivo y otra rampa (66) conectada al segundo lado de la primera pestaña (28); y
- -
- contrapesos (62) radialmente movibles, cada uno colocado entre un par correspondiente de primeras rampas (64, 66);
un cuarto medio para generar una fuerza de
retroceso que fuerza a que la segunda pestaña (36) se aleje de la
primera pestaña (28);
caracterizándose la polea (10) conductora
porque comprende además un conjunto (80) negativo que comprende:
- -
- un carro (82) negativo coaxial y axialmente movible con respecto a la primera pestaña (28), estando el carro (82) negativo configurado y dispuesto para estar acoplado con el carro (52) positivo;
- -
- unos quintos medios para conectar el carro (82) negativo al eje (16) principal en un acoplamiento transmisor de par motor;
- -
- al menos dos pares dispuestos simétricamente de segundas rampas (94, 96) radialmente convergentes y opuestas entre sí, teniendo cada par una rampa (96) conectada al carro (82) negativo y otra rampa (94) conectada a una placa (20) extrema fija con respecto a la primera pestaña (28);
- -
- un sexto medio para conectar la placa (20) extrema al eje (16) principal en un acoplamiento transmisor de par motor; y
- -
- unos contrapesos (92) radialmente movibles, cada uno ajustado entre un par correspondiente de segundas rampas (94, 96); y
- -
- un séptimo medio para generar una fuerza de retroceso que impulse el carro (82) negativo lejos de la primera pestaña (36).
2. Polea (10) conductora según la reivindicación
1, caracterizada porque el primer medio comprende un tambor
(18) hueco dispuesto coaxialmente alrededor del eje (16) principal,
teniendo el tambor (18) un extremo (20) conectable rígidamente al
eje (16) principal y un segundo extremo conectado rígidamente al
segundo lado de la primera pestaña (28).
3. Polea (10) conductora según la reivindicación
2, caracterizada porque los terceros medios comprenden una
pluralidad de pares de taqués (56) que se proyectan radialmente y de
correspondientes ranuras (60) que se extienden axialmente, teniendo
cada par uno de entre el taqué (56) y la ranura (80) situado en el
carro (52) positivo y teniendo el otro situado en el tambor
(18).
4. Polea (10) conductora según la reivindicación
3, caracterizada porque los taqués (56) son rodillos.
5. Polea (10) conductora según la reivindicación
1, 2, 3 ó 4, caracterizada porque el segundo medio comprende
una camisa (40) axialmente deslizable, montada coaxialmente
alrededor del eje (16) principal, conectando la camisa (40)
rígidamente juntos la segunda pestaña (36) y el carro (52)
positivo.
6. Polea (10) conductora según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el cuarto
medio comprende un muelle montado entre el carro (52) positivo y el
carro (82) negativo.
7. Polea (10) conductora según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque los quintos
medios comprenden una pluralidad de pares de taqués (86) que se
proyectan radialmente y de correspondientes ranuras (90) que se
extienden radialmente, teniendo cada par uno de entre el taqué (86)
y la ranura (90) situado en el carro (82) negativo y teniendo el
otro situado en el tambor (18).
8. Polea (10) conductora según la reivindicación
7, caracterizada porque los taqués (86) son rodillos.
9. Polea (10) conductora según la reivindicación
2, caracterizada porque la placa (20) extrema es una parte
del tambor (18).
10. Polea (10) conductora según la reivindicación
9, caracterizada porque el séptimo medio comprende un muelle
que tiene un extremo conectado al tambor (18) y el otro extremo
conectado al conjunto (82) negativo.
11. Polea (10) conductora según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque comprende
además unos medios para limitar el movimiento del carro (82)
negativo con respecto al carro (52) positivo.
12. Polea (10) conductora según la reivindicación
11, caracterizada porque los medios para limitar el
movimiento del carro (82) negativo comprenden al menos un tope (78)
colocado entre una parte superior del carro (82) negativo y una
ubicación fija con respecto a la primera pestaña (28).
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